เครื่องขยายสัญญาณแสงเป็นอุปกรณ์ที่ขยายสัญญาณแสงโดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าก่อน อาจมองเครื่องขยายสัญญาณแสงได้ว่าเป็นเลเซอร์ที่ไม่มีโพรงแสงหรือเป็นเลเซอร์ที่ลดการป้อนกลับ จากโพรงแสง เครื่องขยายสัญญาณแสงมีความสำคัญในด้าน การสื่อสารด้วยแสงและฟิสิกส์ของเลเซอร์โดยใช้เป็นตัวทวนสัญญาณแสง ใน สายเคเบิลใยแก้ว นำ แสงระยะไกลซึ่งเป็นส่วนสำคัญของระบบโทรคมนาคมทั่วโลก

มีกลไกทางกายภาพหลายอย่างที่สามารถใช้ในการขยายสัญญาณแสง ซึ่งสอดคล้องกับประเภทหลัก ๆ ของเครื่องขยายสัญญาณแสง ในเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วเจือสารและเลเซอร์แบบทั่วไปการปล่อยแสงแบบกระตุ้น ใน ตัวกลางขยายสัญญาณทำให้เกิดการขยายแสงที่เข้ามา ในเครื่องขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ (SOA) จะเกิด การรวมตัวกัน ของ อิเล็กตรอนและโฮล ในเครื่องขยายสัญญาณรามานการกระเจิงรามานของแสงที่เข้ามากับโฟนอนในโครงผลึกของตัวกลางขยายสัญญาณจะสร้างโฟตอนที่สอดคล้องกับโฟตอนที่เข้ามา ส่วนเครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริกใช้การขยายสัญญาณแบบพาราเมตริก

หลักการของการขยายสัญญาณแสงถูกคิดค้นโดยGordon Gouldเมื่อวันที่ 13 พฤศจิกายน พ.ศ. 2490 ^{[ 2 ]}เขาได้ยื่นจดสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกา US80453959A เมื่อวันที่ 6 เมษายน พ.ศ. 2492 ในชื่อ "เครื่องขยายสัญญาณแสงที่ใช้การชนกันเพื่อสร้างการผกผันของประชากร" ^{[ 3 ]} (ต่อมาได้รับการแก้ไขเพิ่มเติมบางส่วนและในที่สุดก็ได้รับการออกเป็นสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 4,746,201Aเมื่อวันที่ 4 พฤษภาคม พ.ศ. 2531) สิทธิบัตรนี้ครอบคลุม "การขยายสัญญาณแสงโดยการปล่อยโฟตอนแบบกระตุ้นจากไอออน อะตอม หรือโมเลกุลในสถานะก๊าซ ของเหลว หรือของแข็ง" ^{[ 4 ]}โดยรวมแล้ว Gould ได้รับสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องกับเครื่องขยายสัญญาณแสง 48 ฉบับ^{[ 5 ]}ซึ่งครอบคลุมเลเซอร์ 80% ในตลาด ณ เวลาที่ออกสิทธิบัตร^{[ 6 ]}

Gould ร่วมก่อตั้งบริษัทอุปกรณ์โทรคมนาคมทางแสงOptelecom Inc.ซึ่งช่วยเริ่มต้นCiena Corpร่วมกับอดีตหัวหน้าฝ่ายวิจัย Light Optics Research ของเขาDavid HuberและKevin Kimberlin Huber และ Steve Alexander จาก Ciena ได้คิดค้นเครื่องขยายสัญญาณแสงแบบสองขั้นตอน^{[ 7 ]} ( สิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกา 5,159,601 ) ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญของระบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งคลื่นหนาแน่น (DWDM) ระบบแรกที่พวกเขาเปิดตัวในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2539 ซึ่งถือเป็นการเริ่มต้นของเครือข่ายแสง^{[ 3 ]}ความสำคัญของมันได้รับการยอมรับในขณะนั้นโดยผู้เชี่ยวชาญด้านแสง Shoichi Sudo และนักวิเคราะห์เทคโนโลยีGeorge Gilderในปี พ.ศ. 2540 เมื่อ Sudo เขียนว่าเครื่องขยายสัญญาณแสง “จะนำมาซึ่งการปฏิวัติทั่วโลกที่เรียกว่ายุคข้อมูลข่าวสาร” ^{[ 4 ]}และ Gilder เปรียบเทียบเครื่องขยายสัญญาณแสงกับวงจรรวมในแง่ของความสำคัญ โดยทำนายว่ามันจะทำให้ยุคข้อมูลข่าวสารเป็นไปได้^{[ 8 ]}ระบบ WDM การขยายสัญญาณแสงเป็นพื้นฐานทั่วไปของเครือข่ายโทรคมนาคมท้องถิ่น เมโทร ระดับชาติ ระหว่างทวีป และใต้น้ำ^{[ 9 ]}และเป็นเทคโนโลยีที่เลือกใช้สำหรับโครงข่ายใยแก้วนำแสงของอินเทอร์เน็ต (เช่นสายเคเบิลใยแก้วนำ แสงเป็นพื้นฐานของ เครือข่ายคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน)

ตัวกลางขยายสัญญาณเลเซอร์เกือบทุกชนิดสามารถถูกกระตุ้นเพื่อสร้างการขยายสัญญาณให้กับแสงที่มีความยาวคลื่นเดียวกับเลเซอร์ที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกับตัวกลางขยายสัญญาณนั้นได้ เครื่องขยายสัญญาณประเภทนี้มักใช้ในการผลิตระบบเลเซอร์กำลังสูง ส่วนเครื่องขยายสัญญาณชนิดพิเศษ เช่นเครื่องขยายสัญญาณแบบสร้างใหม่ (regenerative amplifier ) ​​และเครื่องขยายสัญญาณแบบพัลส์แปรผัน (chirped-pulse amplifier) ​​ใช้ ในการขยายพัลส์ที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก

เครื่องขยายสัญญาณแบบโซลิดสเตทเป็นเครื่องขยายสัญญาณแสงที่ใช้วัสดุโซลิดสเตท ที่มีการเจือปนหลากหลายชนิด ( Nd: Yb:YAG, Ti:Sa ) และรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกัน (ดิสก์ แผ่น แท่ง) เพื่อขยายสัญญาณแสง ความหลากหลายของวัสดุทำให้สามารถขยายความยาวคลื่นที่แตกต่างกันได้ ในขณะที่รูปร่างของตัวกลางสามารถแยกแยะระหว่างวัสดุที่เหมาะสมกว่าสำหรับการปรับขนาดพลังงานหรือกำลังเฉลี่ยได้^{[ 10 ]}นอกเหนือจากการใช้งานในการวิจัยพื้นฐานตั้งแต่การตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วง^{[ 11 ]}ไปจนถึงฟิสิกส์พลังงานสูงที่National Ignition Facilityแล้ว ยังสามารถพบได้ในเลเซอร์พัลส์สั้นพิเศษ จำนวนมากใน ปัจจุบัน

