L’effet d’amplification d’EDFA est généré par l’interaction de la lumière du signal dans la bande de 1550nm à travers la fibre dopée à l’Erbium et l’interaction des ions Er3+. Lorsque la lumière interagit avec la matière, la lumière peut être considérée comme un faisceau de particules composé de photons. L’énergie de chaque photon est: E = hv où E est l’énergie du photon, v est la fréquence de la lumière, et h est la constante de Planck.
L’état d’énergie de l’ion Er3+ dans la fibre dopée à l’erbium ne peut pas être pris en continu. Il ne peut être que dans une série d’États énergétiques distincts pour devenir des niveaux d’énergie, et ces états d’énergie deviennent des niveaux d’énergie. Lorsque l’énergie du photon transmis dans la fibre dopée à l’erbium est égale à la différence d’énergie entre deux niveaux d’énergie des ions Er3+, les ions Er3+ interagiront avec les photons pour produire des effets d’absorption de rayonnement d’excitation et d’excitation. L’émission stimulée se réfère à la transition de l’ion Er3+ et du photon d’un niveau d’énergie élevé à un faible niveau d’énergie, émettant un photon qui est exactement le même que le photon excité (la fréquence, la phase, la direction de propagation et l’état de polarisation du laser sont les mêmes); l’absorption stimulée se réfère à l’er3+ ion interagit avec le photon pour passer d’un jeu de basse énergie à un niveau d’énergie élevé, et d’absorber le photon excité.
En injectant suffisamment de lumière de pompe forte dans la fibre dopée à l’erbium, la plupart des ions Er3+ dans l’état de sol peuvent être pompés à l’état de haute énergie, et les ions Er3+ dans l’état de haute énergie sont rapidement transférés à l’état métastable sans rayonnement. Étant donné que les ions Er3+ ont une durée de vie plus longue au niveau de l’énergie dans l’état métastable, il est facile de former une inversion de population entre l’état métastable et l’état du sol, c’est-à-dire que le nombre de particules Er3+ dans l’état métastable est plus grand que le nombre de particules Er3+ dans l’état du sol.
Lorsque les photons de signal passent à travers la chaîne de lumière dopée à l’oreille et interagissent avec les ions Er3+ pour produire un effet d’émission stimulé, un grand nombre de photons identiques à eux-mêmes sont générés. À ce moment, les photons de signal transmis par la fibre d’oreille dopée augmentent rapidement, ayant pour résultat l’amplification de signal ; seuls quelques-uns sont dans l’état au sol Les photons de signal de l’équipe Er3+ produisent un effet d’absorption stimulée, qui absorbe les photons.
L’état métastable et l’état du sol de l’ion Er3+ ont une certaine largeur, de sorte que l’effet d’amplification d’EDFA a une certaine plage de longueur d’onde, et sa valeur typique est 1530-1570nm. Lorsque les ions Er3+ sont dans un état métastable, en plus de l’émission stimulée et de l’absorption stimulée, le rayonnement spontané est également généré, c’est-à-dire que les ions Er3+ restent dans l’état métastable pendant une courte période et n’ont aucune chance d’interagir avec les photons, et viendront spontanément de l’état substable. L’état stable passe à l’état au sol et émet des photons dans la bande de 1550nm. Ce photon est différent de la lumière du signal, et il constitue le bruit d’EDFA. Étant donné que les photons d’émission spontanée sont également amplifiés lorsqu’ils sont transmis dans la fibre dopée à l’erbium, lorsque la puissance optique d’entrée de l’EDFA est faible, un plus grand bruit sera généré.
