光是傳遞信息的媒介和能量的載體，21 世紀是光的時代。光從組成物質的原子中發射出來，原子獲得能量后處于不穩定狀態（也就是激發狀態），它會以光子的形式把能量發射出去。激光是一種純色、準直、高亮、同向、能量密度高的光子隊列，常常被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。激光的應用很廣泛，主要有激光打標、激光焊接、激光切割、光纖通信、激光光譜、激光測距等等。
自發輻射是產生激光的必要條件。自發輻射又稱自發發射、量子躍遷，是原子的一種發光過程。原子受激發從低能級躍遷到高能級，處于高能級(激發態)的原子是不穩定的，在沒有任何外界影響下，它們會自發地，獨立地從高能級返回到低能級，同時放出一個能量為hν=E2-E1 的光子。這種自發地從激發態返回較低能態而放出光子的過程，稱為自發輻射過程 。激發原子自發地向低能級躍遷的輻射過程。原子中處于高能級E2 的電子，一般要向較低的能級E1躍遷，而同時放出能量為E2-E1的光輻射。這個過程如果不受外界因素作用而自發地進行的，就稱為自發輻射 。是普通光源的發光機理 。
受激輻射也是產生激光的必要條件。受激輻射是當原子處于激發態E2 時，如果恰好有能量（E2-E1）的光子射來，在入射光子的影響下，原子會發出一個同樣的光子而躍遷到低能級E1上去。正常情況下，大多數粒子處于基態，要使這些粒子產生輻射作用，必須把處于基態的粒子激發到高能階上去。由于原子內部結構不同，相同的外界條件使原子從基態激發到各高能階的概率不同。通常把原子、分子或離子激發到某一能階上的可能性稱為這一能階的“激發概率”。
粒子數反轉是激光產生的前提。粒子數翻轉是兩能級間受激輻射幾率與兩能級粒子數差有關。在通常情況下，處于低能級E1 的原子數大于處于高能級E2 的原子數，這種情況得不到激光。為了得到激光，就必須使高能級E2 上的原子數目大于低能級E1 上的原子數目，因為E2 上的原子多，發生受激輻射，使光增強（也叫做光放大）。為了達到這個目的，必須設法把處于基態的原子大量激發到亞穩態E2，處于高能級E2 的原子數就可以大大超過處于低能級E1 的原子數。這樣就在能級E2 和E1 之間實現了粒子數的反轉。
通過諧振腔對激光強度進行放大。通過粒子數反轉后，其中一個粒子首先在外界光場的照射刺激下，對外發出了一個光子，這個光子有刺激了其他粒子再次對外發射光子，并且方向相同，波長相同。但是這樣放大的光還不夠強，因此設計了一個光學諧振腔來提升光的強度。
