Cos'è un amplificatore ottico?

Gli amplificatori ottici sono una tecnologia utilizzata per amplificare i segnali luminosi, chiamati anche segnali ottici.Un amplificatore ottico amplifica direttamente un segnale ottico, senza convertirlo in qualche altra forma intermedia.Questo lo distingue da un altro tipo di dispositivo, chiamato rigeneratore o ripetitore, che aumenta un segnale ottico in arrivo convertendolo in elettricità e quindi generando un nuovo segnale ottico.La tecnologia dell'amplificatore ottico aumenta i segnali ottici in dispositivi come laser e cavi in fibra ottica ed è importante per applicazioni come le telecomunicazioni.

Il metodo di amplificazione più comune, che sfrutta lo stesso fenomeno utilizzato nei laser pompati otticamente, è un'emissione stimolata.Ogni amplificatore ottico che utilizza questo metodo contiene un mezzo fisico che può amplificare la luce in arrivo, chiamato mezzo di guadagno.Quando il mezzo di guadagno riceve energia ottica in arrivo, un processo indicato come pompare il mezzo di guadagno, i fotoni di luce in arrivo vengono assorbiti temporaneamente ed eccitano alcuni elettroni a livelli di energia più elevati.Questi elettroni poi tornano rapidamente al loro livello originale.Quando lo fanno, l'energia che perdono viene rilasciata sotto forma di fotoni, amplificando il segnale originale.Se sono necessarie un'amplificazione molto elevata, possono essere incatenati più amplificatori in modo che il segnale ottico possa passare attraverso ciascuno di essi in sequenza.

Molte sostanze diverse possono essere utilizzate come media di guadagno in un amplificatore ottico, a seconda della potenza otticae altre caratteristiche desiderate per un determinato dispositivo.Il mezzo di guadagno più comune per gli amplificatori ottici è il biossido di silicio drogato con piccole quantità di elementi di terre rare come l'erbio e il itterbio.Possono anche essere usati altri media di guadagno, come semiconduttori o cristalli di granato in alluminio di ittrio.

Un tipo di amplificatore chiamato amplificatore Raman aumenta i segnali ottici sfruttando un fenomeno chiamato Scattering Raman.Quando la luce in arrivo entra in contatto con la materia, i fotoni che non sono assorbiti sono sparsi in diverse direzioni.La grande maggioranza di loro mantiene la stessa lunghezza d'onda e frequenza di prima.Una percentuale molto piccola di essi, che si sono scambiate energia con le particelle di materia a causa dell'energia vibrazionale di quelle particelle, non lo sfrutta.Frequenza, sorgente luminosa a lunghezza d'onda più alta da una fibra ottica che trasporta effettivamente il segnale.Il mezzo di guadagno in un amplificatore Raman viene pompata con luce ad alta frequenza da un laser a pompa, eccitando le particelle del mezzo e aumentando la loro energia vibrazionale per stimolare la dispersione di Raman.Man mano che i fotoni a lunghezza d'onda più alta del segnale ottico passano attraverso il mezzo, il segnale aumenta l'energia a spesa del raggio della pompa ed è amplificato.Questo metodo viene utilizzato principalmente nella tecnologia delle telecomunicazioni per aumentare i segnali a lunga distanza inviati attraverso cavi in fibra ottica.