Pojačavajući učinak EDFA generira se interakcijom signalnog svjetla u pojasu od 1550nm kroz Erbium-doped vlakna i interakcijom Er3+ iona. Kada svjetlost u interakciji s materijama, svjetlost se može smatrati čestica snop sastavljen od fotona. Energija svakog fotona je: E=hv gdje je E energija fotona, v je frekvencija svjetlosti, a h Planck je konstanta.
Energetsko stanje Er3+ iona u vlaknima dopiranim erbijumom ne može se kontinuirano uzimati. Može biti samo u nizu diskretnih energetskih stanja da postanu razine energije, a ta energetska stanja postaju razine energije. Kada je energija fotona koja se prenosi u vlaknima dopiranim od erbijuma jednaka energetskoj razlici između dvije energetske razine Er3+ iona, ioni Er3+ će komunicirati s fotonima kako bi proizveli efekte uzbuđenja i apsorpcije uzbuđenja. Stimulirana emisija odnosi se na prijelaz Er3+ iona i fotona s visoke razine energije na nisku razinu energije, emitirajući foton koji je potpuno isti kao i uzbuđeni foton (frekvencija, faza, smjer razmnožavanja i polarizacija stanja lasera su isti); stimulirana apsorpcija odnosi se na Er3+ ion interakcije s fotonom na prijelaz s niske energije postavljene na visoku razinu energije, i apsorbirati uzbuđeni foton.
Ubrizgavanjem dovoljno jakog svjetla pumpe u vlakna dopirana od erbijuma, većina Er3+ iona u stanju tla može se pumpati u visoko energetsko stanje, a Er3+ ioni u stanju visoke energije brzo se prenose u metastabilno stanje bez zračenja. Budući da Er3+ ioni imaju duži vijek trajanja razine energije u metastabilnom stanju, lako je formirati inverziju populacije između metastabilnog stanja i stanja tla, to jest, broj Čestica Er3+ u metastabilnom stanju je veći od broja čestica Er3+ u zemljinom stanju.
Kada fotoni signala prolaze kroz ušno dopirani svjetlosni niz i komuniciraju s Er3+ ionima kako bi proizveli stimulirani učinak emisije, stvara se veliki broj fotona identičnih sebi. U ovom trenutku, signalni fotoni koji se prenose kroz vlakna na uho brzo se povećavaju, što rezultira pojačanjem signala; samo nekoliko su u zemlji stanju Er3+ iona tim signala fotoni proizvode stimuliran apsorpcijski učinak, koji apsorbira fotone.
Metastabilno stanje i prizemno stanje Er3+ iona imaju određenu širinu, tako da učinak pojačanja EDFA ima određeni raspon valne duljine, a tipična vrijednost mu je 1530-1570nm. Kada su Er3+ ioni u metastabilnom stanju, osim stimulirane emisije i stimulirane apsorpcije, generira se i spontano zračenje, to jest Er3+ ioni ostaju u metastabilnom stanju kratko vrijeme i nemaju šanse za interakciju s fotonima, te će spontano doći iz podstabilnog stanja. Stabilan stanje prelazi u zemlju stanje i emitira fotone u 1550nm pojas. Ovaj foton se razlikuje od signalnog svjetla, a čini buku EDFA-e. Budući da su spontani emisijski fotoni također pojačani kada se prenose u vlaknima dopiranim od erbijuma, kada je ulazna optička snaga EDFA-e niska, stvarat će se veća buka.
