2.3 激光产生的条件

2.3.1 受激辐射光放大

一个光子激发一个粒子产生受激辐射，可以使粒子产生一个与该光子状态完全相同的光子，这两个光子再去激发另外两个粒子产生受激辐射，就可以得到完全相同的4个光子，如此下去……这样，在一个入射光子的作用下，可引起大量发光粒子产生受激辐射，并产生大量运动状态完全相同的光子，这种现象称为受激辐射光放大，如图2-6所示。

由于受激辐射产生的光子都属于同一光子态，因此它们是相干的。在受激辐射过程中产生并被放大了的光，便是激光。

但是，光与原子体系相互作用时，总是同时存在自发辐射、受激辐射和受激吸收三种过程。一束光通过发光物质后，光强增大还是减弱，要看哪种跃迁过程占优势。

通常情况下，原子体系总是处于热平衡状态，各能级粒子数服从玻耳曼兹统计分布

式中已令f1=f2。因E2＞E1，所以n2＜n1，即高能级集居数恒小于低能级集居数。而爱因斯坦理论指出原子受激辐射的概率和受激吸收的概率是相同的，即B21=B12。因此，当频率ν=（E2-E1）/h的光通过物质时，受激吸收光子数n1W12恒大于受激辐射光子数n2W21。因此，处于热平衡状态下的物质只能吸收光子，故光强减弱。

由（2-20）式可知，受激辐射概率W21与自发辐射概率A21之比为

当T=300K时，R≈10-35。由此可见，通常情况下受激辐射的概率是微乎其微的，占主导优势的是自发辐射。普通光源的相干性差正是由于绝大部分原子做自发辐射造成的。

可见，在光与原子相互作用的三种基本过程中，存在着两种基本矛盾：受激辐射和受激吸收的矛盾，受激辐射和自发辐射的矛盾。而在正常情况下，受激辐射并不占优势。要想通过受激辐射光放大过程产生激光，就必须具备克服这两个矛盾的条件，从而确保受激辐射在三个过程中占主导地位。