光増幅器とは

光増幅器は、光信号とも呼ばれる光信号の増幅に使用される技術です。 光増幅器は、光信号を他の中間形式に変換せずに直接増幅します。 これは、再生器またはリピータと呼ばれる、着信光信号を電気に変換してから新しい光信号を生成することによりブーストする別のタイプのデバイスとは異なります。 光増幅器技術は、レーザーや光ファイバーケーブルなどのデバイスの光信号を増幅し、通信などのアプリケーションに重要です。

光励起レーザーで使用されるのと同じ現象を利用する最も一般的な増幅方法は、誘導放出です。 この方法を使用するすべての光増幅器には、ゲイン媒体と呼ばれる入射光を増幅できる物理媒体が含まれています。 ゲイン媒体が入射光エネルギーを受け取ると、ゲイン媒体のポンピングと呼ばれるプロセスは、入ってくる光の光子が一時的に吸収され、媒体の電子の一部をより高いエネルギーレベルに励起します。 これらの電子は、その後すぐに元のレベルに戻ります。 そうすると、失われたエネルギーが光子の形で放出され、元の信号が増幅されます。 非常に高い増幅が必要な場合、複数のアンプをチェーン接続して、光信号が各アンプを順番に通過できるようにすることができます。

特定のデバイスに必要な光パワー、波長、およびその他の特性に応じて、多くの異なる物質を光増幅器のゲインメディアとして使用できます。 光増幅器の最も一般的な利得媒体は、エルビウムやイッテルビウムなどの希土類元素を少量ドープした二酸化ケイ素です。 半導体やイットリウムアルミニウムガーネット結晶など、他のゲインメディアも使用できます。

ラマン増幅器と呼ばれる増幅器の一種は、ラマン散乱と呼ばれる現象を利用して光信号を増幅します。 入射光が物質と接触すると、吸収されない光子はさまざまな方向に散乱します。 それらの大部分は、以前と同じ波長と周波数を保持しています。 それらの粒子の振動エネルギーのために物質の粒子とエネルギーを交換したそれらの非常に小さな割合はそうではありません。

これを光増幅に利用するには、2つの光源、高周波ポンプレーザーと、実際に信号を伝送する光ファイバーからの低周波、高波長の光源が必要です。 ラマン増幅器のゲイン媒体は、ポンプレーザーからの高周波光でポンピングされ、媒体の粒子を励起し、その振動エネルギーを増加させてラマン散乱を刺激します。 光信号の高波長の光子が媒体を通過すると、信号はポンプビームを犠牲にしてエネルギーを獲得し、増幅されます。 この方法は、主に通信技術で使用され、光ファイバケーブルを介して送信される長距離信号を増幅します。