Η ικανότητα ενίσχυσης των οπτικών σημάτων στις οπτικές ίνες στο κβαντικό τους όριο είναι μια κρίσιμη τεχνολογική πρόοδος που στηρίζει τη σύγχρονη κοινωνία της πληροφορίας μας. Η ζώνη μήκους κύματος 1550 nm χρησιμοποιείται στις οπτικές τηλεπικοινωνίες επειδή όχι μόνο έχει χαμηλή απώλεια σε οπτικές ίνες πυριτίου (για τις οποίες απονεμήθηκε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2008), αλλά και επειδή επιτρέπει την ενίσχυση αυτών των σημάτων, τα οποία είναι απαραίτητα για τη μεταβίβαση επικοινωνίας οπτικών ινών ωκεανών.
Η οπτική ενίσχυση παίζει βασικό ρόλο σε όλες σχεδόν τις τεχνολογίες που βασίζονται σε λέιζερ, όπως η οπτική επικοινωνία, που χρησιμοποιούνται για παράδειγμα σε κέντρα δεδομένων για την επικοινωνία μεταξύ διακομιστών και μεταξύ ηπείρων μέσω συνδέσεων υπερωκεάνιων ινών, σε εφαρμογές όπως το συνεκτικό συνεχές κύμα διαμόρφωσης συχνότητας (FMCW). LiDAR – μια αναδυόμενη τεχνολογία που μπορεί να ανιχνεύει και να παρακολουθεί αντικείμενα μακρύτερα, ταχύτερα και με μεγαλύτερη ακρίβεια από ποτέ. Σήμερα, οι οπτικοί ενισχυτές που βασίζονται σε ιόντα σπάνιων γαιών όπως το έρβιο, καθώς και οι ημιαγωγοί III-V, χρησιμοποιούνται ευρέως σε πραγματικές εφαρμογές.
Αυτές οι δύο προσεγγίσεις βασίζονται στην ενίσχυση με οπτικές μεταβάσεις. Υπάρχει όμως ένα άλλο παράδειγμα ενίσχυσης οπτικού σήματος: οι παραμετρικοί ενισχυτές ταξιδιωτικού κύματος, οι οποίοι επιτυγχάνουν την ενίσχυση του σήματος μεταβάλλοντας μια μικρή «παράμετρο» του συστήματος, όπως η χωρητικότητα ή η μη γραμμικότητα μιας γραμμής μετάδοσης.
Οπτικοί παραμετρικοί ενισχυτές
Είναι γνωστό από τη δεκαετία του ’80 ότι η εγγενής μη γραμμικότητα των οπτικών ινών μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί για τη δημιουργία οπτικών παραμετρικών ενισχυτών ταξιδιού κύματος, των οποίων το κέρδος είναι ανεξάρτητο από ατομικές ή ημιαγωγικές μεταβάσεις, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να είναι ευρείας ζώνης και ουσιαστικά να καλύψει οποιαδήποτε μήκος κύματος.
Οι παραμετρικοί ενισχυτές επίσης δεν υποφέρουν από ελάχιστο σήμα εισόδου, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ενίσχυση τόσο των πιο αδύναμων σημάτων όσο και της μεγάλης ισχύος εισόδου σε μία μόνο ρύθμιση. Και τέλος, το φάσμα απολαβής μπορεί να προσαρμοστεί με τη βελτιστοποίηση της γεωμετρίας κυματοδηγών και τη μηχανική διασποράς, η οποία προσφέρει τεράστια ευελιξία σχεδιασμού για μήκη κύματος και εφαρμογές στόχου.