اثر تقویت کننده EDFA با اثر متقابل نور سیگنال در باند 1550nm از طریق فیبر دوپ شده با اربیوم و برهم کنش یونهای Er3+ ایجاد می شود. هنگامی که نور با ماده متقابل است ، نور را می توان به عنوان یک پرتوی ذره ای متشکل از فوتون در نظر گرفت. انرژی هر فوتون: E = hv که در آن E انرژی فوتون است ، v فرکانس نور است و h ثابت Planck&# 39 است.
حالت انرژی یون Er3+ در فیبر دوبی شده با اربیوم را نمی توان به طور مداوم دریافت کرد. فقط در یک سری حالتهای انرژی گسسته می تواند به سطح انرژی تبدیل شود و این حالتهای انرژی به سطح انرژی تبدیل می شوند. هنگامی که انرژی فوتون منتقل شده در فیبر دوبی شده با اربیوم برابر با اختلاف انرژی بین دو سطح انرژی یونهای Er3+ باشد ، یونهای Er3+ با فوتونها برهم کنش می کنند تا اثرات تشعشع تحریک و جذب تحریک ایجاد کنند. انتشار تحریک شده به انتقال یون Er3+ و فوتون از سطح انرژی بالا به سطح انرژی پایین ، انتشار یک فوتون دقیقاً مشابه فوتون برانگیخته اشاره دارد (فرکانس ، فاز ، جهت انتشار و حالت قطبش لیزر یکسان)؛ جذب تحریک شده به یون Er3+ با فوتون تعامل داده می شود تا از یک انرژی کم به یک سطح انرژی بالا تبدیل شود و فوتون برانگیخته را جذب کند.
با تزریق نور پمپ به اندازه کافی قوی به فیبر دوبی شده با اربیوم ، می توان بیشتر یونهای Er3+ را در حالت زمین به حالت انرژی بالا پمپاژ کرد و یونهای Er3+ در حالت پرانرژی به سرعت به حالت قابل تبدیل تبدیل می شوند حالت بدون تابش. از آنجا که طول عمر انرژی یونهای Er3+ در حالت قابل تبدیل بیشتر است ، تشکیل وارونگی جمعیت بین حالت متاستاز و حالت پایه آسان است ، به این معنی که تعداد ذرات Er3 in در حالت قابل متغیر بیشتر از تعداد است ذرات Er3+ در حالت پایه.
هنگامی که فوتون های سیگنال از طریق رشته نور دوپ شده گوش عبور می کنند و با یون های Er3+ در تعامل هستند تا یک اثر انتشار تحریک شده ایجاد کنند ، تعداد زیادی فوتون یکسان با خود تولید می شوند. در این زمان ، فوتون های سیگنال منتقل شده از طریق فیبر دوپ شده گوش به سرعت افزایش می یابند ، و در نتیجه تقویت سیگنال ایجاد می شود. فقط تعداد کمی در حالت پایه هستند فوتون های سیگنال تیم یونی Er3+ اثر جذب تحریک شده ای ایجاد می کنند که فوتون ها را جذب می کند.
حالت متغیر و حالت پایه یون Er3+ دارای عرض مشخصی هستند ، به طوری که اثر تقویت EDFA دارای یک طول موج مشخص است و مقدار معمول آن 1530-1570nm است. هنگامی که یونهای Er3 در حالت قابل متغیر هستند ، علاوه بر انتشار تحریک شده و جذب تحریک شده ، تابش خود به خودی نیز ایجاد می شود ، یعنی یونهای Er3+ برای مدت کوتاهی در حالت قابل متغیر می مانند و فرصتی برای تعامل با فوتون ها ندارند و خود به خود از حالت قابل تعویض خواهد آمد. حالت پایدار به حالت پایه منتقل می شود و در باند 1550 نانومتری فوتون منتشر می کند. این فوتون با نور سیگنال متفاوت است و نویز EDFA را تشکیل می دهد. از آنجا که فوتون های انتشار خود به خودی نیز هنگام انتقال در فیبر دوپ شده اربیوم تقویت می شوند ، وقتی توان نوری ورودی EDFA کم باشد ، نویز بیشتری تولید می شود.
