3.受激辐射。一个处于高能级的原子，当有一个频率的外来光子福近它时，这个原子受到光子的刺激，便有可能从高能态跃迁到低能态，同时辐射出能量频率的光子来，就是说，原子中处于能量较高轨道上的电子，在外界入射光的刺激下被迫地跃迁到能量低的轨道上，因而发出光来。这个过程就叫做光的受激辐射。由于受激辐射的光子是受外来光子的刺激而产生的，因此它与外来光子一模一样，不仅频率相同，而且传播方向、振动方向和振动相位都完全是一致的。这样，在一个外来光子的刺激下，将有两个完全相同的光子辐射出来。如果说外来光子为入射光的代表，那么，输出光波就增加了1倍，即光波的振幅被放大了。
上述的光的自发辐射、受激吸收和受激辐射，实际上是同时存在的。在通常原子正常能级分布情况下，由于低能级上的原子数目较多，所以总是以光的受激吸收占优势，因而光总是衰减的。要获得光的放大，必须设法使光的受激辐射占优势，也就是说，要使原子的能级分布一反常态，使处于高能级的原子数目大大超过低能级的原子数目，这种分布状态叫做粒子数反转分布。
要实现受激光发射，必须使高能级上的粒子数目大于低能级上的粒子数目，即使原子处于粒子数反转分布。为此，人们采用外界刺激如光激励、放电激励、化学激励等方法，给物质加以能量，来把处于低能级的原子激发到高能级上去。通常，人们采取多能级体系实现粒子数反转，进行光激励而达到光波的放大。
激光的产生——光的受激发射和放大都是在它的“摇篮”里实现的，这“摇篮”就是激光器。
激光器基本上是由三个部分组成：第一部分是用于产生受激发射的工作物质，即能形成粒子数反转分布的物质，称为激活物质或激光物质，它可以是固体、**或气体；第二部分是能源激励装置，它给工作物质以刺激的作用，此作用被称为“泵浦”，即通过一定的方式向工作物质输入能量，激励工作物质达到粒子数反转状态；第三部分是光学谐振腔，它是由两块光学反射镜按一定方式组合而成的，工作物质就放置在两块反射镜之间。谐振腔的作用，是使工作物质发出的受激光在两块反射镜之间多次往返，从而在腔内形成持续振**，不断激励工作物质而引起光放大。
在光泵浦作用下谐振腔内形成激光的情况，当用泵浦光去照射工作物质时，处在低能级上正常分布的原子被激发到了高能级上。能级的自发辐射能力强，原子被激发到此能级后总是力图自发跃迁到低能级上去，因此在高能级上停留的时间很短，即在能级上寿命很短，很快就跃迁到原子寿命长的能级，此能级称为亚稳态能级。这样，在亚稳态能级与低能级之间形成了粒子数反转。但是，原子处于亚稳态能级上也是不稳定的，它可以自发跃迁到低能级而辐射出频率的光子。其中，不沿谐振腔轴线方向运动的光子，很快通过谐振腔的侧面射出腔外；只有那些沿着轴线方向运动的光子，可以在谐振腔内继续前进。这个光子如果在半路上碰到一个处于亚稳态能级上的原子，就会使之发生受激辐射，产生出一个完全相同的新光子。这两个光子继续沿轴线方向运动，可能又碰到另外的亚稳态原子，激发它们产生受激辐射，从而光子数进一步增加。这样一来，不断产生受激辐射而形成放大的光子流，射到谐振腔一端的部分反射镜上，再被反射回谐振腔中，又继续沿轴线方向往反射镜运动。在运动过程中，继续产生上述连锁反应，激发出许许多多的光子，遇到反射镜又折回来朝部分反射镜运动。光子流就这样在谐振腔内的两个反射镜之间来回反射，并不断得到加强。谐振腔的作用是，使光通过工作物质而增加的光子数大于由于各种因素而损失的光子数，使光不断来回反射并不断得到放大，形成光振**。这样被放大了的光，可以部分地通过，于是放射出一束笔直的强光束——激光。
从激光的形成原理，可以清楚地理解前述的激光的许多特点是如何形成的。首先，激光器放射出来的激光频率主要取决于高、低能级能量差，而这一数值是由微观粒子本身性质确定的，因而激光单色性好。其次，激光是受激辐射形成的，其所有的光子都是由同样光子激发出来的，频率、传播方向、振动相位和振动方向均完全一致，因而激光相干性好。再者，由于谐振腔的巧妙作用，只允许沿轴线方向的光得到放大并发射出来，因此激光束具有高度的方向性，而且发散角很小，发射出来的光能量集中，具有极高的亮度。
