“鐳射”其實是“光受激輻射”的簡稱。它與“光自然輻射”的根本區別，就是在“發光”時，光子的產生機制是有差別的。

在“自然發光”時，光子無論是由“振子”（熱輻射的情況），還是由“處於激發態原子”（原子分子發光的情況）產生，大量的光子就算波長是相同的，但其“相位”是不同的。所以，“自然發光”的“相干性”很差，一個表現就是“方向性”很差。

但在“光受激輻射”的情況下，大量的光子不但其波長相同，而且其“相位”也是一致的。所以有很多“良好特性”，比如“方向性很好”。

“大量光子的波長和相位一致”，就是“鐳射”與“自然光”的差別。至於怎麼達到的，那就不是這裡能夠解釋的了，需要去看教科書。

去看看結構圖就知道了，一個圓柱體的紅寶石，外面用線圈環繞激發的紅寶石就會在圓柱體的圓切面發射一道不會向外擴散的光線。

有幸從物理系、光電技術專業畢業，自信這個問題能說明白。

先來看兩張圖：

這兩張圖是我從網上找到的兩張螞蟻群的圖。第一張是亂糟糟的無序的螞蟻群，第二張是大部分螞蟻形成了一個穩定路線的螞蟻群。

從這兩張圖中我們能看到，單獨一隻螞蟻拿出來沒有區別。但是按照不同的方式組織在一起，對外就顯示出來完全不同的狀態。

其實鐳射跟普通光相比就跟上面兩個圖的對比差不多。

本質上都一樣，只要波長相同，從兩種光裡面各取出一個光子，物理性質沒有不同。但是，由於聚集方式不同，兩種光對外表現出完全不同的物理性質。

1、方向性。普通光源匯聚能力不強，隨著跟光源的距離不同，很快就發散了。而鐳射不同，它的發散角很小。這是因為鐳射器有一個二分之一波長整數倍長度的諧振腔，透過控制諧振腔的長度和鐳射發射出來的橫截面的寬度，就可以控制發散角。

2、偏振性和相干性。普通光源不同時刻發出來的光子是沒有任何規律的，就跟第一張圖片亂糟糟的螞蟻一樣，彼此之間沒有任何關係。而鐳射不同，鐳射器發出的鐳射所有的光子就跟站好佇列的螞蟻一樣，你只要描述第一隻螞蟻，然後用一個線性函式就能描述後面所有的螞蟻。所有光子的振動方向都一樣前後保持首尾銜接。

3、單色性。普通光源裡面通常都是包含不同顏色的光，或者說是不同波長的光。但是由於鐳射器諧振腔的作用，只有那些滿足諧振腔長度的光才能在腔內振盪形成鐳射，所以鐳射的波長基本一致。這就像是那群排列好的螞蟻，不僅佇列整齊，而且螞蟻的個頭一樣大。

那麼鐳射是怎麼產生的呢？再讓我們看下面這個圖：

一堆彈簧。鐳射發生器可以被看成是一個裝滿了各種彈簧的一個長長的匣子。實際上，由於鐳射器的介質不同，只能是容納幾個特定波長的光。相當於這個匣子裡的彈簧是那些特定彈性係數的。

我們現在在外面給彈簧加一個能量，讓這些彈簧開始震動。由於匣子的限制，只有那些受到匣子限制的彈簧才能開始震動，並且從給定的出口蹦出去。鐳射器產生鐳射的過程跟這個差不多。

再看下面這個二氧化碳鐳射器的實物圖：

我們看到圖中的那個管子就是一個實物鐳射器，只是沒有供電和供氣兩個主要部分。

使用的時候，我們把這個管子固定好，然後在罐子裡面充入二氧化碳，在兩端加上高壓電。管子裡的二氧化碳被高壓電擊穿，開始發光，由於這個管子的長度的約束，只有特定波長的光才能在這根管子兩端的鏡面上來回反射。這樣管子裡這個波長的光子就越來越多，然後從管子的一端發射出去，就形成了鐳射。

二氧化碳鐳射器產生的是紅外鐳射，主要是用熱效應工作。

其它鐳射器可能千奇百怪，但是原理跟這個是一樣的。

希望上面的解釋，能讓您對鐳射有一個直觀的瞭解。

鐳射是利用能量將粒子從低能級輸送到高能級，由高能級到低能級時的躍遷以光子的形式釋放出能量，行話叫粒子數反轉。1958年鐳射之父肖洛和湯納斯建議使用順磁材料，1960年貝爾電話公司的梅曼首先製成固體紅寶石鐳射器，他採用了滲入了1一3%的鉻的寶石，磨成光學平面，用脈衝氙燈做激勵，製成了輸出6943埃的脈衝紅光，光電轉換效率千分之三。中國是61年由中科院長春光機所的幹福熹副研究員製作成功紅寶石鐳射器的。隨後傑文等3人制成了氦一氖氣體鐳射器，連續輸出1.15u的近紅外光，之後製成了6328的紅色可見光，光電轉換效率百分之一。1964年印度人帕特製成了二氧化碳氣體分子鐳射器，輸出10.6μ的遠紅外光，光電轉換效率達20%以上。肖洛和湯納斯都獲得了諾貝爾物理學獎。

