モード同期
レーザー光は人類が得られる最も純粋な形の光かもしれないが、純粋に単一の周波数または波長の光のみを含むわけではなく、すべてのレーザーはある固有の帯域幅をもつ光、すなわちある周波数範囲にわたる光を発する。レーザーの動作帯域幅は、主にレーザーを発生させる利得媒質によって決まり、利得媒質の動作周波数範囲は利得帯域幅と呼ばれる。たとえば、一般的なヘリウムネオンレーザーの利得帯域幅はおよそ1.5 GHz(波長にすると633 nmを中心とした幅およそ0.002 nmの範囲)、Ti:サファイアレーザーの利得帯域幅はおよそ128 THz(800 nmを中心とした幅およそ300 nmの範囲)である。
レーザー発振周波数の決定要因として2つ目にはレーザー共振器が挙げられる。最も単純な共振器は利得媒質をはさみ互いに向き合った2つの平面鏡で構成される(ファブリ・ペロー共振器)。光は波であるため、共振器の鏡間で反射するうち、干渉により強め合いと弱め合いを起こし、共振器内に定在波を生じる。この定在波は、共振器固有の縦モードと呼ばれる離散的な周波数群からなる。縦モード周波数の光は、共振器内で自己増幅され発振するが、他の周波数をもつ光は、弱め合う干渉によって発振を抑制される。
レーザーの基本原理は、たとえばレーザーダイオードや光共振器、回折格子などの周波数選択的要素に依存しているため、レーザー光は単色光である。これらの要素の働きにより、周波数が選択され放射光のスペクトルは非常に狭いものとなる。しかし、細かくみていけば周波数は様々な時間スケールでゆらいでいる。この原因はいくつかあり、入力電圧のゆらぎや音響振動、環境の圧力および温度変動などが例として挙げられる。したがって、周波数ゆらぎを低減するためには、レーザーの位相もしくは周波数を外部から安定させる必要がある。外部光源もしくは外部基準によるレーザー特性の安定化は一般に「レーザー同期(Laser locking)」もしくは単に「同期」と呼ばれる。