雷射放大器的工作原理主要基於受激輻射，這個過程中，活性介質中的原子或分子吸收泵浦光的能量，隨後這些激發態的粒子在特定條件下發射出與輸入光子相同頻率、相位和方向的光子。雷射放大器包含一個光學共振腔，腔內的反射鏡使光子在活性介質中來回反射，每次反射都會增加光子的數量，從而提高雷射信號的強度。
活性介質中的粒子通過受激輻射過程釋放出光子，這些光子被光學共振腔內的反射鏡反射回來，再次通過活性介質，實現光子的倍增和放大。輸出雷射通過半透明鏡發射出來，具有一定的功率增益，可以用於各種套用，如通信、醫療、測量和科學研究等。