雷射 (LASER)

　　  雷射是一種光的振盪器（optical oscillator），可以產生高同調性、高指向性、線寬很窄的光波。簡單地說，我們可以用雷射產生出振盪地非常精確的光波。相反地，燈泡發出的光波是混亂地振盪的。雷射有三個基本要素：增益介質（gain medium）、共振腔（optical resonator）和激發來源（pumping source），如下圖所示。光通過增益介質時，會由於受激輻射（stimulated emission）而放大。增益介質需要激發來源（pumping source）持續提供能源，才能維持它放大光的能力。共振腔則提供回授（feedback），如圖中的共振腔是由兩個反射鏡所組成，可以使得光在共振腔中多次來回。把增益介質放在共振腔之中，在適當的條件下，就可以產生精確地振盪的出射光波。

        普通光源（如白熾燈泡、LED）和雷射的最大差別在於不同的發光原理。普通光源的發光原理為自發輻射（spontaneous emission）：物質受到外來能量（如電能、熱能）激發時，原子中的電子可吸收外來能量而從低能階躍遷到高能階，由於在高能階的電子並不穩定，因此可以光的形式釋放能量，並掉落回低能階，此即自發輻射的原理。由於不同原子的自發輻射過程各自獨立，因此發出光的方向、偏振狀態、頻率也各不相同，這也就是為什麼燈泡發出的光波是混亂地振盪的。雷射的原理中則使用了受激輻射：當原子中的電子位在高能階，若此時光子入射至此原子，且其光子能量正好為高低能階之能量差，則此原子可在入射光的誘發下從高能階向低能階躍遷，將原本原子帶有的能量給予光子，則入射光會被放大並保持原有的方向、頻率、相位。增益介質即利用此原理將光放大。再結合共振腔的回授，即可產生精確地振盪、具有高度同調性的雷射光。