تعد تكنولوجيا الليزر واحدة من أسرع المجالات تطوراً في التكنولوجيا الحديثة. عندما تم اختراع الليزر، عام 1960، تم تصنيفه كحل للبحث عن مشكلة ما، واليوم يتم تطبيق تقنية الليزر في العديد من المجالات المختلفة مثل: الطب، والاتصالات، والاستخدام اليومي، والعسكري، والصناعة. ولتوضيح كيفية تطبيق الليزر في مثل هذه المجالات المتنوعة، نحتاج إلى فهم المبادئ الفيزيائية الأساسية لتشغيل الليزر.
من حيث المبدأ، الليزر هو جهاز يحول الطاقة من أشكال أخرى إلى إشعاع كهرومغناطيسي. هذا تعريف عام جدًا، ولكنه يساعد على فهم الفيزياء الأساسية لليزر.
يمكن أن تكون الطاقة الموضوعة في الليزر بأي شكل من الأشكال مثل الإشعاع الكهرومغناطيسي، والطاقة الكهربائية، والطاقة الكيميائية، وما إلى ذلك. تنبعث الطاقة دائمًا من الليزر كإشعاع كهرومغناطيسي (والذي يتضمن أشعة الضوء). ومن ناتج الضوء هذا، جاءت تسمية الليزر والتي تعني :
الليزر = تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع.
LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
وكما نرى، فإن كلمة الليزر بدأت كاختصار، لكنها أصبحت الآن مقبولة ككلمة، مع اشتمال كلمات أخرى منها: ( lasing, to lase) "، وما إلى ذلك. وسنحاول الحصول على صورة نوعية للطبيعة الكمومية (quantum) لليزر، استنادا إلى بعض المبادئ الأساسية.
ومن ضمن الأشياء التي نحتاج إلى معرفتها قبل الخوض بموضوع الليزر، أن نكون على دراية بالمصطلحات الأساسية المستخدمة لوصف الموجات الكهرومغناطيسية ومنها:
• الطول الموجي ()
• التردد ()
• الفترة (T)
• سرعة الضوء ( c )
• معامل الانكسار (n)
وسنستعرض هذه المصطلحات بإيجاز ولكن من الأفضل أن يكون القارئ على دراية بما يلي:
• بعض المصطلحات من البصريات الهندسية مثل: الانكسار، الانعكاس، العدسات الرقيقة وغيرها.
• بعض مصطلحات "الفيزياء الحديثة" مثل الفوتونات ونماذج الذرات وغيرها.
الإشعاع الكهرومغناطيسي Electromagnetic Radiation
يمكن أن يكون الإشعاع الكهرومغناطيسي الصادر عن الليزر في أي جزء من الطيف، بما في ذلك الطيف المرئي (visible)، وطيف الأشعة فوق البنفسجية (UV)، وطيف الأشعة تحت الحمراء (IR)، وما بعده. وسيتم وصف خصائص الإشعاع الكهرومغناطيسي بإيجاز:
• الإشعاع الكهرومغناطيسي في الفراغ.
• الإشعاع الكهرومغناطيسي في المادة.

الإشعاع الكهرومغناطيسي في الفراغ: Electromagnetic Radiation in vacuum
الإشعاع الكهرومغناطيسي عبارة عن موجة مستعرضة (transverse)، تتقدم في الفراغ بسرعة ثابتة تسمى: سرعة الضوء وجميع الموجات الكهرومغناطيسية لها نفس السرعة في الفراغ، ومن أهم معلمات الموجة هو طولها الموجي.
الطول الموجي () هو المسافة بين نقطتين متجاورتين على الموجة، لهما نفس الطور. فعلى سبيل المثال المسافة بين قمتين متجاورتين للموجةأدناه).
مقارنة الأطوال الموجية : Wavelengths Comparison
يصف الشكل 3 كيف تبدو موجتان مختلفتان (لهما أطوال موجية مختلفة) إلى لحظة معينة من الزمن. يمكن وصف كل من هذه الموجات بشكل مميز من خلال طولها الموجي.