光束通过处于粒子数反转状态的工作物质，因受激辐射占优势而被放大，这一段具有激光增益的工作物质就是一个激光放大器。在某些应用领域中，要求激光束同时具备高性能（发散角、谱线宽度、脉冲宽度等）和高功率（或高能量），而高功率（或高能量）激光振荡器通常难以产生性能优良的激光束，而且谐振腔内高功率激光束的往返传输还会使腔内工作物质和光学元件遭到破坏。因此，为了获得高质量、高功率（或高能量）激光束，往往采用一级或多级激光放大器将小功率（或小能量）激光振荡器输出的优质激光束放大的方法。

激光放大器依据不同原则有不同的分类方式。

按照被放大信号光的时间特性，激光放大器分为3类：连续激光放大器、脉冲激光放大器和超短脉冲激光放大器。①被放大信号光为连续光或者自由运转激光器输出的脉冲光（脉宽通常在10^-3秒量级），激光的持续时间大于工作物质的激光上能级寿命（也称纵向弛豫时间），此时由于光信号与工作物质相互作用时间足够长，因受激辐射而消耗的反转粒子数来得及由泵浦抽运所补充，因此反转粒子数及腔内光子数密度会达到稳态数值而不随时间变化，可以用稳态方法研究放大过程。这类放大器称为连续激光放大器。②对于窄脉冲激光器（如调Q激光器）的输出，脉宽在10^-9秒量级，小于工作物质的纵向弛豫时间，因受激辐射而消耗的反转粒子数来不及由泵浦抽运补充，反转粒子数和光子数在很短的相互作用期间内达不到稳定状态。这类激光放大器须用非稳态方法研究，称为脉冲激光放大器。③工作物质在光波电磁场的作用下，粒子产生感应电偶极矩与电磁场同相，但粒子间或粒子与管壁间的碰撞以及晶格的作用，会使宏观感应电极化滞后于电场，这一滞后的时间称作横向弛豫时间。对于锁模激光器输出的脉宽10^-11～10^-14秒的超短脉冲激光，脉冲宽度小于工作物质的横向弛豫时间，这一类的放大器称为超短脉冲激光放大器，需要用半经典理论分析处理。

按照工作状态，可以分为小信号放大器和饱和放大器。①当入射光信号非常微弱，并且工作物质也较短时，入射光放大对增益介质反转粒子数的消耗可以忽略，此时放大光强可以用下式表达：

式中为信号光在增益介质中传输了距离后的光强；为输入的信号光光强；为小信号增益系数；为损耗系数。由此可见，小信号近似下，被放大的信号光在增益介质内传播，呈指数形式迅速增强。小信号放大的增益虽然很高，但输出功率（或能量）受限，通常用于前置放大器。②当入射光较强，或工作物质较长、入射光得到充分放大，增益介质反转粒子数的消耗造成增益下降，放大光强的增长偏离指数形式而趋于平缓，这一现象称为增益饱和。更进一步，当增益下降到与损耗相当的程度时，放大光将不再增长，呈现完全饱和的状态。高功率（或高能量）输出的放大器，为了充分利用放大器的能力，通常应工作在饱和状态。

按照工作方式，激光放大器可以分为再生放大器和行波放大器。①再生放大器结构上类似激光振荡器，沿着光轴在增益介质的两端分别有一个反射镜，被放大的信号光在反射镜之间来回反射，多次往返通过增益介质，获得较高的增益。再生放大器因其高增益特性，通常用于微弱信号的放大，或者多级激光放大系统的前级。②行波放大器在增益介质两端无谐振腔结构，被放大的信号光以行波的方式单次通过放大介质（在某些系统中，也存在利用偏振或角度的变化实现双通或四通的情况，但由于不存在谐振效应，其本质与再生放大器不同，仍属于行波放大）。行波放大器结构简单，工作稳定可靠，且当输入信号光较强时，单次通过即可以实现增益饱和，充分发挥放大器的增益能力，所以通常行波放大器的应用更为广泛。