Pojačavajući efekat EDFA generira se interakcijom signalne svjetlosti u pojasu od 1550 nm kroz vlakno dopirano Erbijumom i interakcijom Er3+ jona. Kada svjetlost djeluje s materijom, svjetlost se može smatrati snopom čestica koji se sastoji od fotona. Energija svakog fotona je: E = hv gdje je E energija fotona, v je frekvencija svjetlosti, a h je Planckova GG-ova konstanta.
Energetsko stanje iona Er3+ u vlaknu dopiranom erbijumom ne može se kontinuirano uzimati. Samo u nizu diskretnih energetskih stanja mogu postati nivoi energije, a ta energetska stanja postaju energetski nivoi. Kada je energija fotona koja se prenosi u vlaknu dopiranom erbijom jednaka energetskoj razlici između dva energetska nivoa Er3+ jona, Er3+ joni će stupiti u interakciju sa fotonima dajući pobuđujuće zračenje i efekte apsorpcije pobude. Potaknuta emisija odnosi se na prijelaz iona Er3+ i fotona iz visokog u niski nivo energije, emitirajući foton koji je potpuno isti kao pobuđeni foton (frekvencija, faza, smjer širenja i polarizacijsko stanje lasera su isto); stimulirana apsorpcija odnosi se na Er3+ ion u interakciji sa fotonom za prelazak sa niskoenergetskog na visoki nivo energije i apsorbiranje pobuđenog fotona.
Ubrizgavanjem dovoljno jake svjetlosti pumpe u vlakno dopirano erbijumom, većina iona Er3+ u osnovnom stanju može se pumpati u visokoenergetsko stanje, a ioni Er3+ u visokoenergetskom stanju brzo se prenose u metastabilnu stanje bez zračenja. Budući da joni Er3+ imaju duži vijek trajanja energetskog nivoa u metastabilnom stanju, lako je stvoriti inverziju populacije između metastabilnog stanja i osnovnog stanja, odnosno broj čestica Er3+ u metastabilnom stanju je veći od broja čestica Er3+ u osnovnom stanju.
Kada signalni fotoni prođu kroz uši dopiranu svetlosnu žicu i stupe u interakciju sa ionima Er3+ da bi proizveli efekat stimulisane emisije, stvara se veliki broj fotona identičnih sebi. Trenutno se signalni fotoni koji se prenose kroz vlakno dopirano uhom brzo povećavaju, što rezultira pojačavanjem signala; samo je nekoliko njih u osnovnom stanju. Signalni fotoni tima Er3+-jona proizvode stimulirani efekat apsorpcije koji apsorbuju fotone.
Metastabilno stanje i osnovno stanje Er3+ iona imaju određenu širinu, tako da pojačavajući efekat EDFA ima određeni raspon talasnih dužina, a njegova tipična vrijednost je 1530-1570nm. Kada su joni Er3+ u metastabilnom stanju, pored stimulisane emisije i stimulisane apsorpcije, generira se i spontano zračenje, tj. Er3+ joni kratko ostaju u metastabilnom stanju i nemaju šanse za interakciju s fotonima, i spontano će doći iz substabilnog stanja. Stacionarno stanje prelazi u osnovno stanje i emituje fotone u pojasu od 1550nm. Ovaj se foton razlikuje od signalnog svjetla i predstavlja šum EDFA. Budući da se fotoni spontane emisije takođe pojačavaju kada se prenose u vlaknima dopiranim erbijumom, kada je ulazna optička snaga EDFA mala, stvorit će se veći šum.
