受激發射產生的光。利用受激發射實現光波放大或振盪的器件，稱為雷射器。自從氨分子微波激射器和紅寶石微波量子放大器研製成功後，形成瞭一門新的學科──量子電子學。量子電子學在微波段獲得成功，促使美國C.H.湯斯和A.L.肖洛、蘇聯Н.Г.巴索夫和А.М.普羅霍洛夫等提出在光波段也可構成類似器件的設想。1960年，美國T.H.梅曼製成第一臺紅寶石雷射器。它標誌著雷射技術的誕生。從此，雷射技術的發展十分迅速，已用幾百種鐳射工作物質實現瞭光放大，或製成瞭光振盪器，獲得得瞭紅外（包括遠、中、近紅外輻射）、可見光、紫外（近、真空）和可調諧激光（見氣體激光器、固體激光器、自由電子激光器、可調諧激光器）。
激光產生 若原子或分子等微觀粒子具有高能級E2和低能級E1，E2和E1能級上的佈居數密度為N2和N1，在兩能級間存在著自發發射躍遷、受激發射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。受激發射躍遷所產生的受激發射光，與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。因此，大量粒子在同一相幹輻射場激發下產生的受激發射光是相幹的。受激發射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比於入射輻射場的單色能量密度。當兩個能級的統計權重相等時，兩種過程的幾率相等。在熱平衡情況下N2＜N1，所以受激吸收躍遷占優勢，光通過物質時通常因受激吸收而衰減。外界能量的激勵可以破壞熱平衡而使N2＞N1，這種狀態稱為粒子數反轉狀態。在這種情況下，受激發射躍遷占優勢。光通過一段長為l的處於粒子數反轉狀態的激光工作物質(激活物質)後，光強增大eGl倍。G為正比於(N2-N1)的系數，稱為增益系數，其大小還與激光工作物質的性質和光波頻率有關。一段激活物質就是一個激光放大器。
如果，把一段激活物質放在兩個互相平行的反射鏡（其中至少有一個是部分透射的）構成的光學諧振腔中（圖1），處於高能級的粒子會產生各種方向的自發發射。其中，非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外；軸向傳播的光波卻能在腔內往返傳播，當它在激光物質中傳播時，光強不斷增長。如果諧振腔內單程小信號增益G0l大於單程損耗δ(G0是小信號增益系數)，則可產生自激振蕩。此時從部分透射鏡輸出一束受激發射光──激光。
激光器由激光工作物質、激勵系統、光學諧振腔組成（圖2）。
激光模式 在光諧振腔內存在的滿足邊界條件的電磁場，其本征態稱為激光模式。不同模式具有不同的頻率和不同的場分佈。光腔模式可以分解為縱模和橫模，分別對應於光腔模的縱向（腔軸 z方向）光場分佈和橫向（x、y方向）光場分佈。通常用TEM
來標志模式，
m、
n、
q為正整數。橫模指數
m和
n分別表示在
x和
y方向上（軸對稱情況）光場為零的次數（圖3）；縱模指數
q 表示駐波場在
z 方向上的波腹數。振蕩縱模數目決定於腔長、激光工作物質的自發發射譜線寬度、激勵強弱、損耗大小和譜線加寬機制。在適當的條件下可獲得單縱模振蕩。振蕩橫模數目決定於諧振腔結構、激勵強弱和損耗大小等。在適當的條件下可以獲得
m＝
n＝0振蕩。基模
TEM
00q的頻率
ν=
qc/
2
ηl，式中
c為光速，
η為激光工作物質的折射率，
l為腔長。
激光特性 普通光源發出的自發發射光具有較寬的譜線寬度。在普通光源中，單色性最好的氪燈，在低溫條件下譜線寬度Δλ為0.0047埃。由於諧振腔的頻率選擇作用，激光具有很好的單色性。例如，單模穩頻的氦氖激光器所發射的6328埃激光，其譜線寬度Δλ可小於10-7埃。
普通光源所發射的光射向四面八方。而在激光器中，由於諧振腔的作用，隻有軸向傳播的光能在腔內往返傳播形成激光，因而激光具有很好的方向性。激光所能具有的最小發散角θ受衍射極限的限制，θ≈λ/2ɑ，式中λ為激光波長，ɑ為諧振模的腰部直徑。
普通光源所發出的自發發射光是非相幹的。激光是在同一相幹輻射場感生下產生的受激發射光，所以激光的相幹性很好。例如，單模穩頻氦氖激光器所發射的激光，具有數百米的相幹長度，而且光束截面上任何兩點的光場也是完全相幹的。
若在光學諧振腔內放置一個用以調制諧振腔Q 值的快速光開關，並使光開關在開始激勵後的一段時間內處於關閉狀態，這樣就不能形成振蕩，激光躍遷的上能級會積累大量粒子。當粒子數反轉程度達到最大時，光開關迅速打開，可得到持續時間很短(10-7～10-9秒)、峰值功率很高(大於兆瓦)的脈沖激光。采用鎖模技術，使光束中不同振蕩縱模具有確定的相位關系(相位鎖定)，從而使各個縱模相幹疊加，可得到峰值功率為1012～1013瓦、脈寬為10-11～10-13秒的超短脈沖激光。激光能量在空間上和時間上的高度集中，使激光具有普通光所達不到的高亮度。
激光應用 激光在材料加工、焊接、精密計量、全息技術、準直、印刷、集成電路微加工、激光傳感和醫療等方面都獲得瞭廣泛的應用。在與傳統電子技術密切相關的光電子技術領域中的重要應用有:光纖通信、激光測距、激光雷達、激光制導、激光錄像、激光存儲、激光顯示和激光計算機等。激光在同位素分離、激光化學、光武器等方面也具有廣闊的應用前景。激光引發核聚變是實現受控熱核反應的重要途徑之一。激光在科學研究上的廣泛應用，促進瞭物理學、化學和生物學等學科的發展。
參考書目
A.E.Siegman，An Introduction to Laser and Maser，McGraw-Hill，New York，1971.