I tre principali componenti funzionali di un laser

I tre principali componenti funzionali di alasersono la sorgente della pompa, il mezzo di guadagno e la cavità risonante.

La sorgente della pompa fornisce la fonte di luce per il laser. Il mezzo di guadagno (noto anche come mezzo di lavoro) assorbe l'energia fornita dalla sorgente della pompa e amplifica la luce. La cavità risonante forma il circuito tra la sorgente della pompa e il mezzo di guadagno e la cavità di risonanza oscilla in modalità selezionata per produrre luce laser.

La sorgente della pompa, come fonte di energia, genera fotoni per eccitare il mezzo di guadagno. I fotoni emessi dalla sorgente della pompa pompa le particelle nel mezzo di guadagno dallo stato fondamentale a un livello di energia più elevato, raggiungendo l'inversione della popolazione. I meccanismi di eccitazione includono eccitazione ottica (pompaggio ottico), eccitazione di scarico del gas, eccitazione chimica e eccitazione nucleare. Attualmente, i laser a semiconduttore ad alta potenza (LDS) sono comunemente usati come sorgenti della pompa, principalmente per convertire l'energia elettrica in energia luminosa.

Il mezzo di guadagno raggiunge l'inversione della popolazione e amplifica la luce e determina anche la lunghezza d'onda del laser di uscita. I supporti di guadagno possono essere liquidi, gas o solidi. I liquidi includono soluzioni organiche, i gas includono l'anidride carbonica e i solidi includono Ruby. Il requisito fondamentale per un mezzo di guadagno è che genera fotoni alla stimolazione piuttosto che convertire la luce in calore. Le particelle al suo interno devono essere relativamente isolate, consentendo le transizioni tra i livelli di energia.

Una cavità risonante serve principalmente allo scopo di "archiviare" e "purificare" la luce laser. Una cavità risonante in genere è costituita da due specchi, ma gli accoppiatori possono anche essere usati per formare vari risonatori ad anello. I fotoni rimbalzano avanti e indietro tra gli specchi, inducendo continuamente radiazioni stimolate nel mezzo di guadagno e generando luce laser ad alta intensità. Inoltre, la cavità risonante assicura che i fotoni all'interno della cavità abbiano frequenza/lunghezza d'onda, fase e direzione coerenti, con conseguente eccellente direttività e coerenza della luce laser.