在光纤纤芯中掺入稀土离子，泵浦光通过光纤时，纤芯中的稀土离子吸收泵浦光，跃迁到激光上能级，产生粒子数反转。反转后的粒子在自发辐射光子或者特别注入的光子诱导下以受激辐射跃迁到激光下能级，同时发射出与诱导光子相同的光子，这样的过程雪崩般发生，于是发射出激光。这就是光纤激光器的基本原理。选择在光纤中掺稀土离子构成光纤激光器，部分原因就是稀土离子的吸收范围正好与半导体激光器的辐射范围重合，因而能方便地采用成本低廉的、工艺较为成熟的半导体激光器作为泵浦光源。
光纤激光器的基本结构由增益介质、谐振腔与泵浦源组成。增益介质为掺有稀土离子的光纤芯，掺杂光纤放置在两个反射率经过选择的腔镜之间，泵浦光从光纤激光切割机激光器的左边腔镜耦合进入光纤，经准直光学系统和滤波器得到输出激光。从理论上来说，只有泵浦源和增益光纤是构成光纤激光器的必须组件，而谐振腔并非必不可缺的组件。谐振腔的选模和增加增益介质长度的作用在激光切割机光纤激光器中是可以不用的，因长光纤本身可以非常长,从而获得很高的单程增益，而光纤的波导效应又可以起到选模的作用。但实际应用中人们一般希望使用较短光纤，所以多数情况下采用谐振腔，以引入反馈。
光纤激光器的优点
与传统的气体激光器和固体激光器相比，以掺杂光纤为工作介质的光纤激光器具有以下优点：
①增益介质的表面积/体积比大
光纤激光器采用光纤做增益介质，具有很大的表面积/体积比，这使其具有非常好的散热性能，因此，即使非常高功率的光纤激光器，增益介质也不会受到热损害，一般无需对增益介质采取特别的散热措施，而其他种类的激光器，增益介质的散热问题是需要重点考虑的，因此，该特点是光纤激光器多独有的。
②优异的双波导限制机制
高功率全光纤激光器采用双包层有源光纤，这种双层光纤是一种双波导结构，高功率的多模泵浦光被限制在直径较大的内包层中传输，为采用高功率廉价的多模泵浦光提供了条件，信号激光在直径很小的具有圆对称波导结构的纤芯中产生和传输，在小芯径纤芯波导的限制下，信号激光可获得理想的光束质量和极小的出光光斑直径，这是全光纤激光器独具吸引力的重要特点，在高功率激光器中，目前还没有一种激光器能够超越。优异的光束质量和极小的出光光斑直径在激光应用中具有非常重要的意义，可使后续应用设备的光学系统更简单，体积更小，工作距离更长，激光聚焦光斑更小，工作效率更高，加工深度更深，加工质量更好等等。
③固有的全封闭柔性光路
全光纤激光器的光路全部由光纤和光纤元件构成，光纤和光纤元件之间采用光纤熔接技术连接，整个光路完全封闭在光纤波导中。这种天然的全封闭性光路一旦形成，无需另加隔离措施即可自成体系，实现与外界环境的隔离。由于光纤细小并具有很好的柔性，光路可盘绕和沿细小的管道穿行，因此，全光纤激光器能够在比较恶劣的环境下工作，输出光可穿过狭小的缝隙或沿细小的管道进行远距离传输。这些特点在工业应用中优势巨大，激光不但能适应比较恶劣的工作环境，而且可以使激光器原理出光点，可将激光引入到以前很难到达的地方，可非常容易移动和改变出光点，实现加工点公用一台激光器，可使激光加工设备的设计具有更高的灵活性等等。
④光路具有免维护性
如前所述，全光纤激光器的关谷全部由光纤和光纤元件构成，光纤和光纤元件之间采用光纤熔接技术连接，因此，光路一旦完成，即形成一个整体，实践证明，这样形成的链接结构和连接参数将长期保持稳定，如果光纤和光纤元件本身能有长期稳定性，整个光路将长期稳定，无需维护。需要特别指出的是，这种免维护的特性并非不可维护和维修，在需要的情况下，整个光路的维护和维修同样可以进行，因此，与气体和固体激光器需要频繁的维护维修相比，全光纤激光器光路的免维护特性异常优异，而与半导体激光器的不可维修性相比，全光纤激光器的可维护性和可维修性表现出明显的优势。
⑤寿命长
全光纤激光器的光路具有长期稳定性，因此，需要与之匹配的长寿命泵浦激光器才能获得整机的长寿命。发展低价格的长寿命多模泵浦激光器使发展长寿命光纤激光器的重点。单条宽发光区多模泵浦激光器就是这样一种长寿命半导体泵浦激光器，其条宽一般取100mm，基本上已经接近105/125多模光纤的纤芯直径，其有源区条宽是列阵半导体激光器的几十倍，对单一发光条来说，同样输出功率和同样注入电流情况下，其光功率密度和电流密度将降低几十倍，有源区温度也会有所降低，在忽略其他因素的前提下，单条宽发光区半导体泵浦激光器降低失效率的作用是异常显著的。目前尾纤输出功率大于5W的单条宽发光区半导体泵浦激光器的平均无故障工作时间已经达到50万小时以上。采用单条宽发光区半导体泵浦激光器作为光线激光器的泵浦源，全光纤激光器将具备长寿命的特点，因此，制作具有几十万小时得长寿命光纤激光器在技术上已经可行。
⑥体积小重量轻
全光纤激光器由于光路可盘绕，光路占用空间较小，在采用单条宽发光区半导体泵浦激光器做泵浦源的情况下，泵浦激光器可分散安装，具有很好的散热特性，在安装密度不高的情况下，采用冷即可，在安装密度较高的情况下，只需少量通水即可满足散热要求，因此，全光纤激光器的体积比同样输出功率的气体和固体激光器系统更小，重量更轻。
