EDFAの増幅効果は、エルビウム添加ファイバを介した1550 nm帯域の信号光の相互作用と、Er3+イオンの相互作用によって生成されます。光が物質と相互作用する場合、光は光子で構成される粒子ビームと見なすことができます。各光子のエネルギーは次のとおりです。E= hv Eは光子のエネルギー、vは光の周波数、hはPlanck GG＃39の定数です。
エルビウム添加ファイバ内のEr3+イオンのエネルギー状態は、連続的に取得できません。エネルギーレベルになるのは、一連の離散的なエネルギー状態のみであり、これらのエネルギー状態はエネルギーレベルになります。エルビウムドープファイバーで伝送される光子のエネルギーが、Er3+イオンの2つのエネルギーレベル間のエネルギー差に等しい場合、Er3+イオンは光子と相互作用して、励起放射および励起吸収効果を生成します。誘導放出とは、高エネルギーレベルから低エネルギーレベルへのEr3+イオンと光子の遷移を指し、励起光子とまったく同じ光子を放出します（レーザーの周波数、位相、伝播方向、および偏光状態は、同じ）;誘導吸収とは、Er3+イオンが光子と相互作用して、低エネルギーセットから高エネルギーレベルに遷移し、励起された光子を吸収することを指します。
エルビウム添加ファイバに十分に強いポンプ光を注入することにより、基底状態のほとんどのEr3+イオンを高エネルギー状態にポンプすることができ、高エネルギー状態のEr3+イオンはすぐに準安定に転送されます放射線のない状態。 Er3+イオンは準安定状態でのエネルギーレベル寿命が長いため、準安定状態と基底状態の間で反転分布を形成するのは簡単です。つまり、準安定状態のEr3+粒子の数は数よりも多い基底状態のEr3+粒子の。
信号光子が耳にドープされた光ストリングを通過し、Er3+イオンと相互作用して誘導放出効果を生成すると、それらと同じ多数の光子が生成されます。このとき、耳にドープされたファイバを介して送信される信号光子が急速に増加し、信号が増幅されます。 Er3+イオンチームの信号光子は、ほんのわずかしか基底状態にありません。刺激された吸収効果を生成し、光子を吸収します。
Er3+イオンの準安定状態と基底状態には特定の幅があるため、EDFAの増幅効果には特定の波長範囲があり、その典型的な値は1530〜1570 nmです。 Er3+イオンが準安定状態にある場合、誘導放出と誘導吸収に加えて、自然放射も生成されます。つまり、Er3+イオンは短時間、準安定状態に留まり、光子と相互作用する機会がありません。自発的に準安定状態から来ます。定常状態は基底状態に移行し、1550 nm帯の光子を放出します。この光子は信号光とは異なり、EDFAのノイズを構成します。自然放出光子もエルビウム添加ファイバで伝送されると増幅されるため、EDFAの入力光パワーが低いと、より大きなノイズが発生します。
