光や電波は波ですが、普通は波の位相がばらばらなので弱い光しか得られません。三人の研究者は「誘導放出」という量子現象を利用し、原子のエネルギー分布を人為的に反転させて同じ位相・周波数の光子を大量に放出させる方法を示しました。これによってメーザー（Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation）やレーザーが実現し、光通信、光ディスク、外科用メスなど社会を支える技術が生まれました。量子エレクトロニクスはその後、光ファイバー通信や量子情報技術の基礎となっています。

1954年、タウンズはアンモニア分子遷移を用いた世界初のメーザー発振を報告しました。同年、バソフとプロホロフはルビジウム原子ビームを使い、三準位系の反転分布モデルを理論化してレーザー一般論へ拡張しました。メーザー・レーザー原理は非平衡熱力学状態を誘導放出で増幅し、光共振器でフィードバックする点に特徴があります。超低雑音増幅器、高効率光源、精密分光などが実現し、原子時計やリソグラフィー、宇宙探査通信へ応用が広がりました。量子エレクトロニクスは固体・半導体レーザー、量子ドット光源などへ発展し、現代フォトニクスと量子センシング研究の核となっています。

タウンズらは23.8 GHzアンモニア反転メーザーの閾値条件を導出し、線幅7 kHz・出力10 nWの単一モード発振を実証した。高Q（≈10^8）共振器と利得係数g=σNの精密測定により量子雑音限界近傍の増幅器特性を示した。バソフとプロホロフは三・四準位系の粒子数方程式を解析し、臨界逆分布N_c=(αl)^-1を導入して利得飽和と安定発振条件を定式化した。速度選択的ポンピングによるドップラー線幅縮小や受動モードロッキングも提案し、高出力レーザー開発を加速させた。これらの理論はSchawlow–Townes線幅式に発展し、非線形光学・コヒーレント制御・量子読出し回路にまで波及している。