我們先來了解下原子是如何發光的

在原子當中，外層軌道執行的電子的能量比內層軌道的更大。而量子力學效應使電子只能出現在有空間間隔的軌道上，而不能出現在兩個軌道層之間。注意，這裡之所以說軌道層，是因為電子實際上並不是以環狀的方式繞原子核旋轉，而是隨機出現在軌道層的某個位置上，我們並不能確定電子下一刻會出現在軌道層的什麼地方，只能知道它出現在某個地方的機率（注意:電子在第二層以上的軌道層[能級]上的分佈機率並不是均勻地，而是符合波函式）。

上圖：氫原子唯一的那個電子在不同能級上的機率分佈。

但請注意，上面所說的“自發輻射”的光子的光波相位和方向都是隨機的，因此，由許多同類原子構成的材料因為吸收了能量然後“自發發射”出光子會形成有一定光譜寬度限制的輻射（以某一個波長的光為中心）——也就是單色光。但這些光子並沒有共同的相位關係並且輻射的方向是隨機的。這是熒光和熱輻射的根本機制。產生單色光的根本原因，是電子“發洩”（術語叫做“躍遷”）時，總是從特定的軌道調回到原來的軌道，所以發出的光線的波長都是基本一致的，這個波長就叫做此原子的特徵波長，而這個波長對應的光波的頻率叫做特徵頻率。

總結一下就是：原子接受能量之後會向周圍輻射出特徵性的單色光。

外部的電磁場（例如一束光）可以影響原子的量子學狀態。

當原子中的電子從低能級的電子層向高能級電子層躍遷的過程中，實際上電子會進入某種過渡狀態，在這種情況下，電子從一個只有負電荷的電單級粒子變成某種“電偶極子”（同時具有正負兩極），並且會響應於與其特徵頻率一致的外部電場（例如入射的光子），於是此這個還沒有開始“發洩”電子被那“闖進來”的光子“帶壞了”，變得跟這光子的某些特性一致（術語叫“諧振”），然後這電子還接收了入射光子的能量，迅速躍遷到位（比原來快得多），立即開始“發洩”。但跟以往不同，電子這次“發洩出來”的光子的方向和相位都跟入射的那個光子完全相同。結果大量相同的原子在同一束光的照射下都釋放出與入射光方向完全一致的光子，匯聚成了一大束平行光——鐳射。

由於需要持續不斷地提供外來光束來激發原子發出鐳射，而且還需要增強最終獲得的鐳射的強度。於是科學家們發明了“光學腔”這種裝置巧妙地來產生鐳射。光學腔又叫“鐳射腔”或者“光學諧振腔”——就是置於兩面對射的鏡子之中的發光體（術語稱為“增益介質”，因為發光管中通常裝了能夠發出單色光的物質，可以是氣體，也可以是液體或者等離子體）。如此，被充電的“增益介質”不斷地在自己產生的“鐳射”的照射下不斷地產生新的鐳射，並且兩面鏡子將光線不斷疊加增強，只要輸入的電功率足夠抵消鐳射在鏡子間反射的消耗以及“增益介質”散射光的消耗，那麼就可以向外輸出激光了。

總結一下，在外來與特徵頻率一致的光線的激發下，原子可以釋放出與外來光線方向和相位一致的輻射，這叫做“受激輻射”。受激輻射產生的光子在“光學腔”中不斷匯聚和增益，可以最終穩定地輸出鐳射。

上圖：氦氖鐳射器——管中軸的粉橙色光芒是氣體在通電情況下形成的等離子體產生的非相干光，跟霓虹燈管中的情形一樣。這種發光的等離子體在受到外部光束激發的情況下，產生受激輻射（也就是鐳射），產生的鐳射在兩個反射鏡之間來回反射，不斷增強，最後從中心小孔射出。可以看到最後輸出的鐳射在右側螢幕上產生一個微小的強光斑。

上圖：從左到右，受激輻射與自發輻射最大的不同就在於自發輻射的方向是隨機的，而受激輻射的方向與外來的光子一致

上圖：從左至右——

吸收

自發輻射

受激輻射

鐳射就光線密度特別大，從光源發出的光線密度大且是平行射線，密度不散發，合併成一股不散射的光束，怎樣子製作出來那屬於科技技術，就不再講了。

鐳射，就是原子吸收能量，核外電子由基態躍遷至激發態，又從激發態回到基態時釋放能量，該能量以光的形式呈現叫做鐳射，簡而言之就是受激輻射發出的光。如圖，原子核外分佈多個軌道，電子所處的位置只能在這幾個軌道上。當原子吸收能量時，電子由軌道1躍遷至軌道2，再由軌道2回到軌道1時，有能量的放出，因為原子能級呈現固定階梯式分佈，所以釋放的能量固定，是單一波長的光。屬於量子物理範疇。