O efeito amplificador do EDFA é gerado pela interação da luz sinalizadora na banda de 1550nm através da fibra dopada com Erbium e a interação dos íons Er3+. Quando a luz interage com a matéria, a luz pode ser considerada um feixe de partículas composto de fótons. A energia de cada fóton é: E = hv onde E é a energia do fóton, v é a frequência da luz eh é a constante de Planck' s.
O estado de energia do íon Er3+ na fibra dopada com érbio não pode ser medido continuamente. Só pode ocorrer em uma série de estados de energia discretos se tornarem níveis de energia, e esses estados de energia se tornarem níveis de energia. Quando a energia do fóton transmitida na fibra dopada com érbio é igual à diferença de energia entre dois níveis de energia de íons Er3+, os íons Er3+ irão interagir com os fótons para produzir efeitos de radiação de excitação e absorção de excitação. A emissão estimulada refere-se à transição do íon Er3+ e do fóton de alto nível de energia para baixo nível de energia, emitindo um fóton que é exatamente o mesmo que o fóton excitado (a frequência, fase, direção de propagação e estado de polarização do laser são os mesmo); absorção estimulada refere-se a O íon Er3+ interage com o fóton para fazer a transição de um conjunto de baixa energia para um nível de alta energia e absorver o fóton excitado.
Ao injetar luz de bomba suficientemente forte na fibra dopada com érbio, a maioria dos íons Er3+ no estado fundamental podem ser bombeados para o estado de alta energia, e os íons Er3+ no estado de alta energia são rapidamente transferidos para o metaestável estado sem radiação. Uma vez que íons Er3+ têm uma vida útil de nível de energia mais longa no estado metaestável, é fácil formar uma inversão populacional entre o estado metaestável e o estado fundamental, ou seja, o número de partículas Er3+ no estado metaestável é maior do que o número de partículas Er3+ no estado fundamental.
Quando os fótons de sinal passam pela cadeia de luz dopada no ouvido e interagem com os íons Er3+ para produzir um efeito de emissão estimulada, um grande número de fótons idênticos a eles é gerado. Nesse momento, os fótons de sinal transmitidos pela fibra dopada no ouvido aumentam rapidamente, resultando na amplificação do sinal; apenas alguns estão no estado fundamental. Os fótons de sinal da equipe de íons Er3+ produzem um efeito de absorção estimulado, que absorve fótons.
O estado metaestável e o estado fundamental do íon Er3+ têm uma certa largura, de modo que o efeito de amplificação do EDFA tem uma certa faixa de comprimento de onda e seu valor típico é 1530-1570 nm. Quando os íons Er3+ estão em estado metaestável, além da emissão estimulada e da absorção estimulada, também é gerada radiação espontânea, ou seja, os íons Er3+ ficam no estado metaestável por um curto período de tempo e não têm chance de interagir com os fótons, e virá espontaneamente do estado substable. O estado estacionário faz a transição para o estado fundamental e emite fótons na banda de 1550 nm. Esse fóton é diferente da luz do sinal e constitui o ruído do EDFA. Visto que os fótons de emissão espontânea também são amplificados quando são transmitidos na fibra dopada com érbio, quando a potência óptica de entrada do EDFA é baixa, maior ruído será gerado.
