按统计分布规律，处在较低能级E1的粒子数必大于处在较高能级E2的粒子数。

这样光穿过工作物质时，光的能量只会减弱不会加强。要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。

这种分布才正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转。

如何从技术上实现粒子数反转是产生激光的必要条件。

理论研究表明，任何工作物质，在适当的激励条件下，可在粒子体系的特定高低能级间实现粒子数反转。

若原子或分子等微观粒子具有高能级E2和低能级E1，E2和E1能级上的布居数密度为N2和N1，在两能级间存在着自发发射跃迁、受激发射跃迁和受激吸收跃迁等三种过程。

受激发射跃迁所产生的受激发射光，与入射光具有相同的频率、相位、传播方向和偏振方向。

因此，大量粒子在同一相干辐射场激发下产生的受激发射光是相干的。受激发射跃迁几率和受激吸收跃迁几率均正比于入射辐射场的单色能量密度。

当两个能级的统计权重相等时，两种过程的几率相等。

在热平衡情况下N2<N1，所以自发吸收跃迁占优势，光通过物质时通常因受激吸收而衰减。

外界能量的激励可以破坏热平衡而使N2>N1，这种状态称为粒子数反转状态。

在这种情况下，受激发射跃迁占优势。光通过一段长为l的处于粒子数反转状态的激光工作物质（激活物质）后，光强增大eGl倍。

G为正比于（N2-N1）的系数，称为增益系数，其大小还与激光工作物质的性质和光波频率有关。

一段激活物质就是一个激光放大器。

如果说，把一段激活物质放在两个互相平行的反射镜（其中至少有一个是部分透射的）构成的光学谐振腔中，处于高能级的粒子会产生各种方向的自发发射。

第74章预告西奥多·梅曼方案