Wzmacniający efekt EDFA jest generowany przez oddziaływanie światła sygnałowego w paśmie 1550nm przez włókno domieszkowane erbem i oddziaływanie jonów Er3+. Kiedy światło oddziałuje z materią, światło można traktować jako wiązkę cząstek złożoną z fotonów. Energia każdego fotonu to: E = hv, gdzie E to energia fotonu, v to częstotliwość światła, a h to stała Plancka' s.
Stan energetyczny jonu Er3+ we włóknie domieszkowanym erbem nie może być mierzony w sposób ciągły. Tylko szereg dyskretnych stanów energetycznych może stać się poziomami energii, a te stany energii stają się poziomami energii. Gdy energia fotonu przesyłanego we włóknie domieszkowanym erbem jest równa różnicy energii między dwoma poziomami energii jonów Er3+, jony Er3+ będą oddziaływać z fotonami, tworząc efekty wzbudzenia promieniowania i absorpcji wzbudzenia. Emisja wymuszona odnosi się do przejścia jonu Er3+ i fotonu z wysokiego poziomu energii do niskiego poziomu energii, emitując foton, który jest dokładnie taki sam jak wzbudzony foton (częstotliwość, faza, kierunek propagacji i stan polaryzacji lasera to podobnie); stymulowana absorpcja odnosi się do jon Er3+ oddziałuje z fotonem, przechodząc od niskiego poziomu energii do wysokiego poziomu energii i absorbuje wzbudzony foton.
Poprzez wstrzyknięcie dostatecznie mocnego światła pompy do włókna domieszkowanego erbem większość jonów Er3+ w stanie podstawowym może zostać przepompowana do stanu o wysokiej energii, a jony Er3+ w stanie wysokoenergetycznym są szybko przenoszone do metastabilnego stan bez promieniowania. Ponieważ jony Er3+ mają dłuższy czas życia na poziomie energii w stanie metastabilnym, łatwo jest utworzyć inwersję populacji między stanem metastabilnym a stanem podstawowym, to znaczy liczba cząstek Er3+ w stanie metastabilnym jest większa niż liczba cząstek Er3+ w stanie podstawowym.
Kiedy fotony sygnałowe przechodzą przez domieszkowany w uchu łańcuch świetlny i wchodzą w interakcję z jonami Er3+ w celu wytworzenia stymulowanego efektu emisji, generowana jest duża liczba identycznych ze sobą fotonów. W tym czasie ilość fotonów przesyłanych przez włókno domieszkowane w uchu gwałtownie wzrasta, co powoduje wzmocnienie sygnału; tylko kilka jest w stanie podstawowym Fotony sygnałowe zespołu jonów Er3+ wytwarzają efekt stymulowanej absorpcji, który pochłania fotony.
Stan metastabilny i stan podstawowy jonu Er3+ mają określoną szerokość, dzięki czemu efekt wzmocnienia EDFA ma określony zakres długości fal, a jego typowa wartość to 1530-1570nm. Gdy jony Er3+ znajdują się w stanie metastabilnym, oprócz emisji wymuszonej i pobudzonej absorpcji generowane jest również promieniowanie spontaniczne, czyli jony Er3+ pozostają przez krótki czas w stanie metastabilnym i nie mają szans na interakcję z fotonami, oraz spontanicznie przyjdzie ze stanu substable. Stan ustalony przechodzi w stan podstawowy i emituje fotony w paśmie 1550nm. Ten foton różni się od światła sygnalizacyjnego i stanowi szum EDFA. Ponieważ fotony emisji spontanicznej są również wzmacniane, gdy są transmitowane we włóknie domieszkowanym erbem, gdy wejściowa moc optyczna EDFA jest niska, generowany będzie większy szum.
