激光是20世纪以来继原子能、半导体、计算机之后，人类的又一项重大发明。激光技术应用广泛，有激光扫描、激光焊接、光纤通
信、激光武器等等。激光产生的内在机制，实际上是工作物内原子或分子受激辐射，使原入射光得到放大，形成了具有高简并度的出射
光。
激光，LASER，英文为“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”，即“受激辐射光放大”的意思。因此，激光
实际上是原子受到入射光照射后，由于受激辐射现象，将原本的入射光放大后的产物。相比于普通光源，激光具有更好的方向性、单色
性、相干性，以及更高的亮度。
那么，什么是受激辐射呢？
一束光，实际上就是一束光子流，由无数具有一定动量和方向的光子所组成。而光子则是由原子能级跃迁所产生，当原子由基态（低能
级）向激发态（高能级）跃迁时，需要从外界吸收一个光子；而当原子由激发态向基态跃迁时，则需要向外界释放一个光子。
一个光子的能量：
当我们用一个入射光子掠过原子时，就有一定几率使该原子由激发态向基态跃迁，从而释放出一个光子，最终，我们将得到两个光子
（入射光子和受激辐射所产生的光子）。并且，原子受激辐射所产生的光子与原入射光的光子是性质全同的，即能量（频率）、偏振、
相位都相同。这就是受激辐射的光放大现象，也是激光产生的底层机制。
那么，只要我们让足够多的原子受激辐射（从激发态向基态跃迁），不就可以将原入射光放大，从而产生激光了么？
虽然原理上是这样，但要产生激光却并没有那么简单，因为原子除了有受激辐射的性质之外，还会有自发辐射的性质：即，原子会自发
地由激发态（高能级）向基态（低能级）跃迁，同时从外界吸收一个光子。
也就是说，在自然状态（热平衡）下，处于激发态的原子并不多，绝大多数原子都是处于基态的。而基态，是一个原子的最低能级，处
在基态能级的原子是无法产生受激辐射现象的，也就无法将入射光进行放大。
因此，要产生激光，就必须打破原本的自然（热平衡）状态。让发光物质（由无数原子组成）内处于激发态的原子数目大于处于基态的
原子数目，即实现粒子数反转。
为了实现粒子数反转，通常需要使用泵浦和特定的工作物质。
泵浦是一种使用光将原子从基态升高到激发态（通常是亚稳态）的过程。泵浦的光源应当满足两个基本条件：
1.有很高的发光功率
2.作为泵浦源的辐射光的光谱特性应与激光工作物质的吸收光谱相匹配。
以红宝石激光器为例，其激励光源是螺旋形脉冲氙灯，工作物质是红宝石棒。氙灯在绿色和蓝色光谱段有较强光输出，正好能与红宝石
的吸收光谱对应起来，最终使红宝石棒产生大量激发态（亚稳态）的原子，实现粒子数反转。而作为工作物质的红宝石则需要制作成圆
柱形棒状体，两个端面平行并镀银，使之一端成为100%的全反射面，另一端成为90%的部分反射面（可看做光学谐振腔）。
大部分的激光器都是由泵浦源、工作物质和光学谐振腔构成的。光学谐振腔通常由相隔一定距离的两块反射镜组成（一块为全反射面、
一块为部分反射面），这样做可以令入射光源在谐振腔内来回振荡，尽可能多地接触工作物质，使工作物内原子受激辐射的概率增大。
最终，一束方向性强、亮度高、单色性和相干性好的激光将会从部分反射镜另一端射出。
相关文献：《激光原理与应用》（第4版）——陈家璧 彭润玲
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