Ein Laser ist eine Quelle für kohärentes, extrem monochromatisches und quasi paralleles Licht hoher Intensität im sichtbaren, infraroten und ultravioletten Spektralbereich. Sie beruht auf der Stimulierten Emission (LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation = Licht-Verstärkung durch Stimulierte Emission von Strahlung).

Mit "stimulierter Emission" ist gemeint, dass in ein bestimmtes Niveau angeregte Atome durch Licht veranlasst werden ("Stimulation"), unter Aussendung eines Photons in einen energetisch tieferen Zustand überzugehen ("Emission"), wenn die Lichtfrequenz mit der Photonenenergie zusammenpasst.

Dazu sollten viele Atome in den angeregten Zustand gebracht sein und dort auch einige Zeit verweilen ("metastabiler Zustand"). Dazu führt man einen Pumpvorgang durch, der mit eingestrahltem Licht, oder elektrisch, Atome in großer Zahl in den angeregten Zustand bringt, mehr als dort natürlicherweise bei der herrschenden Temperatur sein könnten. Man nennt dies Besetzungszahl-Inversion.

Geht nun ein angeregtes Atom in einen energetisch tieferen Zustand über, strahlt es ein Photon ab, das weitere Atome zur Strahlung veranlassen kann, usw.:  die Anzahl der Photonen wächst und wächst. Das Spektrum der ausgesandten Photonen sollte nach dieser Überlegung eine doppler- und evtl. stoßverbreiterte Spektrallinie (=> Linienbreite) sein mit einer mittleren Wellenlänge, die der Energiedifferenz entspricht.

Da der aktive Raum des Lasers als Hohlraumresonator ausgebildet ist, bilden sich durch mehrfache Reflexion an den spiegelnden Enden des Laserrohrs für ganz bestimmte Wellenlängen stehende Wellen aus. Dadurch werden aus dem Spektrum der Emissionslinie sehr schmale Teilspektren ausgewählt, von denen evtl. einige durch weitere Maßnahmen (z.B. Polarisationsfilter) unterdrückt werden. Im allgemeinen ist also auch Laserstrahlung nicht monochromatisch. Nur, wenn es gelingt, alle schon sehr schmalen Linien bis auf eine auszublenden, entsteht also echt monochromatische Strahlung (mit einer sehr geringen Linienbreite).

Kohärent ist die Strahlung auch wegen des besonderen Zustands, in dem sich das Licht herausbildet (kohärenter Zustand), eines Zustands mit un-be-stimmter Photonenzahl.

Durch die mehrfache Reflexion werden nur solche Lichtstrahlen verstärkt, die senkrecht auf den Spiegeln an den Enden des Hohlraumresonators stehen: Die bei genügender Intensität austretende Strahlung ist parallel, weil senkrecht auf den Spiegelenden stehend. Damit überhaupt Strahlung nach außen dringen kann, muss einer der Endspiegel eine geringe Durchlässigkeit besitzten.

Je nachdem, welches Lasermedium verwendet wird, wie der Pumpvorgang und die Wellenlängenselektion erfolgt, unterscheidet man verschiedene Lasertypen:

• Gaslaser und Festkörperlaser mit optischem Pumpen
• Halbleiterlaser mit elektrischem Pumpen
• Farbstofflaser mit optischem Pumpen, aber statt eines Spiegels am Ende wird zur Frequenzeinstellung ein Beugungsgitter verwendet.

Farbstofflaser sind im Unterschied zu vielen anderen Lasertypen "abstimmbar", d.h. können Strahlung wählbarer Wellenlängen liefern.