Tất cả các loại laser đều dựa trên nguyên lý cơ bản là bức xạ cưỡng bức, năng lượng chuyển hóa được quy định bởi cơ chế quang học từ nguồn cung cấp: quang học lượng tử. Laser là từ viết tắt của Light Amplication by the Stimulation Emission of Radiation (khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ cưỡng bức) bằng cơ chế quang lượng tử bởi các photon có thể được tạo ra, thu gom, khuếch đại và khai thác để sử dụng.

Tất cả các laser có ba thành phần chính:
– Lasing hay “gain” medium hay còn gọi là rod là môi trường kích hoạt laser.
– Nguồn năng lượng để kích thích các điện tử (electron) trong thanh rod (gain medium) để tạo ra năng lượng cao gọi là Pump hay là nguồn kích động.
– Một buồng quang học cho phép các photon được phát ra có thể dao động và bị chặn lại để năng lượng được cộng thêm vào hay còn gọi là “pumped” vào hệ thống, đó là resonator (buồng cộng hưởng).

Khi năng lượng được cộng thêm vào hệ thống, quỹ đạo của các điện tử (electron) của nguyên tử trong gain medium bị kích thích để tạo năng lượng cao hơn. Khi năng lượng hình thành phân rã, các photon có cùng bước sóng. Tuy nhiên, chỉ có những photon được phát ra song song chính xác với trục của buồng quang (resonator) thì được phản xạ lại gain medium bởi kính phản xạ toàn phần hay còn gọi là HR (highly reflective) và kính phản xạ bán phần – OC (output coupler), gây ra một tầng photon có cùng hướng, độ phân cực và pha (phase).

Gain Medium: gain medium của laser được sử dụng để kích năng lượng để khuếch đại hay làm gia tăng công suất đầu ra của laser. Gain medium có khả năng hấp thụ năng lượng từ pump và dự trữ nó dưới dạng các điện tử bị kích thích, và có khả năng truyền năng lượng được bức xạ ra có bước sóng mong muốn. Gain medium có thể bằng khí, chất lỏng, chất rắn, chất bán dẫn, hay chất có không điện tử. Hầu hết mọi trường hợp, tên của laser được đặt theo tên của gain medium, ví dụ: carbon dioxide, argon, Alexandrite, Neodymium: Yttrium-Aluminum-Garnet (Nd: YAG), v.v…

Pump: là bộ phận cung cấp năng lượng cho gain medium. Nguồn của pump có thể là ánh sáng quang phổ rộng hay hẹp được phát ra từ bóng đèn, điện áp cao, hóa chất có điện áp 1 chiều (DC), điện cao tần- radio frequency, hoặc ngay cả là loại laser khác.

Nói  chung:
Gain medium là chất rắn (pha lê hay thủy tinh có thủ lớp các nguyên tử hiếm của vỏ trái đất hoặc các ion kim loại truyền dẫn) như: ruby, alexandrite, Nd: YAG, v.v… thì pump thường dùng là bóng đèn (flashlamps) cho năng lượng cao hơn.
Laser khí thì thường dùng pump là điện áp cao hay điện cao tần-RF.
Laser bán dẫn hay diode laser thì pump là dòng điện 1 chiều (DC).

Năng lượng của Diode lasers được pump bởi dòng điện 1 chiều có thể được sử dụng như là 1 pump cho rất nhiều loại gain medium như: gain medium rắn (DPSS – Diode Pumped Solid State lasers), fiber lasers,và laser dạng đĩa mỏng (thin disk lasers). Laser hóa học (chemical lasers) được pump bởi năng lượng của tương tác hóa học (HF/DF, COIL)
Resonator: buồng cộng hưởng là buồng quang học giúp phản xạ giúp ánh sáng cộng hưởng, được gắn gain medium bên trong.Năng lượng của Pump duy trì sự đảo ngược của các điện tử bị kích thích, và ánh sáng dội ngược vào buồng cộng hưởng lại tạo ra nhiều photon hơn. Một đầu của resonator có gắn 1 kính phản xạ toàn phần (highly reflective -HR) hoặc 1 thiết bị phản xạ khác để phản xạ các ánh sáng phát ra từ gain medium vào lại chính nó; đầu kia gắn kính bán phần (partially reflective hay còn gọi output coupler- OC) cho phép ánh sáng laser thoát ra khỏi resonator.

(Nguồn: congnghehan.vn)