掺铒光纤放大器的放大原理
EDFA的放大作用是通过1550nm波段的信号光在掺铒光纤中传输与Er3+ 离子相互作用产生的。在光与物质相互作用时，光可以被看作由光子组成的粒子束，每个光子的能量为：E=hv 其中E为光子的能量，v为光的频率，h为普朗克常数。
掺铒光纤中的Er3+离子所出的能量状态是不能连续取值的，它只能处在一系列分立的能量状态成为能级上，这些能量状态成为能级。当在掺铒光纤中传输的光子能量与Er3+离子的某两个能级之间的能量差相等时，Er3+离子就会与光子发生相互作用，产生收激辐射和收激吸收效应。受激辐射是指Er3+离子与光子相互作用从高能级跃迁到低能级，发射出一个与激发光子完全相同的光子(激光子的频率、相位、传播方向、偏振态相同);受激吸收是指Er3+离子与光子相互作用从低能集跃迁到高能级，并且吸收激发光子。为了详细说明EDFA放大原理，图1给出了Er3+ 离子与光放大作用有关的能级结构。
如图1所示，与Er3+离子产生光放大效应的能级由三个：高能态、亚稳态、基态。
高能态与基态之间的能量差与泵浦光子能量相同，亚稳态与基态之间的能量与1550nm的光子能量相同。
在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到高能态上，处于高能态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态上。由于 Er3+离子在亚稳态上能级寿命较长，因此，很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转，即处于亚稳态的Er3+粒子数比处于基态的Er3+粒子数多。当信号光子通过掺耳光弦，与Er3+离子相互作用发生受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的光子，这时通过掺耳光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用;只有少数处于基态的Er3+离子队信号光子产生受激吸收效应，吸收光子。Er3+离子的亚稳态和基态具有一定的宽度，使EDFA的放大效应具有一定波长范围，其典型值维1530—1570nm。Er3+离子处于亚稳态时，除了发生受激辐射和受激吸收以外，还要产生自发辐射，即Er3+离子在亚稳态上暂短停留还没有机会与光子相互作用，就会自发地从亚稳态跃迁到基态并发射出1550nm波段的光子，这种光子与信号光不同，它构成EDFA的噪声。由于自发辐射光子在掺铒光纤中传输时也会得到放大，因此在EDFA的输入光功率较低时，会产生较大的噪声。
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