Wat is een optische versterker?
Optische versterkers zijn een technologie die wordt gebruikt om lichtsignalen te versterken, ook optische signalen genoemd. Een optische versterker versterkt een optisch signaal rechtstreeks, zonder het in een andere tussenvorm om te zetten. Dit onderscheidt het van een ander type apparaat, een regenerator of repeater genoemd, dat een binnenkomend optisch signaal versterkt door het in elektriciteit om te zetten en vervolgens een nieuw optisch signaal te genereren. Optische versterkertechnologie verhoogt optische signalen in apparaten zoals lasers en glasvezelkabels en is belangrijk voor toepassingen zoals telecommunicatie.
De meest voorkomende versterkingsmethode, die hetzelfde fenomeen gebruikt dat wordt gebruikt in optisch gepompte lasers, is gestimuleerde emissie. Elke optische versterker die deze methode gebruikt, bevat een fysiek medium dat binnenkomend licht kan versterken, een versterkingsmedium genoemd. Wanneer het versterkingsmedium binnenkomende optische energie ontvangt, een proces dat wordt aangeduid als het pompen van het versterkingsmedium, worden de binnenkomende fotonen van licht tijdelijk geabsorbeerd en exciteren sommige elektronen van het medium naar hogere energieniveaus. Deze elektronen vallen dan snel terug naar hun oorspronkelijke niveau. Als ze dat doen, komt de energie die ze verliezen vrij in de vorm van fotonen, waardoor het oorspronkelijke signaal wordt versterkt. Als een zeer hoge versterking nodig is, kunnen meerdere versterkers aan elkaar worden gekoppeld, zodat het optische signaal elk van hen in volgorde kan passeren.
Veel verschillende stoffen kunnen worden gebruikt als versterkingsmedia in een optische versterker, afhankelijk van het optische vermogen, de golflengte en andere gewenste eigenschappen voor een bepaald apparaat. Het meest gebruikelijke versterkingsmedium voor optische versterkers is siliciumdioxide gedoteerd met kleine hoeveelheden zeldzame aardelementen zoals erbium en ytterbium. Andere versterkingsmedia, zoals halfgeleiders of yttrium-aluminium-granaatkristallen, kunnen ook worden gebruikt.
Een type versterker dat een Raman-versterker wordt genoemd, versterkt optische signalen door gebruik te maken van een fenomeen dat Raman-verstrooiing wordt genoemd. Wanneer binnenkomend licht in contact komt met materie, worden fotonen die niet worden geabsorbeerd verspreid in verschillende richtingen. De grote meerderheid van hen behoudt dezelfde golflengte en frequentie als voorheen. Een zeer klein percentage van hen, die energie hebben uitgewisseld met de deeltjes van materie als gevolg van de trillingsenergie van die deeltjes, doet dat niet.
Het gebruik hiervan voor optische versterking omvat twee lichtbronnen, een hoogfrequente pomplaser en een lichtbron met een lagere frequentie en een hogere golflengte van een optische vezel die het signaal daadwerkelijk draagt. Het versterkingsmedium in een Raman-versterker wordt gepompt met hoogfrequent licht van een pomplaser, waardoor de deeltjes van het medium worden geëxciteerd en hun trillingsenergie wordt verhoogd om Raman-verstrooiing te stimuleren. Naarmate de fotonen met hogere golflengte van het optische signaal door het medium gaan, krijgt het signaal energie ten koste van de pompstraal en wordt het versterkt. Deze methode wordt voornamelijk gebruikt in de telecommunicatietechnologie om signalen over lange afstand via glasvezelkabels te stimuleren.