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Una configurazione efficace per realizzare un dispositivo laser consiste nell'utilizzare non solo due livelli (il livello della transizione laser) di un atomo, ma una configurazione a tre livelli per ottenere la cosiddetta inversione di popolazione nel livello alto, dal quale lo stimolo dell'onda incidente permette agli atomi di emettere simultaneamente.

Per ottenere l'inversione di popolazione dobbiamo pompare l'elettrone dal livello 1 al livello 2 tramite un'onda elettromagnetica della giusta frequenza che fornisce agli atomi l'energia necessaria per saltare al livello superiore.
Se abbiamo solo due livelli, l'onda elettromagnetica pompa gli elettroni dal livello inferiore a quello superiore con la stessa velocità con cui l'onda stimola l'emissione dal livello 2 al livello 1. Abbiamo bisogno di “intrappolare” l'elettrone nel livello superiore.

Utilizzando tre livelli di un atomo possiamo pompare l'elettrone in un livello alto (livello 3). L'elettrone decade rapidamente in un livello intermedio (livello 2) e vi rimane fino a quando un'onda della giusta frequenza stimola il decadimento al livello 1.

Questa procedura richiede due diverse onde stimolanti con frequenze differenti. La prima (radiazione di pompaggio) ha la frequenza mentre la seconda (radiazione stimolante) ha la frequenza .

Il dispositivo sarà impostato in uno stato di “pronto” grazie all'inversione di popolazione causata dall'onda di pompaggio. Quando si desidera l'emissione laser si lascia passare l'onda stimolante attraverso il materiale e gli elettroni nel secondo livello decadono tutti insieme, producendo una forte emissione di radiazione.
Per sfruttare completamente l'onda incidente stimolante nel dispositivo laser, il materiale attivo è posto all'interno di specchi.

Questi specchi creano una cavità risonante che amplifica l'emissione di radiazione.

Oltre ai materiali attivi come il rubino, nella tecnologia moderna vengono utilizzati anche i laser a diodo.