(1)光与物质的相互作用

   ①原子理论的基本假设

   a.原子定态假设:一切物质都是由原子构成的。原子系统处子一系列不连续的能量状态。在原子核周围，电子的运行轨道是不连续的，原子处于能量不变的稳定状态，称作原子的定态。对应原子能量最低的状态称为基态。

   如果原子处于外层轨遭上的电子从外部获得一定的能量，则电子就会跳跃到更外层的轨道运动，原子的能量增大，此时原子称为处于激发态的原子。

   b.颇率条件:原子从一个定态E,跃迁到另一个定态E频率。由下式决定.

                                  hv = E2一E1                          

   一种单色光对应一种原子间跃迁产生的光子,hv是一个光子的能最。

   辐射场与物质的相互作用，特别是共谐相互作用，为激光器的问世和发展莫定了物理基础。当入射电磁波的频率和介质的共振频率一致时，将会产生共振吸收(或增益)，激光产生以及光与物质的相互作用都会涉及场与介质的共振作用。

   ②曲圣激吸收假设原子的两个能级为E1、 E2，并且E1 <E2，如果有能量满足式(2.4)的光子照射时,原子就有可能吸收此光子的能量，从低能级的E1态跃迁到高能级的E2态。这种原子吸收光子，从低能级跃迁到高能级的过程称为原子的受激吸收过程【图2. 1 (a)」。

   ③自发辐射原子受激发后处于高能级的状态是不稳定的，一般只能停留10-8s量级，它又会在没有外界影响的情况下，自发地返回到低能级的状态，同时向外界辐射一个能量为hv=E2-E1的光子，这个过程称为原子的自发辐射过程。

   自发辐射是随机的，辐射的各个光子的发射方向和初相位都不相同，各原子的辐射彼此无关，因此自发辐射的光是不相干的〔图2.1 (b)」。

   ④受激辐射和光放大处在激发态能级上的原子，如果在它发生自发辐射之前，受到外来能量为hv并满足式(2.4)的光子的激励作用,就有可能从高能态向低能态跃迁,同时辐射出一个与外来光子同频率、同相位、同方向，甚至同偏振态的光子.这一过程称为原子的受激辐射〔图2.1(c)〕。

   如果一个人射光子引发受激辐射而增加一个光子,这两个光子继续引发受激辐射又增添两个光子,以后四个光子又增殖为八个光子……这样下去,在一个人射光子的作用下，原子系统可能获得大量状态特征完全相同的光子，这一现象称为光放大。因此，受激辐射过程致使原子系统辐射出与人射光网频率、同相位、同传播方向、同偏振态的大量光子，即全同光子。受激辐射引起光放大正是激光产生机理中

一个重要的基本概念。

   ⑤粒子数反转由自发辐射和受激辐射的定义可见，普通光源的发光机理自发辐射占主导地位，然而，激光器的发光却主要是原子的受激辐射。为了使原子体系中受激辐射占到主导地位而使其持续发射激光，应设法改变原子系统处于热平衡时的分布，使得处于高能级的原子数目持续超过处于低能级的原子数目，即实现

“粒子数反转”。

   为了实现粒子数反转，必须从外界向系统内输人能量，使系统中尽可能多的粒子吸收能量后从低能级跃迁到高能级上去，这个过程称为“激励”或“泵浦”过程。激励的方法一般有光激励、气体放电激励、化学激励，甚至核能激励等。例如，红宝石激光器采用的是光激励;氦氖激光器采用的是电激励；染料激光器采用的是化学激励。