雷射中的受激輻射

受激輻射是每一台雷射核心處的量子過程：一個飛掠已處於激發態的原子的光子，能促使該原子跌落到較低能級並釋放出第二個光子——而這個新光子是第一個的同卵孿生兄弟，頻率、方向、相位、偏振都相同。一個光子變成兩個完美的副本。讓這一幕在擠滿激發態原子的介質中不斷重複，一縷微弱的光便會膨脹成一場齊步行進的光子雪崩。

愛因斯坦在一九一七年僅憑邏輯自洽便預言了這一效應。對於與輻射處於平衡的原子而言，單靠自發輻射和吸收無法把賬算平；必定還存在第三個過程——由經過的光所觸發的發射。它的特別之處，也是它有別於燈泡那種隨機輝光之處，在於發出的光子是觸發它的那個光子的克隆。正是這種克隆，造就了相干、單色、緊密定向的雷射。

受激輻射永遠與它的對手——吸收——較量不休：在吸收中，光子反被一個處於下能級的原子吞掉。由於這兩個過程對每個原子來說概率相等，要讓發射在總體上獲勝，唯一的辦法就是讓上能級的原子多過下能級——也就是粒子數反轉。一旦實現反轉，受激輻射便佔據上風，光被放大而非吸收，雷射於是誕生。