เครื่องขยายสัญญาณแบบไฟเบอร์เจือสาร (DFA) เป็นเครื่องขยายสัญญาณแสงที่ใช้ไฟเบอร์นำแสงเจือสารเป็น ตัวกลางขยายสัญญาณแสง^{[ 12 ]} เครื่องขยายสัญญาณ เหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกับเลเซอร์ไฟเบอร์สัญญาณที่จะขยายและเลเซอร์ปั๊มจะถูกรวมเข้ากับไฟเบอร์เจือสาร และสัญญาณจะถูกขยายผ่านการโต้ตอบกับไอออน เจือ สาร

การขยายสัญญาณเกิดขึ้นจากการปล่อยโฟตอนแบบกระตุ้นจากไอออนของสารเจือปนในเส้นใยที่เจือปน เลเซอร์กระตุ้นไอออนให้มีพลังงานสูงขึ้น จากนั้นไอออนเหล่านั้นสามารถสลายตัวได้โดยการปล่อยโฟตอนแบบกระตุ้นที่ความยาวคลื่นของสัญญาณกลับไปยังระดับพลังงานที่ต่ำกว่า ไอออนที่ถูกกระตุ้นยังสามารถสลายตัวได้เอง (การปล่อยแบบเกิดขึ้นเอง) หรือแม้กระทั่งผ่านกระบวนการที่ไม่แผ่รังสีซึ่งเกี่ยวข้องกับการปฏิสัมพันธ์กับโฟนอนของเมทริกซ์แก้ว กลไกการสลายตัวสองแบบหลังนี้จะแข่งขันกับการปล่อยแบบกระตุ้น ทำให้ประสิทธิภาพการขยายแสงลดลง

ช่วงกำลังขยายของเครื่องขยายสัญญาณแสง คือช่วงความยาวคลื่นแสงที่เครื่องขยายสัญญาณให้กำลังขยายที่ใช้งานได้ ช่วงกำลังขยายนี้ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางสเปกโทรสโกปีของไอออนที่เจือปน โครงสร้างของแก้วในเส้นใยแก้วนำแสง และความยาวคลื่นและกำลังของเลเซอร์กระตุ้น

แม้ว่าการเปลี่ยนสถานะทางอิเล็กตรอนของไอออนเดี่ยวจะถูกกำหนดไว้อย่างดี แต่ระดับพลังงานจะกว้างขึ้นเมื่อไอออนถูกรวมเข้ากับแก้วของใยแก้วนำแสง ดังนั้นช่วงการขยายสัญญาณจึงกว้างขึ้นด้วย การขยายตัวนี้มีทั้งแบบเอกพันธุ์ (ไอออนทั้งหมดแสดงสเปกตรัมที่กว้างขึ้นเหมือนกัน) และแบบไม่เอกพันธุ์ (ไอออนต่าง ๆ ในตำแหน่งแก้วที่ต่างกันแสดงสเปกตรัมที่แตกต่างกัน) การขยายตัวแบบเอกพันธุ์เกิดจากปฏิกิริยากับโฟนอนของแก้ว ในขณะที่การขยายตัวแบบไม่เอกพันธุ์เกิดจากความแตกต่างในตำแหน่งแก้วที่ไอออนต่าง ๆ อยู่ ตำแหน่งที่ต่างกันทำให้ไอออนสัมผัสกับสนามไฟฟ้าเฉพาะที่ต่างกัน ซึ่งทำให้ระดับพลังงานเปลี่ยนไปผ่านปรากฏการณ์สตาร์กนอกจากนี้ ปรากฏการณ์สตาร์กยังขจัดความเสื่อมของสถานะพลังงานที่มีโมเมนตัมเชิงมุมรวมเท่ากัน (ระบุโดยเลขควอนตัม J) ดังนั้น ตัวอย่างเช่น ไอออนเออร์เบียมไตรวาเลนต์ (Er ³⁺ ) มีสถานะพื้นฐานที่มี J = 15/2 และเมื่อมีสนามไฟฟ้า ไอออนจะแยกออกเป็น J + 1/2 = 8 ระดับย่อยที่มีพลังงานแตกต่างกันเล็กน้อย สถานะกระตุ้นแรกมี J = 13/2 และดังนั้นจึงเป็นแมนิโฟลด์สตาร์กที่มี 7 ระดับย่อย การเปลี่ยนสถานะจากสถานะกระตุ้น J = 13/2 ไปยังสถานะพื้นฐาน J = 15/2 เป็นสาเหตุของการขยายสัญญาณที่ความยาวคลื่น 1500 นาโนเมตร สเปกตรัมการขยายสัญญาณของ EDFA มีหลายยอดที่ถูกทำให้เบลอด้วยกลไกการขยายสัญญาณข้างต้น ผลลัพธ์สุทธิคือสเปกตรัมที่กว้างมาก (โดยทั่วไป 30 นาโนเมตรในซิลิกา) แบนด์วิดท์การขยายสัญญาณที่กว้างของเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งใน ระบบสื่อสาร แบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นเนื่องจากสามารถใช้เครื่องขยายสัญญาณเพียงเครื่องเดียวในการขยายสัญญาณทั้งหมดที่ส่งผ่านใยแก้วนำแสงและมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วงการขยายสัญญาณ

เครื่องขยายสัญญาณแบบใช้ท่อนำคลื่นที่เจือด้วยเออร์เบียม (EDWA) เป็นเครื่องขยายสัญญาณแสงที่ใช้ท่อนำคลื่นในการเพิ่มกำลังสัญญาณแสง

