Посилюючий ефект EDFA породжується взаємодією сигнального світла в смузі 1550 нм через волокно, леговане ербієм, та взаємодією іонів Er3+. Коли світло взаємодіє з речовиною, світло можна розглядати як пучок частинок, що складається з фотонів. Енергія кожного фотона дорівнює: E = hv, де E - енергія фотона, v - частота світла, h - постійна Планка'
Енергетичний стан іона Er3+ в легованому ербієм волокні не можна постійно приймати. Це може бути лише в ряді дискретних енергетичних станів, щоб стати енергетичними рівнями, і ці енергетичні стани стають енергетичними рівнями. Коли енергія фотона, що передається в легованому ербієм волокні, дорівнює різниці енергій між двома енергетичними рівнями іонів Er3+, іони Er3+ будуть взаємодіяти з фотонами, створюючи випромінювання збудження та ефекти поглинання збудження. Стимульоване випромінювання відноситься до переходу іона Er3+ та фотона з високого рівня енергії на низький рівень енергії, випромінюючи фотон, який точно такий же, як і збуджений фотон (частота, фаза, напрямок поширення та стан поляризації лазера є те саме); стимульоване поглинання означає, що іон Er3+ взаємодіє з фотоном для переходу від низької енергії, встановленої до високого енергетичного рівня, і поглинання збудженого фотона.
Вводячи досить сильне світло накачки у волокно, леговане ербієм, більшість іонів Er3+ в основному стані можна перекачувати у високоенергетичний стан, а іони Er3+ у високоенергетичному стані швидко переносяться в метастабільний стан без випромінювання. Оскільки іони Er3+ мають довший час життя енергії в метастабільному стані, легко сформувати інверсію популяції між метастабільним станом і основним станом, тобто кількість частинок Er3+ в метастабільному стані більше, ніж число частинок Er3+ в основному стані.
Коли сигнальні фотони проходять через леговану вухом світлову струну і взаємодіють з іонами Er3+, створюючи ефект стимульованого випромінювання, генерується велика кількість фотонів, ідентичних самим собі. У цей час сигнальні фотони, що передаються через леговане вухом волокно, швидко збільшуються, що призводить до посилення сигналу; лише деякі знаходяться в основному стані. Фотони-іони команди Er3+ створюють ефект стимульованого поглинання, який поглинає фотони.
Метастабільний стан і основний стан іона Er3+ мають певну ширину, так що підсилювальний ефект EDFA має певний діапазон довжин хвиль, і його типове значення становить 1530-1570 нм. Коли іони Er3+ перебувають у метастабільному стані, крім стимульованого випромінювання та стимульованого поглинання також генерується спонтанне випромінювання, тобто іони Er3+ залишаються в метастабільному стані короткий час і не мають шансів взаємодіяти з фотонами, і спонтанно вийде з нестабільного стану. Стабільний стан переходить у основний стан і випромінює фотони в смузі 1550 нм. Цей фотон відрізняється від сигнального світла і становить шум EDFA. Оскільки фотони спонтанного випромінювання також посилюються, коли вони передаються у волокнах, легованих ербієм, коли вхідна оптична сила EDFA низька, буде створюватися більший шум.
