Si può produrre luce laser solo se la maggior parte degli atomi del mezzo attivo possiede più elettroni nello stato eccitato che nello stato fondamentale.

Questa situazione è detta INVERSIONE DI POPOLAZIONE.E' difficile realizzare un'inversione di popolazione poichè, secondo uno dei principi fondamentali della meccanica statistica, nel normale stato di equilibrio termico gli elettroni che occupano livelli energetici inferiori sono in numero maggiore di quelli che occupano livelli energetici più elevati. Questi ultimi tendono a decadere rapidamente per mantenere l'equilibrio. Se vi sono più atomi con elettroni nello stato fondamentale che atomi con elettroni in stati eccitati, vengono assorbiti più elettroni di quanti ne vengano emessi e non si ha produzione di luce laser. Perciò per ottenere una cospicua inversione di popolazione si devono pompare elettroni (pompaggio) negli stati eccitati più rapidamente di quanto essi decadono.

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