Qu'est-ce qu'un amplificateur optique?
Les amplificateurs optiques sont une technologie utilisée pour amplifier les signaux légers, 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 stimule un signal optique entrant en le convertissant en électricité puis en générant un nouveau signal optique. La technologie des amplificateurs optiques stimule les signaux optiques dans des appareils tels que les lasers et les câbles à fibre optique et est important pour les applications telles que les télécommunications.
La méthode d'amplification la plus courante, qui exploite le même phénomène utilisé dans les lasers optiquement pompés, est une émission stimulée. Chaque amplificateur optique utilisant cette méthode contient un milieu physique qui peut amplifier la lumière entrante, appelée milieu de gain. Lorsque le milieu de gain reçoit une énergie optique entrante, un processus appelé pompage du milieu de gain, les photons de lumière entrants sont absorbés temporairementet exciter certains des électrons du milieu à des niveaux d'énergie plus élevés. Ces électrons reviennent ensuite rapidement à leur niveau d'origine. Quand ils le font, l'énergie qu'ils perdent est libérée sous forme de photons, en amplifiant le signal d'origine. Si une amplification très élevée est nécessaire, plusieurs amplificateurs peuvent être enchaînés afin que le signal optique puisse passer à travers chacun d'eux en séquence.
De nombreuses substances différentes peuvent être utilisées comme support de gain dans un amplificateur optique, en fonction de la puissance optique, de la longueur d'onde et d'autres caractéristiques souhaitées pour un appareil 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 le ytterbium. D'autres milieux de gain, tels que des semi-conducteurs ou des cristaux grenat en aluminium d'yttrium, peuvent également être utilisés.
Un type d'amplificateur appelé amplificateur Raman augmente les signaux optiques en exploitant un pHénomenion appelé la diffusion Raman. Lorsque la lumière entrante entre en contact avec la matière, les photons qui ne sont pas 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 faible pourcentage d'entre eux, qui ont échangé de l'énergie avec les particules de matière due à l'énergie vibrationnelle de ces particules, ne le font pas.
L'exploiter cela pour l'amplification optique implique deux sources lumineuses, un laser de pompe haute fréquence et une source lumineuse à faible fréquence et de longueur d'onde à partir d'une fibre optique qui transporte réellement le signal. Le milieu de gain dans un amplificateur Raman est pompé avec une lumière à haute fréquence d'un laser de pompe, excitant les particules du milieu et augmentant leur énergie vibratoire pour stimuler la diffusion Raman. Lorsque les photons de longueur d'onde supérieure du signal optique passent à travers le milieu, le signal gagne de l'énergie au détriment du faisceau de pompe et est amplifié. Cette méthode est principalement utilisée dans les télécommunicatsTechnologie des ions pour stimuler les signaux à longue distance envoyés via des câbles en fibre optique.