Erbium, ký hiệu Er, có số hiệu nguyên tử 68 và thuộc dãy lanthanide ở chu kỳ 6. Cấu hình electron nguyên tử là [Xe]4f126s2.
Erbium, ký hiệu Er, có số hiệu nguyên tử 68 và thuộc dãy lanthanide ở chu kỳ 6. Cấu hình electron nguyên tử là [Xe]4f126s2. Nguyên tố được biết đến trong thủy tinh có sắc hồng, laser và đặc biệt là các bộ khuếch đại quang dùng sợi pha tạp erbium. Giá trị công nghệ không đến từ việc kim loại Er tự dẫn tín hiệu trên đường truyền, mà từ những chuyển mức trong môi trường vật liệu được thiết kế.
Trong những hệ quang học thông dụng, erbium thường được xét ở trạng thái Er3+. Ion được đưa vào mạng thủy tinh hoặc tinh thể với nồng độ thích hợp. Thành phần nền và môi trường phối trí ảnh hưởng cách ion hấp thụ năng lượng, phát xạ và tương tác với những ion lân cận.
Không nên coi mạng thủy tinh chỉ là ống chứa những nguyên tử biệt lập. Các khuyết tật và thành phần đi kèm có thể làm tăng mất mát hoặc thay đổi phổ. Một sợi có erbium theo kết quả phân tích tổng chưa chắc đạt chất lượng khuếch đại nếu sự phân bố và môi trường liên kết không phù hợp.
Trong bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium, ánh sáng bơm đưa hệ ion vào những trạng thái năng lượng thích hợp. Tín hiệu đi qua có thể được tăng cường nhờ phát xạ kích thích trong miền hoạt động của thiết bị. Phần công suất tăng không xuất hiện từ hư không mà được chuyển từ nguồn năng lượng bơm.
Điều này giúp phân biệt khuếch đại với truyền ánh sáng thụ động. Một đoạn sợi không được bơm phù hợp không tự bù mọi suy hao của đường truyền chỉ vì có Er. Hệ còn cần các bộ ghép, thành phần cách ly và điều khiển để tạo điều kiện làm việc mong muốn.
Erbium được khai thác trong những bộ khuếch đại quanh vùng 1,55 micromet phù hợp với nhiều ứng dụng truyền thông quang. Tuy nhiên, độ khuếch đại không nhất thiết bằng nhau trên mọi bước sóng. Hình dạng phổ và sự phân bố công suất giữa các kênh là những yếu tố cần thiết kế.
Khi nhiều tín hiệu cùng đi qua, sự chia sẻ nguồn năng lượng kích thích có thể làm đáp ứng khác trường hợp chỉ có một kênh. Vì vậy, kết quả đo ở một bước sóng đơn lẻ chưa đủ để khẳng định chất lượng của toàn hệ truyền nhiều kênh. Cần xem xét công suất vào, phổ tín hiệu và chế độ vận hành.
Một bộ khuếch đại còn có thể bổ sung nhiễu do những quá trình phát xạ trong môi trường hoạt động. Vì thế, tăng công suất tín hiệu không luôn đi kèm cải thiện tương ứng khả năng đọc thông tin. Độ nhiễu, bão hòa và tính ổn định theo thời gian phải được đánh giá cùng độ khuếch đại.
Nồng độ pha tạp và chiều dài sợi có thể tạo những đánh đổi về hấp thụ bơm, hiệu suất và tương tác giữa các ion. Thêm nhiều erbium không tự động làm thiết bị tốt hơn. Những thông số vật liệu cần được tối ưu với cấu trúc quang và mục đích sử dụng cụ thể.
Erbium còn được dùng trong những môi trường laser và vật liệu tạo màu thích hợp. Phổ hấp thụ làm kính có sắc hồng không giống hoàn toàn cơ chế tạo chùm laser. Cần phân biệt một vật liệu lọc ánh sáng với một hệ có thể khuếch đại hoặc phát bức xạ dưới điều kiện kích thích.
Một số bước sóng được mô tả bằng thuật ngữ thuận lợi cho những ứng dụng nhất định, nhưng không có nghĩa mọi laser chứa erbium an toàn khi nhìn trực tiếp. Bước sóng, công suất và dạng xung cùng quyết định yêu cầu bảo vệ. Thông tin về nguyên tố không thay thế phân loại và hướng dẫn an toàn của thiết bị quang thực tế.
