Il existe trois types de lasers : à solide, à gaz et à liquide. Bien que tous fonctionnent selon les mêmes principes généraux, ils se différencient en fonction du support qu’ils emploient pour créer l’action laser.
Dans les lasers à solide, un courant électrique pompe des électrons dans le milieu laser – généralement un semi-conducteur – excitant les électrons qui sont fixés dans le milieu. Poussés dans des états d’énergie plus élevés, une condition connue sous le nom d’inversion de population, les électrons excités se désintègrent rapidement dans des états d’énergie plus faibles, libérant l’excès d’énergie sous forme de photons. Des miroirs soigneusement placés font rebondir les photons en les frappant à des angles de 90 degrés d’avant en arrière, stimulant à leur tour d’autres électrons excités à émettre des photons avec des longueurs d’onde, des directions de propagation et des polarisations identiques ; c’est un processus appelé amplification. Parce que les miroirs sont de réflectivité inégale, les photons sont finalement capables de s’échapper et leur sortie constitue l’action laser.
Les premiers lasers à semi-conducteurs à semi-conducteurs ont été construits en 1963. Avant cela, et à partir du premier laser jamais construit en 1958, les lasers à semi-conducteurs étaient à base d’isolant, utilisant généralement un verre ou un cristal comme le rubis qui était pompé par un autre source de lumière non laser pour réaliser une inversion de population. Au fur et à mesure que la technologie se développait, les lasers ont été utilisés pour pomper d’autres lasers. Les lasers à solide ont une variété d’applications médicales et industrielles.
Les lasers à gaz sont apparus pour la première fois en 1960. Au départ, ils utilisaient un mélange d’hélium et de néon comme support, le dioxyde de carbone venant plus tard. Dans les deux cas, un courant électrique haute tension et haute fréquence crée une décharge électrique dans un tube contenant le gaz, conduisant à une inversion de population. Les lasers à gaz peuvent également utiliser des milieux plus puissants et volatils comme l’hydrogène et le fluor – les deux se trouvent couramment dans le carburant des fusées – où la combustion des gaz agit comme une pompe. Les lasers à gaz sont généralement les lasers les plus puissants et sont fréquemment mentionnés dans le cadre d’applications militaires chimériques, alias « rayons de la mort ».
Les lasers liquides utilisent des composés colorés transportés par un solvant, qui sont ensuite pompés via d’autres sources lumineuses au point où les électrons occupent des niveaux d’énergie plus élevés. Une large gamme de matériaux peut être utilisée, notamment le cuivre, le chrome, les colorants, les sels métalliques ou encore la jello. Avec un flux contrôlé de fluide passant sur la pompe, les lasers liquides sont plus facilement stabilisés que les autres types de lasers, ce qui les rend utiles dans la séparation isotopique, la mesure et la fabrication de circuits intégrés.