尽管传统的光谱学在物质研究中获得了多方面的应用，但是在激光问世之前，传统光谱学的进一步发展已经面临着不可逾越的困难。首先，传统光谱学使用的是普通光源，要提高探测的分辨率，就需要增强光源的单色性，然而增强普通光源的单色性，又不得不以降低光源的强度为代价。光源强度降低势必影响到探测的灵敏度。更为严重的是，在弱光辐射情况下，光谱中的许多非线性效应表现不出来，因此包含物质结构深层次的信息被阻断。此外，传统光谱学必须利用棱镜或光栅作为分光器件，而这些器件的分辨率又受到一定的限制，因而谱线的许多细节不能被观察到。传统光谱学的上述缺陷是带有根本性的，随着物理学的发展，人们对来自微观世界信息的需求量越来越大，对信息种类要求的层次也越来越深、越来越广，显然传统光谱学不再适应这一发展。
     在 1958年，即在微波激射器刚问世后不久，美国物理学家肖洛与汤斯就曾在一篇著名论文①中，卓有见地地指出“从原理上看，微波激射放大器和振荡器的工作频率可以超越目前的射频范围，向红外区、可见光甚至更高频率扩展。这种技术表明了它在高频区实现相干放大，产生强单色性辐射上具有诱人的前景。……这种强单色性和高强度的辐射所给出的高分辨率将远远超出目前光谱技术的极限。”可见，在激光问世以前，作为微波激射器的发明者汤斯以及激光器奠基人之一肖洛已经清楚地预见到，激光的单色性、方向性与高亮度将会给日益显得陈旧的光谱学带来新的生机。正如肖洛与汤斯所预料，在微波激射器的基础上，激光器很快地问世了。激光器问世后，汤斯转到其它研究领域，肖洛进入斯坦福大学物理系执教并开始从事激光光谱学的研究。由于激光器所注入的活力，从 60 到70年代末期，激光光谱学的进展异常神速。肖洛所在的斯坦福大学研究组始终站在激光光谱研究领域的最前列。这个研究组除了肖洛外，还有一位年青教授汉施（Hansch, T.W）。汉施1968年从德国海德堡大学获得博士学位后不久，便来到斯坦福大学任教。他们领导着来自世界各地的几位访问学者和近十名博士研究生。在整个70年代中，这个友好且富于创造性的研究集体在高分辨率激光光谱学的研究中，做出了多方面的重要贡献，所创造的激光光谱学方法居世界领先地位。
     它们是：饱和吸收光谱(1971)、内调制荧光光谱(1972)、双光子光谱(1974)、激光识别光谱(1976)、偏振光谱(1976)、两步偏振标识光谱(1979)、光电流光谱(1979)、偏振内调制激励光谱(1981)等。饱和吸收光谱①是非线性、高分辨率激光光谱中最早出现，也是较普遍应用的一种。在传统的光谱学中，发自分子或原子的热运动引起的谱线增宽是一个非常令人头痛的问题，它们常把许多非线性的测量细节掩蔽了起来。如何才能在不能消除分子、原子热运动的情况下，把它们对谱线的多普勒频移消除掉呢？这的确是一个难题。肖洛等人研制成功的饱和吸收光谱技术解决了这一难题。他们高超的设计思想以及精湛的实验技术令世人称奇。他们先把激光分为两束，一束是较强的泵浦光束，一束为较弱的探测光束。使泵浦光束经过一个称为斩波器的装置调制后，再令两束光以几乎完全相反的方向通过样品。由于泵浦光束足够强，它们与样品的原子作用后，吸收了光量子的原子被泵激至激发态。当其吸收能力达到饱和以后，就暂时不能再吸收相同的辐射光量子。在这种情况下，较弱的探测光束就可以不被吸收地通过样品，到达接收器。要实现上述设计思想，必须使两束光与同一群原子发生作用，即只有那些沿轴向速度为零的原子，才能对两束相向而行的原子不贡献多普勒频移。
     由于泵浦光束预先经过了调制，在调制激光波长时，通过锁定放大器预先接收到相应的光谱，这样就事先把饱和吸收光谱中那些对多普勒频移无贡献的原子挑选了出来，使泵浦光束仅对这些原子发生作用。1976年，在饱和吸收光谱的基础上，肖洛研究组又引入了偏振效应，研制成功偏振光谱法，使信噪比提高了103倍。偏振光谱法使用的泵浦光为圆偏振光，探测光束是线偏振光。在没有泵浦光束时，由于检偏器的阻挡，偏振光谱的本底很低，接收器接收不到信号。加入泵浦光束以后，泵浦光作用于样品的原子，使气体样品中，只有具有某一角动量分量的原子被激发，介质呈现各向异性，探测光经过气体样品后，变为圆偏振光，其中某一分量被接收器吸收。由此可以看出，接收器所检测到的并非光强变化，而是偏振状态的改变。