激光技术是自20世纪60年代发展起来的新技术。激光器发射的光子在空间和时间上高度集中,相位高度一致,因而可获得普通光源无法达到的高功率密度、极好的方向性、单色性和相干性,从而在科学领域中得到了广泛的应用。　所谓激光,指的是受激辐射光放大。因此,产生激光的关键是受激辐射和光放大。我们将从光与物质的相互作用入手来讨论产生激光的基本原理。　一、吸收、自发辐射和受激辐射　光与物质的相互作用就是光与原子的相互作用,主要包括吸收、自发辐射和受激辐射。　1.吸收:若有一个原子开始时处于低能级E1上,当有一个能量恰为hν21=　E2-E1的光子接近该原子时,它就有可能吸引这个光子而提高其能量状态,从E1能级跃迁到E2能级。这种过程称为原子的吸收过程。吸收过程不能自发发生,必须依赖外来光子的激发才能实现。设处于能级E1的原子数密度为N1,频率为n的入射光的能量密度为ρ(ν),则单位时间单位体积内因吸收光子而从能级E1跃迁到E2能级的原子数N12应与N1和ρ(ν)成正比。　式中比例系数B12称为吸收系数。而W12=B12ρ(ν)表示在能量密度为ρ(ν)的光照射下,单位时间内发生吸收的原子占处于能级E1的总原子数的比例,称为吸收速率或吸收概率。　2.自发辐射:处于高能态即激发态的原子是不稳定的,即使在不受外界影响的情况下,它们也会在大约10-8秒的极短时间内,自发地由高能态返回较低的能态,并辐射出相应能量的光子,光子的能量由能级间隔决定,即hν21=　E2-E1。这个过程称为自发辐射。显然,若处于高能态的原子数密度为N2,则自发辐射的光子数密度N21与N2成正比。　式中比例系数A21称为自发辐射系数。表示单位时间内处在E2能级上的一个原子自发辐射跃迁到E1能级上的概率。　自发辐射过程的特点是与外界作用无关。因此,各个原子的跃迁是完全自发和独立的,我们无法预测哪一个原子在何时发生跃迁,因此,各个原子辐射出光子的振动方向、传播方向和初相位都是随机的。而且由于原子系统有多个激发态,任意时刻自发辐射光子的频率也不尽相同。从而,原子系统通过自发辐射发出的是非相干光。普通光源(如白炽灯)发出的光即属此列。　3.受激辐射:处于激发态E2的原子,在发生自发辐射之前,若受到能量恰好为hν21=　E2-E1的外来光子的刺激(碰撞、感应、诱导),就会从E2能级跃迁到较低能级E1,同时辐射出一个与外来光子全同的