El efecto amplificador de EDFA se genera por la interacción de la luz de la señal en la banda de 1550 nm a través de la fibra dopada de erbio y la interacción de los iones Er3+. Cuando la luz interactúa con la materia, la luz puede considerarse como un haz de partículas compuesto de fotones. La energía de cada fotón es: E-hv donde E es la energía del fotón, v es la frecuencia de la luz, y h es la constante de Planck.
El estado de energía del ion Er3+ en la fibra dopada de erbio no se puede tomar continuamente. Sólo puede ser en una serie de estados de energía discretos para convertirse en niveles de energía, y estos estados de energía se convierten en niveles de energía. Cuando la energía del fotón transmitido en la fibra dopada de erbio es igual a la diferencia de energía entre dos niveles de energía de iones Er3+, los iones Er3+ interactuarán con los fotones para producir efectos de radiación de excitación y absorción de excitación. La emisión estimulada se refiere a la transición de ion Er3+ y fotón de alto nivel de energía a bajo nivel de energía, emitiendo un fotón que es exactamente el mismo que el fotón excitado (la frecuencia, fase, dirección de propagación y estado de polarización del láser son los mismos); la absorción estimulada se refiere a que el ion Er3+ interactúa con el fotón para pasar de un conjunto de baja energía a un alto nivel de energía, y absorber el fotón excitado.
Mediante la inyección de luz de bomba suficientemente fuerte en la fibra dopada de erbio, la mayoría de los iones Er3+ en el estado de tierra se pueden bombear al estado de alta energía, y los iones Er3+ en el estado de alta energía se transfieren rápidamente al estado metastable sin radiación. Dado que los iones Er3+ tienen una vida útil de nivel de energía más larga en el estado metastable, es fácil formar una inversión de población entre el estado metastable y el estado del suelo, es decir, el número de partículas Er3+ en el estado metastable es mayor que el número de partículas Er3+ en el estado del suelo.
Cuando los fotones de señal pasan a través de la cuerda de luz dopada de oído e interactúan con iones Er3+ para producir un efecto de emisión estimulado, se genera un gran número de fotones idénticos a sí mismos. En este momento, los fotones de señal transmitidos a través de la fibra dopada del oído aumentan rápidamente, lo que resulta en amplificación de la señal; sólo unos pocos están en el estado de tierra Los fotones de señal del equipo de iones Er3+ producen un efecto de absorción estimulado, que absorbe los fotones.
El estado metastable y el estado del suelo del ion Er3+ tienen un cierto ancho, por lo que el efecto de amplificación de EDFA tiene un cierto rango de longitud de onda, y su valor típico es 1530-1570nm. Cuando los iones Er3+ están en un estado metastable, además de la emisión estimulada y la absorción estimulada, también se genera radiación espontánea, es decir, los iones Er3+ permanecen en estado metastable durante un corto tiempo y no tienen oportunidad de interactuar con fotones, y espontáneamente provendrán del estado subestable. El estado estacionario pasa al estado del suelo y emite fotones en la banda de 1550 nm. Este fotón es diferente de la luz de la señal, y constituye el ruido de EDFA. Dado que los fotones de emisión espontánea también se amplifican cuando se transmiten en la fibra dopada de erbium, cuando la potencia óptica de entrada del EDFA es baja, se generará un mayor ruido.
