Der verstärkende Effekt von EDFA wird durch die Wechselwirkung des Signallichts im 1550-nm-Band durch die Erbium-dotierte Faser und die Wechselwirkung von Er3+-Ionen erzeugt. Wenn Licht mit Materie interagiert, kann Licht als Teilchenstrahl aus Photonen betrachtet werden. Die Energie jedes Photons ist: E = hv wobei E die Energie des Photons ist, v die Frequenz des Lichts ist und h die Konstante von Planck&ist.
Der Energiezustand des Er3+-Ions in der Erbium-dotierten Faser kann nicht kontinuierlich gemessen werden. Es kann nur in einer Reihe von diskreten Energiezuständen sein, um Energieniveaus zu werden, und diese Energiezustände werden zu Energieniveaus. Wenn die Energie des in der Erbium-dotierten Faser übertragenen Photons gleich der Energiedifferenz zwischen zwei Energieniveaus von Er3+-Ionen ist, interagieren die Er3+-Ionen mit den Photonen, um Anregungsstrahlung und Anregungsabsorptionseffekte zu erzeugen. Die stimulierte Emission bezieht sich auf den Übergang von Er3+-Ion und Photon vom hohen zum niedrigen Energieniveau, wobei ein Photon emittiert wird, das genau dem angeregten Photon entspricht (Frequenz, Phase, Ausbreitungsrichtung und Polarisationszustand des Lasers sind die gleich); Die stimulierte Absorption bezieht sich auf das Er3+-Ion, das mit dem Photon interagiert, um von einem niedrigen Energieniveau zu einem hohen Energieniveau überzugehen und das angeregte Photon zu absorbieren.
Durch Injizieren von ausreichend starkem Pumplicht in die Erbium-dotierte Faser können die meisten Er3+-Ionen im Grundzustand in den Hochenergiezustand gepumpt werden, und die Er3+-Ionen im Hochenergiezustand werden schnell auf das Metastabile übertragen Zustand ohne Strahlung. Da Er3+-Ionen im metastabilen Zustand eine längere Lebensdauer des Energieniveaus haben, ist es leicht, eine Populationsinversion zwischen dem metastabilen Zustand und dem Grundzustand zu bilden, dh die Anzahl der Er3+-Partikel im metastabilen Zustand ist größer als die Anzahl von Er3+-Partikeln im Grundzustand.
Wenn Signalphotonen die ohrdotierte Lichtkette passieren und mit Er3+-Ionen interagieren, um einen stimulierten Emissionseffekt zu erzeugen, wird eine große Anzahl von Photonen erzeugt, die mit sich selbst identisch sind. Zu diesem Zeitpunkt nehmen die durch die ohrdotierte Faser übertragenen Signalphotonen schnell zu, was zu einer Signalverstärkung führt; Nur wenige befinden sich im Grundzustand. Die Signalphotonen des Er3+-Ionenteams erzeugen einen stimulierten Absorptionseffekt, der Photonen absorbiert.
Der metastabile Zustand und der Grundzustand des Er3+-Ions haben eine bestimmte Breite, so dass der Verstärkungseffekt von EDFA einen bestimmten Wellenlängenbereich aufweist und sein typischer Wert 1530-1570 nm beträgt. Wenn sich Er3+-Ionen in einem metastabilen Zustand befinden, wird neben stimulierter Emission und stimulierter Absorption auch spontane Strahlung erzeugt, dh Er3+-Ionen bleiben für kurze Zeit im metastabilen Zustand und haben keine Chance, mit Photonen zu interagieren, und wird spontan aus dem substabilen Zustand kommen. Der stationäre Zustand geht in den Grundzustand über und emittiert Photonen im 1550-nm-Band. Dieses Photon unterscheidet sich von Signallicht und bildet das Rauschen von EDFA. Da die Spontanemissionsphotonen auch verstärkt werden, wenn sie in der Erbium-dotierten Faser übertragen werden, wird bei geringer optischer Eingangsleistung des EDFA ein größeres Rauschen erzeugt.
