Optiset vahvistimet ovat tekniikka, jota käytetään vahvistamaan valosignaaleja, joita kutsutaan myös optisiksi signaaleiksi. Optinen vahvistin vahvistaa optisen signaalin suoraan muuntamatta sitä johonkin muuhun välimuotoon. Tämä erottaa sen toisesta laitetyypistä, nimeltään regeneraattori tai toistin, joka tehostaa tulevaa optista signaalia muuntamalla sen sähköksi ja tuottamalla sitten uuden optisen signaalin. Optinen vahvistintekniikka parantaa optisia signaaleja laitteissa, kuten laserit ja kuituoptiset kaapelit, ja on tärkeä sovelluksissa, kuten tietoliikenteessä.
Yleisin vahvistinmenetelmä, joka hyödyntää samaa ilmiötä kuin optisesti pumpatut laserit, on stimuloitu emissio. Jokainen optinen vahvistin, joka käyttää tätä menetelmää, sisältää fyysisen välineen, joka voi vahvistaa tulevaa valoa, nimeltään vahvistusväline. Kun vahvistusväline vastaanottaa tulevaa optista energiaa, prosessia, jota kutsutaan vahvistusvälineen pumppaamiseksi, saapuvat valon fotonit absorboituvat tilapäisesti ja virittävät osan välineen elektroneista korkeammille energiatasoille. Nämä elektronit putoavat nopeasti takaisin alkuperäiselle tasolleen. Kun he tekevät, menettämänsä energia vapautuu fotonien muodossa vahvistamalla alkuperäistä signaalia. Jos tarvitaan erittäin suurta vahvistusta, useita vahvistimia voidaan ketjuttaa yhteen siten, että optinen signaali voi kulkea jokaisen niistä järjestyksessä.
Optisen vahvistimen vahvistusvälineinä voidaan käyttää monia erilaisia aineita riippuen optisesta tehosta, aallonpituudesta ja muista tietylle laitteelle halutuista ominaisuuksista. Yleisin optisten vahvistimien vahvistusväline on piidioksidi, johon on lisätty pieniä määriä harvinaisia maametalleja, kuten erbiumia ja ytterbiumia. Muita vahvistusvälineitä, kuten puolijohteita tai yttrium -alumiinigranaattikiteitä, voidaan myös käyttää.
Vahvistintyyppi, jota kutsutaan Raman -vahvistimeksi, tehostaa optisia signaaleja hyödyntämällä ilmiötä nimeltä Raman -hajonta. Kun tuleva valo joutuu kosketuksiin aineen kanssa, fotonit, jotka eivät imeydy, hajautuvat eri suuntiin. Suurin osa niistä säilyttää saman aallonpituuden ja taajuuden kuin ennen. Hyvin pieni osa heistä, jotka ovat vaihtaneet energiaa ainehiukkasten kanssa näiden hiukkasten värähtelyenergian vuoksi, eivät tee sitä.
Tämän hyödyntäminen optista vahvistusta varten sisältää kaksi valonlähdettä, korkeataajuisen pumppulaserin ja matalamman taajuuden korkeamman aallonpituuden valonlähteen optisesta kuidusta, joka todella siirtää signaalin. Raman-vahvistimen vahvistusväliaine pumpataan pumppulaserin korkeataajuisella valolla, joka jännittää väliaineen hiukkasia ja lisää niiden värähtelyenergiaa Raman-hajonnan stimuloimiseksi. Kun optisen signaalin korkeamman aallonpituuden fotonit kulkevat väliaineen läpi, signaali saa energiaa pumpun säteen kustannuksella ja vahvistuu. Tätä menetelmää käytetään pääasiassa tietoliikennetekniikassa kuituoptisten kaapeleiden kautta lähetettävien pitkän matkan signaalien tehostamiseksi.