Τι είναι ένας οπτικός ενισχυτής;

Οι οπτικοί ενισχυτές είναι μια τεχνολογία Α που χρησιμοποιείται για την ενίσχυση των σημάτων φωτός, που ονομάζονται επίσης οπτικά σήματα.Ένας οπτικός ενισχυτής ενισχύει ένα οπτικό σήμα απευθείας, χωρίς να το μετατρέπει σε κάποια άλλη ενδιάμεση μορφή.Αυτό το διακρίνει από έναν άλλο τύπο συσκευής, που ονομάζεται Regenerator ή Repeater, που ενισχύει ένα εισερχόμενο οπτικό σήμα μετατρέποντάς το σε ηλεκτρική ενέργεια και στη συνέχεια δημιουργώντας ένα νέο οπτικό σήμα.Η τεχνολογία οπτικού ενισχυτή ενισχύει τα οπτικά σήματα σε συσκευές όπως λέιζερ και οπτικά καλώδια και είναι σημαντικές για εφαρμογές όπως οι τηλεπικοινωνίες.

Η πιο κοινή μέθοδος ενίσχυσης, η οποία εκμεταλλεύεται το ίδιο φαινόμενο που χρησιμοποιείται σε οπτικά αντλημένα λέιζερ, διεγείρεται εκπομπής.Κάθε οπτικός ενισχυτής χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο περιέχει ένα φυσικό μέσο που μπορεί να ενισχύσει το εισερχόμενο φως, που ονομάζεται μέσο κέρδους.Όταν το μέσο κέρδους λαμβάνει εισερχόμενη οπτική ενέργεια, μια διαδικασία που αναφέρεται ως αντλώντας το μέσο κέρδους, τα εισερχόμενα φωτόνια φωτός απορροφώνται προσωρινά και διεγείρουν μερικά από τα ηλεκτρόνια του μέσου σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας.Αυτά τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια πέφτουν γρήγορα στο αρχικό τους επίπεδο.Όταν το κάνουν, η ενέργεια που χάνουν απελευθερώνεται με τη μορφή φωτονίων, ενισχύοντας το αρχικό σήμα.Εάν απαιτείται πολύ υψηλή ενίσχυση, πολλοί ενισχυτές μπορούν να αλυσοδεστούν έτσι ώστε το οπτικό σήμα να μπορεί να περάσει από καθένα από αυτά σε σειρά., και άλλα χαρακτηριστικά που επιθυμούν για μια συγκεκριμένη συσκευή.Το πιο συνηθισμένο μέσο κέρδους για οπτικούς ενισχυτές είναι το διοξείδιο του πυριτίου που έχει δοκεθεί με μικρές ποσότητες στοιχείων σπάνιων γαιών όπως το erbium και το ytterbium.Άλλα μέσα κέρδους, όπως ημιαγωγοί ή κρυστάλλους γρανάτη αλουμινίου Yttrium, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν.

Ένας τύπος ενισχυτή που ονομάζεται ενισχυτής Raman ενισχύει τα οπτικά σήματα εκμεταλλευόμενοι ένα φαινόμενο που ονομάζεται Scatters Raman.Όταν το εισερχόμενο φως έρχεται σε επαφή με την ύλη, τα φωτόνια που δεν απορροφώνται είναι διάσπαρτα σε διαφορετικές κατευθύνσεις.Η μεγάλη πλειοψηφία διατηρεί το ίδιο μήκος κύματος και συχνότητα όπως πριν.Ένα πολύ μικρό ποσοστό από αυτά, τα οποία έχουν ανταλλάξει ενέργεια με τα σωματίδια της ύλης λόγω της δονητικής ενέργειας αυτών των σωματιδίων, δεν το κάνουν. Η εκμετάλλευση αυτού για την οπτική ενίσχυση περιλαμβάνει δύο πηγές φωτός, ένα λέιζερ αντλίας υψηλής συχνότητας και κάτω-Συχνότητα, πηγή φωτός μήκους κύματος από οπτική ίνα που μεταφέρει πραγματικά το σήμα.Το μέσο κέρδους σε έναν ενισχυτή Raman αντλείται με φως υψηλής συχνότητας από ένα λέιζερ αντλίας, συναρπαστικό τα σωματίδια του μέσου και αυξάνοντας τη δονητική τους ενέργεια για να διεγείρει τη διασπορά Raman.Καθώς τα φωτόνια υψηλότερου μήκους κύματος του οπτικού σήματος περνούν μέσω του μέσου, το σήμα κερδίζει ενέργεια σε βάρος της δέσμης της αντλίας και ενισχύεται.Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως στην τεχνολογία των τηλεπικοινωνιών για την ενίσχυση των σημάτων μεγάλων αποστάσεων που αποστέλλονται μέσω καλωδίων οπτικών ινών.