粒子数反转实现光放大过程

    在一般情况下，当光子通过发光系统时，光吸收过程和受激辐射过程都有可能发生，而要发生光放大过程，必须使受激辐射过程占优势。理论分析表示，发光原子系统发生受激辐射过程与发生光吸收过程的概率之比，等于处于高能态的原子数n₂与处于低能态的原子数n₁之比，即n₂/n₁ 。所以，发生光放大过程必须满足n₂/n₁ >>1，也就是说，要使大量原子处于高能态，而处于低能态的原子数很少。

    但是，在一个温度为t的平衡态原子系统中，处于各能态的原子数必定遵从玻耳兹曼分布，由玻耳兹曼分布可以得到处于高、低两个能态上的原子数之比为

    可见，在平衡态下，处于高能态的原子数总是远少于处于低能态的原子数，并且能级间距越大，两能级上原子数的这种差别就越悬殊。

    上面所说的实现光放大过程，必须满足n₂>>n₁，而这种分布显然是违背玻耳兹曼分布规律的。所以，将n₂>>n₁ 这种分布方式称为粒子数反转，粒子数反转是实现光放大过程的基本条件。