Vad är en optisk förstärkare?
Optiska förstärkare är en teknik som används för att förstärka ljussignaler, även kallad optiska signaler. En optisk förstärkare förstärker en optisk signal direkt utan att konvertera den till någon annan mellanform. Detta skiljer den från en annan typ av anordning, kallad en regenerator eller repeater, som ökar en inkommande optisk signal genom att konvertera den till elektricitet och sedan generera en ny optisk signal. Optisk förstärkarteknik ökar optiska signaler i enheter som lasrar och fiberoptiska kablar och är viktigt för applikationer som telekommunikation.
Den vanligaste amplifieringsmetoden, som utnyttjar samma fenomen som används i optiskt pumpade lasrar, är stimulerad emission. Varje optisk förstärkare som använder denna metod innehåller ett fysiskt medium som kan förstärka inkommande ljus, kallat ett förstärkningsmedium. När förstärkningsmediet tar emot inkommande optisk energi, en process som kallas pumpning av förstärkningsmediet, absorberas de inkommande ljusfotonerna tillfälligt och väcker några av mediets elektroner till högre energinivåer. Dessa elektroner faller sedan snabbt tillbaka till sin ursprungliga nivå. När de gör det, frigörs energin som de förlorar i form av fotoner, vilket förstärker den ursprungliga signalen. Om mycket hög förstärkning behövs kan flera förstärkare kedjas ihop så att den optiska signalen kan passera genom var och en av dem i sekvens.
Många olika substanser kan användas som förstärkningsmedia i en optisk förstärkare, beroende på den optiska effekten, våglängden och andra egenskaper som önskas för en speciell anordning. Det vanligaste förstärkningsmediet för optiska förstärkare är kiseldioxid dopad med små mängder av sällsynta jordartselement som erbium och ytterbium. Andra förstärkningsmedier, såsom halvledare eller granatkristaller av yttriumaluminium, kan också användas.
En typ av förstärkare som kallas en Raman-förstärkare ökar optiska signaler genom att utnyttja ett fenomen som kallas Raman-spridning. När inkommande ljus kommer i kontakt med materia sprids fotoner som inte absorberas i olika riktningar. Den stora majoriteten av dem har samma våglängd och frekvens som tidigare. En mycket liten andel av dem, som har utbytt energi med partiklarna av materia på grund av vibrationerna hos dessa partiklar, gör det inte.
Att utnyttja detta för optisk förstärkning innebär två ljuskällor, en högfrekvent pumplaser och en lägre källa med högre våglängd från en optisk fiber som faktiskt bär signalen. Förstärkningsmediet i en Raman-förstärkare pumpas med högfrekvent ljus från en pumplaser, vilket spänner mediets partiklar och ökar deras vibrationsenergi för att stimulera Ramans spridning. När fotonerna med högre våglängd för den optiska signalen passerar genom mediet, får signalen energi på bekostnad av pumpstrålen och förstärks. Denna metod används främst inom telekommunikationsteknik för att öka långa avståndssignaler som skickas genom fiberoptiska kablar.