Эти устройства испускают ультракороткие импульсы с длительностью от 20 до 100 фемтосекунд. Усилитель с одним каскадом усиления может производить импульсы до с энергией 5 миллиджоулей с частотой 1000 Герц, в то время как при нескольких каскадах усиления установки могут производить импульсы до нескольких Дж, с частотой до 10 Гц. Как правило, кристаллы усилителя накачиваются второй гармоникой Nd:YLF лазера на 527 нм и работает на длине волны 800 нм. Существует две различные конструкции усилителей: регенеративный усилитель и многопроходный усилитель.
Регенеративные усилители работают, усиливая отдельные импульсы, приходящие с осциллятора (см. выше). Вместо обычного резонатора с полупрозрачным зеркалом , они содержат высокоскоростные оптические переключатели, которые посылают и испускают импульс прямо в тот момент, когда он усиливается с высокой интенсивностью. Термин "чирпированный-импульс" относится к особой технологии усиления импульса, которая необходима, чтобы предотвратить от повреждения импульсами компоненты в лазере за счет высокой интенсивности.
В многопроходном усилителе нет оптических переключателей. Вместо этого, зеркала направляют луч определенное количество раз (два или более) через кристалл Ti:sapphire, в несколько ином направлении луч импульса накачки может проходить много раз через кристалл, так что все больше и больше проходов накачивают кристалл. Вначале луч накачки накачивает некоторое пятно в усиливающей среде. Затем сигнал проходит через центр для максимального усиления, но после дальнейших проходов диаметр увеличивается для снижения порога генерации, чтобы избежать усиления периферийной части пучка, таким образом, повышая качество пучка и отсечения некоторых лучей паразитной генерации полностью снимающих инверсию в усиливающей среде.
Импульсы чирпированных импульсных усилителей - часто преобразуется в другие длины волн с помощью различных нелинейных оптических процессов.
При энергии 100 фемтосекундного импульса в 5 мДж пиковая мощность такого лазера составляет 50 ГВт, что во много раз больше, мощности большой электростанции (около 1 ГВт). Лазерный импульс, сфокусированный линзой, разрушает любой материала, помещенный в фокус, в том числе молекулы воздуха, приводя к образованию филаментов в воздухе.
