Устройство и принцип работы лазеров достаточно полно изложены в специальной литературе. Мы остановимся лишь на общем описании методов генерации лазерного излучения и устройства лазеров.

Основным элементом любого лазера является лазерная среда, в состав которой входят атомы (молекулы, ионы или радикалы), способные под действием накачки переходить в возбужденное состояние и затем излучать накопленную энергию в спектральном диапазоне излучения лазера. Способ возбуждения атомов лазерного вещества, которое становится при этом активной средой, определяет тип накачки лазеров. Известны: 1) оптическая накачка, когда атомы возбуждаются светом; 2) электрическая накачка током, протекающим через лазерное вещество; 3) накачка за счет энергии химических реакций. По виду агрегатного состояния, в котором находится активное вещество, лазеры разделяют на твердотельные, жидкостные и газовые. Из-за ряда специфических свойств принято рассматривать полупроводниковые лазеры как самостоятельный тип лазеров.

Оптическая накачка характерна для твердотельных и жидкостных лазеров, причем в качестве источника излучения очень часто используют специальные лампы. Возможно использование в качестве источника накачки излучения как полупроводниковых, так и твердотельных лазеров. Преимущество лазерной накачки перед ламповой заключается в том, что в этом случае лазерное вещество поглощает излучение в строго определенном спектральном интервале, необходимом для его возбуждения, и не подвергается воздействию излучения с длиной волн, не нужных для работы лазера. Это позволяет избежать излишнего нагрева активного вещества и других эффектов, вредно влияющих на процесс генерации.

Известно, что возбужденная частица может перейти в основное (невозбужденное) состояние либо путем столкновения с окружающими ее частицами с передачей им энергии возбуждения (безизлучательные пере-ходы), либо путем излучения кванта энергии. Это излучение может быть либо спонтанным (произвольным), либо происходить под воздействием поля излучения (вынужденное, или стимулированное излучение). Чрезвычайно важным обстоятельством является то, что при спонтанном излучении направление, фаза и состояние поляризации излучения могут принимать любое значение, в то время как при вынужденном излучении указанные выше характеристики строго соответствуют направлению, фазе и состоянию поляризации стимулирующего излучения. Именно это обстоятельство и позволяет создать пучок лазерного излучения, образованного суммированным излучением значительного числа возбужденных атомов и обладающего специфическими свойствами: высокой направленностью, монохроматичностью и когерентностью.

Для излучения обычных (температурных или люминесцентных) источников света типа ламп накаливания, люминесцентных ламп, дуговых ламп и т. д. характерно, что все элементарные излучатели, образующие тело свечения, статистически независимы друг от друга из-за спонтанного характера их излучения. Если рассматривать эти излучатели как гармонические осцилляторы, излучающие квазимонохроматические пакеты колебаний, то можно сказать, что типы этих колебаний (иначе называемые модами излучения) образуют невырожденную систему, а само излучение распространяется во всех направлениях, т. е. в пределах телесного угла 4пи. Роль оптической системы, используемой совместно с источником света и представляющей собой зеркальную или линзовую оптическую систему, заключается в упорядочении пространственного распределения этого излучения и направлении по крайней мере его части в пределах достаточно малого телесного угла в заданном направлении.