La raison pour laquelle l'émission stimulée est difficile à réaliser devient évident lorsque l'on considère les événements susceptibles entourant la désintégration d'un électron d'un état excité à l'émission subséquente et spontanée de la lumière. La lumière émise pourrait facilement stimuler l'émission d'un autre atome quitté, mais si peu sont disponibles que l'émission plus susceptibles d'abord rencontrer un atome dans l'état fondamental, et sera absorbée à la place. Parce que le nombre d'atomes dans un état excité est si infime par rapport au nombre dans l'état du sol, le pointeur laser bleu 10000mW photon émis a une plus grande probabilité d'être absorbée, ce qui rend l'émission stimulée insignifiante par rapport à l'émission spontanée (à l'équilibre thermodynamique).

Le mécanisme par lequel l' émission stimulée peut être amené à dominer est d'avoir plus d' atomes dans l'état excité que dans l'état d'énergie plus faible, de sorte que les photons émis sont plus susceptibles d'induire l' émission que d'être absorbé. Étant donné que cette condition est l'inverse de la situation normale à l'équilibre, on l'appelle une inversion de population . Tant pointeur laser bleu 3000mw que il y a plus d' atomes dans le niveau d'énergie supérieure que dans la, émission stimulée inférieure peut dominer, et une cascade de photons résultats. Le premier photon émis va stimuler l'émission de plus de photons, ceux - ci stimulent ensuite l'émission de plus encore, et ainsi de suite. La cascade résultante de photons augmente, ce qui entraîne l'amplification de la lumière émise. Si l'inversion de population se termine (la population de l' état fondamental devient dominant), l' émission spontanée sera à nouveau le processus favorisé.

Au moment de la proposition d'Einstein, la plupart des physiciens croyaient que toute autre condition que l'équilibre thermodynamique était instable et ne peut pas être soutenue. Ce ne fut qu'après la Seconde Guerre mondiale qui a sérieusement envisagé des procédés de production les inversions nécessaires de la population pour soutenir l'émission stimulée. Atomes et molécules peuvent occuper des niveaux d'énergie beaucoup, et bien que certaines transitions sont plus susceptibles que les autres (en raison des règles de la mécanique quantique et pour d'autres raisons), une transition peut se produire entre deux niveaux. L'exigence minimale pour l'émission stimulée et l'amplification, ou une action de laser, est que au moins un niveau d'énergie supérieur doit avoir une population supérieure à un niveau inférieur.

Une inversion de population peut être produit par deux mécanismes de base, soit en créant un excès d'atomes ou de molécules dans un état d'énergie plus élevé, ou en réduisant la population d'un état d'énergie plus faible. Un système peut également être choisi qui est instable dans le niveau inférieur, mais pour un fonctionnement pointeur laser 3000mw continu, il faut habituellement être payé à la fois peupler le niveau supérieur et dépeupler le niveau inférieur. Si trop d'atomes ou de molécules accumulent dans le niveau d'énergie plus faible, l'inversion de population est perdue et l'action du laser cesse.

L'approche la plus courante pour produire une inversion de population dans un milieu laser 200mw est d'ajouter de l' énergie au système pour exciter des atomes ou des molécules dans les niveaux d'énergie plus élevés. Il suffit d' ajouter l' énergie en agitant thermiquement le moyen ne suffit pas (sous l' équilibre thermodynamique) pour produire une inversion de population, parce que la chaleur ne fait qu'augmenter l'énergie moyenne de la population, mais ne fait pas augmenter le nombre d'espèces dans l'état excité par rapport à celle de la état inférieur.

Avant la recherche décrivant maser et laser action a été publié, les physiciens appelés à une inversion de population comme une température négative , ce qui était symbolique de leur point de vue que toute autre condition que l' équilibre thermodynamique est peu susceptible d'être soutenue.

Pour produire l'inversion de population nécessaire pour l'activité de laser, les atomes ou les molécules doivent être sélectivement excités à des niveaux d'énergie spécifiques. La lumière et l'électricité sont les mécanismes d'excitation de choix pour la plupart des lasers. Soit la lumière ou les électrons peuvent fournir l'énergie nécessaire pour exciter les atomes ou les molécules à des niveaux d'énergie plus élevés sélectionnés, et le transfert d'énergie ne sont pas requis pour promouvoir directement des électrons à un niveau supérieur spécifique de la transition laser. Certaines approches peuvent être assez complexes, mais ceux-ci produisent souvent des lasers plus performants. Une méthode fréquemment utilisée excite un atome ou d'une molécule à un niveau d'énergie plus élevée que nécessaire, après quoi elle tombe au niveau de laser supérieur. excitation indirecte peut être utilisée pour exciter les atomes dans un mélange de gaz environnant, qui a ensuite transfèrent leur énergie aux atomes ou des molécules responsables de la production de l'effet laser.