统计力学中经常被使用。居量反转即在一个系统（例如一群原子或分子）中，处在激发状态的成员数量比起处于较低能阶状态的成员更多。让标准雷射进入能够运作的状态的过程中，产生居量反转是一个必要的步骤，因此在雷射科学中，居量反转是很重要的研究主题之一。值得注意的是居量反转不可能是热平衡的稳态解，如二能阶系统中，温度极高或外场极大时的平衡态也只允许激发态与基态粒子数目相等。
形成雷射.在一个二级系统中，一个电子自低能级向高能级跃迁和自高能级向低能级跃迁的概率是一样的。为了达到光放大的作用，在高能