Hva er en optisk forsterker?

July 17  by Eliza

Optiske forsterkere er aa teknologien som brukes til å forsterke lyssignaler, også kalt optiske signaler. En optisk forsterker som forsterker et optisk signal direkte, uten å omdanne 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 den til elektrisitet og deretter generere en ny optisk signal. Optisk forsterker teknologi øker optiske signaler i enheter som lasere og fiberoptiske kabler og er viktig for applikasjoner som telekommunikasjon.

Den vanligste forsterkning metode, som utnytter det samme fenomen som brukes i optisk pumpet laser, blir stimulert emisjon. Hver optisk forsterker ved hjelp av denne fremgangsmåten inneholder et fysisk medium som kan forsterke innkommende lys, som kalles en forsterkningsmedium. Når forsterkningsmediet mottar innkommende optisk energi, referert til som en prosess pumping av forsterkningsmediet, blir de innkommende fotoner av lys absorbert midlertidig og eksitere noen av mediets elektroner til høyere energinivåer. Disse elektroner deretter raskt falle tilbake til sitt opprinnelige nivå. Når de gjør det, blir energien de mister frigjøres i form av fotoner, forsterke det opprinnelige signalet. Dersom svært høy forsterkning som er nødvendig, kan flere forsterkere være lenket sammen slik at det optiske signal kan passere gjennom hvert av dem i sekvens.

Mange forskjellige stoffer kan brukes som forsterkningsmateriale i en optisk forsterker, avhengig av den optiske energien, bølgelengde, og andre egenskaper som ønskes for en bestemt enhet. Den mest vanlige forsterkningsmedium for optiske forsterkere er silisiumdioksyd dopet med små mengder av sjeldne jordelementer slik som erbium og ytterbium. Andre gain media, som halvledere eller yttrium aluminium granat krystaller, kan også brukes.

En type av forsterker kalles en Raman-forsterker øker optiske signaler ved å utnytte et fenomen som kalles Raman-spredning. Når innkommende lyset kommer i kontakt med materie, er fotoner som ikke absorberes spredt i ulike retninger. Det store flertallet av dem beholde den samme bølgelengde og frekvens som før. En meget liten prosentandel av dem, som er utvekslet energi med de stoffpartikler som følge av den vibrasjonsenergi av disse partiklene, ikke.

Utnyttelse av dette for optisk forsterkning omfatter to lyskilder, en høyfrekvent pumpelaser og en nedre frekvens, høyere bølgelengde lyskilde fra en optisk fiber som faktisk bærer signal. Forsterkningsmediet i en Raman-forsterker pumpes med høy frekvens lys fra en pumpelaser, begge partiklene av mediet og øke deres vibrasjonsenergi til å stimulere Raman-spredning. Som høyere bølgelengde fotoner av det optiske signalet passerer gjennom mediet, er signalet gevinster energi på bekostning av pumpestrålen og amplifisert. Denne metoden er først og fremst brukt i telekommunikasjon teknologi for å øke langdistanse signaler som sendes gjennom fiberoptiske kabler.