激光是如何被研制出来的？

直到1951年，苦思多年的美国物理学家汤斯一天早晨等候买早餐时，才突然认识到，用热或电的方法，把能量泵入氨分子中，可以让它们处于激发状态，就可以用微波诱导它们发射出很强的“受激微波”，他立刻把这个想法记录在一个用过的信封背面。回到实验室，他把氨分子放在谐振腔内，利用振荡和反馈放大产生出来的受激辐射，于两年后成功实现了“受激辐射微波放大”（简称为微波激射）。几年之后，光学波段的受激辐射光源也被研制出来了。

同样，在光学波段，物理学家使用了其他物质来实现粒子数反转，比如氦—氖气体、二氧化碳气体、红宝石等。在这些物质中，通常存在三个或四个能级，包括一个基态和多个激发态，其中一个激发态很稳定，电子等粒子在这个能级上能停留较长时间，叫亚稳态。其他能级更高的激发态不稳定，粒子只能停留很短时间。在外界电源或者光源激励下，处于基态的粒子被抽运到较高的能级中，短暂停留后，粒子转移到亚稳态上，在这个能级上逐渐积累了大量粒子，比基态的粒子数还多，从而实现了粒子数反转。

如果现在有光子进入，当光子的频率为特定值时，它能引起亚稳态的大量粒子同时向基态跃迁，产生大量频率、相位、偏振态相同的光子，这就是受激辐射。

仅仅实现粒子数反转，还不足以制造出激光器。因为激光器的工作物质内原子自发辐射的初始光信号是杂乱无章的，在这些光信号的激励下得到的放大的受激辐射同样是随机的。为了得到方向单一、单色性很好的受激辐射，必须在工作物质两端放置相互平行的反射面，形成光学谐振腔。光线在两镜间来回反射，其中方向与镜面不垂直的光线逐渐被反射出去，只留下垂直于镜面的受激辐射光，这就是激光光束方向性很好的原因。光在谐振腔内来回反射过程中，工作介质使光线增强，从而形成强度很高的激光。

美国科学家梅曼利用改进的干涉谐振腔，采用红宝石作为工作物质，利用高强闪光灯光管来激发红宝石，于1960年5月获得了波长为694.3纳米的激光，此时距离爱因斯坦提出激光理论已经40多年了。