レーザー

原子や分子の集団に外部から光をあてたりすると、低準位(基底状態)にある原子が光からエネルギーを得て高準位の状態(励起状態)に移る(励起される)。

やがて高準位にある原子の量が低準位の原子よりも多くなるが、これは熱平衡の時と逆の傾向を持つため、反転分布と呼ばれる。レーザーでは原子の集団に放電管からの強い光を絶えず浴びせかけ、人為的に反転分布を起こさせている。この操作を「ポンピング」と呼んでいる。

ポンピングによって高準位になった原子の一部が自然放出により光を出すと、この光が同じ状態にある次の原子に作用し、誘導放出を起こさせる。そしてこれがまた次の原子に作用し、連鎖的に誘導放出が起こり次第に光が増幅されてゆく。誘導放出で出る光の位相は入ってくる光の位相と連続的に繋がっており、上述の過程で位相の揃った強い光が得られる。

電灯の光は位相がばらばらであるが、レーザー光は位相が揃っているというのが大きな特徴である。

レーザーは、発生させる周波数を一定に保つことができ、指向性に優れ一定方向にのみ照射することができる。

レーザーは実験や医療、照明、機器などに幅広く利用されている。