O que é um amplificador óptico?
Amplificadores ópticos são uma tecnologia usada para amplificar sinais de luz, também chamados de sinais ópticos. Um amplificador óptico amplifica um sinal óptico diretamente, sem convertê-lo em outra forma intermediária. Isso o diferencia de outro tipo de dispositivo, chamado regenerador ou repetidor, que aumenta o sinal óptico recebido, convertendo-o em eletricidade e gerando um novo sinal óptico. A tecnologia de amplificador óptico aumenta os sinais ópticos em dispositivos como lasers e cabos de fibra óptica e é importante para aplicações como telecomunicações.
O método de amplificação mais comum, que explora o mesmo fenômeno usado em lasers opticamente bombeados, é a emissão estimulada. Todo amplificador óptico que usa esse método contém um meio físico que pode amplificar a luz recebida, chamado meio de ganho. Quando o meio de ganho recebe energia óptica de entrada, um processo conhecido como bombear o meio de ganho, os fótons de luz são absorvidos temporariamente e excitam alguns dos elétrons do meio para níveis mais altos de energia. Esses elétrons rapidamente voltam ao seu nível original. Quando o fazem, a energia que perdem é liberada na forma de fótons, amplificando o sinal original. Se for necessária uma amplificação muito alta, vários amplificadores podem ser encadeados, de modo que o sinal óptico possa passar através de cada um deles em sequência.
Muitas substâncias diferentes podem ser usadas como meio de ganho em um amplificador óptico, dependendo da potência óptica, comprimento de onda e outras características desejadas para um dispositivo específico. O meio de ganho mais comum para amplificadores ópticos é o dióxido de silício dopado com pequenas quantidades de elementos de terras raras, como érbio e itérbio. Outros meios de ganho, como semicondutores ou cristais de granada de ítrio e alumínio, também podem ser usados.
Um tipo de amplificador chamado amplificador Raman aumenta os sinais ópticos ao explorar um fenômeno chamado dispersão Raman. Quando a luz que entra entra em contato com a matéria, os fótons que não são absorvidos são espalhados em direções diferentes. A grande maioria deles mantém o mesmo comprimento de onda e frequência de antes. Uma porcentagem muito pequena deles, que trocaram energia com as partículas da matéria devido à energia vibracional dessas partículas, não.
Explorar isso para amplificação óptica envolve duas fontes de luz, um laser de bomba de alta frequência e uma fonte de luz de menor frequência e maior comprimento de onda de uma fibra óptica que realmente transmite o sinal. O meio de ganho em um amplificador Raman é bombeado com luz de alta frequência de um laser de bomba, excitando as partículas do meio e aumentando sua energia vibracional para estimular a dispersão Raman. À medida que os fótons de comprimento de onda mais alto do sinal óptico passam pelo meio, o sinal ganha energia às custas do feixe da bomba e é amplificado. Este método é usado principalmente na tecnologia de telecomunicações para aumentar os sinais de longa distância enviados por cabos de fibra óptica.