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一個(gè)原子體系中。總有些原子處于高能級，有些處于低能級。而自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子既可以去刺激高能級的原子使它產(chǎn)生受激輻射，也可能被低能級的原子吸收而造成受激吸收。因此，光和原子體系的相互作用中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收總是同時(shí)存在如果想獲得越來越強(qiáng)的光，也就是說產(chǎn)生越來越多的光子，就必須要使受激輻射產(chǎn)生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎樣才能做到這一點(diǎn)呢？我們知道，光子對于高低能級的光子是一視同仁的光子作用下，高能級原子產(chǎn)生受激輻射的機(jī)會(huì)和低能級的原子產(chǎn)生受激吸收的機(jī)會(huì)是相同的，這樣是否能得到光的放大就取決于高、低能級的原子數(shù)量之比。若位于高能級的原子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于位于低能級的原子，就得到被高度放大的光。但是通常熱平衡的原子體系中，原子數(shù)目按能級的分布服從玻爾茲曼分布率。因此，位于高能級的原子數(shù)總是少于低能級的原子數(shù)。這種情況下，為了得到光的放大，必須到非熱平衡的體系中去尋找

      所謂非熱平衡體系。指熱運(yùn)動(dòng)并沒有達(dá)到平衡、整個(gè)體系不存在一個(gè)恒定溫度的原子體系。這種體系的原子數(shù)目按能級的分布不服從玻爾茲曼分布率位于高能級上的原子數(shù)目有可能大于位于低能級上的原子數(shù)目。這種狀態(tài)稱為“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”如何才能達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)呢？這需要利用激活媒質(zhì)。所謂激活媒質(zhì)(也稱為放大媒質(zhì)或放大介質(zhì)）就是可以使某兩個(gè)能級間呈現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)。可以是氣體，也可以是固體或液體。用二能級的系統(tǒng)來做激活媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是不可能的要想獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須使用多能級系統(tǒng)。