激光的基本原理是 受激辐射光放大 。它涉及三个关键步骤：受激吸收、自发辐射和受激辐射。

1. 受激吸收 ：处于较低能级的粒子吸收光子能量，跃迁到较高能级。

2. 自发辐射 ：高能级粒子自发地跃迁回低能级，释放出光子。

3. 受激辐射 ：当高能级粒子受到特定频率的光子激发时，会以相同频率和相位释放出额外的光子。这些受激发射光与入射光具有相同的频率、相位和传播方向，从而产生相干光。

为了实现高效的激光输出，还需克服一个重要挑战： 粒子数反转 。在自然状态下，低能级的粒子数总是多于高能级的粒子数。只有通过外部激励，使高能级的粒子数反超低能级，才能实现有效的受激辐射过程。

激光器的设计通常包括一个谐振腔，用于维持光子的相干性和放大光束的强度。谐振腔通过反射镜使光子可以在两端来回振荡，不断诱导新的光子生成，从而实现光的放大。为了输出激光，通常将其中一片反射镜设计为部分反射镜，使得部分光子能够逸出谐振腔形成激光输出。

激光的产生还依赖于工作介质的亚稳态能级，这使得受激辐射占主导地位，从而实现光放大。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。

激光的相干性、单色性和高亮度使其在现代科技领域应用广泛，包括通讯、医学、制造、测量和科研等领域。