Prinsip dasar dari pada Laser adalah adanya emisi terstimulasi dan keadaan metastabil dari bahan laser. Atom-atom selalu berada dalam keadaan bergetar, bertranslasi dan berotasi. Pada umumnya atom-atom berada dalam keadaan tingkat energi terendah (ground state) dan bila padanya disuplai energi yang cukup maka atom-atom akan menyerap energi tersebut dan beralih ke tingkat energi yang lebih tinggi yang disebut tingkat tereksitasi (excited states) seperti Gambar 15, tetapi keberadaannya pada tingkat ini berlangsung hanya 10-8 sekon lalu kembali lagi ke ground state sambil melepaskan cahaya (foton), seperti yang terlihat pada Gambar 16. Emisi cahaya yang demikian disebut emisi spontan.Pada gambar 17 memperlihatkan simulasi dari emisi spontan yaitu atom berada dalam keadaan ground state menyerap energi (foton) dan atom naik tingkat energinya, tetapi kemudian memancarkan lagi foton yang diserap sehingga 1 foton masuk dan keluar lagi satu foton sehingga tidak ada amplikasi. Pada gambar 18, atom yang berada dalam keadaan tereksitasi sebelum terjadi proses emisi spontan disentil dengan sebuah foton sehingga segera kembali ke ground state dengan memancarkan dua foton, berarti terjadi amplifikasi foton yang masuk satu dan yang keluar duGambar C

a

Gambar 17Gambar 18

Ke dua foton yang dipancarkan berfase sama sehingga akan terdapat kesamaan fase antara foton-foton yang dipancarkan dari atom-atom lain (semua foton saling koheren). Pada umumnya atom-atom pada suhu kamar berada dalam keadaan ground state sehingga yang dominan adalah absorbsi. Agar yang dominan adalah emisi terangsang, perlu diusahakan atom-atom lebih banyak berada dalam keadaan tereksitasi. Keadaan yang demikian ini disebut populasi inversi.