Efek penguatan EDFA dihasilkan oleh interaksi cahaya sinyal dalam pita 1550nm melalui serat yang didoping Erbium dan interaksi ion Er3+. Ketika cahaya berinteraksi dengan materi, cahaya dapat dianggap sebagai berkas partikel yang tersusun dari foton. Energi masing-masing foton adalah: E = hv dimana E adalah energi foton, v adalah frekuensi cahaya, dan h adalah konstanta Planck&# 39.
Status energi ion Er3+ dalam serat yang didoping erbium tidak dapat terus menerus diambil. Ia hanya dapat berada dalam rangkaian keadaan energi diskrit untuk menjadi tingkat energi, dan tingkat energi ini menjadi tingkat energi. Ketika energi foton yang ditransmisikan dalam serat yang didoping erbium sama dengan perbedaan energi antara dua tingkat energi ion Er3+, ion Er3+ akan berinteraksi dengan foton untuk menghasilkan radiasi eksitasi dan efek penyerapan eksitasi. Emisi terstimulasi mengacu pada transisi ion Er3+ dan foton dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah, memancarkan foton yang persis sama dengan foton tereksitasi (frekuensi, fase, arah propagasi, dan status polarisasi laser adalah sama); penyerapan terstimulasi mengacu pada ion Er3+ yang berinteraksi dengan foton untuk transisi dari rangkaian energi rendah ke tingkat energi tinggi, dan menyerap foton yang tereksitasi.
Dengan menyuntikkan cahaya pompa yang cukup kuat ke dalam serat doped erbium, sebagian besar ion Er3+ dalam keadaan dasar dapat dipompa ke keadaan energi tinggi, dan ion Er3+ dalam keadaan energi tinggi dengan cepat dipindahkan ke metastabil keadaan tanpa radiasi. Karena ion Er3+ memiliki masa hidup tingkat energi yang lebih lama dalam keadaan metastabil, maka mudah untuk membentuk inversi populasi antara keadaan metastabil dan keadaan dasar, yaitu, jumlah partikel Er3 met dalam keadaan metastabil lebih besar dari jumlahnya partikel Er3+ dalam kondisi dasar.
Ketika foton sinyal melewati string cahaya yang diolah telinga dan berinteraksi dengan ion Er3+ untuk menghasilkan efek emisi terstimulasi, sejumlah besar foton yang identik dengan dirinya sendiri dihasilkan. Pada saat ini, foton sinyal yang ditransmisikan melalui serat yang didoping telinga dengan cepat meningkat, menghasilkan penguatan sinyal; hanya sedikit yang dalam keadaan dasar Foton sinyal tim ion Er3+ menghasilkan efek penyerapan terstimulasi, yang menyerap foton.
Keadaan metastabil dan keadaan dasar ion Er3+ memiliki lebar tertentu, sehingga efek amplifikasi EDFA memiliki rentang panjang gelombang tertentu, dan nilai tipikal adalah 1530-1570nm. Ketika ion Er3+ berada dalam keadaan metastabil, selain emisi terstimulasi dan penyerapan terstimulasi, radiasi spontan juga dihasilkan, yaitu ion Er3+ tetap dalam keadaan metastabil untuk waktu yang singkat dan tidak memiliki kesempatan untuk berinteraksi dengan foton, dan akan secara spontan datang dari keadaan substansial. Transisi kondisi tunak ke kondisi dasar dan memancarkan foton dalam pita 1550nm. Foton ini berbeda dari cahaya sinyal, dan merupakan noise EDFA. Karena foton emisi spontan juga diperkuat ketika mereka ditransmisikan dalam serat yang didoping erbium, ketika daya optik input EDFA rendah, noise yang lebih besar akan dihasilkan.
