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激光产生过程
以红宝石激光器为例，原子 吸收外部注入的能量，跃迁至受激态（E3）。原子处于受激态的时间非常短，大约为 10－7 秒后，它便会落到 个称为亚稳态（E2）的中间状态。原子在亚稳态的时间很长，大约是 10－3 秒或更长的时间。原子长时间停留在亚稳态，导致在亚稳态的原子数目多于在基态的原子数目， 此时的状态称就是粒子数反转。其产生的结果就导致使通过受激辐射由亚稳回到基态（E1）的原子，比通过受激吸收由基态跃迁至亚稳态的原子为多，从而保证介质内的光子可以增多，从而形成激光。这就是典型的激光三能 系统。
当粒子受外界能量激励从 E1 到 E3，由于 E3 能 寿命短，很快转移到 E2 上，因能 E2 为亚稳态，在 E2、E1 间实现粒子数反转分布。由于下能 E1 为基态，通常总是积聚着大量的粒子，因此要实现粒子数反转，必须将半数以上的基态粒子激发到 E2 上，所以，外界激励就需要有相当强的能力。
而我们所用的 YAG 激光系统属于四能 系统。如所示，能 E1 为基态，
E2、E3、E4 为激发态。在外界激励的条件下，基态 E1 上的粒子大量被激发到
E4 上，又迅速转移到 E3 上，E3 能 为亚稳态，寿命较长。而 E2 能 寿命很短，E2 上的粒子又很快跃迁到基态 E1，所以，四能 系统中，粒子数反转是在
E3 与 E2 间实现。
也就是说，能实现粒子数反转的激光下能 是 E2，不像三能 系统那样， 为基态 E1。因为 E2 不是基态，所以在室温下，E2 能 上的粒子数非常少。因而粒子数反转在四能 系统比三能 系统容易实现。常见激光器中，除掺钕钇铝石榴石（简 Nd3 :YAG）激光器外，氦氖激光器和二氧化碳激光器也都属四能 系统激光器。需要指明，以上讨论的三能 系统和四能 系统都是对激光器运转过程中直接有关的能 而言，不是说某种物质只具有三个能 或四个能 。