Den förstärkande effekten av EDFA genereras av interaktionen mellan signalljuset i 1550 nm-bandet genom den Erbium-dopade fibern och interaktionen mellan Er3+-joner. När ljus interagerar med materia kan ljus betraktas som en partikelstråle som består av fotoner. Energin för varje foton är: E = hv där E är fotonens energi, v är ljusfrekvensen och h är Planck' s konstant.
Energitillståndet för Er3+-jonen i den erbiumdopade fibern kan inte tas kontinuerligt. Det kan bara vara i en serie av diskreta energitillstånd att bli energinivåer, och dessa energitillstånd blir energinivåer. När energin hos foton som överförs i den erbiumdopade fibern är lika med energidifferensen mellan två energinivåer av Er3+-joner, kommer Er3+-jonerna att interagera med fotonerna för att producera exciteringsstrålning och exciteringsabsorptionseffekter. Stimulerad emission avser övergången mellan Er3+-jon och foton från hög energinivå till låg energinivå, som avger en foton som är exakt densamma som den exciterade foton (frekvens, fas, utbredningsriktning och polarisationstillstånd för lasern är samma); stimulerad absorption hänvisar till Er3+-jonen interagerar med foton för att övergå från en låg energisats till en hög energinivå och absorberar den exciterade foton.
Genom att injicera tillräckligt starkt pumpljus i den erbiumdopade fibern kan de flesta Er3+-jonerna i marktillstånd pumpas till högenergiläget och Er3+-jonerna i högenergiläget överförs snabbt till det metastabila utan strålning. Eftersom Er3+-joner har en längre energinivålivstid i det metastabila tillståndet är det lätt att bilda en populationsinversion mellan det metastabila tillståndet och marktillståndet, det vill säga antalet Er3+-partiklar i det metastabila tillståndet är större än antalet av Er3+-partiklar i marktillståndet.
När signalfotoner passerar genom den örondopade ljussträngen och interagerar med Er3+-joner för att producera en stimulerad emissionseffekt, genereras ett stort antal fotoner identiska med sig själva. Vid denna tid ökar signalfotonerna som sänds genom den öron-dopade fibern snabbt, vilket resulterar i signalförstärkning; endast ett fåtal är i marktillståndet. Er3 team-ionens signalfotoner ger en stimulerad absorptionseffekt som absorberar fotoner.
Det metastabila tillståndet och marktillståndet för Er3+-jon har en viss bredd, så att förstärkningseffekten av EDFA har ett visst våglängdsområde och dess typiska värde är 1530-1570 nm. När Er3+-joner är i ett metastabilt tillstånd, förutom stimulerad emission och stimulerad absorption, alstras också spontan strålning, det vill säga Er3+-joner stannar i metastabilt tillstånd under en kort tid och har ingen chans att interagera med fotoner, och kommer spontant att komma från det stabila tillståndet. Steady state övergår till marktillståndet och avger fotoner i 1550 nm-bandet. Denna foton skiljer sig från signalljuset och den utgör ljudet från EDFA. Eftersom de spontana utsläppsfotonerna också förstärks när de sänds i den erbiumdopade fibern, när den optiska ingångseffekten för EDFA är låg, kommer större brus att genereras.
