Принцип работы квантовых усилителей заключается в усилении электромагнитных колебаний при взаимодействии с квантовой системой частиц (атомов, молекул, ионов) за счёт вынужденного излучения. 9

Принцип работы лазера основан на использовании стимулированного излучения атомов, ионов или молекул, что приводит к усилению света и созданию когерентного луча. 10 Процесс основан на следующих основных этапах: 10

1. Создание инверсной населённости. 10 В активном элементе лазера (например, газе, жидкости или твёрдом теле) используется система накачки для создания инверсной населённости энергетических уровней — состояние, при котором на верхнем энергетическом уровне находится больше частиц, чем на нижнем. 10 Это достигается путём введения дополнительной энергии в систему с помощью различных методов, таких как электрический разряд, химическая реакция, оптический или электронный пучок. 10
2. Ускорение электронов. 10 В случае газового лазера электроны ускоряются напряжением, приложенным к электродам, и сталкиваются с атомами газа, передавая им свою энергию. 10 В результате этого процесса атомы переходят на более высокие энергетические уровни. 10
3. Релаксация. 10 Атомы, которые находятся на высоких энергетических уровнях, спонтанно возвращаются на свои основные энергетические уровни, излучая фотоны. 10 Некоторые из этих фотонов вызывают возбуждение других атомов, переводя их на верхние энергетические уровни и создавая таким образом лавину фотонов. 10
4. Усиление. 10 Фотоны, генерируемые в процессе релаксации, распространяются через активный элемент, вызывая стимулированное излучение у других атомов. 10 Этот процесс создаёт усиление света, которое приводит к формированию когерентных лазерных лучей. 10
5. Отбор частоты и направления. 10 Лазерные резонаторы, состоящие из двух зеркал, установленных под углом друг к другу, обеспечивают отбор частоты и направление пучка излучения. 10 В них происходит многократное прохождение света через активную среду, в результате чего происходит усиление только тех фотонов, которые распространяются в нужном направлении и имеют нужную частоту. 10

Мазер — квантовый генератор, излучающий когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона (микроволны). 58 По принципу своего действия мазер похож на лазер, но работает только в микроволновом диапазоне. 8 Мазер основан на принципе вынужденного излучения, предложенном Альбертом Эйнштейном в 1917 году. 25