光与物质原子相互作用时，自发辐射，受激吸收和受激辐射这三个过程同时存在。爱因斯坦从理论上证明，在两能级间，受激吸收跃迁和受激辐射跃迁具有相同的概率。前者过程叫做光吸收，后者过程叫做光放大。光通过物质时光子数是增加还是减少，取决于哪个过程占优势，又决定于处于高、低能态的原子数。

　　结论：要产生光放大，必须使处在高能态原子数大于低能态的原子数，这种分布与正常玻尔兹曼分布相反，称为粒子数分布属反转分布，简称粒子数反转。
　　技术上要实现粒子数反转，一定要有能实现粒子数反转的物质，称为工作物质。这种物质存在样比一般激发态稳定得多的能级，平均寿命可达10^-3～1s的数量级，称亚稳态。
　　以三能级的工作物质为例。

　　G：（增益系数）在光束传播方向上单位长度内光强的增加率，由工作物质决定。
　　Gm：增益系数阀值。
　　L：光学谐振腔长度。
　　R1、R2：两反射镜的反射率。

　　组成：在工作物质的两端安置两面互相平行的反射镜，其中一面是全反射镜，另一面是部分反射镜，这两面反射镜及它们之间的空间称为光学谐振腔。
　　问题和目的：由于初始诱发工作物质原子发生受激辐射的光子来源于自发辐射，这样激励发生受激辐射是随机的。光学谐振腔可使某一方向和频率的光子进行放大，而抑制其它方向和频率的光子。
　　工作过程 :

　　光振荡的阀值条件：
　　从能量观点分析：虽然光振荡使光强增加，但由于工作物质对光子吸收和散射以及反射镜的吸收和透射造成各种损耗，只有当增益大于损耗，才能输出激光。因此要求工作物质和谐振腔必须满足一定条件，称为阀值条件：

　　1.方向性
　　激光是沿一定方向发射的一束很细的光束，光束的发散角很小。光束在几公里外，扩展范围也不过几厘米，这样好的方向性是普通光源所无法达到的。可应用于测距，通信和雷达等方面。

　　2.亮度
　　由于激光的方向性好，能量在空间沿发射方向可高度集中，亮度比普通光源有极大提高。另外，采用特殊措施的激光器，还可以积累能量，引而不发，然后在极短时间内发光。这样，将光束能量在时间上高度集中，进一步提高了激光的亮度，可利用激光进行打孔，切割和焊接等。

　　3.单色性
　　所谓单色性好，是指光波的颜色很纯，谱线宽度很小，普通光源氪（Kr⁸⁶）灯，波长，在氦氖激光器中， ， ，两者相比，提高万倍。

　　4.相干性
　　普通光源发出是非相干光。激光是相干光。可应用到精密测量、通讯、测长、测振、全息照相和信息处理等方向。