Cách ñây hàng hơn 10 năm, người ta ñã phát minh ra bộ khuếch ñại quang pha tạp Erbium và ñã chỉ ra một tiềm năng lớn khả năng khuếch ñại của sợi quang. Việc sử dụng các sợi quang có pha tạp ñể làm các bộ khuếch ñại tín hiệu ánh sáng ñã ñược
ñưa ra, các sợi này ñược xem như là sợi tích cực vì chúng có thể thay ñổi các ñặc tính vật lý của chúng theo sự thay ñổi nhiệt ñộ, áp suất,… và chúng lại có tính chất bức xạ
ánh sáng. Một ñiều quan tâm nhất ởñây là chúng có khả năng tự khuếch ñại hoặc tái tạo tín hiệu nếu như có kích thích phù hợp.
Các chất kích tạp và chất nhạy cảm ñã ñược dùng ñể pha tạp sợi dẫn quang với các mức ñộ tập trung khác nhau là các chất có chứa các ion ñất hiếm ñể trở thành bộ
khuếch ñại có thể minh họa nhưởHình 2.1 và Hình 2.2
Khi một ñiện tửở trạng thái cơ bản (E1) ñược kích thích từ một nguồn bức xạ có bước sóng phù hợp, nó sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển tới một mức cao hơn (E2). Từ mức này nó sẽ phân rã trực tiếp xuống trạng thái cơ bản theo các bức xạ hoặc nếu như có một mức năng lượng thấp hơn (E3) nó sẽ bức xạ xuống mức ñó trước. Từñây,
ñiện tử có thể phân rã xuống mức (E1) Hình 2.1 hoặc Hình 2.2 thông qua quá trình bức xạ tự phát, trong ñó năng lượng dư ra thu ñược nhờ sự phát photon có bước sóng dài hơn bước sóng kích thích.
Hình 2.1: Cơ chế bức xạ 3 mức
Hình 2.2 : Cơ chế bức xạ 4 mức
Nếu thời gian sống của mức (E3) ñủ dài ñể các ñiện tử ñược nguồn bơm kích thích, thì có thể xảy ra nghịch ñảo ñộ tích lũy. Đây là ñiều kiện ñể có một số các ñiện tử trên mức siêu bền (E3) nhiều hơn ở mức tới (E1) hoặc (E4) . Một photon có năng lượng tương ñương với sự chênh lệch mức giữa mức E3 và E1 (ñối với ba mức) hoặc giữa E3 và E4 (ñối với bốn mức) mà nó va chạm trên môi trường gây ra bức xạ kích thích của các photon. (Trong Hình 2.1 và Hình 2.2) còn lưu ý rằng ở ñiều kiện không kích thích, hầu hết các ñiện tử nằm ở trạng thái cơ bản E1. Như vậy nó sẽ dễ
dàng tạo ra nghịch ñảo tích lũy giữa các mức E3 và E4 hơn là E3 và E1 . Vì thế cho nên thông thường thì giá trị ngưỡng ở các laser bốn mức thấp hơn các laser ba mức.
Có nhiều các ion ñất hiếm có các dải huỳnh quang, vì vậy cho khả năng bức xạ
kích thích, ñiều này tạo ra các ứng dụng trong khuếch ñại các tín hiệu quang. Đáng chú ý nhất là Nd3+ , có các dải bức xạở 1,06 µm và 1,32 µm và Er3+ có các dải bức xạ ở 1,55 µm và 2,7 µm.Ngoài ra còn có Ho3+ bức xạở 2,08 µm và Tm3+ cho bức xạở
2,3 µm. Hiện nay các bộ khuếch ñại quang sợi pha tạp Erbium ñược phát triển mạnh mẽ nhất và phù hợp với bước sóng có suy hao nhỏ sẵn có của sợi dẫn quang, chúng