Qu'est-ce qu'un amplificateur optique?
Les amplificateurs optiques sont une technologie utilisée pour amplifier des signaux lumineux, également appelés signaux optiques. Un amplificateur optique amplifie directement un signal optique sans le convertir en une autre forme intermédiaire. Cela le distingue d'un autre type d'appareil, appelé régénérateur ou répéteur, qui amplifie un signal optique entrant en le convertissant en électricité, puis en générant un nouveau signal optique. La technologie des amplificateurs optiques renforce les signaux optiques dans des dispositifs tels que les lasers et les câbles à fibres optiques et est importante pour des applications telles que les télécommunications.
La méthode d'amplification la plus courante, qui exploite le même phénomène que celui utilisé dans les lasers à pompage optique, est l'émission stimulée. Chaque amplificateur optique utilisant cette méthode contient un support physique capable d'amplifier la lumière entrante, appelé support à gain. Lorsque le milieu de gain reçoit l'énergie optique entrante, processus appelé pompage du milieu de gain, les photons de lumière entrants sont absorbés temporairement et excitent une partie des électrons du milieu à des niveaux d'énergie supérieurs. Ces électrons reviennent alors rapidement à leur niveau d'origine. Quand ils le font, l'énergie qu'ils perdent est libérée sous forme de photons, ce qui amplifie le signal d'origine. Si une très forte amplification est nécessaire, plusieurs amplificateurs peuvent être chaînés afin que le signal optique puisse traverser chacun d’eux en séquence.
De nombreuses substances différentes peuvent être utilisées comme supports de gain dans un amplificateur optique, en fonction de la puissance optique, de la longueur d'onde et d'autres caractéristiques souhaitées pour un dispositif particulier. Le milieu de gain le plus courant pour les amplificateurs optiques est le dioxyde de silicium dopé avec de petites quantités d'éléments de terres rares tels que l'erbium et l'ytterbium. D'autres supports de gain, tels que les semi-conducteurs ou les cristaux de grenat d'aluminium et d'yttrium, peuvent également être utilisés.
Un type d'amplificateur appelé amplificateur Raman amplifie les signaux optiques en exploitant un phénomène appelé diffusion Raman. Lorsque la lumière entrante entre en contact avec la matière, les photons non absorbés sont dispersés dans différentes directions. La grande majorité d'entre eux conservent la même longueur d'onde et la même fréquence qu'auparavant. Un très petit pourcentage d'entre eux, qui ont échangé de l'énergie avec les particules de matière en raison de l'énergie vibratoire de ces particules, ne le font pas.
L’exploitation de cette technologie pour l’amplification optique fait appel à deux sources de lumière, une pompe laser haute fréquence et une source lumineuse de basse fréquence et de longueur d’onde plus élevée provenant d’une fibre optique qui transporte le signal. Le milieu de gain dans un amplificateur Raman est pompé avec une lumière haute fréquence émise par un laser à pompe, excitant les particules du milieu et augmentant leur énergie vibratoire afin de stimuler la diffusion Raman. Lorsque les photons de longueur d'onde supérieure du signal optique traversent le milieu, le signal gagne de l'énergie aux dépens du faisceau de pompage et est amplifié. Cette méthode est principalement utilisée dans les technologies de télécommunication pour renforcer les signaux longue distance envoyés par des câbles à fibres optiques.