В 1953-м году Басовым и Прохоровым и независимо от них Таунсом и Вебером были созданы первые квантовые генераторы, работающие в диапазоне сантиметровых волн; эти устройства получили название мазеров (англ. Microwave amplification by stimulated emission jf radiation - усиление радиоволн с помощью стимулированного излучения). В 1960-м году Мейманом был создан первый аналогичный прибор, работающий в оптическом диапазоне - лазер (light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света с помощью вынужденного излучения). Лазеры называют также оптическими квантовыми генераторами (ОКГ) или генераторами когерентного света (ГКС).

Эти устройства работают на основе эффекта вынужденного (индуцированного, стимулированного) излучения, открытого Эйнштейном. Такое излучение может приводить к отрицательному поглощению (т. е. усилению) света при его прохождении через вещество. Эйнштейн показал, что вынужденное излучение должно быть по своим характеристикам совершенно тождественно с тем первичным излучением, которое его вызывает, т. е. новый фотон, образовавшийся в результате того, что атом (молекула) вещества переходит с высшего энергетического состояния на низшее под действием света,имеет ту же энергию и летит строго в том же направлении, что и первичный квант света. На волновом языке эффект вынужденного излучения сводится к увеличению амплитуды проходящей волны без изменения её частоты, направления распространения, фазы и поляризации. Таким образом, вынужденное излучение строго когерентно с вынуждающим излучением.

Новый фотон, возникающий в результате индуцированного излучения, усиливает свет, проходящий через среду. Однако следует учитывать, что кроме индуцированного излучения происходит также и процесс поглощения света; в результате поглощения фотона атомом, находящимся на низком энергетическом уровне, фотон исчезает, и атом переходит на более высокий энергетический уровень. При этом уменьшается мощность света, проходящего через среду. Таким образом, имеются два конкурирующих друг с другом процесса. В результате актов вынужденного излучения фотон "сваливает" электрон с высокого на низкий энергетический уровень, и вместо одного фотона дальше "летят" два; акты же поглощения уменьшают число фотонов, проходящих сквозь среду. Усиливающее действие среды определяется тем, какой из двух процессов преобладает. Если преобладают акты поглощения фотонов, то среда будет ослаблять проходящий через неё свет; если главную роль играют акты вынужденного излучения, то среда усиливает свет.

Поглощение света в веществе подчиняется закону Бугера-Ламберта:

I=I0e-ax

где a - положительный натуральный показатель поглощения; х - толщина поглощающего слоя; I0 - интенсивность света, входящего в среду; I интенсивность света, прошедшего слой толщиной х.

В. А. Фабрикантом впервые были рассмотрены особенности среды с отрицательным поглощением света; им было показано, что для неё закон Бугера-Ламберта имеет вид

I=I0eax

В такой среде из-за преобладания актов вынужденного излучения лавинообразно нарастает число фотонов. Два фотона, образовавшихся в одном акте индуцированного излучения, при встрече с двумя атомами, находящимися на возбуждённых уровнях, "свалят" их вниз, и после этого будут "лететь" уже четыре одинаковых фотона и т. д. С волновой точки зрения, амплитуда электромагнитной волны и её квадрат, пропорциональный интенсивности света, будут нарастать за счёт энергии, получаемой от возбуждённых атомов.

Показатель поглощения a в законе Бугера-Ламберта-Фабриканта пропорционален разности между числом актов поглощения и вынужденного излучения:

a=k(N1-N2),

где k - коэффициент пропорциональности, k>0. В состоянии термодинамического равновесия число атомов N2 на возбуждённом энергетическом уровне меньше числа атомов N1 на более низком уровне, следовательно, а>0. Это означает, что число актов обычного (положительного) поглощения превышает число переходов, сопровождающихся отрицательным поглощением (индуцированным излучением). Однако существуют среды, в которых а<0; для получения такой среды необходимо создать неравновесное состояние системы, при котором N2>N1. Такие состояния называют инверсными (обращёнными). Смысл термина состоит в том, что в таком неравновесном состоянии имеется обращённое распределение атомов (молекул) по энергетическим состояниям на верхнем уровне концентрация атомов больше, нежели на нижнем.