L'efecte amplificador de l'EDFA es genera per la interacció de la llum de senyal a la banda de 1550 nm a través de la fibra dopada amb erbi i la interacció dels ions Er3+. Quan la llum interactua amb la matèria, la llum es pot considerar com un feix de partícules compost per fotons. L’energia de cada fotó és: E = hv on E és l’energia del fotó, v és la freqüència de la llum i h és la constant de Planck'
L'estat energètic de l'ió Er3+ a la fibra dopada amb erbi no es pot prendre contínuament. Només pot estar en una sèrie d’estats discrets d’energia per convertir-se en nivells d’energia, i aquests estats d’energia es converteixen en nivells d’energia. Quan l’energia del fotó transmesa a la fibra dopada amb erbi és igual a la diferència d’energia entre dos nivells d’energia dels ions Er3+, els ions Er3+ interactuaran amb els fotons per produir radiació d’excitació i efectes d’absorció d’excitació. L’emissió estimulada es refereix a la transició de l’ió Er3+ i el fotó d’un nivell d’energia elevat a un nivell d’energia baix, emetent un fotó que és exactament el mateix que el fotó excitat (la freqüència, fase, direcció de propagació i estat de polarització del làser són el mateix); L’absorció estimulada es refereix a que l’ió Er3+ interactua amb el fotó per passar d’un conjunt d’energia baixa a un alt nivell d’energia i absorbir el fotó excitat.
En injectar una llum de bomba prou forta a la fibra dopada amb erbi, la majoria dels ions Er3+ en estat fonamental es poden bombar a l’estat d’alta energia i els ions Er3+ en estat d’alta energia es transfereixen ràpidament al metastable estat sense radiació. Com que els ions Er3+ tenen una vida útil del nivell d’energia més llarga en estat metastable, és fàcil formar una inversió de la població entre l’estat metastable i l’estat fonamental, és a dir, el nombre de partícules Er3+ en estat metastable és més gran que el nombre de partícules Er3+ en estat fonamental.
Quan els fotons senyal passen per la corda de llum dopada per l’oïda i interactuen amb els ions Er3+ per produir un efecte d’emissió estimulat, es genera un gran nombre de fotons idèntics a ells mateixos. En aquest moment, els fotons del senyal transmesos a través de la fibra dopada a l’oïda augmenten ràpidament, cosa que provoca una amplificació del senyal; només uns quants es troben en estat fonamental. Els fotons de senyal de l’equip Er3+ produeixen un efecte d’absorció estimulat, que absorbeix els fotons.
L'estat metastable i l'estat fonamental de l'ió Er3+ tenen una certa amplada, de manera que l'efecte d'amplificació de l'EDFA té un cert rang de longituds d'ona i el seu valor típic és de 1530-1570nm. Quan els ions Er3+ es troben en un estat metastable, a més de l’emissió estimulada i l’absorció estimulada, també es genera radiació espontània, és a dir, els ions Er3+ es mantenen en estat metastable durant un curt temps i no tenen cap possibilitat d’interactuar amb els fotons, i provindrà espontàniament de l’estat substable. L’estat estacionari passa a l’estat fonamental i emet fotons a la banda de 1550 nm. Aquest fotó és diferent de la llum de senyal i constitueix el soroll de l'EDFA. Atès que els fotons d’emissió espontània també s’amplifiquen quan es transmeten a la fibra dopada amb erbi, quan la potència òptica d’entrada de l’EDFA és baixa, es generarà un soroll més gran.
