原子在正常分布狀態(tài)下，總是穩(wěn)定的處于低能級(jí)E1，如無(wú)外界作用，原子將長(zhǎng)期保持這種穩(wěn)定狀態(tài)。一旦原子受到外界光子的作用，賦予原子一定的能量ε后，原子就能從低能級(jí)E1躍遷到高能級(jí)E2，這個(gè)過(guò)程稱為光的受激吸收。光受激后，其能量有下列關(guān)系：

  E=hν=E2-E1

  處于高能級(jí)E2的原子在外來(lái)光的誘發(fā)下，從高能級(jí)E2躍遷至低能級(jí)E1而發(fā)光。這過(guò)程叫做光的受激輻射。只有外來(lái)光的頻率等于激發(fā)態(tài)原子的某一固有頻率時(shí)，原子的受激輻射才可能產(chǎn)生，因此，受激輻射發(fā)出的光子與外來(lái)光子具有相同的頻率、傳播方向和偏振狀態(tài)。一個(gè)外來(lái)光子激發(fā)原子產(chǎn)生另一個(gè)同性質(zhì)的光子，這就是說(shuō)一個(gè)光子放大為N1個(gè)光子，N個(gè)光子將誘發(fā)出N2個(gè)光子（N2>N1）......在原子受激輻射過(guò)程中，光被加強(qiáng)了，這個(gè)過(guò)程稱為光放大。

  在外來(lái)光的激發(fā)下，如果受激輻射大于受激吸收，原子在某高能級(jí)的數(shù)目就多于低能級(jí)的數(shù)目，相對(duì)于原子正常分布狀態(tài)來(lái)說(shuō)，稱之為粒數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)激光器內(nèi)工作物質(zhì)中的原子處于反轉(zhuǎn)分布，這時(shí)受激輻射占優(yōu)勢(shì)，光在這種工作物質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)變得越來(lái)越強(qiáng)。通常把這種處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的物質(zhì)稱為增益介質(zhì)。

  增益介質(zhì)通過(guò)外界提供能量的激勵(lì)，使原子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)上，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，外界能量就是激光器的激勵(lì)能源。

  當(dāng)工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布后，只要滿足文章前提到的式子條件的光就可以使增益介質(zhì)受激輻射。為了使受激輻射的光強(qiáng)度足夠大，通常還設(shè)計(jì)一個(gè)光學(xué)諧振腔。光學(xué)諧振腔由兩個(gè)平行對(duì)置的反射鏡構(gòu)成，一個(gè)為全反射鏡，另一個(gè)為半反半透鏡，期間放有工作物質(zhì)。當(dāng)原子發(fā)出來(lái)的光沿諧振腔軸向傳播時(shí)，光子碰到反射鏡后，就被反射折回，在兩反射鏡間往返運(yùn)行，不斷碰撞工作物質(zhì)，使工作物質(zhì)受激輻射，產(chǎn)生雪崩似的放大，從而形成了強(qiáng)大的受激輻射光，該輻射光稱為激光，然后，激光由半反半透鏡輸出。