激光（laser）是“受激輻射光放大”的簡稱，是一種亮度極高、方向性和單色性很好的相干光輻射。產生激光的躍遷過程是：自發輻射、受激吸收與受激輻射，可以用一個簡單的兩能級系統來定性說明，如圖1所示。在這個兩能級系統中e）是基態，馬是激發態。電子在這兩個能級之間的躍遷必定伴隨著吸收或發射頻率為v的光子，且hv=e2-e1。在直接帶隙半導體中，在熱平衡條件下，導帶和價帶內分別占有一定的電子和空穴。而電子處于激發態時不穩定的原子必然會躍遷回到基態，即導帶電子以一定的幾率隨機地躍遷到價帶與空穴復合，并以光子形式釋放出能量。這種不受外界因素的作用而發射光子的過程稱為自發輻射，如圖1（a）所示。這是半導體發光二極管的工作基礎。在常溫下，大部分原子處于基態。當有適當能量（hv＝e2一e1）的光子與半導體作用時，可以使處于基態的原子吸收光子進入激發態馬。這個過程就是受激吸收，如圖1（b）所示。處于激發態碭的原子受到另一個具有能量hr的光子作用時，受激原子立即躍遷到基態e1，并發射出一個與入射光具有相同特征（如頻率、相位、方向和偏振態等）的光子。這種躍遷過程稱為受激輻射，如圖1（c）所示。

　　圖1 能級馬與ey之間的基本躍遷過程

　　當上述系統處于恒定的頻率為v的光子流輻射場作用時，能級e1與馬之間光的受激吸收與受激輻射是同時存在的。如果處在激發態馬的電子數大于處于基態e2的原子數，則在光子作用下，受激輻射將超過受激吸收過程。這樣就使得系統發射的能量為hv的光子數將大于進入系統的光子數。這種現象稱為光量子放大。通常把這種處在激發態馬（高能級）的電子數大于處于基態e1（低能級）的電子數的狀態稱為粒子數反轉或分布反轉。要產生激光，必須采取措施，使系統實現粒子數反轉的狀態。根據費米分布相關理論，容易推導出分布反轉的必要條件

　　式中，enf和epf分別表示電子和空穴的準費米能級，凡為禁帶寬度。該式表明，要產生受激輻射，必須使電子和空穴的準費米能級之差大于入射光子的能量hv，且hv≥g。

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