超快雷射器的工作原理主要基於在介質中利用雷射的非線性效應和超快反應速度，通過技術如模式同步、多次倍頻和非線性調製來實現。這些雷射器能夠產生納秒或皮秒級別的超短雷射脈衝，具有高功率、高能量、高單色性和短脈衝等特點。其核心組件和作用如下：
雷射器。產生雷射光束。
增益介質。用於放大雷射信號。
模式鎖定器。控制雷射器輸出的脈衝寬度和頻率，確保光束具有鎖定的相位關係。
超快雷射器的工作過程如下：
泵浦光源將能量輸送到雷射介質中，將能量轉換為光能並輸出一段脈衝。
光學諧振腔中的光學元件反射光的同時對其進行壓縮，形成超短脈衝。
雷射信號被分成兩束，其中一束被壓縮成極短的脈衝，另一束用於測量時間。壓縮技術基於非線性光學現象——自相位調製，通過適當相位調製使光線在穿過透明介質時，光束的相位偏移和頻率寬度保持墨西哥帽形狀，從而保證超短雷射脈衝的產生。
此外，超快雷射器還利用鎖模技術獲得超短脈衝，以及CPA（Chirped Pulse Amplification）技術獲得高脈衝能量。這些技術使得超快雷射器在材料加工、生物醫學、通信等領域有廣泛套用。