Ein Optical Parametric Amplifier (OPA) basiert auf parametrischen nichtlinearen Interaktionen. Dieser Effekt, der auf das Kristallmaterial zurückzuführen ist, erzeugt mehrere Misch- Wellenlängen, kann aber auch für die parametrische Verstärkung genutzt werden.
Beim OPA- Verstärker wird der Signalstrahl zusammen mit einem Laserstrahl eines Pumplasers mit kürzerer Wellenlänge durch einen Kristall geführt. Die Photonen des Pumplasers werden in sogenannte Idler-Photonen und in Signalphotonen konvertiert, die eine geringere Energie haben. Die Idler-Photonen entsprechen der Energiedifferenz zwischen der Energie der Laser- und Signalphotonen. Beim OPA-Effekt wird die Pump-Energie des Lasers komplett in Signalenergie und Idler-Energie konvertiert.
Parametrische optische Verstärker können unter Ausnutzung der Nichtlinearitäten des Kristalls oder des optischen Leiters auch für Vierwellenmischung eingesetzt werden.