半導體激光器的工作原理，它是在泵浦源的作用下，使得工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)，從而具備光的放大作用。對于摻鉺光纖放大器來說，其基本原理與之相同，它之所以能放大光信號，簡單來說，是在泵浦源的作用下，在摻鉺光纖中出現(xiàn)了粒子數(shù)反轉分布，產(chǎn)生了受激輻射，從而使光信號得到放大。由于edfa具有細長的纖形結構，使得有源區(qū)的能量密度很高，光和物質(zhì)的作用區(qū)很長，這樣可以降低對泵浦源功率的要求。
由理論分析知道，鉺離子有三個工作能級：e1,e2和e3，如圖所示。其中e1能級最低，稱為基態(tài)；e2能級為亞穩(wěn)態(tài)，e3能級最高，稱為激發(fā)態(tài)。
圖 鉺離子能帶圖
在末受任何光激勵的情況下，處在最低能級e1上，當用泵浦光源的激光不斷地激發(fā)光纖時，處于基態(tài)的粒子獲得了能量就會向高能級躍遷。如由e1躍遷至e3，由于粒子在e3這個高能級上是不穩(wěn)定的，它將迅速以無輻射躍遷過程落到亞穩(wěn)態(tài)e2上。在該能級上，相對來講粒子有較長的存活壽命，此時，由于泵浦光源不斷地激發(fā)，則e2能級上的粒子數(shù)就不斷增加，而e1能級上的粒子數(shù)就減少，這樣，在這段摻鉺光纖中實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)，就具備了實現(xiàn)光放大的條件。
當輸入光信號的光子能量e=hf正好等于e2和e1的能級差時，即e2-e1=hf：，則亞穩(wěn)態(tài)e2上的粒子將以受激輻射的形式躍遷到基態(tài)e1上，并輻射出和輸入光信號中的光子一樣的全同光子，從而大大增加了光子數(shù)量，使得輸入光信號在摻鉺光纖中變?yōu)橐粋€強的輸出光信號，實現(xiàn)了對光信號的直接放大。