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（2-1）
这种与外界无关，原子自发跃迁而进行的辐射称为自发辐射。
自发辐射每个辐射的原子都可以被看作是一个发射单位，原子之间无关联，每个原子开始发光的时间亦然不一样，因此每列光波相位关系是不确定的，光的偏振方向不同，传播方向也不同，仅仅是具有相同的频率。是一个随机过程，无有规律可循。自发发射的是非相干光。
在某一个时刻，处在高能级 上的原子数密度用 表示，在 时间间隔内由高能级 向低能级 自发跃迁的原子数用 表示，则有，
（2-2）
其中 为自发辐射系数。
2.1.2 受激辐射
受激辐射是收到外界辐射所产生的发光过程，如果原子系统的能级 、 满足辐射跃迁选择定律，当能量为 的外来光对其进行照射时，高能级上的原子会在外来光子的作用下，从而跃迁到低能级上去，与此同时发出一个与外来光子完全一样的光子，这种原子的发光过程称为受激辐射。
受激辐射的产生是需要条件的，惟有外部的光子的能量为 时，受激辐射才可以产生。比较受激辐射新得到的光子和外来光子的性质，它们的频率相同、相位相同、偏振方向相同、波矢方向相同，可以说受激辐射光子和外界辐射光子是处于相同的光子态，是相干光，因此使光强得到了大大增强。受激辐射是产生激光的基本的过程。
设外部光源的单色光场能量密度是 ，在高能级 的原子数密度是 ，在 间隔时间内由高能级 向低能级 因为受激辐射产生的原子数
（2-3）
其中 为受激辐射系数。
2.1.3 受激吸收
受激吸收是受激辐射的相反过程。一个能量为 = 的外来光子照射该原子系统，在低能级 上的原子彻底吸收这个外来光子的能量，跃迁到高能级 ，这个行为被称为受激吸收。
设外部光源的单色能量密度是 ，处于低能级 的原子数密度是 ，在 间隔内由于自发吸收，高能级 上粒子数密度增加到d ，有
d (2-4)
其中 为受激吸收系数。
2.2 自发辐射、受激辐射、受激吸收之间的关系
实际情况下，光和大量原子的互相作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收是同时发生的，它们之间有着密切的关系。从光子的角度描述这三个过程是：
自发辐射：原子自发从高能级衰减到低能级，释放出一个光子；
受激辐射：一个外部光子激发了原子从高能级到低能级的跃迁，获得两个光子；
受激吸收：吸收外部光子，从低到高能级跃迁。
在单色能量密度是 的外部光的照射下，光与原子相互作用，会达到一个动态平衡状态， 时间，有如下关系：
(2-5)
2.3 激光形成的条件
总体来看，光和物质的相互作用下，介质中有这两个大的过程，辐射和吸收，如果吸收大于辐射，那么当入射光穿过介质时，吸收的光子数将大于辐射出的光子数，光强会逐渐变弱，故不能形成激光。相反，如果辐射大于吸收，当入射光穿过介质时，辐射的光子数将大于吸收的光子数，光强会逐渐变强，就有可能形成激光。因为 ( 是指单位频率间隔的谱线相对光强分布)，故可暂不考虑自发辐射。于是，受激辐射比吸收更强就是产生激光的根本条件。