ลำแสงที่มีกำลังค่อนข้างสูงที่เรียกว่าแสงปั๊มจะถูกผสมกับสัญญาณอินพุตที่ขยายแล้วโดยใช้ตัวเชื่อมต่อ สัญญาณอินพุตและแสงปั๊มจะต้องมีช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกันอย่างมาก แสงที่ผสมแล้วจะถูกส่งเข้าไปในส่วนของเส้นใยที่มีไอออนเออร์เบียมอยู่ภายในแกนกลาง ลำแสงที่มีกำลังสูงนี้จะกระตุ้นไอออนเออร์เบียมให้มีพลังงานสูงขึ้น เมื่อโฟตอนที่อยู่ในสัญญาณซึ่งมีความยาวคลื่นแตกต่างจากแสงปั๊มมาพบกับไอออนเออร์เบียมที่ถูกกระตุ้น ไอออนเออร์เบียมจะเกิดการปล่อยแสงแบบกระตุ้นและกลับสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่า

จุดสำคัญคือ เออร์เบียมจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอนเพิ่มเติม ซึ่งมีเฟส ความถี่ และทิศทางตรงกับสัญญาณที่กำลังขยาย ดังนั้นสัญญาณจึงถูกขยายไปตามทิศทางการเดินทางเท่านั้น นี่ไม่ใช่เรื่องผิดปกติ – เมื่ออะตอม “เลเซอร์” มันจะปล่อยพลังงานออกมาในทิศทางและเฟสเดียวกับแสงที่เข้ามาเสมอ ดังนั้นพลังงานสัญญาณเพิ่มเติมทั้งหมดจึงถูกนำทางในโหมดไฟเบอร์เดียวกันกับสัญญาณที่เข้ามา แสงปั๊มสามารถส่งเข้าไปในไฟเบอร์ในทิศทางเดียวกัน (การปั๊มไปข้างหน้า) หรือทิศทางตรงกันข้ามกับสัญญาณ (การปั๊มย้อนกลับ) โดย ปกติแล้วจะมีการติดตั้ง ตัวแยกแสงที่เอาต์พุตเพื่อป้องกันการสะท้อนกลับจากไฟเบอร์ที่เชื่อมต่อ การสะท้อนดังกล่าวจะรบกวนการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณ และในกรณีที่รุนแรงที่สุดอาจทำให้เครื่องขยายสัญญาณกลายเป็นเลเซอร์ได้

วงจรขยายสัญญาณที่เจือด้วยเออร์เบียมเป็นวงจรขยายสัญญาณที่มีอัตราขยายสูง

แหล่งกำเนิดเสียงรบกวนหลักใน DFA คือการปล่อยแสงแบบสุ่มที่ถูกขยาย (ASE) ซึ่งมีสเปกตรัมใกล้เคียงกับสเปกตรัมการขยายของแอมพลิฟายเออร์ ค่าตัวเลขเสียงรบกวนใน DFA ในอุดมคติคือ 3 dB ในขณะที่แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานจริงอาจมีค่าตัวเลขเสียงรบกวนสูงถึง 6–8 dB

นอกจากจะสลายตัวผ่านการปล่อยแบบกระตุ้นแล้ว อิเล็กตรอนในระดับพลังงานสูงยังสามารถสลายตัวโดยการปล่อยแบบเกิดขึ้นเอง ซึ่งเกิดขึ้นแบบสุ่ม ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของแก้วและระดับการผกผัน โฟตอนจะถูกปล่อยออกมาเองในทุกทิศทาง แต่สัดส่วนของโฟตอนเหล่านั้นจะถูกปล่อยออกมาในทิศทางที่อยู่ภายในรูรับแสงเชิงตัวเลขของเส้นใย และถูกจับและนำทางโดยเส้นใย โฟตอนที่ถูกจับอาจทำปฏิกิริยากับไอออนของสารเจือปนอื่นๆ และถูกขยายโดยการปล่อยแบบกระตุ้น ดังนั้น การปล่อยแบบเกิดขึ้นเองเริ่มต้นจึงถูกขยายในลักษณะเดียวกับสัญญาณ จึงเป็นที่มาของคำว่า การปล่อยแบบเกิดขึ้นเองที่ขยายแล้ว (Amplified Spontaneous Emission หรือ ASE) ASE ถูกปล่อยออกมาจากเครื่องขยายสัญญาณทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ แต่เฉพาะ ASE ในทิศทางไปข้างหน้าเท่านั้นที่เป็นปัญหาโดยตรงต่อประสิทธิภาพของระบบ เนื่องจากสัญญาณรบกวนนั้นจะแพร่กระจายไปพร้อมกับสัญญาณไปยังตัวรับ ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง อย่างไรก็ตาม การแพร่กระจายของ ASE ในทิศทางตรงกันข้ามอาจนำไปสู่การเสื่อมประสิทธิภาพของเครื่องขยายเสียง เนื่องจาก ASE สามารถลดระดับการกลับเฟส (inversion level) ซึ่งจะทำให้เกนของเครื่องขยายเสียงลดลง และเพิ่มปริมาณสัญญาณรบกวนเมื่อเทียบกับเกนของสัญญาณที่ต้องการ

สามารถวิเคราะห์ค่าตัวเลขสัญญาณรบกวนได้ทั้งในโดเมนแสงและโดเมนไฟฟ้า^{[ 13 ]}ในโดเมนแสง การวัด ASE อัตราขยายสัญญาณแสง และความยาวคลื่นสัญญาณโดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแสงช่วยให้สามารถคำนวณค่าตัวเลขสัญญาณรบกวนได้ สำหรับวิธีการวัดทางไฟฟ้า สัญญาณรบกวนกระแสไฟฟ้าที่ตรวจพบจะถูกประเมินด้วยเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมไฟฟ้าที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ ซึ่งเมื่อรวมกับการวัดอัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์ จะช่วยให้สามารถวัดค่าตัวเลขสัญญาณรบกวนได้ โดยทั่วไป เทคนิคทางแสงจะให้วิธีการที่ง่ายกว่า แม้ว่าจะไม่รวมผลกระทบของสัญญาณรบกวนส่วนเกินที่ตรวจจับได้ด้วยวิธีการทางไฟฟ้า เช่น การสร้างสัญญาณรบกวนจากการรบกวนหลายเส้นทาง (MPI) ในทั้งสองวิธี การให้ความสนใจกับผลกระทบต่างๆ เช่น การปล่อยแสงโดยธรรมชาติที่มาพร้อมกับสัญญาณอินพุตนั้นมีความสำคัญต่อการวัดค่าตัวเลขสัญญาณรบกวนอย่างแม่นยำ

