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　　任一時刻粒子只能處在與某一能級相對應的狀態，或者簡單地表述為處在某一個能級上。

　　與光子相互作用時，粒子從一個能級躍遷到另一個能級，會相應地吸收或輻射光子，使威力變大。

　　這種情況又分為受激吸收和自發輻射。

　　處於較低能級的粒子在受到外界的激發，即與其他的粒子發生了有能量交換的相互作用，如與光子發生非彈性碰撞，吸收了能量時，躍遷到與此能量相對應的較高能級，這種躍遷稱為受激吸收。

　　而當粒子受到激發而進入的激發態，不是粒子的穩定狀態，如存在著可以接納粒子的較低能級，即使沒有外界作用，粒子也有一定的概率，自發地從高能級激發態(E2)向低能級基態(E1)躍遷，同時輻射出能量為(E2-E1)的光子，光子頻率ν=(E2-E1)/h。

　　這種輻射過程被稱為自發輻射。

　　眾多原子以自發輻射發出的光，不具有相位、偏振態、傳播方向上的一致，是物理上所說的非相乾光。

　　1917年，愛因斯坦從理論上指出:除自發輻射外，處於高能級E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級。他指出當頻率為ν=(E2-E1)/h的光子入射時，也會引發粒子以一定的概率，迅速地從能級E2躍遷到能級E1，同時輻射兩個與外來光子頻率、相位、偏振態以及傳播方向都相同的光子，這個過程稱為受激輻射。

　　可以設想，如果大量原子處在高能級E2上，當有一個頻率ν=(E2-E1)/h的光子入射，從而激勵E2上的原子產生受激輻射，得到兩個特征完全相同的光子，這兩個光子再激勵E2能級上原子，又使其產生受激輻射，可得到四個特征相同的光子，這意味著原來的光信號被放大了。

　　考慮到這一點，周文文只能另辟蹊徑，也就是激光器。

　　愛因斯坦雖然於1917年，提出了受激輻射，但激光器卻在1960年問世，相隔43年，這是為什麽呢?

　　其主要原因是，普通光源中粒子產生受激輻射的概率極小。

　　而當頻率一定的光射入工作物質時，受激輻射和受激吸收兩過程同時存在，受激輻射使光子數增加，受激吸收卻使光子數減小。

　　物質處於熱平衡態時，粒子在各能級上的分布，遵循平衡態下粒子的統計分布律。

　　按統計分布規律，處在較低能級E1的粒子數必大於處在較高能級E2的粒子數。

　　這樣光穿過工作物質時，光的能量只會減弱不會加強。要想使受激輻射佔優勢，必須使處在高能級E2的粒子數大於處在低能級E1的粒子數。

　　這種分布才正好與平衡態時的粒子分布相反，稱為粒子數反轉分布，簡稱粒子數反轉。

　　如何從技術上實現粒子數反轉是產生激光的必要條件。

　　理論研究表明，任何工作物質，在適當的激勵條件下，可在粒子體系的特定高低能級間實現粒子數反轉。

　　若原子或分子等微觀粒子具有高能級E2和低能級E1，E2和E1能級上的布居數密度為N2和N1，在兩能級間存在著自發發射躍遷、受激發射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。

　　受激發射躍遷所產生的受激發射光，與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。

　　因此，大量粒子在同一相乾輻射場激發下產生的受激發射光是相乾的。受激發射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比於入射輻射場的單色能量密度。

　　當兩個能級的統計權重相等時，兩種過程的幾率相等。

　　在熱平衡情況下N2N1，這種狀態稱為粒子數反轉狀態。

　　在這種情況下，受激發射躍遷佔優勢。光通過一段長為l的處於粒子數反轉狀態的激光工作物質(激活物質)後，光強增大eGl倍。

　　G為正比於(N2-N1)的系數，稱為增益系數，其大小還與激光工作物質的性質和光波頻率有關。

　　一段激活物質就是一個激光放大器。

　　如果說，把一段激活物質放在兩個互相平行的反射鏡(其中至少有一個是部分透射的)構成的光學諧振腔中，處於高能級的粒子會產生各種方向的自發發射。

　　第74章預告西奧多·梅曼方案