หลักการกำเนิดแสงเลเซอร์
หลักการพื้นฐานสำคัญในการทำให้เกิดแสงเลเซอร์ มีดังนี้
๑. การเกิดปรากฏการณ์ประชากรผกผัน (population inversion)
๒. การทำให้เกิดการแกว่งกวัดของเลเซอร์ (laser oscillation) ซึ่งกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับกระจกเลเซอร์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นออปทิคัลเรโซเนเตอร์ (optical resonator) หรือออปทิคัลแควิตี (optical cavity)
๑. ปรากฏการณ์ประชากรผกผัน
จากกระบวนการขยายจำนวนโฟตอน จะเห็นว่าจำนวนอะตอมในชั้นพลังงานสูงหรือสถานะ ที่ถูกกระตุ้นต้องมีจำนวนมากพอ โดยทั่วไปการที่จะทำให้เกิดการขยายจำนวนโฟตอนให้ได้จำนวนเป็นล้านๆ ตัว เพื่อให้ได้แสงเลเซอร์นั้น จำเป็นจะต้องมีจำนวนอะตอมหรือประชากรของอะตอมในชั้นพลังงานสูงมากกว่าจำนวนประชากรของอะตอม เมื่อมีการกระตุ้น หรือให้พลังงานจากภายนอกแก่อะตอม เพื่อทำให้อะตอมถูกกระตุ้นให้ไปอยู่ในชั้นพลังงานที่สูงกว่า (E2) นานพอ ที่จะเกิดการปล่อยแสงแบบเร้า จนอะตอมในชั้นพลังงานสูง (E2) มีจำนวนมากกว่าอะตอมในชั้นพลังงานต่ำ (E1) เราเรียกว่า เกิดปรากฏการณ์ประชากรผกผัน
กระบวนการขยายสัญญาณแสงหรือการเพิ่มจำนวนโฟตอน
๒. ออปทิคัลเรโซเนเตอร์ หรือออปทิคัลแควิตี
วิธีการปล่อยแสงแบบเร้าเพียงอย่างเดียวยังไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดจำนวนโฟตอนเป็นล้านๆ ตัว หรือการเกิดแสงเลเซอร์ได้ อุปกรณ์หลักที่ช่วย ทำให้เกิดการขยายสัญญาณแสงหรือเพิ่มจำนวนโฟตอนด้วยวิธีการปล่อยแสงแบบเร้าคือ ออปทิคัลเรโซเนเตอร์ หรือออปทิคัลแควิตี ซึ่งประกอบด้วยกระจก ๒ แผ่น (ดังแสดงในแผนภาพของเลเซอร์โดยทั่วไป) M1 และ M2 วางหันหน้าเข้าหากัน โดยมีตัวกลางเลเซอร์วางอยู่ระหว่างกระจกทั้ง ๒ แผ่น M1 เป็นกระจกด้านหลังของเลเซอร์ ซึ่งมีค่าการสะท้อนแสง (R1) ร้อยละ ๑๐๐ ส่วน M2 เป็นกระจกด้านหน้าหรือด้านที่ปล่อยให้แสงเลเซอร์ออก ซึ่งมีค่าการสะท้อนแสง (R2) ร้อยละ ๖๐-๙๙ หรือมีค่าการทะลุผ่านของแสงร้อยละ ๑-๔๐ กระจกทั้ง ๒ แผ่นทำหน้าที่สะท้อนแสงหรือโฟตอน ให้วิ่งกลับไปกลับมา เมื่อผ่านตัวกลางเลเซอร์แล้ว ทำให้เกิดการขยายสัญญาณแสงหรือการเพิ่มจำนวนโฟตอน โดยวิธีการปล่อยแสงแบบเร้า จนกระทั่งมีความเข้มสูงขึ้นเรื่อยๆ จนถึงจุดเลซิง (lasing) หรือจุดแกว่งกวัดของเลเซอร์ (laser oscillation) ลำแสงเลเซอร์ก็จะถูกปล่อยผ่านออกมาทางกระจก M2
แผนภาพของเลเซอร์โดยทั่วไป