EDFA ning kuchaytiruvchi ta'siri 1550nm diapazondagi signal nurining Erbium-doping tolasi orqali o'zaro ta'siri va Er3+ ionlarining o'zaro ta'siri natijasida hosil bo'ladi. Yorug'lik materiya bilan o'zaro aloqada bo'lganda, yorug'lik fotonlardan tashkil topgan zarracha nurlari sifatida qaralishi mumkin. Har bir fotonning energiyasi: E = hv, bu erda E - fotonning energiyasi, v - yorug'lik chastotasi va h - Plank' doimiy.
Erbium qo'shilgan tolaga Er3+ ionining energiya holatini doimiy ravishda qabul qilib bo'lmaydi. Energiya darajasiga aylanish faqat diskret energiya holatlarida bo'lishi mumkin va bu energiya holatlari energiya darajalariga aylanadi. Erbium-doplangan tolaga yuborilgan fotonning energiyasi Er3+ ionlarining ikki energiya darajasi o'rtasidagi energiya farqiga teng bo'lganda, Er3+ ionlari fotonlar bilan o'zaro ta'sirlanib, qo'zg'alish nurlanishini va qo'zg'alish yutilish effektlarini hosil qiladi. Stimulyatsiya qilingan emissiya Er3+ ioni va fotonining yuqori energiya darajasidan past energiya darajasiga o'tishini bildiradi, bu esa hayajonlangan foton bilan bir xil bo'lgan foton chiqaradi (chastota, faza, tarqalish yo'nalishi va lazerning qutblanish holati bir xil); stimulyatsiya qilingan yutilish deganda Er3+ ioni foton bilan o'zaro ta'sirlashib, kam energiya to'plamidan yuqori energiya darajasiga o'tishi va hayajonlangan fotonni yutishi tushuniladi.
Erbium-doplangan tolaga etarlicha kuchli nasos nurini kiritish orqali asosiy holatdagi Er3+ ionlarining katta qismi yuqori energiyali holatga quyilishi mumkin va yuqori energiya holatidagi Er3+ ionlari tezda metastabilga o'tkaziladi. nurlanishsiz holat. Er3+ ionlari metastabil holatida uzoqroq energiya darajasiga ega bo'lganligi sababli, metastabil holat va asosiy holat o'rtasida populyatsiya inversiyasini hosil qilish oson, ya'ni metabop holatdagi Er3+ zarrachalar soni sondan katta Er holatidagi Er3+ zarralari.
Signal fotonlari eshitish vositasi bilan yorilgan ipdan o'tib, Er3+ ionlari bilan o'zaro ta'sirlashganda stimulyatsiya qilingan emissiya effekti hosil bo'lganda, o'zlariga o'xshash ko'p sonli fotonlar hosil bo'ladi. Ayni paytda quloq bilan doplangan tolalar orqali uzatiladigan signal fotonlari tezda ko'payib, natijada signal kuchayadi; faqat bir nechtasi asosiy holatidadir Er3+ ionli guruh signal fotonlari fotonlarni yutadigan stimulyatsiya qilingan yutilish effektini hosil qiladi.
Er3+ ionining metastabil holati va asosiy holati ma'lum bir kenglikka ega, shuning uchun EDFA ning kuchaytirish effekti ma'lum to'lqin uzunlik diapazoniga ega va uning odatiy qiymati 1530-1570nm. Er3+ ionlari metastabil holatda bo'lganida, stimulyatsiya qilingan emissiya va stimulyatsiya qilingan yutilishdan tashqari, o'z-o'zidan paydo bo'ladigan nurlanish ham hosil bo'ladi, ya'ni Er3ions ionlari metastabil holatida qisqa vaqt qoladi va fotonlar bilan ta'sir o'tkazish imkoniyati yo'q va o'z-o'zidan substansiya holatidan kelib chiqadi. Barqaror holat asosiy holatga o'tadi va 1550nm diapazonda fotonlar chiqaradi. Ushbu foton signal nuridan farq qiladi va EDFA shovqinini tashkil qiladi. O'z-o'zidan emissiya fotonlari erbiy-doplangan tolaga uzatilganda ham kuchayganligi sababli, EDFA ning kirish optik quvvati past bo'lsa, ko'proq shovqin paydo bo'ladi.
