物质由分子组成，分子由原子组成。实际上原子并不是组成物质的最小粒子，它是由原子核和围绕核旋转的一群电子组成的一个微观系统。旋转的轨道是一组空间的同心园。同心园数量有限，除允许的轨道外，其它轨道不允许电子存在。
原子具有内能，内能的大小不能连续变化，是一步一步分开的。这种分开的能量叫能级。电子所处状态决定能级的高低。通常情况下，电子总是所处在内层轨道上，这种状态叫基态或稳态。在整个原子系统中总是绝大多数电子组处于基态。在没有外力作用下，内层的电子不会跑到外层上去。也就是说，低能级上的电子不会自动地跑到高能级上去。
当基态的电子被外部用适当的方式给予一定能量，如光照、电子碰撞、化学作用或加热等，就会激发到高能级上去。相反电子由于原子自身的内部矛盾，也会自发地返回到低级能级上来，这个过程叫自发跃迁。跃迁是指微观粒子系统从某一种状态到别一种状态的过渡。自发跃迁时原子的内能降低了，多余的能量就会释放出来。释放的形式有两种，一种是热，一种是光。热叫无辐射跃迁，光叫自发辐射跃迁，其辐射称自发辐射，一般的光源如电灯的光是自发跃迁产生的。
因为原子集团中各原子的最外电子不拘一格，辐射物质也可能包含多种类的元素。各原子的电子轨道半经并不相等，能级间的能量差也不一样。由于这样的原子集团所辐射的电磁波中，各个模式的强度、频率、相位、方向可能是千差万别的，故自发辐射在光学中叫非相干光。日光灯、电灯的辐射都是非相干光、光和无线电波、微波一样，是电磁能的一种形式，虽然电磁辐射的效应随频率而变化，但所有的辐射过程的本质都是一样的。
激光的产生是利用物质的一种叫受激辐射的特性，通常是物质未受到外界能量的激发时全部电子都集居在基态能级A，受到外界的能量激发后，一部分电子就会上升到能级B的高能级，而后它们很快要以荧光跃迁的形式，衰落到次能级C物质。受到刺激后电子在最高能级停留的时间都非常短，大约在１０的负八次方秒以下。但有些物质当电子跃迁到次高能级能停留较长时间。如红宝石的铬离子就能停留几个毫秒，因而在那里形成一种稳定的停留状态（亚稳态）。
电子从亚稳态进一步向低能级跃迁时，产生光子。如果这个光子在光学谐振腔（两端是反射镜的一个腔体）中反射回来，就会诱发同样性质的跃迁，产生同频率、同相位的光子。这两个光子又会再起诱发作用，如此下去就会产生足够强的同频率，同相位的光从光学谐振腔中具有半透性的那个反射镜中射出去，这就是受激辐射。
受激辐射光经谐振腔多次的反复、反馈、放大后最终形成一束频率一样、相位相同、方向一致的强大光流，从半反半透的那个镜片中射出，这就是激光。
1900年出生在匈牙利的英国人盖伯（DGabor）发明全息照相术，为此他在1971年获得诺贝尔奖金。1962年美国的执密安大学的利思（ENLeith）和乌帕特克尼斯（Jvpatnicks）利用激光拍摄成功了第一张实用全息图，即离轴型两光束全息图片。全息术的英文名称叫：＂Holography＂出于希腊语，意思是全部记录，即记录全部信息—振幅和相位。利用激光照相术所产生的全息图上的任一小区能重现整个物体的象。所以，只要保存底片的一小部分碎片就能再现出原来全部的景物，这就是全息的来源，通常我们理解为全部信息。
