Den forstærkende effekt af EDFA genereres af interaktionen mellem signallyset i 1550 nm-båndet gennem den Erbium-dopede fiber og interaktionen mellem Er3+-ioner. Når lys interagerer med stof, kan lys betragtes som en partikelstråle sammensat af fotoner. Energien af hver foton er: E = hv hvor E er fotonens energi, v er lysfrekvensen, og h er Planck' s konstant.
Er3 state-ionens energitilstand i den erbiumdopede fiber kan ikke tages kontinuerligt. Det kan kun være i en række diskrete energitilstande at blive energiniveauer, og disse energitilstande bliver energiniveauer. Når energien fra fotonet, der transmitteres i den erbiumdopede fiber, er lig med energiforskellen mellem to energiniveauer af Er3+-ioner, vil Er3+-ionerne interagere med fotonerne for at frembringe excitationsstråling og excitationsabsorptionseffekter. Stimuleret emission henviser til overgangen mellem Er3+-ion og foton fra højt energiniveau til lavt energiniveau og udsender en foton, der er nøjagtig den samme som den exciterede foton (frekvensen, fasen, udbredelsesretningen og polariseringstilstanden for laseren er samme); stimuleret absorption henviser til Er3+-ion interagerer med foton til overgang fra et lavt energisæt til et højt energiniveau og absorberer den ophidsede foton.
Ved at injicere tilstrækkeligt stærkt pumpelys i den erbiumdopede fiber kan de fleste Er3+-ioner i jordtilstand pumpes til højenergitilstand, og Er3+-ionerne i højenergitilstand overføres hurtigt til den metastabile tilstand uden stråling. Da Er3+-ioner har en længere levetid på energiniveau i den metastabile tilstand, er det let at danne en populationsinversion mellem den metastabile tilstand og jordtilstanden, dvs. antallet af Er3+-partikler i den metastabile tilstand er større end antallet af Er3+-partikler i jordtilstand.
Når signalfotoner passerer gennem den øre-dopede lysstreng og interagerer med Er3+-ioner for at producere en stimuleret emissionseffekt, genereres et stort antal fotoner identiske med dem selv. På dette tidspunkt stiger signalfotoner transmitteret gennem den øre-dopede fiber hurtigt, hvilket resulterer i signalforstærkning; kun få er i jordtilstand Er3+-ion-signalfotoner producerer en stimuleret absorptionseffekt, som absorberer fotoner.
Den metastabile tilstand og jordtilstanden for Er3+ ion har en vis bredde, således at amplifikationseffekten af EDFA har et bestemt bølgelængdeområde, og dens typiske værdi er 1530-1570 nm. Når Er3+-ioner er i en metastabil tilstand, ud over stimuleret emission og stimuleret absorption, genereres der også spontan stråling, dvs. Er3+-ioner forbliver i den metastabile tilstand i kort tid og har ingen chance for at interagere med fotoner, og vil spontant komme fra den substabile tilstand. Steady state overgår til jordtilstanden og udsender fotoner i båndet på 1550 nm. Denne foton er forskellig fra signallys, og den udgør støj fra EDFA. Da de spontane emissionsfotoner også forstærkes, når de transmitteres i den erbium-dopede fiber, vil der genereres større støj, når den optiske indgangseffekt af EDFA er lav.
