Назва лазер - це абревіатура англійської фрази: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER). посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання.
Всі лазерні системи можна розділити на групи в залежності від типу використовуваної активного середовища. Найважливішими типами лазерів є:
Активне середовище являє собою сукупність атомів, молекул, іонів або кристал (напівпровідниковий лазер), яка під дією світла може набувати підсилюють властивості.
Отже, кожен атом має дискретний набором енергетичних рівнів. Електрони атома, що знаходиться в основному стані (стан з мінімальною енергією), при поглинанні квантів світла переходять на болеее високий енергетичний рівень - атом збуджується; при випромінюванні кванта світла все відбувається навпаки. Причому випромінювання світла, тобто перехід на більш низький енергетичний рівень (рис. 1б) може відбуватися мимовільно (спонтанно) або під дією зовнішнього випромінювання (вимушено) (рис.1в). Причому, якщо кванти спонтанного випромінювання випускаються в випадкових напрямках, то квант вимушеного випромінювання випускається в тому ж напрямку, що і квант викликав це випромінювання, тобто обидва кванта повністю тотожні.
Для того щоб переважали переходи, при яких відбувається випромінювання енергії (переходи з верхнього енергетичного рівня на нижній), необхідно створити підвищену концентрацію збуджених атомів або молекул (створити інверсно населеність). Це призведе до посилення падаючого на речовину світла. Стан речовини, в якому створена інверсна населеність енергетичних рівнів, називається активним, а середовище, що складається з такої речовини - активним середовищем.
Процес створення інверсної населеності рівнів називається накачуванням. І ще одна класифікація лазерів виробляється способом накачування (оптичний, теплової, хімічний, електричний і т.д.). Методи накачування залежать від типу лазера (твердотільного, рідинного, газового, напівпровідникового і т.п.).
Основне завдання процесу накачування може бути розглянута на прикладі трирівневого лазера (рис. 2)
Рис.2 схема трирівневого лазера
Нижній лазерний рівень I з енергією E1, є основним рівнем енергії системи, на якому спочатку знаходяться всі активні атоми. Накачування збуджує атоми і відповідно переводить з основного рівня I, на рівень III, з енергією E3. Атоми, що опинилися на рівні III, випромінюють кванти світла і переходять на рівень I, або на швидко переходять на верхній лазерний рівень II. Щоб відбувалося накопичення збуджених атомів на верхньому лазерному рівні II, з енергією E2. потрібно мати швидку релаксацію атомів з рівня III на II, яка повинна перевищувати швидкість розпаду верхнього лазерного рівня II. Створена таким чином інверсна населеність забезпечить умови для посилення випромінювання.
Однак що б виникла генерація, необхідно ще забезпечити зворотний зв'язок, тобто що б вимушене випромінювання, раз виникнувши, викликало нові акти вимушеного випромінювання. Для створення такого процесу активне середовище поміщають в оптичний резонатор.
Оптичний резонатор являє собою систему двох дзеркал, між якими розташовується активне середовище (рис. 3). Він забезпечує багаторазове походження світлових хвиль, що поширюються уздовж його осі по підсилює середовищі, внаслідок чого досягається висока потужність випромінювання.
При досягненні певної потужності випромінювання виходить через напівпрозоре дзеркало. Через участь у розвитку генерації тільки тієї частини квантів, які паралельні осі резонатора, К.К.Д. лазерів зазвичай не перевищує 1%. У деяких випадках, жертвуючи тими чи іншими характеристиками, К.К.Д. можна довести до 30%.