Was ist ein optischer Verstärker?

Optische Verstärker sind eine Technologie, die zur Verstärkung von Lichtsignalen verwendet wird, auch optische Signale.Ein optischer Verstärker verstärkt ein optisches Signal direkt, ohne es in eine andere Zwischenform umzuwandeln.Dies unterscheidet es von einer anderen Art von Gerät, die als Regenerator oder Repeater bezeichnet wird und ein eingehendes optisches Signal stärkt, indem es es in Elektrizität umwandelt und dann ein neues optisches Signal erzeugt.Die optische Verstärkerentechnologie steigert optische Signale in Geräten wie Lasern und Glasfaserkabeln und ist für Anwendungen wie Telekommunikation wichtig.

Die häufigste Verstärkungsmethode, die das gleiche Phänomen ausnutzt, das in opisch gepumpteten Lasern verwendet wird, wird die Emission stimuliert.Jeder optische Verstärker, der diese Methode verwendet, enthält ein physikalisches Medium, das eingehende Licht verstärken kann, das als Verstärkungsmedium bezeichnet wird.Wenn das Verstärkungsmedium eingehende optische Energie erhält, ein Prozess, der als Pumpen des Verstärkungsmediums bezeichnet wird, werden die eingehenden Lichtphotonen vorübergehend absorbiert und werden einige der Medienelektronen auf höhere Energieniveaus anregen.Diese Elektronen fallen dann schnell zu ihrem ursprünglichen Niveau zurück.Wenn sie es tun, wird die Energie, die sie verlieren, in Form von Photonen freigesetzt und das ursprüngliche Signal verstärkt.Wenn eine sehr hohe Verstärkung benötigt wird, können mehrere Verstärker miteinander verkettet werden, sodass das optische Signal nacheinander durchlaufen kann.und andere für ein bestimmte Gerät gewünschte Eigenschaften.Das häufigste Gewinnmedium für optische Verstärker ist Siliziumdioxid mit kleinen Mengen von Seltenerdelementen wie Erbium und Ytterbium.Andere Verstärkungsmedien wie Halbleiter oder Yttrium -Aluminium -Granatkristalle können auch verwendet werden.

Eine Art Verstärker, der als Raman -Verstärker bezeichnet wird, steigert optische Signale, indem ein Phänomen namens Raman -Streuung genutzt wird.Wenn eingehendes Licht mit Materie in Kontakt kommt, sind Photonen, die nicht absorbiert werden, in verschiedene Richtungen verstreut.Die große Mehrheit von ihnen behält die gleiche Wellenlänge und Frequenz wie zuvor.Ein sehr kleiner Prozentsatz von ihnen, der aufgrund der Schwingungsenergie dieser Partikel mit den Materiepartikeln Energie ausgetauscht hat, beinhaltet dies nicht.

Beinhalten dies für die optische Verstärkung mit zwei Lichtquellen, einem Hochfrequenzpumpenlaser und einem niedrigeren.Frequenz, Lichtquelle mit höherer Wellenlänge von einer optischen Faser, die das Signal tatsächlich trägt.Das Verstärkungsmedium in einem Raman-Verstärker wird mit hohem Frequenzlicht aus einem Pumpenlaser gepumpt, die Partikel des Mediums aufregen und ihre Schwingungsenergie erhöhen, um die Raman-Streuung zu stimulieren.Wenn die höhere Photonen des optischen Signals durch das Medium gehen, gewinnt das Signal die Energie auf Kosten des Pumpenstrahls und wird verstärkt.Diese Methode wird hauptsächlich in der Telekommunikationstechnologie verwendet, um die durch faseroptischen Kabel gesendeten Ferndistanzsignale zu steigern.