Как было установлено, световой пучок, проходя через инвертированную активную среду, может усиливаться вследствие преобладания процессов вынужденного испускания над процессами поглощения света. Тем самым был фактически объяснен принцип работы квантового оптического усилителя. Теперь обратимся к лазеру.
В отличие от усилителя, в лазере нет первичного когерентного светового пучка, который инициировал бы наряду с процессами поглощения света также процессы вынужденного испускания. Чтобы понять, каким образом начинается (точнее говоря, зарождается) лазерная генерация, необходимо обратиться к процессам спонтанного испускания света. Роль первичных фотонов, инициирующих вынужденное испускание новых фотонов и тем самым дающих начало процессу лазерной генерации, играют фотоны, случайно родившиеся при спонтанных переходах активных центров с верхнего рабочего уровня на нижний. Каждый спонтанно родившийся фотон может инициировать (в инвертированной активной среде) множество вынужденных переходов и, как следствие, может обусловить появление целой лавины вторичных фотонов, находящихся в том же состоянии, что и первичный «спонтанный» фотон.
Однако спонтанно рождающиеся фотоны испускаются активными центрами независимым образом в самых разных направлениях. Следовательно, в самых разных направлениях будут распространяться и лавины вторичных («вынужденных») фотонов, соответствующие различным спонтанным фотонам. Иначе говоря «разброс» спонтанных фотонов по различным состояниям должен приводить к соответствующему «разбросу» по состояниям и лавин, образованных «вынужденными» фотонами. Излучение, состоящее из таких фотонных лавин, очевидно, не обладает высокими когерентными свойствами.
Чтобы получить когерентное излучение, необходимо как-то упорядочить описанную картину. Для этого надо позаботиться об избирательности для фотонных состояний. Предположим, что каким-то образом для некоторых (относительно немногих) фотонных состояний созданы благоприятные условия для развития процессов вынужденного испускания, тогда как для остальных фотонных состояний, напротив, созданы неблагоприятные условия. Для краткости будем говорить, соответственно, о выделенных и невыделенных фотонных состояниях. Спонтанные фотоны, случайно родившиеся в выделенных состояниях, инициируют появление в этих состояниях большого числа вторичных фотонов в результате вынужденных переходов активных центров. Те же фотоны, которые случайно родились в невыделенных состояниях, сравнительно скоро «выходят из игры», не приводя к появлению в этих состояниях сколько-нибудь значительного количества вторичных фотонов.
Поток вторичных фотонов в выделенных состояниях, очевидно, и есть лазерное излучение. Чем меньше число выделенных фотонных состояний, чем лучше они «выделены», тем жестче реализуется избирательность и, следовательно, тем выше степень когерентности излучения, генерируемого лазером. Если бы удалось выделить всего лишь одно фотонное состояние, то генерировалась бы идеально когерентная световая волна – плоская монохроматическая волна с определенной поляризацией.