Cahaya biasa (lampu, Matahari) adalah campuran acak gelombang dengan segala warna, arah, dan fase. Cahaya laser sebaliknya: satu warna, satu arah, dan semua gelombangnya "berbaris" sefase. Rahasianya adalah proses kuantum yang diramalkan Einstein pada 1917: emisi terstimulasi.
๐ฏ Emisi terstimulasi
Saat foton lewat di dekat atom yang tereksitasi, ia memicu atom itu melepas foton kembar identik โ frekuensi, arah, dan fase yang sama persis. Kini ada dua foton identik, lalu empat, delapan... longsoran cahaya seragam.
โฌ๏ธ Inversi populasi
Normalnya, lebih banyak atom di keadaan dasar (yang menyerap foton). Agar foton digandakan, kita harus "memompa" energi sampai atom tereksitasi lebih banyak daripada yang dasar โ kondisi tak alami bernama inversi populasi.
Eโ โ Eโ = hยทf
Foton yang dipancarkan punya energi tepat sama dengan selisih dua tingkat atom โ karena itu semua foton laser punya warna (frekuensi) yang sama persis. Rongga cermin memantulkannya bolak-balik agar penggandaan berlipat.
๐กBayangkan begini: seperti efek domino yang dipicu sempurna: satu kartu jatuh memicu kartu berikutnya, semuanya jatuh dengan pola identik dan terarah. Bandingkan dengan lampu pijar โ seperti kerumunan orang bertepuk tangan acak; laser seperti paduan suara yang bernyanyi serempak satu nada.
๐ช Peran rongga cermin
Dua cermin di ujung memantulkan foton bolak-balik melewati atom berkali-kali, sehingga penggandaan berlipat ganda. Salah satu cermin sengaja dibuat setengah tembus, agar sebagian foton lolos keluar sebagai berkas laser yang kita pakai.
๐Di Dunia Nyata: Laser ada di mana-mana: pemindai barcode, pemutar DVD/Blu-ray, serat optik internet, operasi mata LASIK, pemotong logam industri, hingga pengukur jarak Bumi-Bulan. Semua berkat satu gagasan kuantum Einstein tentang emisi terstimulasi.