การขยายสัญญาณใน DFA เกิดขึ้นจากการผกผันของประชากรไอออนของสารเจือปน ระดับการผกผันของ DFA ถูกกำหนดโดยหลักๆ แล้วจากกำลังของความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงและกำลังที่ความยาวคลื่นที่ขยายแล้ว เมื่อกำลังของสัญญาณเพิ่มขึ้น หรือกำลังของแหล่งกำเนิดแสงลดลง ระดับการผกผันจะลดลง และทำให้การขยายสัญญาณของเครื่องขยายลดลง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การอิ่มตัวของการขยายสัญญาณ – เมื่อระดับสัญญาณเพิ่มขึ้น เครื่องขยายจะอิ่มตัวและไม่สามารถสร้างกำลังเอาต์พุตได้อีกต่อไป ดังนั้นการขยายสัญญาณจึงลดลง การอิ่มตัวยังเรียกอีกอย่างว่า การบีบอัดการขยายสัญญาณ

เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการลดสัญญาณรบกวนที่ดีที่สุด DFA จะทำงานภายใต้การบีบอัดอัตราขยายในปริมาณมาก (โดยทั่วไป 10 dB) เนื่องจากจะช่วยลดอัตราการปล่อยสัญญาณรบกวนโดยธรรมชาติ ซึ่งจะช่วยลด ASE ข้อดีอีกประการหนึ่งของการทำงานของ DFA ในช่วงอัตราขยายอิ่มตัวคือ ความผันผวนเล็กน้อยในกำลังสัญญาณอินพุตจะลดลงในสัญญาณเอาต์พุตที่ขยายแล้ว: กำลังสัญญาณอินพุตที่ต่ำกว่าจะได้รับอัตราขยายที่สูงกว่า (อิ่มตัวน้อยกว่า) ในขณะที่กำลังสัญญาณอินพุตที่สูงกว่าจะได้รับอัตราขยายที่น้อยกว่า

ขอบนำของพัลส์จะถูกขยายจนกระทั่งถึงพลังงานอิ่มตัวของตัวกลางขยาย ในบางสภาวะ ความกว้าง ( FWHM ) ของพัลส์จะลดลง^{[ 14 ]}

เนื่องจากการขยายความกว้างของเส้นสเปกตรัมที่ไม่สม่ำเสมอของไอออนสารเจือปน ทำให้สเปกตรัมการขยายมีส่วนประกอบที่ไม่สม่ำเสมอ และเกิดการอิ่มตัวของการขยายในระดับเล็กน้อยในลักษณะที่ไม่สม่ำเสมอ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเผาไหม้ของรูสเปกตรัมเนื่องจากสัญญาณกำลังสูงที่ความยาวคลื่นหนึ่งสามารถ "เผาไหม้" รูในการขยายสำหรับความยาวคลื่นที่ใกล้เคียงกับสัญญาณนั้นได้โดยการอิ่มตัวของไอออนที่ขยายความกว้างอย่างไม่สม่ำเสมอ ความกว้างของรูสเปกตรัมจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะของใยแก้วนำแสงและกำลังของสัญญาณที่เผาไหม้ แต่โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็กกว่า 1 นาโนเมตรที่ปลายความยาวคลื่นสั้นของย่านความถี่ C และไม่กี่นาโนเมตรที่ปลายความยาวคลื่นยาวของย่านความถี่ C อย่างไรก็ตาม ความลึกของรูนั้นเล็กมาก ทำให้ยากต่อการสังเกตในทางปฏิบัติ

แม้ว่า DFA จะเป็นเครื่องขยายสัญญาณที่ไม่ขึ้นกับโพลาไรเซชันโดยพื้นฐาน แต่ไอออนของสารเจือปนจำนวนเล็กน้อยจะทำปฏิกิริยากับโพลาไรเซชันบางชนิดได้ดีกว่า และอาจเกิดการขึ้นกับโพลาไรเซชันของสัญญาณอินพุตเล็กน้อย (โดยทั่วไป < 0.5 dB) ซึ่งเรียกว่าการขยายสัญญาณที่ขึ้นกับโพลาไรเซชัน (PDG)

พื้นที่หน้าตัดการดูดกลืนและการปล่อยแสงของไอออนสามารถจำลองได้ด้วยรูปทรงรีที่มีแกนหลักเรียงตัวแบบสุ่มในทุกทิศทางในตำแหน่งต่างๆ ของแก้ว การกระจายตัวแบบสุ่มของทิศทางของรูปทรงรีในแก้วทำให้เกิดตัวกลางที่เป็นไอโซโทรปิกในระดับมหภาค แต่เลเซอร์ปั๊มที่แรงจะเหนี่ยวนำให้เกิดการกระจายตัวแบบแอนไอโซโทรปิกโดยการกระตุ้นไอออนที่เรียงตัวไปตามเวกเตอร์สนามแสงของปั๊มมากกว่า นอกจากนี้ ไอออนที่ถูกกระตุ้นซึ่งเรียงตัวไปตามสนามสัญญาณจะสร้างการปล่อยแสงแบบกระตุ้นมากขึ้น การเปลี่ยนแปลงของอัตราขยายจึงขึ้นอยู่กับการเรียงตัวของโพลาไรเซชันของเลเซอร์ปั๊มและเลเซอร์สัญญาณ กล่าวคือ เลเซอร์ทั้งสองกำลังมีปฏิสัมพันธ์กับกลุ่มย่อยของไอออนเจือปนเดียวกันหรือไม่ ในเส้นใยเจือปนในอุดมคติที่ไม่มีการหักเห สองทิศทาง ค่า PDG จะมีขนาดใหญ่เกินไปจนไม่สะดวก โชคดีที่ในเส้นใยนำแสงนั้นมักมีการหักเหสองทิศทางในปริมาณเล็กน้อยอยู่เสมอ และยิ่งไปกว่านั้น แกนเร็วและแกนช้าจะแปรผันแบบสุ่มไปตามความยาวของเส้นใย โดยทั่วไปแล้ว DFA จะมีความยาวหลายสิบเมตร ซึ่งยาวเพียงพอที่จะแสดงให้เห็นถึงความสุ่มของแกนการหักเหของแสงแล้ว ผลกระทบทั้งสองนี้รวมกัน (ซึ่งในเส้นใยส่งผ่านจะทำให้เกิดการกระจายตัวของโหมดโพลาไรเซชัน ) ทำให้เกิดการไม่ตรงกันของโพลาไรเซชันสัมพัทธ์ของเลเซอร์สัญญาณและเลเซอร์ปั๊มตามแนวเส้นใย จึงมีแนวโน้มที่จะเฉลี่ย PDG ออกไป ผลที่ได้คือ PDG นั้นสังเกตได้ยากมากในแอมพลิฟายเออร์ตัวเดียว (แต่จะสังเกตเห็นได้ในลิงก์ที่มีแอมพลิฟายเออร์หลายตัวเรียงกัน)

เครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยเออร์เบียม (EDFA) เป็นเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงที่ใช้งานมากที่สุด เนื่องจากช่วงการขยายสัญญาณตรงกับช่วงการส่งผ่านที่สามของใยแก้วนำแสงที่ทำจากซิลิกา แกนกลางของใยแก้วซิลิกาถูกเจือด้วย ไอออน เออร์เบียม ไตรวาเลน ต์ (Er ³⁺ ) และสามารถถูกกระตุ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยเลเซอร์ที่ความยาวคลื่น 980  นาโนเมตรและ 1480 นาโนเมตร หรือใกล้เคียง และแสดงการขยายสัญญาณในช่วง 1550 นาโนเมตร ช่วงการขยายสัญญาณของ EDFA จะแตกต่างกันไปตามการใช้งาน และอาจอยู่ในช่วงไม่กี่นาโนเมตรจนถึงประมาณ 80 นาโนเมตร การใช้งาน EDFA ทั่วไปในด้านโทรคมนาคมจะใช้ เครื่องขยายสัญญาณ แบบธรรมดาหรือ C-band (ตั้งแต่ประมาณ 1525 นาโนเมตรถึงประมาณ 1565 นาโนเมตร) หรือ เครื่องขยายสัญญาณ แบบยาวหรือ L-band (ตั้งแต่ประมาณ 1565 นาโนเมตรถึงประมาณ 1610 นาโนเมตร) ทั้งสองย่านความถี่นี้สามารถขยายสัญญาณได้ด้วย EDFA แต่โดยปกติแล้วจะใช้เครื่องขยายสัญญาณสองตัวที่แตกต่างกัน โดยแต่ละตัวได้รับการปรับแต่งให้เหมาะสมกับย่านความถี่ใดย่านหนึ่ง

ความแตกต่างหลักระหว่างแอมพลิฟายเออร์ย่านความถี่ C และ L คือ แอมพลิฟายเออร์ย่านความถี่ L ใช้เส้นใยนำแสงแบบเจือสารที่มีความยาวมากกว่า ความยาวของเส้นใยที่มากขึ้นช่วยให้สามารถใช้ระดับการผกผันที่ต่ำกว่าได้ ส่งผลให้เกิดการปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น (เนื่องจากโครงสร้างแถบพลังงานของเออร์เบียมในซิลิกา) ในขณะที่ยังคงให้กำลังขยายที่ใช้งานได้

EDFA มีแถบความถี่ในการปั๊มสองแถบที่ใช้กันทั่วไป คือ 980 นาโนเมตร และ 1480 นาโนเมตร แถบ 980 นาโนเมตร มีค่าพื้นที่หน้าตัดการดูดกลืนแสงสูงกว่า และโดยทั่วไปจะใช้ในกรณีที่ต้องการประสิทธิภาพการทำงานที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ แถบการดูดกลืนแสงค่อนข้างแคบ ดังนั้นโดยทั่วไปจึงจำเป็นต้องใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่มีความเสถียรของความยาวคลื่น แถบ 1480 นาโนเมตร มีค่าพื้นที่หน้าตัดการดูดกลืนแสงต่ำกว่า แต่กว้างกว่า และโดยทั่วไปจะใช้สำหรับเครื่องขยายกำลังสูง โดยทั่วไปแล้วจะใช้การปั๊มแบบผสมผสานระหว่าง 980 นาโนเมตร และ 1480 นาโนเมตร ในเครื่องขยายสัญญาณ

การขยายสัญญาณและการเกิดเลเซอร์ในเส้นใยที่เจือด้วยเออร์เบียมได้รับการสาธิตครั้งแรกในปี 1986–87 โดยสองกลุ่ม กลุ่มหนึ่งประกอบด้วยDavid N. Payne , R. Mears , IM Jauncey และ L. Reekie จากมหาวิทยาลัย Southampton ^{[ 15 ] [ 16 ]}และอีกกลุ่มหนึ่งจาก AT&T Bell Laboratories ซึ่งประกอบด้วย E. Desurvire, P. Becker และ J. Simpson ^{[ 17 ]}เครื่องขยายสัญญาณแสงแบบสองขั้นตอนที่ช่วยให้สามารถใช้การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งคลื่นหนาแน่น (DWDM) ได้นั้นถูกคิดค้นโดย Stephen B. Alexander ที่ Ciena Corporation ^{[ 18 ] [ 19 ]}

มีการใช้เครื่องขยายสัญญาณใยแก้วที่เจือด้วยธาตุทูเลียม ในย่านความถี่ S-band (1450–1490 นาโนเมตร) และ เครื่องขยายสัญญาณที่เจือด้วยธาตุพรา ซีโอดีเมียมในย่านความถี่ 1300 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม ย่านความถี่เหล่านั้นยังไม่ได้รับการใช้งานเชิงพาณิชย์อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นเครื่องขยายสัญญาณเหล่านั้นจึงไม่ได้รับการพัฒนามากเท่ากับ EDFA แต่ เลเซอร์และเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วที่เจือด้วย ธาตุอิตเทอร์เบียม ซึ่งทำงานที่ความยาวคลื่นใกล้ 1 ไมโครเมตร มีการใช้งานมากมายในกระบวนการแปรรูปวัสดุทางอุตสาหกรรม เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้สามารถผลิตได้ด้วยกำลังเอาต์พุตสูงมาก (หลายสิบกิโลวัตต์)

เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ (SOA) เป็นเครื่องขยายสัญญาณที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์เป็นตัวกลางในการขยายสัญญาณ^{[ 20 ]}เครื่องขยายสัญญาณเหล่านี้มีโครงสร้างคล้ายกับไดโอดเลเซอร์Fabry–Pérot แต่มีองค์ประกอบการออกแบบป้องกันการสะท้อนที่ปลายหน้าตัด การออกแบบล่าสุดรวมถึงการเคลือบป้องกันการสะท้อนและ บริเวณ นำคลื่นและหน้าต่างที่เอียงซึ่งสามารถลดการสะท้อนที่ปลายหน้าตัดให้น้อยกว่า 0.001% เนื่องจากสิ่งนี้ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานจากโพรงซึ่งมากกว่าการขยายสัญญาณ จึงทำให้เครื่องขยายสัญญาณไม่สามารถทำงานเป็นเลเซอร์ได้ SOA อีกประเภทหนึ่งประกอบด้วยสองส่วน ส่วนหนึ่งมีโครงสร้างของไดโอดเลเซอร์ Fabry-Pérot และอีกส่วนหนึ่งมีรูปทรงเรียวเพื่อลดความหนาแน่นของพลังงานที่หน้าตัดเอาต์พุต

