激光中的受激辐射

受激辐射是每一台激光核心处的量子过程：一个飞掠已处于激发态的原子的光子，能促使该原子跌落到较低能级并释放出第二个光子——而这个新光子是第一个的同卵孪生兄弟，频率、方向、相位、偏振都相同。一个光子变成两个完美的副本。让这一幕在挤满激发态原子的介质中不断重复，一缕微弱的光便会膨胀成一场齐步行进的光子雪崩。

爱因斯坦在一九一七年仅凭逻辑自洽便预言了这一效应。对于与辐射处于平衡的原子而言，单靠自发辐射和吸收无法把账算平；必定还存在第三个过程——由经过的光所触发的发射。它的特别之处，也是它有别于灯泡那种随机辉光之处，在于发出的光子是触发它的那个光子的克隆。正是这种克隆，造就了相干、单色、紧密定向的激光。

受激辐射永远与它的对手——吸收——较量不休：在吸收中，光子反被一个处于下能级的原子吞掉。由于这两个过程对每个原子来说概率相等，要让发射在总体上获胜，唯一的办法就是让上能级的原子多过下能级——也就是粒子数反转。一旦实现反转，受激辐射便占据上风，光被放大而非吸收，激光于是诞生。