當一個光子撞擊一個激發(fā)的原子時，該單個光子會轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€相同的光子。然后這兩個光子可以撞擊其他激發(fā)的光子，產(chǎn)生 4 個光子，然后是 8 個，依此類推。這就是激光的工作原理。

但是原子并不是自然激發(fā)的。恰恰相反，原子更喜歡穩(wěn)定的低能量基態(tài)。與這些未激發(fā)的原子碰撞的光子不會被復制，而是被吸收。連鎖反應(yīng)減慢并最終完全停止。當超過 50% 的原子處于激發(fā)狀態(tài)而只有不到一半的原子處于基態(tài)時，我們稱之為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

　　為了獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需要將能量泵入系統(tǒng)以激發(fā)原子。最常用的兩種方法是電泵浦和光泵浦。

　　一、電泵浦

　　激發(fā)的原子自然衰變回較低的能量狀態(tài)。根據(jù)激光的具體情況，這種衰減或多或少會發(fā)生。

　　為了積累激發(fā)分子(并最終達到粒子數(shù)反轉(zhuǎn))，激發(fā)粒子的速度必須快于它們衰變?yōu)榛鶓B(tài)的速度。這個最小泵浦速率稱為閾值泵浦功率。

　　二、光泵浦

　　光泵浦的優(yōu)點之一是即使當激光材料是電絕緣體時也可以使用它。例如，光纖激光器由不能承載電流的聚合物和玻璃制成，因此無法進行電泵浦。光泵浦的基本工作原理與電泵浦相同。然而，因為泵浦能量是光(就像激光器本身一樣)，所以光泵浦 2 能級激光器是不可能的，只有 3 能級和 4 能級激光器可以進行光泵浦。

　　粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是所有激光器的必要條件，無論其功率或波長如何，因為所有激光器都基于相同的鏈式反應(yīng)基本原理運行。

　　激發(fā)的原子為激光鏈式反應(yīng)提供燃料。基態(tài)原子減慢了它的速度。為了讓激光器發(fā)揮作用，需要有比基態(tài)原子更多的激發(fā)原子。

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