一种皮秒激光双程两级放大装置，包括皮秒种子源、偏振分束镜、第一双色镜、第二双色镜和第三双色镜，其中，皮秒种子源，位于偏振分束镜的注入端，用于产生种子光并注入到偏振分束镜；偏振分束镜，用以透射平行偏振方向的种子光而滤除垂直偏振的种子光；第一双色镜，位于偏振分束镜透射种子光的光轴上，且第一双色镜的镜面与该光轴呈一定角度；第二双色镜，位于第一双色镜反射种子光的光轴上，且第二双色镜的镜面与该光轴呈一定角度，本发明利用了第一激光晶体和第二激光晶体进行两级放大技术，放大增益可以提高两个数量级达到105，具有放大增益高、输出功率稳定性好、输出光斑质量高的优点，使得放大后的皮秒激光脉冲可以广泛应用在微加工领域。