Hva er en optisk forsterker?
Optiske forsterkere er en teknologi som brukes til å forsterke lyssignaler, også kalt optiske signaler. En optisk forsterker forsterker et optisk signal direkte, uten å konvertere det til en annen mellomform. Dette skiller den fra en annen type enhet, kalt en regenerator eller repeater, som øker et innkommende optisk signal ved å konvertere det til elektrisitet og deretter generere et nytt optisk signal. Optisk forsterkerteknologi øker optiske signaler i enheter som lasere og fiberoptiske kabler og er viktig for applikasjoner som telekommunikasjon.
Den vanligste forsterkningsmetoden, som utnytter det samme fenomenet som brukes i optisk pumpede lasere, er stimulert utslipp. Hver optiske forsterker som bruker denne metoden inneholder et fysisk medium som kan forsterke innkommende lys, kalt et forsterkningsmedium. Når forsterkningsmediet mottar innkommende optisk energi, en prosess som blir referert til som å pumpe forsterkningsmediet, blir de innkommende fotonene av lys absorbert midlertidig og begeistrer noen av mediumets elektroner til høyere energinivå. Disse elektronene faller deretter raskt tilbake til sitt opprinnelige nivå. Når de gjør det, blir energien de mister frigjort i form av fotoner, og forsterker det originale signalet. Hvis det er behov for veldig høy forsterkning, kan flere forsterkere lenkes sammen slik at det optiske signalet kan passere gjennom hver av dem i rekkefølge.
Mange forskjellige stoffer kan brukes som forsterkningsmedium i en optisk forsterker, avhengig av den optiske kraften, bølgelengden og andre egenskaper som ønskes for en spesiell enhet. Det vanligste forsterkningsmediet for optiske forsterkere er silisiumdioksid dopet med små mengder sjeldne jordartselementer som erbium og ytterbium. Andre forsterkningsmedier, som halvledere eller granatkrystaller av yttriumaluminium, kan også brukes.
En type forsterker kalt en Raman-forsterker øker optiske signaler ved å utnytte et fenomen som kalles Raman-spredning. Når innkommende lys kommer i kontakt med materie, blir fotoner som ikke blir absorbert spredt i forskjellige retninger. De aller fleste av dem har samme bølgelengde og frekvens som før. En veldig liten prosentandel av dem, som har byttet energi med partiklene av materie på grunn av vibrasjonsenergien til disse partiklene, gjør det ikke.
Å utnytte dette for optisk forsterkning involverer to lyskilder, en høyfrekvent pumpelaser og en lavere frekvens, lyskilde med høyere bølgelengde fra en optisk fiber som faktisk bærer signalet. Forsterkningsmediet i en Raman-forsterker pumpes med høyfrekvent lys fra en pumpelaser, spennende partiklene i mediet og øker deres vibrasjonsenergi for å stimulere Ramanspredning. Når fotonene med høyere bølgelengde til det optiske signalet passerer gjennom mediet, får signalet energi på bekostning av pumpestrålen og forsterkes. Denne metoden brukes hovedsakelig i telekommunikasjonsteknologi for å øke langdistansesignaler sendt gjennom fiberoptiske kabler.