EDFA'nın yükseltici etkisi, 1550nm bandındaki sinyal ışığının Erbiyum katkılı fiber aracılığıyla etkileşimi ve Er3+ iyonlarının etkileşimi ile oluşturulur. Işık madde ile etkileşime girdiğinde, ışık, fotonlardan oluşan bir parçacık ışını olarak kabul edilebilir. Her bir fotonun enerjisi şöyledir: E = hv burada E, fotonun enerjisi, v ışığın frekansı ve h Planck' s sabitidir.
Erbiyum katkılı fiberdeki Er3+ iyonunun enerji durumu sürekli olarak alınamaz. Enerji seviyeleri haline gelmek sadece bir dizi ayrık enerji durumunda olabilir ve bu enerji durumları enerji seviyeleri haline gelir. Erbiyum katkılı fiberde iletilen fotonun enerjisi, Er3+ iyonlarının iki enerji seviyesi arasındaki enerji farkına eşit olduğunda, Er3+ iyonları, uyarma radyasyonu ve uyarma soğurma etkileri üretmek için fotonlarla etkileşime girecektir. Uyarılmış emisyon, Er3+ iyonu ve fotonun yüksek enerji seviyesinden düşük enerji seviyesine geçişini ifade eder, uyarılmış foton ile tamamen aynı olan bir foton yayar (lazerin frekansı, fazı, yayılma yönü ve polarizasyon durumu, aynı); Uyarılmış soğurma, Er3+ iyonu, düşük enerji kümesinden yüksek bir enerji düzeyine geçmek için foton ile etkileşime girer ve uyarılmış fotonu emer.
Yeterince güçlü pompa ışığı erbiyum katkılı fibere enjekte edilerek, temel durumdaki Er3+ iyonlarının çoğu yüksek enerji durumuna pompalanabilir ve yüksek enerji durumundaki Er3+ iyonları hızla yarı kararlı hale aktarılır. radyasyon olmadan devlet. Er3+ iyonları yarı kararlı durumda daha uzun bir enerji seviyesi ömrüne sahip olduğundan, yarı kararlı durum ile temel durum arasında bir popülasyon inversiyonu oluşturmak kolaydır, yani yarı kararlı durumdaki Er3+ parçacıklarının sayısı sayıdan daha büyüktür. Temel durumda Er3+ parçacıklarının sayısı.
Sinyal fotonları kulak katkılı ışık dizisinden geçip Er3+ iyonlarıyla etkileşerek uyarılmış bir emisyon etkisi oluşturduğunda, kendileriyle aynı olan çok sayıda foton üretilir. Bu sırada, kulak katkılı fiberden iletilen sinyal fotonları hızla artarak sinyal amplifikasyonuna neden olur; sadece birkaçı temel durumdadır Er3+ iyon ekibi sinyal fotonları, fotonları emen uyarılmış bir soğurma etkisi üretir.
Er3+ iyonunun yarı kararlı durumu ve temel durumu belirli bir genişliğe sahiptir, böylece EDFA'nın amplifikasyon etkisi belirli bir dalga boyu aralığına sahiptir ve tipik değeri 1530-1570 nm'dir. Er3+ iyonları yarı kararlı bir durumda olduğunda, uyarılmış emisyon ve uyarılmış absorpsiyona ek olarak, kendiliğinden radyasyon da üretilir, yani Er3+ iyonları kısa bir süre için yarı kararlı durumda kalır ve fotonlarla etkileşime girme şansı yoktur ve kendiliğinden geçerli durumdan gelecektir. Kararlı durum, temel duruma geçiş yapar ve 1550nm bandında fotonlar yayar. Bu foton, sinyal ışığından farklıdır ve EDFA'nın gürültüsünü oluşturur. Kendiliğinden emisyon fotonları erbiyum katkılı fiberde iletildiklerinde de yükseltildikleri için, EDFA'nın giriş optik gücü düşük olduğunda, daha fazla gürültü üretilecektir.
