Thiết bị EDFA là một dạng của thiết bị khuyếch đại quang sợi OFA (Optical Fibre Amplifier). Cấu tạo của nó bao gồm một sợi quang được pha tạp thêm nguyên tố đất hiếm Erbium. Sợi quang sau khi được pha tạp sẽ thay đổi cấu trúc phân tử và trong bản thân sợi quang xuất hiện các mức năng lượng mà tại đó Electron được tập trung tại đó trong những điều kiện phù hợp. Các mức năng lượng đó được mô tả cụ thể trong sơ đồ sau :
EDFA bao gồm một đoạn ngắn sợi cáp quang và phần lõi của nó được pha tạp khoảng 0. 1% Erbium. Nguyên lý hoạt động của nó như sau : khi các ion Erbium nhận được năng lượng từ nguồn laser bơm (các bước sóng bơm có thể là 1480 nm hay 980 nm tuỳ theo cấu trúc của EDFA) các điện tử của nó được bơm tới mức năng lượng cao hơn chẳng hạn như từ E1 lên E2, E2 là trạng thái không bền nên điện tử sẽ phân rã xuống mức năng lượng thấp hơn là E4.
Nếu thời gian điện tử sống ở mức E3 đủ lớn để các điện tử được nguồn bơm kích thích tập trung lại ở mức năng lượng này thì sẽ xảy ra hiện tượng đảo mật độ: có nghĩa là mật độ điện tử nằm trên mức năng lượng E2 lớn hơn mật độ của chúng nằm trên mức năng lượng cơ bản E1. Lúc này trong sợi quang sẽ có hiện tượng bức xạ tự phát : điện tử sẽ tự phân huỷ từ mức năng lượng kích thích E2 về mức năng lượng cơ bản E1, quá trình này sẽ giải phóng ra một photon có tần số γ = (E2 – E1)/ h hoặc bức xạ kích thích khi điện tử được kích thích bởi một photon có năng lượng hγ = E2- E1 nó cũng sẽ nhảy về mức cơ bản và sinh ra một photon có năng lượng đúng bằng hγ. Hiện tượng phát xạ kích thích này được ứng dụng làm bộ khuyếch đại EDFA, khi các photon của tín hiệu quang được đưa vào sợi EDFA trong sợi sẽ xuất hiện hiện tượng phát xạ kích thích và tín hiệu được khuyếch đại.
Các hệ thống EDFA trong thực tế được mô tả trong hình sau :
Hình 4. 16: Cấu trúc modul EDFA thực tế