Faserlaser bilden die Basis für Faserverstärker und entsprechen im Aufbau einer Glasfaser. Sie bestehen aus einem nur wenige Mikrometer dünnen Kernglas, das von einem oder mehreren Mantelgläsern konzentrisch umgeben ist. Das Kernglas hat einen höheren Brechungsindex als die Mantelgläser.
Dieser Aufbau ist bei Faserlasern und Lichtwellenleitern identisch. Die Unterschiede zwischen dem Kernglas einer Glasfaser und dem eines Faserlasers liegen in der Dotierung. Das Kernglas von Faserlasern ist mit Ionen von seltenen Erden wie Erbium (Er), Ytterbium ( Yb), Neodym ( Nd) und Thulium (Tm) dotiert und das Mantelglas besteht in der Regel aus mehreren Schichten. Jede Dotierung emittiert eine andere Wellenlänge. Beispiele für entsprechende Faserlaser sind der mit Erbium dotierte EDFA-Verstärker, der Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 1,5 µm emittiert, der mit Ytterbium dotierte YDFA-Verstärker mit einer Infrarotemission von 1,1 µm, und der mit Thulium dotierte TDFA-Verstärker mit einer Lichtemission zwischen 1.460 µm und 1.530 µm.
Durch die Dotierung des Faserkerns mit Ionen kann dieser Licht verstärken und somit die Funktionen eines Faserverstärkers erfüllen. Die Aktivierung der Lichtemission erfolgt durch leistungsfähige Pumplaser deren Pumpstrahl in das Mantelglas eingekoppelt wird. Der Pumpstrahl wird über die gesamte Faserlänge vom Pumpkern in das Kernglas eingekoppelt und aktiviert dort den Laserprozess. Vor der Aktivierung mit dem Pumpstrahl befinden sich die Elektronen im Valenzband, von wo sie durch die Pumpstrahlenergie das Energiepotential der Bandlücke überschreiten und in das Leitungsband befördert werden. Von dort fallen sie zurück in das Valenzband, sie rekombinieren mit den Löchern und emittieren Photonen. Da der Pumpstrahl über die gesamte Faserlänge aktiv ist, wird über die gesamte Faserlänge eine Wechselwirkung erzielt.
Da Faserlaser aus mehreren konzentrisch angeordneten Mantelgläsern - Doppelmantelglas, Double Clad Fiber ( DCF) - bestehen, verbleibt das Licht im inneren Mantelglas weil es vom äußeren Mantelglas immer wieder reflektiert wird. Es wird von der Grenzfläche zwischen dem inneren und äußeren Mantelglas reflektiert und passiert das Kernglas, in dem es die Lichtverstärkung auslöst.