هنگامی که در مورد لیزرها می‌شنویم، شاید اولین چیزی که به ذهنمان برسد، سلاح‌های لیزری در فیلم‌های علمی-تخیلی مانند جنگ ستارگان باشد.
اما کاربرد لیزرها در واقعیت بسیار بیشتر از فیلم‌های علمی-تخیلی است. از به کارگیری لیزرها در پاک کردن تتو و دفع موهای زائد گرفته تا دستگاه اسکن بارکد و دستگاه سی دی و دی وی دی، کاربردهای گسترده و روزمره‌ی لیزرها را نشان می‌دهد.
اما این نورهای عجیب و جذاب، چگونه ایجاد می‌شوند؟
کلمه‌ی لیزر یا laser، از حروف نخست Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation به معنای “تقویت نور به وسیله‌ی تشعشع تحریک شده” تشکیل شده است. در واقع اختراع لیزرها به کمک مفاهیم مکانیک کوانتومی امکان پذیر شده است. طبق ساده‌ترین مدل اتمی مبتنی بر فیزیک کوانتوم یعنی مدل اتمی بور، الکترون‌ها در اطراف هسته‌ی اتم، در فواصل مشخصی از هسته‌ی اتم، در حال چرخش هستند که هر یک از این فواصل مشخص، یک لایه‌ی الکترونی نامیده می‌شود. در حالت عادی، الکترون‌ها در نزدیک‌ترین لایه به هسته‌ی اتم قرار می‌گیرند که به آن، حالت پایه گفته می‌شود. الکترون‌ها با دریافت مقادیر مشخص انرژی می‌توانند به لایه‌های بالاتر بروند که به آن حالت برانگیخته گفته می‌شود. در صورتی که الکترون از لایه‌های بالاتر به لایه‌های پایین‌تر برود، انرژی آزاد می‌کند. این آزادسازی انرژی به صورت فوتون‌های نور است.
دقیقا به وسیله‌ی همین مکانیزم است که لامپ بالای سر شما نیز، اتاق شما را روشن می‌کند. اما تفاوت لامپ بالای سر شما و یک لیزر در این است که در لامپ معمولی، فوتون‌های نور با انرژی‌های مختلف و جهت‌های مختلف آزاد می‌شوند. به همین خاطر وقتی از یک لامپ معمولی دور می‌شوید، نوری که مشاهده می‌کنید، ضعیف و ضعیف‌تر می‌شود. اما زمانی که در جاده‌ای در حال رانندگی هستید، لیزری که از چند کیلومتر دورتر از یک مجتمع تفریحی به سمت شما تابیده شده، با شدت زیاد توجه شما را به خود جلب می‌کند.
اما یک لیزر چگونه چنین نوری ایجاد می‌کند؟
در یک لیزر، ابتدا همه‌ی اتم‌ها به حالت برانگیخته در می‌آیند. پیش از آنکه این اتم‌ها به حالت پایه برگردند و فوتون نور آزاد کنند، فوتونی با انرژی مشخص به این اتم‌های برانگیخته برخورد داده می‌شود. با برخورد فوتون، اتم برانگیخته فوتونی با همان طول موج و با همان جهت انتشار، آزاد می‌کند. حال ما به جای یک فوتون، دو فوتون با انرژی و جهت مشابه داریم و به همین ترتیب، در برخورد بعدی، چهار فوتون، هشت فوتون و تا میلیاردها فوتون ادامه می‌یابد. از آنجایی که این فوتون‌ها، طول موج یکسانی دارند، ما یک نور تک‌رنگ خواهیم داشت. از آنجایی که فوتون‌ها همگام با یکدیگر حرکت می‌کنند، یک نور منسجم داریم. از آنجایی که این نور تنها در یک راستا منتشر می‌شود، نور بسیار قوی و متمرکز داریم.