Таблица 4.2. Оптические процессы, соответствующие возможным переходам между двумя энергетическими уровнями атома.
Для усиления светового излучения необходимо добиться значительного превосходства числа возбужденных атомов над числом атомов, находящихся в основном состоянии (на минимальном энергетическом уровне).
Существуют различные способы приведения атома в возбужденное состояние; например, вещество подвергается дополнительному облучению. Однако возбужденные таким способом атомы в течение очень короткого времени спонтанно излучают и возвращаются в состояние с минимальной энергией, не успевая принять участие в индуцированном излучении. Поэтому для осуществления индуцированного излучения используют три энергетических уровня (основной и два возбужденных) атома. В этом случае атомы могут находиться в одном из возбужденных состояний более длительное время относительно другого. Такие уровни существуют в различных кристаллах, например, в кристалле корунда (рубина, оксида алюминия) Al2 O3,
в котором небольшая часть атомов алюминия замещена атомами хрома (Cr+++). В этом кристалле ионы хрома могут находиться на трех энергетических уровнях, условно обозначенные буквами А, В и С (a). При освещении рубинового кристалла мощной лампой происходит переход ионов хрома на возбужденный уровень С, энергия которого равна EC. Эти ионы не сразу возвращаются на основной уровень, они сначала, спонтанно излучая, переходят на промежуточный уровень В с энергией EB, на котором они могут оставаться дольше, чем на уровне С.