Esistono tre tipi di laser: a stato solido, a gas e a liquido. Pur lavorando tutti secondo gli stessi principi generali, si differenziano in base al mezzo che impiegano per creare l’azione laser.
Nei laser a stato solido, una corrente elettrica pompa gli elettroni nel mezzo laser, tipicamente un semiconduttore, eccitando gli elettroni che sono fissati nel mezzo. Spinti in stati di energia più elevata, una condizione nota come inversione di popolazione, gli elettroni eccitati decadono rapidamente in stati di energia più bassa, rilasciando l’energia in eccesso sotto forma di fotoni. Gli specchi accuratamente posizionati fanno rimbalzare i fotoni colpendoli avanti e indietro ad angoli di 90 gradi, stimolando a loro volta altri elettroni eccitati ad emettere fotoni con lunghezze d’onda, direzioni di propagazione e polarizzazioni identiche; questo è un processo chiamato amplificazione. Poiché gli specchi sono di riflettività disuguale, i fotoni sono eventualmente in grado di sfuggire e la loro uscita costituisce l’azione del laser.
I primi laser a stato solido basati su semiconduttori furono costruiti nel 1963. Prima di allora, e a partire dal primo laser mai costruito nel 1958, i laser a stato solido erano basati su isolanti, in genere utilizzando un mezzo di vetro o cristallo come il rubino pompato da un altro sorgente di luce non laser per ottenere un’inversione di popolazione. Con lo sviluppo della tecnologia, i laser sono stati utilizzati per pompare altri laser. I laser a stato solido hanno una varietà di applicazioni mediche e industriali.
I laser a gas sono apparsi per la prima volta nel 1960. Inizialmente, hanno usato una miscela di elio e neon come mezzo, con l’anidride carbonica in seguito. In entrambi i casi, una corrente elettrica ad alta tensione e alta frequenza crea una scarica elettrica in un tubo contenente il gas, portando ad un’inversione di popolazione. I laser a gas possono anche utilizzare mezzi più potenti e volatili come l’idrogeno e il fluoro – entrambi si trovano comunemente nel carburante per missili – dove la combustione dei gas funge da pompa. I laser a gas sono generalmente i laser più potenti e spesso menzionati in relazione alle applicazioni militari donchisciottesche, ovvero i “raggi della morte”.
I laser liquidi utilizzano composti colorati trasportati da un solvente, che vengono poi pompati tramite altre sorgenti luminose al punto in cui gli elettroni occupano livelli di energia più elevati. È possibile utilizzare un’ampia gamma di materiali, tra cui rame, cromo, coloranti, sali metallici o persino gelatina. Con un flusso controllato di fluido che passa sopra la pompa, i laser a liquido sono più facilmente stabilizzati rispetto ad altri tipi di laser, rendendoli utili nella separazione degli isotopi, nella misurazione e nella produzione di circuiti integrati.