Усиливающий эффект EDFA генерируется взаимодействием сигнального света в диапазоне 1550nm через волокно Erbium-doped и взаимодействием ионов Er3. Когда свет взаимодействует с материей, свет может рассматриваться как луч частиц, состоящий из фотонов. Энергия каждого фотона: E'hv, где E является энергией фотона, v является частотой света, и h является постоянной Планка.
Энергетическое состояние иона Er3 в эрбиум-допинговом волокне не может быть непрерывно принято. Это может быть только в серии дискретных энергетических состояний, чтобы стать уровнями энергии, и эти энергетические государства становятся уровнями энергии. Когда энергия фотона, передаваемого в эрбиум-допинговом волокне, равна разнице в энергии между двумя энергетическими уровнями ионов Er3, ионы Er3 будут взаимодействовать с фотонами для получения эффекта возбуждения излучения и абсорбции возбуждения. Стимулируемое излучение относится к переходу иона Er3 и фотона с высокого энергетического уровня на низкий энергетический уровень, испуская фотон, который точно такой же, как возбужденный фотон (частота, фаза, направление распространения и состояние поляризации лазера одинаковы); стимулируемое поглощение относится к иону Er3 , взаимодействуя с фотоном, чтобы перейти от низкого энергетического набора к высокому энергетическому уровню и поглощать возбужденный фотон.
Путем впрыскивать достаточно сильный свет насоса в эрбиум-doped волокно, большое часть из ионов Er3 'в первом состоянии можно накачать к высокому-энергетическому государству, и ионы Er3 'в высоком-энергетическом состоянии быстро перенесены к метастабиблому состоянию без радиации. Так как ионы Er3 имеют более длительный срок службы энергетического уровня в метастабиблом состоянии, легко сформировать инверсию популяции между метастабийным состоянием и состоянием земли, то есть количество частиц Er3 в метастабиблом состоянии больше, чем количество частиц Er3 в состоянии земли.
Когда сигнальные фотоны проходят через ушную световую струну и взаимодействуют с ионами Er3, чтобы произвести стимулируемый эффект выброса, генерируется большое количество фотонов, идентичных себе. В это время сигнальные фотоны, передаваемые через ушное волокно, быстро увеличиваются, что приводит к усилению сигнала; лишь немногие из них находятся в первом состоянии Er3 "ионный сигнал команды фотоны производят стимулировали эффект поглощения, который поглощает фотоны.
Метастабийное состояние и состояние земли иона Er3 имеют определенную ширину, так что эффект усиления EDFA имеет определенный диапазон длин волн, и его типичное значение 1530-1570nm. Когда ионы Er3 находятся в метастабиблом состоянии, в дополнение к стимулируемому выбросу и стимулируемому поглощению, также генерируется спонтанное излучение, то есть ионы Er3 'остаются в метастабибловом состоянии в течение короткого времени и не имеют возможности взаимодействовать с фотонами, и спонтанно приходят из подкоголового состояния. Устойчивое состояние переходит в состояние земли и излучает фотоны в диапазоне 1550nm. Этот фотон отличается от сигнального света, и он представляет собой шум EDFA. Поскольку спонтанное излучение фотонов также усиливается, когда они передаются в эрбиум-допинг волокна, когда входной оптической мощности EDFA является низким, больший шум будет генерироваться.
