チャープパルス増幅
パルスストレッチャーおよびパルスコンプレッサーの構成方法は数種類存在する。しかし、典型的なチタンサファイアレーザーベースのチャープパルス増幅器は数百ピコ秒のパルス幅を要求するため、周波数成分ごとに 10 cm の光路差を生み出す必要がある。これだけの光路差を生み出すための最も現実的な方法は回折格子を用いる方法である。パルスストレッチャーおよびパルスコンプレッサーは、分散により特徴づけられる。「負の分散」により、光は高周波(短波長)成分よりも低周波(長波長)成分のほうが長い時間を書けて伝播するようになる。「正の分散」ならばその逆となる。CPA に用いられるパルスストレッチャーとパルスコンプレッサーの分散は、足してゼロになることが要求される。実用上の理由により、高出力なパルスコンプレッサーの側が負の分散を、低出力なパルスストレッチャーの側が正の分散をもつよう設計されることが多い。
光学機器の分散は周波数成分ごとの時間遅れ τ ( ω ) {\displaystyle \tau (\omega )} として表される。シードレーザーからパルスコンプレッサーまでの一連の構成部分のそれぞれ全てが分散を持つ。パルス幅をおよそ100フェムト秒よりも短くするためにパルスストレッチャーおよびパルスコンプレッサーを調整することは難しく、追加の分散性構成要素が必要となる場合がある。
これに対して、CPA において超短パルスレーザーは、パルスストレッチャーと呼ばれる低周波数成分が高周波数成分よりも短い距離を伝播するように構成された1対の回折格子を通され、レーザー媒質へ入射される前に時間的に引き伸ばされる。パルスストレッチャーを通った後のレーザーパルスは正のチャープ、すなわち時間的に高周波成分が低周波成分の後に来るような変調を受け、元のパルス長よりも千倍から十万倍の長さへ引き伸ばされる。
この引き伸ばされたパルスの放射照度は先述したような限界を大きく下回るため、レーザー媒質へ安全に入射させることができ、かつ数百倍以上の強度へと増幅することができる。最終的に、増幅されたレーザーパルスは引き伸ばし時と逆の過程を経ることにより元々のレーザーパルス幅へと圧縮され、CPA の発明以前に可能であったピーク出力を何桁も上まわるピーク出力を達成することができる。
CPA の発明により、ピーク出力の増強に加えてレーザーシステムの小型化も達成された。CPA を用いるレーザーシステムのうち最も大きい部分はパルス圧縮部である。CPA 技術により、卓上サイズでテラワットレーザー(典型的には1ピコ秒のパルス幅に1ジュールのエネルギーを圧縮できる)を作成可能である。