1. Εξερεύνηση

Μια αποτελεσματική διαμόρφωση για την επίτευξη μιας συσκευής λέιζερ είναι η χρήση όχι μόνο δύο επιπέδων (του επιπέδου της μετάβασης λέιζερ) ενός ατόμου, αλλά μιας διαμόρφωσης τριών επιπέδων, προκειμένου να επιτευχθεί η λεγόμενη αντιστροφή πληθυσμού στο υψηλό επίπεδο από το οποίο το ερέθισμα του προσπίπτοντος κύματος επιτρέπει στα άτομα να εκπέμπουν ταυτόχρονα.

Για να επιτύχουμε την αντιστροφή πληθυσμού, πρέπει να αντλήσουμε το ηλεκτρόνιο από το επίπεδο 1 στο επίπεδο 2 μέσω ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος της κατάλληλης συχνότητας που δίνει στα άτομα την ενέργεια να μεταπηδήσουν στο υψηλότερο επίπεδο.
Αν έχουμε μόνο δύο επίπεδα, το ηλεκτρομαγνητικό κύμα αντλεί τα ηλεκτρόνια από το χαμηλότερο επίπεδο στο υψηλότερο με τον ίδιο ρυθμό που το κύμα διεγείρει την εκπομπή από το επίπεδο 2 στο επίπεδο 1. Χρειαζόμαστε να "παγιδεύσουμε" το ηλεκτρόνιο στο υψηλότερο επίπεδο.

Χρησιμοποιώντας τρία επίπεδα ενός ατόμου, μπορούμε να αντλήσουμε το ηλεκτρόνιο σε ένα υψηλό επίπεδο (επίπεδο 3). Το ηλεκτρόνιο αποδιεγείρεται γρήγορα σε ένα ενδιάμεσο επίπεδο (επίπεδο 2) και παραμένει εκεί μέχρι ένα κύμα της κατάλληλης συχνότητας να διεγείρει την αποδιέγερση στο επίπεδο 1.

Αυτή η διαδικασία απαιτεί δύο διαφορετικά διεγερτικά κύματα με διαφορετικές συχνότητες. Το πρώτο (ακτινοβολία άντλησης) έχει τη συχνότητα ενώ το δεύτερο (διεγερτική ακτινοβολία) έχει τη συχνότητα .

Η συσκευή θα τεθεί σε κατάσταση "ετοιμότητας" από την αντιστροφή πληθυσμού που προκαλείται από το κύμα άντλησης. Όταν χρειαστούμε την εκπομπή λέιζερ, αφήνουμε το διεγερτικό κύμα να περάσει μέσα από το υλικό και τα ηλεκτρόνια στο δεύτερο επίπεδο αποδιεγείρονται όλα μαζί, δίνοντας μια ισχυρή εκπομπή ακτινοβολίας.
Για να αξιοποιηθεί πλήρως το διεγερτικό προσπίπτον κύμα στη συσκευή λέιζερ, το ενεργό υλικό τοποθετείται μέσα σε καθρέφτες.

Αυτοί οι καθρέφτες δημιουργούν μια αντηχητική κοιλότητα που ενισχύει την εκπομπή ακτινοβολίας.

Εκτός από το ενεργό υλικό όπως το ρουμπίνι, στη σύγχρονη τεχνολογία χρησιμοποιούνται επίσης και λέιζερ διόδων.