Co to jest wzmacniacz optyczny?
Wzmacniacze optyczne są technologią stosowaną do wzmocnienia sygnałów światła, zwanych także sygnałami optycznymi. Wzmacniacz optyczny wzmacnia sygnał optyczny bezpośrednio, bez przekształcania go w jakąś inną formę pośrednią. To odróżnia go od innego rodzaju urządzenia, zwanego regeneratorem lub repeaterem, który zwiększa przychodzący sygnał optyczny poprzez przekształcenie go w energię elektryczną, a następnie generowanie nowego sygnału optycznego. Technologia wzmacniacza optycznego zwiększa sygnały optyczne w urządzeniach takich jak lasery i kable światłowodowe i jest ważna w przypadku zastosowań takich jak telekomunikacja.
Najczęstszą metodą amplifikacji, która wykorzystuje to samo zjawisko, które zastosowano w optycznie pompowanych laserach, jest stymulowana emisja. Każdy wzmacniacz optyczny za pomocą tej metody zawiera fizyczne medium, które może wzmacniać przychodzące światło, zwane medium wzmocnienia. Gdy podłoże wzmocnienia odbiera przychodzącą energię optyczną, proces określany jako pompujący pożywkę wzmocnienia, przychodzące fotony światła są tymczasowo wchłanianei wzbudzić niektóre elektronom medium na wyższe poziomy energii. Te elektrony szybko wracają do pierwotnego poziomu. Kiedy to robią, energia, którą tracą, jest uwalniana w postaci fotonów, wzmacniając oryginalny sygnał. Jeśli potrzebne jest bardzo wysokie wzmocnienie, wiele wzmacniaczy można łączyć razem, aby sygnał optyczny mógł przechodzić przez każdy z nich w kolejności.
Wiele różnych substancji może być stosowane jako media wzmacniające w wzmacniaczu optycznym, w zależności od mocy optycznej, długości fali i innych cech pożądanych dla konkretnego urządzenia. Najczęstszym pożywką wzmacniającymi dla wzmacniaczy optycznych jest dwutlenek krzemu domieszkowanym niewielkimi ilościami elementów ziem rzadkich, takich jak Erbium i Ytterbium. Można również zastosować inne pożywki, takie jak półprzewodniki lub kryształy granatu glinu itrium.
Rodzaj wzmacniacza zwanego wzmacniaczem Ramana zwiększa sygnały optyczne poprzez wykorzystanie pHEnomenon nazwał rozproszenie Ramana. Gdy przychodzące światło wchodzi w kontakt z materią, fotony, które nie są wchłaniane, są rozproszone w różnych kierunkach. Zdecydowana większość z nich zachowuje taką samą długość fali i częstotliwości jak poprzednio. Bardzo mały odsetek z nich, które wymieniły energię z cząstkami materii z powodu energii wibracyjnej tych cząstek, nie.
Wykorzystanie tego do amplifikacji optycznej obejmuje dwa źródła światła, laser pompy o wysokiej częstotliwości i źródło światła o niższej częstotliwości z światłowodu optycznego, które faktycznie przenosi sygnał. Medium wzmocnienia w wzmacniaczu Ramana jest pompowane światłem o wysokiej częstotliwości z lasera pompy, ekscytują cząstki ośrodka i zwiększając ich energię wibracyjną w celu stymulowania rozpraszania Ramana. Gdy fotony sygnału optycznego przechodzą przez medium, sygnał zyskuje energię kosztem wiązki pompy i jest wzmacniany. Ta metoda jest stosowana przede wszystkim w telekomunikacieTechnologia jonów w celu zwiększenia sygnałów na duże odległości wysyłanych przez kable światłowodowe.