โดยทั่วไปแล้ว ตัวขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์จะทำจากสารประกอบเซมิคอนดักเตอร์กลุ่ม III-V เช่นGaAs /AlGaAs, InP / InGaAs , InP /InGaAsP และInP /InAlGaAs แม้ว่าเซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างแถบพลังงานโดยตรงใดๆ เช่น II-VI ก็สามารถนำมาใช้ได้เช่นกัน ตัวขยายสัญญาณดังกล่าว มักใช้ในระบบโทรคมนาคมในรูปแบบของส่วนประกอบที่ต่อกับใยแก้วนำแสง โดยทำงานที่ความยาวคลื่นสัญญาณระหว่าง 850 นาโนเมตรถึง 1600 นาโนเมตร และสร้างอัตราขยายได้สูงสุดถึง 30 เดซิเบล

เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์มีขนาดเล็กและถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้า อาจมีราคาถูกกว่า EDFA และสามารถรวมเข้ากับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ตัวปรับสัญญาณ ฯลฯ ได้ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพยังคงไม่เทียบเท่ากับ EDFA SOA มีสัญญาณรบกวนสูงกว่า อัตราขยายต่ำกว่า การพึ่งพาโพลาไรเซชันปานกลาง และความไม่เชิงเส้น สูง พร้อมเวลาเปลี่ยนผ่านที่รวดเร็ว ข้อได้เปรียบหลักของ SOA คือสามารถดำเนินการแบบไม่เชิงเส้นทั้งสี่ประเภท (การปรับอัตราขยายแบบไขว้ การปรับเฟสแบบไขว้ การแปลงความยาวคลื่น และการผสมคลื่นสี่คลื่น ) ได้ นอกจากนี้ SOA ยังสามารถทำงานได้ด้วยเลเซอร์กำลังต่ำ^{[ 21 ]} สิ่งนี้เกิดจากอายุการใช้งานของสถานะบนที่สั้นในระดับนาโนวินาทีหรือน้อยกว่านั้น ทำให้อัตราขยายตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของกำลังปั๊มหรือสัญญาณอย่างรวดเร็ว และการเปลี่ยนแปลงของอัตราขยายยังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสซึ่งสามารถบิดเบือนสัญญาณได้ ความไม่เชิงเส้นนี้ก่อให้เกิดปัญหาที่ร้ายแรงที่สุดสำหรับการใช้งานการสื่อสารด้วยแสง อย่างไรก็ตาม มันให้ความเป็นไปได้สำหรับอัตราขยายในย่านความยาวคลื่นที่แตกต่างจาก EDFA "เครื่องขยายสัญญาณแสงเชิงเส้น" โดยใช้เทคนิคการหน่วงอัตราขยายได้รับการพัฒนาขึ้น

คุณสมบัติทางแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นสูงทำให้ตัวขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์น่าสนใจสำหรับการประมวลผลสัญญาณแสงทั้งหมด เช่น การสวิตช์ด้วยแสงและการแปลงความยาวคลื่น มีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับตัวขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ในฐานะองค์ประกอบสำหรับการประมวลผลสัญญาณแสง การแปลงความยาวคลื่น การกู้คืนสัญญาณนาฬิกา การแยกสัญญาณ และการจดจำรูปแบบ

อุปกรณ์ขยายสัญญาณแสงแบบโพรงแนวตั้ง (VCSOA) เป็นอุปกรณ์ใหม่ล่าสุดในตระกูล SOA อุปกรณ์เหล่านี้มีโครงสร้างคล้ายคลึงและมีคุณสมบัติหลายอย่างร่วมกับเลเซอร์เปล่งแสงจากพื้นผิวแบบโพรงแนวตั้ง ( VCSEL ) ความแตกต่างที่สำคัญเมื่อเปรียบเทียบ VCSOA กับ VCSEL คือการลดค่าการสะท้อนแสงของกระจกที่ใช้ในโพรงขยายสัญญาณ ใน VCSOA จำเป็นต้องลดการป้อนกลับเพื่อป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ถึงเกณฑ์การเกิดเลเซอร์ เนื่องจากความยาวของโพรงสั้นมากและตัวกลางขยายสัญญาณบางมาก อุปกรณ์เหล่านี้จึงมีอัตราการขยายสัญญาณแบบผ่านครั้งเดียวต่ำมาก (โดยทั่วไปอยู่ในระดับไม่กี่เปอร์เซ็นต์) และมีช่วงสเปกตรัมอิสระ (FSR) ที่กว้างมาก อัตราการขยายสัญญาณแบบผ่านครั้งเดียวที่ต่ำทำให้ต้องใช้ค่าการสะท้อนแสงของกระจกค่อนข้างสูงเพื่อเพิ่มอัตราการขยายสัญญาณโดยรวม นอกจากการเพิ่มอัตราการขยายสัญญาณโดยรวมแล้ว การใช้โครงสร้างโพรงแบบเรโซแนนซ์ ยัง ส่งผลให้แบนด์วิดท์การขยายสัญญาณแคบมาก เมื่อรวมกับ FSR ที่กว้างของโพรงแสง ทำให้การทำงานของ VCSOA ถูกจำกัดไว้ที่การขยายสัญญาณแบบช่องเดียวเท่านั้น ดังนั้น VCSOA จึงสามารถมองได้ว่าเป็นตัวกรองขยายสัญญาณ

