要学习激光的原理，首先需要了解以下几个概念。
1．能级
物质是由原子组成的，而原子又是由原子核和电子组成的。电子围绕原子核移动。原子中电子的能量不是任意的。描述微观世界的量子力学告诉我们，这些电子将处于一些固定的“能级”中，不同的能级对应于不同的电子能量，离原子核越远的轨道能量越高。此外，不同轨道所能容纳的最大电子数也不同。例如，最低轨道（也是离原子核最近的轨道）最多只能容纳2个电子，更高的轨道可以容纳8个电子，以此类推。
2、跃迁
电子可以通过吸收或释放能量从一个能级跃迁到另一个能级。例如，当电子吸收光子时，它可能会从较低能级跃迁到较高能级。同样，处于较高能级的电子将通过发射光子跃迁到较低能级。在这些过程中，电子释放或吸收的光子的能量总是等于两个能级之间的能量差。由于光子能量决定了光的波长，因此吸收或释放的光具有固定的颜色。
3、自发辐射
是指高能电子在没有外界作用的情况下自发迁移到低能级，并在跃迁过程中产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量为hv=E2-E1、即两个能级之间的能量差。这种辐射的特点是每个电子的跃迁都是自发的、独立的，这个过程不受外界影响，彼此之间没有关系。因此，它们发射的光子的状态是不同的。这种光的相干性和散射方向都很差。
4、受激吸收
受激吸收是指处于低能态的原子吸收外界辐射并转变为高能态。电子可以通过吸收光子从低能级跃迁到高能级。普通光源（如灯、火焰、太阳等）的发光是由于原子中的电子吸收外来能量，在外来能量的作用下从低能级跃迁到物质上。 （如光能、电能、热能等）。更高的能级，即原子被激发。激发过程是“受激吸收”过程。
5、受激辐射
受激辐射是指处于高能级的电子在光子的“刺激”或“诱导”下跃迁到低能级，并辐射出与入射光子频率相同的光子。受激辐射的最大特点是受激辐射产生的光子与引起受激辐射的原始光子具有完全相同的状态。它们具有相同的频率，相同的方向，绝对无法区分。这样，一个光子通过一个受激发射变成两个相同的光子。这意味着光被增强了，或者说光被放大了。这是产生激光的基本过程。
光子注入物质会引起电子从高能级跃迁到低能级，并释放光子。入射光子与发射光子具有相同的波长和相位，该波长对应于两个能级之间的能量差。一个光子诱导一个原子发射一个光子，最终变成两个相同的光子。
6、受激吸收和受激发射的关系
那么原子吸收外界光子后，它的行为是受激吸收还是受激发射呢？
在一个原子系统中，总有一些原子处于高能级，一些原子处于低能级。自发辐射产生的光子既可以激发高能原子产生受激辐射，也可以被低能原子吸收而引起受激吸收。因此，在光与原子系统的相互作用中，自发发射、受激发射和受激吸收总是并存的。
要想得到越来越强的光，也就是说要产生越来越多的光子，就必须使受激辐射产生的光子比受激吸收吸收的光子多。如何才能做到这一点？我们知道光子同等对待高能和低能原子。在光子的作用下，高能级原子产生受激发射的机会与低能级原子产生受激吸收的机会相同。这样，能否获得光的放大，取决于高低能级原子的数量之比。
如果高能态的原子比低能态的原子多得多，我们就会得到高度放大的光。然而，在通常的热平衡原子系统中，原子数按能级分布服从玻尔兹曼分布规律。因此，高能级的原子数总是少于低能级的原子数。在这种情况下，为了获得光的放大，就需要寻找非热平衡系统。
7、粒子数反演
诱导光子不仅可以引起受激发射，还可以引起受激吸收，所以只有当高能级原子数大于低能级原子数时，受激发射才能超过受激吸收并占据主导地位。可见，使光源发射激光而不是普通光的关键在于高能级的发光原子数量多于低能级。这种情况称为种群倒置。但在热平衡条件下，原子几乎总是处于最低能级（基态）。
因此，如何在技术上实现粒子数的反演是激光产生的必要条件。那么如何才能实现粒子数反演状态呢？这需要使用激活介质。所谓活化介质（又称放大介质或放大介质）是一种能在两个能级之间进行种群反转的物质。它可以是气体、固体或液体。不可能使用二能级系统作为激活介质来实现种群反转。为了获得种群反转，必须使用多级系统。
8、玻尔兹曼分布规律
在正常热平衡条件下，高能级E2的原子序数密度N2远低于低能级。这是因为原子序数密度在能级 E2 的大小，原子序数密度 N 的大小随着能级 E 的增加呈指数下降，即 N∝exp(-E/kT)，这就是著名的玻尔兹曼分布定律。
所以上下能级的原子序数密度比为：N2/N1∝exp{-(E2-E1)/kT} 其中k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度。因为 E2>E1、所以 N2<n1、例如，已知氢原子的基态能量为 e1="-13、6eV，第一激发态能量为" e2="-3、4eV，20℃时，kT≈0、，则" n2 n1∝exp(- )≈0< p>
可以看出，在20℃时，几乎所有的氢原子都处于基态。为了使原子发光，必须从外部提供能量，使原子达到激发态，所以一般广义发光包括受激吸收和自发发射两个过程。一般来说，这种光源所散发出来的光的能量并不强，而且能量会向四面八方散射。
