Der LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ist ein Triumph der modernen Optik. Durch Ausnutzung eines quantenmechanischen Effekts, der als stimulierte Emission bezeichnet wird, erzeugen Laser einen kohärenten, nahezu monochromatischen Photonenstrahl. Nicht-Laser-Lichtquellen erzeugen typischerweise inkohärente, unfokussierte Lichtstrahlen mit einer Vielzahl von Wellenlängen, was bestimmte Anwendungen verbietet.
Um einen Laser zu erzeugen, sind zwei Komponenten notwendig – ein Verstärkungsmedium und ein resonanter optischer Resonator. Als Verstärkungsmedium können bestimmte Kristalle, Gläser, Gase, Halbleiter und sogar gefärbte Flüssigkeiten verwendet werden. Das Verstärkungsmedium wird durch eine Energiepumpquelle, wie beispielsweise einen elektrischen Strom oder einen anderen Laser, stimuliert. Das Medium absorbiert die Energie und regt die Zustände der Teilchen im Medium an. Nach Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts, der als Populationsinversion bezeichnet wird, verursacht das Durchstrahlen von Licht durch das Medium mehr stimulierte Emission oder Energiefreisetzung als Absorption.
Ein resonanter optischer Hohlraum ist eine Kammer spezieller Größe mit einem Spiegel an einem Ende und einem halbversilberten Spiegel am anderen. Die beiden reflektierenden Oberflächen bewirken, dass im Inneren eingeschlossenes Licht durch das Verstärkungsmedium hin und her reflektiert wird und bei jedem Durchgang eine größere Energie aufnimmt. Wenn dieser Effekt nachlässt, wird die Verstärkung als gesättigt bezeichnet und das Licht wird zu echtem Laserlicht. Unterschiedliche Verstärkungsmedien führen zu Lasern unterschiedlicher Wellenlängen.
Zwei Arten von Lasern sind kontinuierlich und gepulst. Der kontinuierliche Laser ist für die meisten Anwendungen nützlicher, aber die Energie in einem Pulslaser kann sehr groß sein. Der Grad der Divergenz des Strahls über die Zeit variiert umgekehrt proportional zu seinem Durchmesser. Kleine Strahlen divergieren schnell, während größere kohärent bleiben.
Als der Laser 1960 von Bell Labs patentiert wurde, konnte er auf Anhieb keine Anwendung finden, obwohl Spektrometrie, Interferometrie, Radar und Kernfusion als potenzielle Interessengebiete diskutiert wurden. Heute gehört der Laser zu den vielseitigsten technologischen Wundern, mit Anwendungen in der Datenspeicherung und -abfrage, Laserschneiden, Sehkorrektur, Vermessung, Messungen, Holographie und Displays und sogar Kernfusion. Die maximal erreichbare Laserpulsintensität hat seit Mitte der 1980er Jahre exponentiell zugenommen. Eines Tages könnten Laser verwendet werden, um Fusionsreaktionen zur Nettoenergieerzeugung zu erzeugen, die Energie für die gesamte Menschheit liefern. Sie könnten auch verwendet werden, um Sonnensegel in die Tiefen des Weltraums zu schieben.