發(fā)光的本質(zhì)是物質(zhì)的原子或分子或離子處于較高的激發(fā)狀態(tài)時，能從較高能級向低能級過渡，并自發(fā)地把過多的能量以光子的形式發(fā)射出來的結(jié)果。這些粒子處于 低能量的狀態(tài)時為基態(tài)，吸收能量后處于較高能級時稱為受激發(fā)態(tài)。  　　

光與物質(zhì)相互作用時可出現(xiàn)受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射現(xiàn)象。   

受激輻射 

在穩(wěn)定狀態(tài)下，高能態(tài)的粒子數(shù)多于低能態(tài)的，而受激輻射要高能級的粒子數(shù)多于低能級的，使受激輻射過程強(qiáng)于吸收過程，因此粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件。能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì) 常見的是三能級系統(tǒng)或四能級系統(tǒng)的。  　　

激光發(fā)射的第二個條件是必須有一個起正反饋、諧振和輸出作用的光學(xué)諧振腔。僅有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布還不能形成激光。因為激發(fā)態(tài)的粒子是不穩(wěn)定的，它們在激發(fā)態(tài)的壽命時間范圍內(nèi)會紛紛跳回到基態(tài)，形成自發(fā)輻射，這些光子射向四面八方。要產(chǎn)生激光振蕩還必須有起著正反饋、諧振和輸出作用的光學(xué)諧振腔。在諧振腔中，偏離工作物質(zhì)軸向的光子逸出腔外，只有沿著軸向傳播的光子在諧振腔兩端反射鏡作用下才能往返傳播。這些光子就成為引起受激輻射的激發(fā)因子，它們可導(dǎo)致軸向受激輻射的產(chǎn)生。受激輻射發(fā)出的光子與引起受激輻射的光子有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振狀態(tài)。它們沿軸線方向不斷地往返，穿過已實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)，從而不斷地引發(fā)受激輻射，使軸向行進(jìn)的光子不斷得到放大和振蕩。這種雪崩式的光放大過程使得諧振腔內(nèi)沿軸線方向的光量驟然增大，并從諧振腔的部分反射鏡端射出，這就是激光束。  　　

有了穩(wěn)定的光學(xué)諧振腔和能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)還不一定能引起受激輻射的光振蕩而產(chǎn)生激光輸出。因為工作物質(zhì)在光學(xué)諧振腔內(nèi)雖然能夠產(chǎn)生光放大，但在諧振腔內(nèi)還存在著許多損耗因素，如反射鏡的吸收、透射和衍射，以及工作物質(zhì)不均勻造成的光線折射和散射等。如果各種損耗的結(jié)果抵消了諧振腔內(nèi)的光放大過程，就不可能有激光輸出。要獲得激光輸出，就必須滿足下列光振蕩的閾值條件： R1R2e2a(v)L³ 1 式中 R1和R2分別為諧振腔兩塊反射鏡的反射率，a(v)為工作物質(zhì)的增益系數(shù)， L為兩個反射鏡的間距。該公式表明，光在諧振腔中每經(jīng)過1次往返，即經(jīng)過2次反射后，光強(qiáng)都要改變R1R2e2a(v)L倍。若R1R2e2a(v)L小于1，就意味著往返一次后光強(qiáng)減弱。來回多次反射后，它將變得越來越弱，因而不可能建立激光振蕩。  　

此外，只有當(dāng)粒子反轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時，光的增益系數(shù)才足夠大。因此，實現(xiàn)光振蕩并輸出激光，除了具備合適的工作物質(zhì)和穩(wěn)定的光學(xué)諧振腔外，還必須減少損耗，加快泵浦抽運速率，從而使粒子反轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到產(chǎn)生激光的閾值條件。