为了获得大单脉冲能量输出，种子脉冲需要经过高增益放大器放大来实现。皮秒放大器的难点在于如何控制放大后激光的光束质量以及如何避免放大器内部器件因承受高峰值功率而损坏。高增益放大器有三种：光纤放大器、再生放大器以及多程行波放大器。下表从几个维度，对三种放大器的优缺点进行对比。
光纤放大器优点是输出功率高，放大增益高（>109），结构简单稳定，制作成本相对较低，缺陷是受光纤非线性影响，无法获得高单脉冲能量输出，通常小于10uJ。
再生放大器优点是，放大器增益高，很容易获得>200uJ单脉冲能量输出，缺陷是放大腔结构复杂，对脉冲时序要求非常严格，同时需要加入电光腔倒空功能，制作难度大，成本高，稳定性不容易控制。
多程行波放大器的优点是，结构简单，稳定可靠，制作成本低，很容易获得高功率高单脉冲能量输出，缺陷是单级放大增益小，一般可以达到103-104，但是可以通过增加放大级数来获得需要增益，目前绝大多数的激光器厂商采用这种放大器。
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