光纤放大器一般由种子源、抽运源、增益介质光纤、光隔离器及耦合系统等部分组成。双包层光纤放大器的独特之处在于其增益介质为双包层光纤，由掺杂纤芯、内包层、外包层、保护层4 部分组成，与常规光纤相比，多了一个可以传输抽运光的内包层。纤芯由掺稀土元素的SiO2 构成，它作为产生激光的波导，一般情况下是单模的;内包层由横向尺寸和数值孔径都比纤芯大得多、折射率比纤芯小的SiO2构成，是抽运光通道，对抽运光波长来说是多模的，用以传输高功率的抽运光。抽运光从一端通过耦合系统进入双包层光纤，在内包层传输过程中，以折射方式反复穿越纤芯，被掺杂离子吸收，形成粒子数反转以实现增益;信号光在另一端耦合进入纤芯，最终获得高功率、光束质量好的放大激光输出。

双包层光纤放大器采用的是行波放大的原理。纤芯中的掺稀土离子在抽运光作用下，处于粒子数反转状态，当信号光通过纤芯时，由于信号光频率与双包层光纤的增益谱线相重合，故激发态上的粒子在外来信号光的作用下产生受激辐射，这种辐射叠加到外来信号光上而得到放大。