雷射，從玩具到做手術，已經無處不在。不知道你小時候有沒有玩過「紅外線」呢？對，就是那種會發出紅色雷射的雷射筆，但我們估計是動畫片看多了，把它叫做紅外線~~~估計大部分叨友第一次親密接觸雷射就是這樣吧！！！那麼，你知道雷射的原理嗎？
雷射這名字怎麼來的？
說起雷射我們就先來說一下雷射的英文原名……
它的原名叫Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，直譯過來是「受激輻射的光放大」，這個名字實在是太長了，於是人們就取它的首字母：laser.
而雷射的中文譯名，曾今是純音譯「萊塞」，或者兼有一點兒意譯的「鐳射」。不過後來為了更加準確地表述，這個laser就統一翻譯成了「雷射」。
好了，那麼雷射到底是什麼個玩意？
我們都知道物質由原子構成。每個原子裡原子核與電子組成了一個系統，當這個系統所含的能量最低時，我們就說這個原子處於基態。
原子中的電子軌道和太陽系的模型有點像，但又有很大的不同。簡單地說，如果我要把金星「變軌」，變到地球的軌道，那麼我就要給金星注入能量，改變金星的軌道，使其軌道半徑越來越遠，直到金星到達地球軌道為止。那麼從金星開始「變軌」，到「變軌」結束的這段時間內，金星都是處於一種介於原來的金星軌道和地球軌道之間的狀態。
但是，原子可就不一樣了。如果也給一個電子注入能量，讓一個電子「變軌」到能量更高的軌道，電子是直接「跳」過去的！換句話說，就像金星忽然就「跳」到了地球軌道一樣，並不存在一個「中間狀態」！而且在注入能量低的時候，這個電子也不會「跳」，只有剛好達到某個值的時候，電子才會忽然「跳」過去！
我們給電子「跳」過去這個動作取一個專業術語，叫「躍遷」。把基態原子吸收了能量之後叫做激發態原子。
電子那麼小，如何給它「加油」，注入能量？用光子！
當一個光子的能量正好等於兩個能級的能量之差時，這個光子就會被原子吸收，處於基態的電子就會躍遷到更高能級的軌道。
反過來，電子也可以從高能級躍遷回到低能級，並產生一個能量等於兩個能級的能量差的光子。
處於激發態的原子是非常不穩定的，壽命只有一秒的一億分之一，很快就會隨機地自發地回落到基態，同時放出光子。我們把這個過程稱為「自發輻射」。因為是隨機的，所以發出的光子的特徵並沒有確定的關係。
但是如果趕在原子發生自發輻射之前，再給它一個能量剛好等於兩能級能量之差的光子，原子同樣會從高能級到低能級躍遷，並再釋放出一個相同的光子。這就相當於，用一個光子，「生」出兩個同頻率、同相位、同方向、同偏振態的光子！
這個過程也有一個專業術語，叫「受激輻射」。
如果剛才的兩個光子再去和其它處於激發態的原子作用，就又形成四個一樣的光子，再形成8個、16個……
說到這裡你應該明白了為什麼叫「受激輻射的光放大」了！
製造雷射到底有多難？
但是很快我們就能想到，要真的做成雷射，得需要大量的激發態原子才可以啊！但是通常狀態下大部分原子都是處於基態的。我們需要得到一種高能態的原子數多於低能態的原子數的狀態，這種狀態叫「粒子數反轉」。
雷射是一個理論先於實踐的事物。在1916年，愛因斯坦就已經奠定了雷射的理論基礎。但是直到1960年5月16日，世界上第一臺雷射器才誕生，前後足足相隔了44年。雷射器如此姍姍來遲，就是因為粒子數反轉太難實現了，甚至有人斷言這是不可能實現的。
但是科學家終究還是做到了。科學家首先用了了三能級系統實現了粒子束反轉，後來又發明了更好用的四能級系統。限於本文只是科普文，我們就不具體展開神馬叫三能級系統和四能級系統了……我們只需要知道，這是實現粒子數反轉的方法。剛才所說的世界上第一臺雷射器，就是以紅寶石為激活介質的三能級系統。而氦氖雷射器、二氧化碳雷射器，就是四能級系統的雷射器。
但是實現了粒子數反轉還不夠。因為粒子數反轉之後，自發輻射還是會存在，而自發輻射產生的各種光子就會引發各種不同頻率、不同方向的受激輻射。因此，科學家還發明了光學諧振腔來解決這個問題。同樣我們也不具體展開光學諧振腔說明的原理了……我們只需要知道，它對光的方向和頻率有選擇作用。
Ok，集齊以上法寶，一束方向性好、單色性好、能量集中、相干性好的雷射就誕生了。
雷射有哪些應用？
我們用的光碟，就是用雷射來讀取信息；
我們的雷射照排系統讓我們告別了「鉛與火」；
雷射還使得用光傳遞大量信息成為可能，沒有雷射就沒有我們現在用的光纖；
全息攝影技術中也需要雷射；
雷射還用來切割、雕刻；
雷射測距的精度也非常高；
在尖端的科研裡，科學家還用雷射來移動原子，用雷射來冷卻原子；
還有可控核聚變，得用高能雷射束來引發；
…………
雷射的用處實在是太多了。雷射誕生到現在已經五十多年，我們已經難以想像如果沒有雷射，我們的生活會變成什麼樣子。
這也說明了，現在的看似離我們很遙遠的尖端科技，說不定幾十年後就成了步入千家萬戶、人們離不開的東西。