Un amplificatore ottico e’ un dispositivo comunemente utilizzato nella
rete di trasmissione a fibre ottiche. Le fibre ottiche possono essere
immaginate come dei “tubi” di vetro all’interno dei quali si propaga il
segnale luminoso. Per quanto trasparente possa essere il materiale che
compone la fibra ottica, la luce ne viene in piccola parte attenuata.
Dopo parecchi kilometri l’attenuazione non e’ piu’ trascurabile ed il
segnale va ripristinato, altrimenti non arrivera’ mai a destinazione.
Un comune vetro “da finestra” attenua notevolmente la luce che lo attraversa:
se con uno spessore di pochi mm ci appare perfettamente trasparente, gia’
alcuni cm o decine di cm mostrano una sensibile attenuazione. Prima della
commercializzazione degli amplificatori ottici, per risolvere il problema
dell’attenuazione si realizzavano delle stazioni di amplificazione in
cui il segnale veniva prima rilevato e convertito in elettrico, poi amplificato,
ed infine immesso nuovamente nella rete a fibre ottiche. Questo modo di
procedere aveva molti svantaggi: il costo, la praticita’, le caratteristiche
limitanti la banda passante e la velocita’ di trasmissione dell’elettronica,
etc.
Per ovviare a questi problemi nelle reti ottiche di recente costruzione
si utilizzano degli amplificatori ottici, cioe’ dei dispositivi in grado
di amplificare il segnale luminoso che li attraversa, senza bisogno di
convertirlo in elettricita’.
I vantaggi di queste tecniche sono notevoli: costo relativamente contenuto,
prestazioni in termini di banda passante e velocita’ eccellenti, affidabilita’
(alcuni sono addirittura installati sul fondo dell’oceano, dove ovviamente
non e’ possibile realizzare operazioni di manutenzione, per amplificare
i segnali che attraversano la rete Europa-America).
In realta’ esistono vari tipi di amplificatori ottici, che sfruttano
diversi fenomeni peculiari dell’ottica quantistica. I due tipi principali
sfruttano l’emissione stimolata lineare e l’emissione stimolata dell’effetto
Raman (non lineare). Concettualmente il modo in cui funzionano questi
dispositivi e’ lo stesso del laser: il segnale
luminoso che attraversa la fibra ottica incontra degli atomi eccitati
e causa il decadimento stimolato degli stessi.
Le leggi dell’ottica quantistica fanno si’ che durante il decadimento
l’atomo eccitato emetta luce con caratteristiche di frequenza e fase uguali
a quelle del fotone incidente. Nei laser c’e’ una coppia di specchi per
far si’ che il fascio emergente abbia delle caratteristiche costanti,
negli amplificatori ottici questa coppia di specchi non c’e’ ed il segnale
che esce e’ l’amplificazione di quello all’ingresso.
Ovviamente ci sono molti aspetti tecnici di importanza fondamentale per
il funzionamento del dispositivo, sui quali non entro in dettaglio: il
materiale che costituisce l’amplificatore (in pratica gli “atomi eccitati”
di cui sopra, in genere Erbio), il modo in cui questi vengono eccitati
(tipicamente con un altro segnale luminoso generato appositamente), il
modo in cui i due fasci vengono separati, etc.