ด้วยรูปทรงเรขาคณิตของโพรงแนวตั้ง VCSOA จึงเป็นเครื่องขยายสัญญาณแสงแบบโพรงเรโซแนนซ์ที่ทำงานโดยที่สัญญาณอินพุต/เอาต์พุตเข้า/ออกในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวเวเฟอร์ นอกจากขนาดที่เล็กแล้ว การทำงานในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวของ VCSOA ยังนำไปสู่ข้อดีหลายประการ ได้แก่ การใช้พลังงานต่ำ ค่าตัวเลขสัญญาณรบกวนต่ำ อัตราขยายที่ไม่ไวต่อโพลาไรเซชัน และความสามารถในการสร้างอาร์เรย์สองมิติที่มีแฟคเตอร์การเติมสูงบนชิปเซมิคอนดักเตอร์ชิ้นเดียว อุปกรณ์เหล่านี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการวิจัย แม้ว่าจะมีการสาธิตผลลัพธ์พรีแอมพลิฟายเออร์ที่น่าสนใจแล้วก็ตาม การขยายเทคโนโลยี VCSOA เพิ่มเติมคือการสาธิตอุปกรณ์ที่ปรับความยาวคลื่นได้ SOA แบบโพรงแนวตั้งที่ปรับได้ด้วย MEMS เหล่านี้ใช้กลไกการปรับแต่งแบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์ ( MEMS ) สำหรับการปรับแต่งความยาวคลื่นสูงสุดของแอมพลิฟายเออร์อย่างกว้างขวางและต่อเนื่อง^{[ 22 ]} SOA มีการตอบสนองการขยายที่รวดเร็วกว่า ซึ่งอยู่ในช่วง 1 ถึง 100 ps

เพื่อให้ได้กำลังเอาต์พุตสูงและช่วงความยาวคลื่นที่กว้างขึ้น จึงมีการใช้แอมพลิฟายเออร์แบบเรียว แอมพลิฟายเออร์เหล่านี้ประกอบด้วยส่วนโหมดเดี่ยวในแนวด้านข้างและส่วนที่มีโครงสร้างเรียว ซึ่งเป็นส่วนที่แสงเลเซอร์ถูกขยาย โครงสร้างเรียวนี้ทำให้ความหนาแน่นของกำลังที่หน้าตัดเอาต์พุตลดลง

พารามิเตอร์ทั่วไป: ^{[ 23 ]}

• ช่วงความยาวคลื่น: 633 ถึง 1480 นาโนเมตร
• กำลังไฟฟ้าขาเข้า: 10 ถึง 50 มิลลิวัตต์
• กำลังขับ: สูงสุด 3 วัตต์

ในเครื่องขยายสัญญาณรามาน สัญญาณจะถูกเพิ่มความเข้มด้วยการขยายสัญญาณรามานซึ่งแตกต่างจาก EDFA และ SOA ตรงที่ผลของการขยายสัญญาณเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาแบบไม่เชิงเส้นระหว่างสัญญาณและเลเซอร์ปั๊มภายในใยแก้วนำแสง เครื่องขยายสัญญาณรามานมีสองประเภท ได้แก่ แบบกระจายและแบบรวม เครื่องขยายสัญญาณรามานแบบกระจายคือแบบที่ใช้ใยแก้วนำแสงเป็นตัวกลางในการขยายสัญญาณโดยการมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นของเลเซอร์ปั๊มกับความยาวคลื่นของสัญญาณ ในขณะที่เครื่องขยายสัญญาณรามานแบบรวมจะใช้ใยแก้วนำแสงที่มีความยาวสั้นกว่าเพื่อการขยายสัญญาณ ในกรณีของเครื่องขยายสัญญาณรามานแบบรวม จะใช้ใยแก้วนำแสงที่มีความไม่เชิงเส้นสูงและมีแกนเล็กเพื่อเพิ่มปฏิกิริยาระหว่างความยาวคลื่นของสัญญาณและเลเซอร์ปั๊ม จึงช่วยลดความยาวของใยแก้วนำแสงที่ต้องการได้

แสงปั๊มอาจถูกป้อนเข้าสู่ใยแก้วนำแสงในทิศทางเดียวกับสัญญาณ (การปั๊มแบบทิศทางเดียวกัน) ในทิศทางตรงกันข้าม (การปั๊มแบบทิศทางตรงกันข้าม) หรือทั้งสองทิศทาง การปั๊มแบบทิศทางตรงกันข้ามนั้นพบได้บ่อยกว่า เนื่องจากช่วยลดการถ่ายทอดสัญญาณรบกวนจากแสงปั๊มไปยังสัญญาณได้

กำลังของแหล่งกำเนิดแสงที่จำเป็นสำหรับการขยายสัญญาณแบบรามานนั้นสูงกว่ากำลังที่จำเป็นสำหรับ EDFA โดยต้องใช้กำลังมากกว่า 500 มิลลิวัตต์เพื่อให้ได้ระดับการขยายสัญญาณที่มีประโยชน์ในเครื่องขยายสัญญาณแบบกระจาย ในขณะที่เครื่องขยายสัญญาณแบบรวมศูนย์ ซึ่งสามารถควบคุมแสงปั๊มได้อย่างปลอดภัยเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบด้านความปลอดภัยจากกำลังแสงสูง อาจใช้กำลังแสงมากกว่า 1 วัตต์

ข้อได้เปรียบหลักของการขยายสัญญาณแบบรามานคือความสามารถในการขยายสัญญาณแบบกระจายภายในเส้นใยนำส่ง ทำให้สามารถเพิ่มความยาวของช่วงระหว่างตัวขยายสัญญาณและ จุด กำเนิดสัญญาณได้ แบนด์วิดท์การขยายสัญญาณของตัวขยายสัญญาณแบบรามานถูกกำหนดโดยความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้ ดังนั้นจึงสามารถขยายสัญญาณได้ในบริเวณที่กว้างกว่าและแตกต่างกันกว่าที่อาจเป็นไปได้ด้วยตัวขยายสัญญาณประเภทอื่น ๆ ซึ่งอาศัยสารเจือปนและการออกแบบอุปกรณ์ในการกำหนด "ช่วง" การขยายสัญญาณ

เครื่องขยายสัญญาณรามานมีข้อดีพื้นฐานบางประการ ประการแรก อัตราขยายรามานมีอยู่ในเส้นใยทุกเส้น ซึ่งเป็นวิธีการอัพเกรดที่คุ้มค่าจากปลายสุด ประการที่สอง อัตราขยายไม่ใช่แบบเรโซแนนซ์ ซึ่งหมายความว่าอัตราขยายมีอยู่ทั่วทั้งช่วงความโปร่งใสของเส้นใยตั้งแต่ประมาณ 0.3 ถึง 2 μm ข้อดีประการที่สามของเครื่องขยายสัญญาณรามานคือ สเปกตรัมของอัตราขยายสามารถปรับแต่งได้โดยการปรับความยาวคลื่นของปั๊ม ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เส้นปั๊มหลายเส้นเพื่อเพิ่มแบนด์วิดท์ทางแสง และการกระจายของปั๊มจะเป็นตัวกำหนดความเรียบของอัตราขยาย ข้อดีอีกประการหนึ่งของการขยายสัญญาณรามานคือ เป็นเครื่องขยายสัญญาณแบบบรอดแบนด์ที่มีแบนด์วิดท์ > 5 THz และอัตราขยายค่อนข้างเรียบในช่วงความยาวคลื่นที่กว้าง^{[ 24 ]}

