EDFA의 증폭 효과는 Erbium-doped 섬유와 Er3+ 이온의 상호 작용을 통해 1550nm 대역에서 신호광의 상호 작용에 의해 생성됩니다. 빛이 물질과 상호 작용할 때 광자로 구성된 입자 빔으로 볼 수 있습니다. 각 광자의 에너지는 E가 광자의 에너지인 E=hv이며, v는 빛의 주파수이며 h는 플랑크의 상수입니다.
erbium 도페드 섬유의 Er3+ 이온의 에너지 상태를 지속적으로 취할 수 없습니다. 그것은 단지 에너지 수준이 될 개별 에너지 상태의 시리즈에있을 수 있습니다, 이러한 에너지 상태는 에너지 수준이된다. erbium-doped 섬유에서 전달되는 광자의 에너지가 Er3+ 이온의 두 에너지 수준 사이의 에너지 차이와 같을 때 Er3+ 이온은 광자와 상호 작용하여 흥분 방사선 및 흡기 흡수 효과를 생성합니다. 자극 방출은 Er3+ 이온 및 광자의 전이를 높은 에너지 수준에서 낮은 에너지 수준으로 전환하여 흥분된 광자(레이저의 주파수, 위상, 전파 방향 및 편광 상태가 동일하다)와 정확히 동일한 광자 방출을 방출합니다. 자극흡수는 Er3+ 이온이 광자와 상호작용하여 낮은 에너지 세트에서 높은 에너지 수준으로 전환하고 흥분된 광자흡수를 말합니다.
erbium-doped 섬유에 충분히 강한 펌프 라이트를 주입함으로써, 지상 상태의 Er3+ 이온의 대부분은 고에너지 상태로 펌핑될 수 있으며, 고에너지 상태의 Er3+ 이온은 방사선 없이 메타스터블 상태로 신속하게 전달된다. Er3+ 이온은 메타스터블 상태에서 에너지 레벨 수명이 길기 때문에 메타안정 상태와 지상 상태, 즉 메타안정 상태에서 Er3+ 입자의 수가 지면 상태에서 Er3+ 입자의 수보다 더 큽니다.
신호 광자가 귀 도핑 된 빛 문자열을 통과하고 Er3+ 이온과 상호 작용하여 자극 방출 효과를 생성하면 자신과 동일한 많은 수의 광자가 생성됩니다. 이때, 귀도피 섬유를 통해 전달되는 신호 광자가 급격히 증가하여 신호 증폭을 초래한다. 단지 몇 지상 상태에 Er3+ 이온 팀 신호 광자는 광자를 흡수 자극 흡수 효과를 생성합니다.
Er3+ 이온의 메타스터블 상태 및 지상 상태는 특정 폭을 가지므로 EDFA의 증폭 효과는 특정 파장 범위를 가지며 일반적인 값은 1530-1570nm입니다. Er3+ 이온이 메타안정 상태에 있을 때, 자극된 방출 및 자극된 흡수 이외에, 자발적인 방사선은 또한 생성됩니다, 즉, Er3+ 이온은 짧은 시간 동안 메타안정 상태에 머무르고 광자와 상호 작용할 기회가 없으며, 자발적으로 서브스터블 상태에서 올 것이다. 정상 상태는 지상 상태로 전환하고 1550nm 대역에서 광자를 방출합니다. 이 광은 신호광과 다르며 EDFA의 노이즈를 구성합니다. 자발적인 방출 광자는 erbium-doped 섬유에서 전송될 때 증폭되기 때문에 EDFA의 입력 광전력이 낮으면 더 큰 노이즈가 생성됩니다.
