EDFA hoạt động trong khoảng từ 1530 nm đến 1560 nm. EDFA gồm một đoạn cilica mà phần lõi được cho vào các nguyên tử ion Er3+ của nguyên tố đất hiếm Ebiri. Ở đầu cuối sợi quang, một laser phát đi một tín hiệu (pump signal) vào sợi. Để kết hợp ngõ ra của laser với một tín hiệu vào (data signal), một số ghép phụ thuộc bước sóng được đặt trước đoạn cáp. Thông thường, một bộ cách ly được dùng trước ngõ vào hoặc ngõ ra của bộ khuếch đại để ngăn sự phản xạ vào trong bộ khuếch đại.
Hình 2.15 : Eribium-doped fiber amplifier
Tín hiệu bơm kích thích các nguyên tử ion Er3+ đến một mức năng lượng cao hơn. Sự chuyển dịch mức năng lượng của điện tử từ cao xuống thấp sẽ phát ra một photon, được gọi là bức xạ tự phát nếu như không có bất cứ một tác động nào khác chen vào; hoặc bức xạ kích thích do sự có mặt của các photon chứa năng lượng bằng năng lượng
dịch chuyển. Thời gian sống của các điện tử ở mức năng lượng cao vào khoảng 10ns đảm bảo cho các ion Er3+ đợi để được khuếch đại tín hiệu bằng bức xạ kích thích. Khi tín hiệu dữ liệu được truyền vào EDFA, nó kích thích sự phát xạ của ánh sáng từ các ion ở trạng thái kích thích, do vậy nó khuếch đại công suất tín hiệu.
Hầu hết các EDFA dược bơm bằng laser với bước sóng 980 nm hoặc 1480 nm. Bước sóng 980 nm cho hiệu suất độ lợi quanh 10 dB/mW, trong khi bước sóng 1480 nm cho hiệu suất quanh 5 dB/mW. Một hạn chế của khuếch đại quang là độ lợi phổ không đồng đều. Độ lợi phổ EDFA được vẽ trong hình 2. . Ngoài ra, các bộ khuếch đại cũng khuếch đại nhiễu như tín hiệu và vùng tích cực của bộ khuếch đại cũng tự động phát ra các photon, làm hạn chế hiệu suất của bộ khuếch đại.
Hình 2.16 : Độ lợi phổ EDFA
Một số phương pháp làm phẳng độ lợi của EDFA đã được nghiên cứu như sử dụng bộ lọc quang tần số 1530 nm để nén đỉnh trong vùng này. Tuy nhiên khi có nhiều EDFA được ghép liên tầng, một đỉnh khác xuất hiện quanh bước sóng 1560 nm, lúc đó bộ lọc ở tần số 1560 nm được sử dụng. Một phương pháp khác là hiệu chỉnh công suất phát ngõ vào để cho công suất trên mọi bước sóng nhận được ở bên thu như nhau. Cách này được áp dụng trong mạng vòng Ring WDM.