EDFA का एम्पलीफा प्रभाव एर्बियम-डॉप्ड फाइबर के माध्यम से 1550एनएम बैंड में सिग्नल लाइट की बातचीत और एर्3 + आयनों की बातचीत से उत्पन्न होता है। जब प्रकाश पदार्थ के साथ बातचीत करता है, तो प्रकाश को फोटॉनों से बना एक कण बीम के रूप में माना जा सकता है। प्रत्येक फोटॉन की ऊर्जा है: ई = एचवी जहां ई फोटॉन की ऊर्जा है, वी प्रकाश की आवृत्ति है, और एच प्लैंक का स्थिर है।
एर्बियम-डॉप्ड फाइबर में Er3 + आयन की ऊर्जा स्थिति लगातार नहीं ली जा सकती है। यह केवल असतत ऊर्जा राज्यों की एक श्रृंखला में ऊर्जा का स्तर बनने के लिए हो सकता है, और इन ऊर्जा राज्यों ऊर्जा का स्तर बन जाते हैं । जब एर्बियम-डॉप्ड फाइबर में प्रेषित फोटॉन की ऊर्जा Er3 + आयनों के दो ऊर्जा स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर के बराबर होती है, तो Er3 + आयन उत्तेजन विकिरण और उत्तेजन अवशोषण प्रभावों का उत्पादन करने के लिए फोटॉनों के साथ बातचीत करेंगे। उत्तेजित उत्सर्जन उच्च ऊर्जा स्तर से कम ऊर्जा स्तर तक Er3 + आयन और फोटॉन के संक्रमण को संदर्भित करता है, एक फोटॉन उत्सर्जित करता है जो उत्तेजित फोटॉन (आवृत्ति, चरण, प्रचार दिशा, और लेजर की ध्रुवीकरण स्थिति समान है); उत्तेजित अवशोषण को संदर्भित करता है Er3 + आयन फोटॉन के साथ एक कम ऊर्जा सेट से एक उच्च ऊर्जा स्तर तक संक्रमण के लिए बातचीत, और उत्तेजित फोटॉन को अवशोषित ।
एर्बियम-डॉप्ड फाइबर में पर्याप्त रूप से मजबूत पंप प्रकाश इंजेक्शन द्वारा, जमीन राज्य में अधिकांश Er3 + आयनों को उच्च ऊर्जा राज्य में पंप किया जा सकता है, और उच्च ऊर्जा राज्य में Er3 + आयनों को विकिरण के बिना मेटास्टेबल राज्य में जल्दी से स्थानांतरित कर दिया जाता है। चूंकि Er3 + आयनों में मेटास्टेबल राज्य में एक लंबा ऊर्जा स्तर जीवनकाल होता है, इसलिए मेटास्टेबल राज्य और जमीनी स्थिति के बीच जनसंख्या का उलटा होना आसान है, यानी, मेटास्टेबल राज्य में Er3 + कणों की संख्या जमीनी राज्य में Er3 + कणों की संख्या से बड़ी है।
जब सिग्नल फोटॉन कान-डॉप्ड लाइट स्ट्रिंग से गुजरते हैं और उत्तेजित उत्सर्जन प्रभाव पैदा करने के लिए Er3 + आयनों के साथ बातचीत करते हैं, तो बड़ी संख्या में फोटॉन उत्पन्न होते हैं। इस समय, कान-डॉप्ड फाइबर के माध्यम से प्रेषित सिग्नल फोटॉन तेजी से बढ़ते हैं, जिसके परिणामस्वरूप संकेत प्रवर्धन होता है; केवल कुछ ही जमीनी स्थिति में हैं Er3 + आयन टीम सिग्नल फोटॉन एक उत्तेजित अवशोषण प्रभाव का उत्पादन करते हैं, जो फोटॉनों को अवशोषित करता है।
Er3 + आयन की मेटास्टेबल स्थिति और जमीनी स्थिति में एक निश्चित चौड़ाई होती है, ताकि ईडीएफए के प्रवर्धन प्रभाव में एक निश्चित तरंगदैर्ध्य सीमा हो, और इसका विशिष्ट मूल्य 1530-1570एनएम है। जब Er3 + आयन एक मेटास्टेबल स्थिति में होते हैं, उत्तेजित उत्सर्जन और उत्तेजित अवशोषण के अलावा, सहज विकिरण भी उत्पन्न होता है, यानी, Er3 + आयन थोड़े समय के लिए मेटास्टेबल राज्य में रहते हैं और फोटॉनों के साथ बातचीत करने का कोई मौका नहीं है, और अनायास ही उपसंख्य स्थिति से आएंगे। जमीन राज्य के लिए स्थिर राज्य संक्रमण और 1550nm बैंड में फोटॉन उत्सर्जन करता है । यह फोटॉन सिग्नल लाइट से अलग है, और यह EDFA के शोर का गठन करता है। चूंकि सहज उत्सर्जन फोटॉन भी परिलक्षित होते हैं जब वे एर्बियम-डॉप्ड फाइबर में प्रेषित होते हैं, जब ईडीएफए की इनपुट ऑप्टिकल शक्ति कम होती है, तो अधिक शोर उत्पन्न होगा।
