Kas ir optiskais pastiprinātājs?

Visizplatītākā pastiprināšanas metode, kas izmanto to pašu parādību, ko izmanto optiski sūknējamos lāzeros, ir stimulēta emisija. Katrs optiskais pastiprinātājs, kas izmanto šo metodi, satur fizisku vidi, kas var pastiprināt ienākošo gaismu, ko sauc par pastiprināšanas vidi. Kad pastiprināšanas vide saņem ienākošo optisko enerģiju, process tiek dēvēts par pastiprināšanas vides sūknēšanu, ienākošie gaismas fotoni tiek īslaicīgi absorbēti un ierosina dažus barotnes elektronus uz augstāku enerģijas līmeni. Pēc tam šie elektroni ātri nokrīt atpakaļ sākotnējā līmenī. Kad viņi to dara, zaudētā enerģija tiek atbrīvota fotonu veidā, pastiprinot sākotnējo signālu. Ja nepieciešams ļoti liels pastiprinājums, vairākus pastiprinātājus var savienot kopā, lai optiskais signāls varētu iziet cauri katram no tiem secīgi.

Daudzas dažādas vielas var izmantot kā pastiprināšanas vidi optiskajā pastiprinātājā atkarībā no optiskās jaudas, viļņa garuma un citiem konkrētai ierīcei vēlamajiem parametriem. Visizplatītākā optisko pastiprinātāju pastiprināšanas vide ir silīcija dioksīds, kas leģēts ar nelielu daudzumu retzemju elementu, piemēram, erbija un iterbija. Var izmantot arī citus pastiprinošos materiālus, piemēram, pusvadītājus vai itrija alumīnija granāta kristālus.

Pastiprinātāja veids, ko sauc par Ramana pastiprinātāju, pastiprina optiskos signālus, izmantojot parādību, ko sauc par Ramana izkliedi. Kad ienākošā gaisma nonāk saskarē ar vielu, fotoni, kas netiek absorbēti, tiek izkliedēti dažādos virzienos. Lielākā daļa no tiem saglabā tādu pašu viļņa garumu un frekvenci kā iepriekš. Ļoti neliela daļa no tām, kuras ir apmainījušās ar enerģiju ar matērijas daļiņām šo daļiņu vibrācijas enerģijas dēļ, to nedara.

To izmantošana optiskajai pastiprināšanai ietver divus gaismas avotus, augstfrekvences sūkņa lāzeru un zemākas frekvences, augstāka viļņa garuma gaismas avotu no optiskās šķiedras, kas faktiski pārnēsā signālu. Pastiprināšanas vide Ramana pastiprinātājā tiek sūknēta ar augstfrekvences gaismu no sūkņa lāzera, satraucot barotnes daļiņas un palielinot to vibrācijas enerģiju, lai stimulētu Ramana izkliedi. Kad optiskā signāla fotoni ar augstāku viļņa garumu iziet cauri barotnei, signāls iegūst enerģiju uz sūkņa stara rēķina un tiek pastiprināts. Šo metodi galvenokārt izmanto telekomunikāciju tehnoloģijās, lai pastiprinātu tālsatiksmes signālus, kas tiek sūtīti, izmantojot optiskās šķiedras kabeļus.