Um Laserlicht zu erzeugen, nutzt man die quantenmechanischen Eigenschaften von Atomen und Molekülen: Können diese zwei unterschiedliche Quantenzustände einnehmen, überwiegen die Teilchen, die sich im Zustand mit der niedrigeren Energie befinden. Durch „Pumpen” wird ihnen Energie zugeführt. Die Folge ist eine „Besetzungsinversion”: Mehr Teilchen befinden sich im energiereicheren angeregten Zustand als im Grundzustand. Eine Lichtwelle, deren Frequenz exakt der Energiedifferenz zwischen beiden Zuständen entspricht, holt die angeregten Atome in den Grundzustand zurück – Licht entsteht, und die Lichtwellen verstärken sich selbst. Durch einen teildurchlässigen Spiegel verlässt der Strahl den Laser. Um kurze Blitze zu generieren, benötigt man zusätzlich einen „Modenkoppler”, der das Licht quasi zerhackt. Ein Element zur Dispersionsanpassung sorgt dafür, dass die Laserpulse in Form bleiben.
