Počeci...

Istraživanja koja su prethodila nastanku lasera proizlaze iz grane fizike poznate pod imenom kvantna mehanika. 1900. godine Max Planck je postavio hipotezu da pobuđeni atom zrači energiju u diskretnim paketima, koje je nazvao kvantima, a ne kontinuirano kao što je to objašnjavala tada raširena teorija elektromagnetskog zračenja. Planck nije nikada nastavio rad na problemima koji su proizišli iz njegove teorije. Međutim, 5 godina kasnije to napravio Albert Einstein, iznoseći ideju o svjetlosti koja se ne sastoji od valova nego od energijskih paketa (kasnije nazvanih fotoni); što je veća frekvencija svjetlosti fotoni imaju više energije. On je opisao kako elektroni, pod nekim određenim uvjetima mogu apsorbirati i emitirati fotone. Ovaj znanstveni prodor koji će mu kasnije donijeti zasluženu Nobelovu nagradu, upotrijebio je za objašnjenje fotoelektričnog efekta (izboj elektrona iz materijala zbog upada svjetlosnog zračenja na materijal, prvenstveno vidljive svjetlosti).S Einsteinovom teorijom svjetlosti kao čestice nisu se baš svi slagali; rasprave na tu temu nastavile su se slijedećih nekoliko desetljeća. Ali, čak prije nego su fizičari prihvatili ideju da je svjetlost istovremeno i val i čestica, Einstain je otkrio još jednu novu pojavu. Prema modelu atoma kojega je prikazao Niels Bohr u nizu članaka iz 1913. godine, elektron koji se giba oko jezgre ima određenu putanju (orbitalu) koja ovisi o energiji elektrona. Elektron može apsorbirati samo onu količinu energije koja mu je potrebna da iz jedne određene orbitale skoči u drugu orbitalu s većom energijom. Elektron emitira određenu količinu energije pri prelasku iz orbitale s većom energijom u orbitalu s nižom energijom. Ovaj model objašnjava poznate spektre plinova, npr. neona i karakteristične boje pri gorenju izbojnih lampi kao što su lampe bazirane npr. na živi ili natriju.
Atomi koji se nalaze u pobuđenom stanju -što znači da njihovi elektroni naseljavaju orbitale viših energija- će se vjerojatno, spontanim putem spustiti u orbitale niže energije ili osnovno stanje, disipirajući pri tome energiju pohranjenu u atomu. U danom atomskom sistemu, spontana emisija nastaje nasumično, pa su i smjerovi širenja emitiranih fotona nasumični. Einstain je uočio da, ako se atomi u pobuđenom stanju sudare s fotonom prave energije (energije jednake razlici između energija višeg i nižeg stanja u atomu), taj sudar može uzrokovati određeni oblik emisijske lančane reakcije, pri čemu dolazi do povećanja intenziteta svjetlosti koja prolazi kroz sistem atoma -elektroni u želji da apsorbiraju dolazeći foton emitiraju onaj foton koji su već prethodno bili apsorbirali. Pri tome, emitirani fotoni imaju isti smjer kao i apsorbirani fotoni. Taj proces se naziva stimulirana emisija.Trik je u tome što će pojačanje stimuliranom emisijom nastati samo onda kada u ukupnoj populaciji nekog atomskog sistema ima više atoma u pobuđenom stanju, nego atoma u stanju niže energije. Ovakva situacija je potpuno suprotna normalnoj raspodijeli naseljenosti u atomskom sistemu. Stimulirana emisija zahtijeva nešto što se zove inverzija naseljenosti; svi atomi se moraju umjetnim putem dovesti u pobuđeno stanje što se obično postiže izlaganjem svjetlosti.