L'effetto amplificante dell'EDFA è generato dall'interazione della luce del segnale nella banda 1550nm attraverso la fibra dopata di Erbium e l'interazione degli ioni Er3. Quando la luce interagisce con la materia, la luce può essere considerata come un fascio di particelle composto da fotoni. L'energia di ogni fotone è: E-hv dove E è l'energia del fotone, v è la frequenza della luce e h è la costante di Planck.
Lo stato di energia dello ione Er3 nella fibra dopata di erbio non può essere assunto continuamente. Può essere solo in una serie di stati di energia discreti per diventare livelli di energia, e questi stati di energia diventano livelli di energia. Quando l'energia del fotone trasmesso nella fibra dopata dell'erbio è uguale alla differenza di energia tra due livelli di energia degli ioni Er3, gli ioni Er3 interagiranno con i fotoni per produrre radiazioni di eccitazione ed effetti di assorbimento dell'eccitazione. L'emissione stimolata si riferisce alla transizione dello ione Er3 e del fotone dall'alto livello di energia al basso livello di energia, emettendo un fotone che è esattamente lo stesso del fotone eccitato (la frequenza, la fase, la direzione di propagazione e lo stato di polarizzazione del laser sono gli stessi); L'assorbimento stimolato si riferisce all'ione Er3, che interagisce con il fotone per passare da un set a bassa energia a un alto livello di energia e assorbire il fotone eccitato.
Iniettando una luce della pompa sufficientemente forte nella fibra dopata dell'erbio, la maggior parte degli ioni Er3 nello stato del suolo può essere pompata allo stato ad alta energia, e gli ioni Er3 nello stato ad alta energia vengono rapidamente trasferiti allo stato metastabile senza radiazioni. Dal momento che gli ioni di Er3 hanno una durata di livello di energia più lunga nello stato metastabile, è facile formare un'inversione della popolazione tra lo stato metastable e lo stato del suolo, vale a dire, il numero di particelle Er3 nello stato metastabile è maggiore del numero di particelle Er3 nello stato del suolo.
Quando i fotoni del segnale passano attraverso la corda luminosa dopata e interagiscono con gli ioni Er3 per produrre un effetto di emissione stimolato, viene generato un gran numero di fotoni identici a se stessi. In questo momento, i fotoni di segnale trasmessi attraverso la fibra dopata dell'orecchio aumentano rapidamente, con conseguente amplificazione del segnale; solo pochi sono nello stato di terra I fotoni di segnale della squadra di Er3 soni producono un effetto di assorbimento stimolato, che assorbe i fotoni.
Lo stato metastabile e lo stato del suolo di Er3 e ioni hanno una certa larghezza, in modo che l'effetto di amplificazione di EDFA abbia un certo intervallo di lunghezza d'onda e il suo valore tipico sia 1530-1570nm. Quando gli ioni Er3 sono in uno stato metastabile, oltre all'emissione stimolata e all'assorbimento stimolato, vengono anche radiazioni spontanee, cioè gli ioni Er3 rimangono nello stato metastabile per un breve periodo e non hanno alcuna possibilità di interagire con i fotoni, e provengono spontaneamente dallo stato substabile. Lo stato costante passa allo stato del suolo ed emette fotoni nella banda 1550nm. Questo fotone è diverso dalla luce del segnale, e costituisce il rumore di EDFA. Poiché i fotoni a emissione spontanea vengono amplificati anche quando vengono trasmessi nella fibra dopata dell'erbio, quando la potenza ottica di ingresso dell'EDFA è bassa, verrà generato un rumore maggiore.
