Konfiguracja
Schemat wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego pierwiastkami ziem rzadkich pokazano na rysunku 1. Sygnał wejściowy jest połączony ze światłem pompy przez WDM sprzęgacza i jest wzmacniana przez światło pompy poprzez stymulowaną emisję w światłowodzie domieszkowanym pierwiastkami ziem rzadkich. Izolatory optyczne są umieszczone zarówno na wejściu, jak i na wyjściu, aby ustabilizować wzmocnienie sygnału eliminując niepożądane odbicia wsteczne z portu wyjściowego, a także uniemożliwić działanie wzmacniacza jako laser światłowodowy.
Długości fal emisji z pierwiastków ziem rzadkich
Rysunek 2 przedstawia wykresy energii różnych pierwiastków ziem rzadkich, pokazujące zarówno długość fali pompy, jak i emisji. Pierwiastek ziem rzadkich pochłania światło pompy i jest podniesiony do poziomu wzbudzenia (pokazanego jako strzałka skierowana w górę) i ostatecznie spada do niższego poziomu emitując światło (pokazane jako strzałka skierowana w dół).
Erb (Er) wykazuje silną fluorescencję w Pasmo C oraz Pasmo L a zatem wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem (EDFA) jest najpopularniejszym wzmacniaczem światłowodowym w komunikacji optycznej. Inne powszechne pierwiastki ziem rzadkich to iterb (Yb) i tul (Tm). Iterb i tul wykazują silną fluorescencję około 1 mikrona i 1,9 mikrona, a te dwa pierwiastki ziem rzadkich są powszechnie używane w laserach światłowodowych dużej mocy do zastosowań innych niż telekomunikacyjne (znakowanie laserowe, spawanie itp.).
Na ogół absorpcja jednego fotonu skutkuje emisją jednego fotonu, jednak nie zawsze tak jest. Jeden przypadek nazywa się emisją kaskadową, w której jeden zaabsorbowany foton wytwarza dwa (lub więcej) fotony; przykład pokazano na wykresie energii Tm. Inny przypadek nazywa się emisją konwersji w górę, gdzie dwa (lub więcej) zaabsorbowane fotony wytwarzają jeden foton; przykład pokazano na wykresie energii Er.