Per comprendere il funzionamento del LASER occorre introdurre i concetti di inversione di popolazione, emissione spontanea ed emissione stimolata. Infatti affinchè si abbia emissione laser è necessario avere
un numero di atomi eccitati superiore al numero di atomi in equilibrio termico, occorre cioè, invertire la popolazione.
Per capire come avviene l'inversione di popolazione si considerino i comuni laser a elio-neon (del tipo usato per esempio nei lettori di codici a barre dei supermercati). In questi laser una corrente elettrica ad alta tensione eccita (pompaggio) un elettrone di un atomo della miscela di gas dal suo stato fondamentale a un livello energetico più alto. Dopo un tempo caratteristico, l'elettrone decade in modo spontaneo a un livello inferiore, emettendo un fotone la cui energia corrisponde alla differenza di energia tra i due livelli.
Alcuni fotoni emessi in questo modo incontrano altri atomi eccitati e inducono il decadimento dei loro elettroni eccitati al livello energetico inferiore.
Durante questo decadimento stimolato ciascun atomo emette un fotone; supponendo che tutte le transizioni avvengano tra gli stessi due livelli energetici, tutti i fotoni devono avere la stessa energia e di conseguenza la stessa lunghezza d'onda. In base ai principi della meccanica quantistica si può dimostrare che essi vengono emessi nella stessa direzione e con la stessa fase dei fotoni incidenti. Il processo si ripete via via che i fotoni vengono riflessi avanti e indietro tra due specchi, fino a che si forma una "valanga" di fotoni, tutti della stessa lunghezza d'onda, tutti in movimento nella stessa direzione e tutti in fase. Da questo concetto deriva l'acronimo "L.A.S.E.R." cioe', amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazione (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
Cavità risonante
Pompaggio