Optiska förstärkare är en teknik som används för att förstärka ljussignaler, även kallade optiska signaler. En optisk förstärkare förstärker en optisk signal direkt, utan att omvandla den till någon annan mellanform. Detta skiljer den från en annan typ av enhet, som kallas en regenerator eller repeater, som förstärker en inkommande optisk signal genom att omvandla den till elektricitet och sedan generera en ny optisk signal. Optisk förstärkarteknik förstärker optiska signaler i enheter som lasrar och fiberoptiska kablar och är viktig för applikationer som telekommunikation.
Den vanligaste förstärkningsmetoden, som utnyttjar samma fenomen som används i optiskt pumpade lasrar, är stimulerad emission. Varje optisk förstärkare som använder denna metod innehåller ett fysiskt medium som kan förstärka inkommande ljus, så kallat förstärkningsmedium. När förstärkningsmediet tar emot inkommande optisk energi, en process som kallas att pumpa förstärkningsmediet, absorberas de inkommande fotonerna av ljus tillfälligt och exciterar en del av mediets elektroner till högre energinivåer. Dessa elektroner faller sedan snabbt tillbaka till sin ursprungliga nivå. När de gör det frigörs energin de förlorar i form av fotoner, vilket förstärker den ursprungliga signalen. Om mycket hög förstärkning behövs kan flera förstärkare kedjas samman så att den optiska signalen kan passera genom var och en av dem i sekvens.
Många olika ämnen kan användas som förstärkningsmedia i en optisk förstärkare, beroende på den optiska effekten, våglängden och andra egenskaper som önskas för en viss anordning. Det vanligaste förstärkningsmediet för optiska förstärkare är kiseldioxid dopad med små mängder sällsynta jordartsmetaller som erbium och ytterbium. Andra förstärkningsmedia, såsom halvledare eller granatkristaller av yttriumaluminium, kan också användas.
En typ av förstärkare som kallas en Raman-förstärkare förstärker optiska signaler genom att utnyttja ett fenomen som kallas Raman-spridning. När inkommande ljus kommer i kontakt med materia sprids fotoner som inte absorberas i olika riktningar. De allra flesta av dem behåller samma våglängd och frekvens som tidigare. En mycket liten andel av dem, som har utbytt energi med partiklarna av materia på grund av vibrationsenergin hos dessa partiklar, gör det inte.
Att utnyttja detta för optisk förstärkning involverar två ljuskällor, en högfrekvent pumplaser och en lägre frekvens, högre våglängdsljuskälla från en optisk fiber som faktiskt bär signalen. Förstärkningsmediet i en Raman-förstärkare pumpas med högfrekvent ljus från en pumplaser, exciterar mediets partiklar och ökar deras vibrationsenergi för att stimulera Raman-spridning. När de högre våglängdsfotonerna i den optiska signalen passerar genom mediet, får signalen energi på bekostnad av pumpstrålen och förstärks. Denna metod används främst inom telekommunikationsteknik för att förstärka långdistanssignaler som skickas genom fiberoptiska kablar.