再生放大器是最早的激光放大器类型，常用于皮秒或飞秒光脉冲，基本结构如下图所示。增益介质(基本都是固体介质)位于共振腔中，普克尔盒加偏振片构成的光开关能够使光束多次通过增益介质，使种子脉冲放大到最大能量后输出，放大倍数因此能达到很高。
再生放大器的工作过程：首先，泵浦增益介质使之积累能量；然后，使用电光开关打开端口很短时间，将种子脉冲注入共振腔中，在共振腔中往返多次得到放大；最后，使用光开关释放高能脉冲。
过去几十年中，超快再生放大器催生了大量科研和工业应用。比如，泵浦探测多维光谱学研究化学反应动态就是因为再生放大器产生高峰值功率脉冲才成为可能。在工业应用中，再生放大器为微纳加工提供了一种新的方法。
不过，再生放大器也受到一些限制。非线性效应可能限制脉冲能量和增益，但是可以通过啁啾脉冲放大(CPA)缓解，即在放大前先展宽脉冲，使峰值功率不足以触发非线性效应，待增益介质中存储很多能量后再次压缩。另一个重要问题是脉宽变宽，使用CPA的再生放大和压缩的脉宽极限一般在40 fs左右。其它可能的问题还有与高重频相关的波动。
尽管再生放大器也基于多通设计，但是一般说的多通放大器实际上采用更简单的配置。多通放大器一般基于激光晶体，能够获得超高的峰值功率。比如，脉冲压缩至20 fs后，峰值功率可能达到几十太瓦(TW, 10^12 W)，而更先进的系统甚至达到帕瓦级。
多通配置的主要优势是宽带宽，能够使用相对薄的增益晶体，从而接受更宽的入射角并确保光束在晶体中重合。另一个优势是它们的非线性色散有限，能压缩出非常短的脉宽，经常在25 fs以内。
多通放大器的主要挑战在于配置复杂的光学元件。典型的多通放大器一般都有多个反射镜控制多通光束方向。因为每条光束都需保持分离，细微的角度调节和对准是一项难题。
再生VS多通
一般地，脉冲要求不太窄(20 fs以上)时再生放大器有很大优势，而脉冲小于20 fs时，多通放大器更常用。在脉冲能量要求很高时，往往两者混用。比如，耶拿大学的POLARIS激光系统是世界上最强的全二极管泵浦激光系统，它首次产生了超过50 J的脉冲能量，下图为POLARIS的结构示意图，包括再生和多通的五级放大(A1到A5)。
大多数光纤放大器使用掺稀土离子的玻璃光纤作为增益介质，其工作方式和光纤激光器相似，只是没有激光腔。光纤放大器最初主要设计用于光纤通信，保证有效的长距离传输。如今，随着相关技术日益成熟，高功率光纤放大器具有几千瓦输出，在材料加工领域引领新的潮流。
光纤放大器有很多吸引人的优点。首先是非常紧凑，因为光纤具有很好的延展性。由于小模场和长光纤，光纤放大器的增益也可能达到几十分贝，而且较宽的增益带宽使之非常适合放大超短脉冲。表面体积比高和单模工作能够获得高光束质量。
但是，非线性畸变可能严重降低光纤放大器的性能，尤其对于飞秒脉冲。脉冲质量也可能受色散影响。即使CPA可以很好地抑制非线性效应，但装置将需要加入自由空间光学元件，这也必然减弱光纤系统的优势。
下面为Thorlabs掺铒光纤放大器(EDFA)放大430 fs, 22 pJ脉冲的实验结果。我们调节泵浦电流将脉冲放大到三个强度水平，如下图所示，蓝色曲线表示输入脉冲，红色表示没有色散补偿的输出脉冲，绿色表示带色散补偿的输出脉冲。
实验结果表明，输出脉冲的峰值功率不高于1 kW时，输出脉冲时间轮廓的非线性效应很小，如左边二图。但是，超过1 kW时开始产生畸变，即第三图。仔细控制初始啁啾、放大器色散和脉冲能量达到平衡时，可以产生低畸变的压缩脉冲，比如上面的0.6 nJ输出结果，带色散补偿时产生了峰值功率6 kW的88 fs脉冲。
Thorlabs提供掺铒和掺镱光纤放大器以及半导体光学放大器。
这种放大器常用于超快光谱学中，不仅因为能够提供高达80 dB的增益，而且因为具有宽带宽，能够产生只有几个周期的超短脉冲，从而探测快速动态过程。光参量放大器(OPA)利用晶体材料的非线性效应得到光参量放大。在此过程中，高强度高频率泵浦光将能量传递到低强度低频率信号光，并同时产生一束闲频光。信号光不仅能放大几个量级，而且还具有宽调谐范围。
OPA非常适合放大锁模激光器的超短脉冲。OPA只在泵浦脉冲通道提供增益，脉冲周围的放大自发辐射(ASE)要远小于其它超快放大器。另外，因为泵浦能量能够完全传递到信号光和闲频光，晶体的热效应极低。
当然，OPA的脉冲放大也有各种问题。比如，虽然OPA具有极低的热效应，但是很少的局部发热也是有害的，因为它会影响相位匹配。另外，对于要求大模场的高功率器件，增益波导效应将减弱信号光，因此不能充分利用泵浦能量。
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