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在研究原子和光之间的相互作用时，人们发现有三种不同的跃迁过程：
1.自发辐射。
处于较高能级的原子，很不稳定，总是力图向低能级跃迁，这正象树上的苹果有向下掉的趋势一样，一旦成熟，就会落到地上来。
原子中能级数目很多，我们任选两个能级作为例子，说明原子的跃迁问题。
在没有任何外界作用的情况下，处在能量较高轨道上的电子也可能自发地跑到能量较低的轨道上，也就是说，原子自发地产生从较高能级到低能级的跃迁，这叫做自发跃迁。
在自发跃迁时，就会将多余的能量释放出来。
释放能量的形式有二：一种是变为热能，叫做无辐射跃迁；一种是以光的形式辐射出来，叫做自发辐射。
物质的自发辐射发光，就是我们平常所看到的普通光。
自发辐射光的频率取决于两个能级的能量差，自发辐射发光的特点是处于高能级的各个原子都独立地、自发地跃迁，彼此无关。
不同的原子可能是在不同的能级之间发生跃迁，可能有各种各样的频率。
即使有些原子是在相同的能级间实现跃迁，因而发光频率相同，但是它们发出的光在振动方向和振动相位上也是杂乱无章的。
一切自然光，如阳光、灯光、火光，都属于自发辐射发光。
2.受激吸收。
一个处于低能级的原子，当有一个频率为的外来光子逼近它时，这个原子便有可能吸收光子的能量，而跃迁到高能级去，也就是说，原子中个别的电子吸收外界能量而跑到离核较远的轨道上去，从而使自己的能量有所增加。
这个过程就叫做光的受激吸收。
3.受激辐射。
一个处于高能级的原子，当有一个频率的外来光子福近它时，这个原子受到光子的刺激，便有可能从高能态跃迁到低能态，同时辐射出能量频率的光子来，就是说，原子中处于能量较高轨道上的电子，在外界入射光的刺激下被迫地跃迁到能量低的轨道上，因而发出光来。
这个过程就叫做光的受激辐射。
由于受激辐射的光子是受外来光子的刺激而产生的，因此它与外来光子一模一样，不仅频率相同，而且传播方向、振动方向和振动相位都完全是一致的。
这样，在一个外来光子的刺激下，将有两个完全相同的光子辐射出来。
如果说外来光子为入射光的代表，那么，输出光波就增加了1倍，即光波的振幅被放大了。
上述的光的自发辐射、受激吸收和受激辐射，实际上是同时存在的。
在通常原子正常能级分布情况下，由于低能级上的原子数目较多，所以总是以光的受激吸收占优势，因而光总是衰减的。
要获得光的放大，必须设法使光的受激辐射占优势，也就是说，要使原子的能级分布一反常态，使处于高能级的原子数目大大超过低能级的原子数目，这种分布状态叫做粒子数反转分布。
要实现受激光发射，必须使高能级上的粒子数目大于低能级上的粒子数目，即使原子处于粒子数反转分布。
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