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายหลายประการสำหรับเครื่องขยายสัญญาณรามานได้ขัดขวางการนำไปใช้ก่อนหน้านี้ ประการแรก เมื่อเทียบกับ EDFA เครื่องขยายสัญญาณรามานมีประสิทธิภาพการปั๊มค่อนข้างต่ำที่กำลังสัญญาณต่ำ แม้จะเป็นข้อเสีย แต่การขาดประสิทธิภาพการปั๊มนี้ยังทำให้การจำกัดการขยายสัญญาณในเครื่องขยายสัญญาณรามานทำได้ง่ายขึ้น ประการที่สอง เครื่องขยายสัญญาณรามานต้องการไฟเบอร์ขยายสัญญาณที่ยาวกว่า อย่างไรก็ตาม ข้อเสียนี้สามารถบรรเทาได้โดยการรวมการขยายสัญญาณและการชดเชยการกระจายตัวไว้ในไฟเบอร์เดียว ข้อเสียประการที่สามของเครื่องขยายสัญญาณรามานคือเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว ซึ่งก่อให้เกิดแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนใหม่ ดังที่จะกล่าวถึงต่อไป สุดท้าย มีข้อกังวลเกี่ยวกับค่าปรับที่ไม่เป็นเชิงเส้นในเครื่องขยายสัญญาณสำหรับช่องสัญญาณ WDM ^{[ 24 ]}

หมายเหตุ: เนื้อหาในบทความฉบับก่อนหน้านี้ นำมาจากมาตรฐานของรัฐบาลกลางหมายเลข 1037C ซึ่งเป็น เอกสารสาธารณะ

เครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริกเชิงแสงช่วยให้สามารถขยายสัญญาณพัลส์ที่อ่อนแอในตัวกลางที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น ตัวกลางที่ไม่สมมาตรแบบ ไม่ศูนย์กลาง (เช่นเบต้าแบเรียมโบเรต (BBO)) หรือแม้แต่ใยแก้วนำแสงซิลิกาหลอมเหลวมาตรฐาน ผ่านปรากฏการณ์เคอร์ในทางตรงกันข้ามกับเครื่องขยายสัญญาณที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในสภาพแวดล้อมโทรคมนาคม เครื่องขยายสัญญาณประเภทนี้มีการใช้งานหลักในการขยายความสามารถในการปรับความถี่ของเลเซอร์โซลิดสเตตความเร็ว สูงพิเศษ (เช่นTi:sapphire ) โดยการใช้ รูปทรงเรขาคณิตการปฏิสัมพันธ์ ที่ไม่เป็นแนวเดียวกันเครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริกเชิงแสงจึงสามารถขยายสัญญาณได้ในแบนด์วิดธ์ที่กว้างมาก

ในศตวรรษที่ 21 เลเซอร์ไฟเบอร์ กำลังสูง ถูกนำมาใช้เป็นเครื่องมือในการแปรรูปวัสดุในอุตสาหกรรม และขยายไปสู่ตลาดอื่นๆ รวมถึงตลาดการแพทย์และวิทยาศาสตร์ การพัฒนาที่สำคัญอย่างหนึ่งที่ช่วยให้สามารถเจาะตลาดวิทยาศาสตร์ได้คือการปรับปรุงตัวขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่มีความละเอียดสูง ซึ่งสามารถให้ความกว้างของเส้นสเปกตรัมความถี่เดียว (<5 kHz) พร้อมกับคุณภาพลำแสงที่ยอดเยี่ยมและเอาต์พุตโพลาไรซ์เชิงเส้นที่เสถียร ระบบที่ตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจากกำลังเอาต์พุตเพียงไม่กี่วัตต์ในตอนแรก ไปเป็นหลายสิบวัตต์ และต่อมาเป็นหลายร้อยวัตต์ การเพิ่มกำลังนี้เกิดขึ้นจากการพัฒนาเทคโนโลยีไฟเบอร์ เช่น การนำเทคนิคการระงับ/ลดผลกระทบ ของ การกระเจิงบริลลูอิน แบบกระตุ้น (SBS) มาใช้ภายในไฟเบอร์ และการปรับปรุงการออกแบบเครื่องขยายสัญญาณโดยรวม รวมถึงไฟเบอร์ที่มีพื้นที่โหมดขนาดใหญ่ (LMA) ที่มีแกนเปิดขนาดเล็ก ^{[ 25 ]}ไฟเบอร์แบบแท่งที่มีโครงสร้างขนาดเล็ก^{[ 26 ] [ 27 ]}แกนเกลียว^{[ 28 ]}หรือไฟเบอร์แกนที่เชื่อมต่อแบบไครัล^{[ 29 ]}และไฟเบอร์แบบสองชั้นเรียว (T-DCF) ^{[ 30 ]}ณ ปี 2015 เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่มีความละเอียดสูง กำลังสูง และแบบพัลส์ให้กำลังในระดับที่สูงกว่าแหล่งกำเนิดความถี่เดียวแบบโซลิดสเตทเชิงพาณิชย์ และประสิทธิภาพที่เสถียรและเหมาะสมที่สุด ซึ่งเปิดโอกาสให้เกิดการใช้งานทางวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ^{[ 31 ]}

มีเครื่องมือจำลองหลายอย่างที่สามารถใช้ในการออกแบบเครื่องขยายสัญญาณแสงได้ เครื่องมือเชิงพาณิชย์ที่เป็นที่นิยมได้รับการพัฒนาโดย Optiwave Systems และ VPI Systems

• ทฤษฎีไม่เชิงเส้นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
• การขยายสัญญาณแบบสร้างใหม่

• ภาพรวมของตัวขยายสัญญาณแบบเทเปอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์
• ภาพรวมของแอมพลิฟายเออร์โซลิดสเตทที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์
• สารานุกรม RP Photonics เกี่ยวกับเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงและเครื่องขยายสัญญาณรามาน
• แนวโน้มปัจจุบันของระบบที่ไม่ใช้ตัวทวนสัญญาณ รวมถึง ROPA (Remote Optically-Pumped Amplifier)