/span> на нижній рівень E 1 не тільки мимоволі, але і під впливом зовнішнього випромінювання (вимушено), якщо частота цього зовнішнього випромінювання задовольняє умові (1). Ймовірність вимушеного випускання, передбаченого А. Ейнштейном (1917), пропорційна інтенсивності змушує випромінювання і може перевершувати вірогідність спонтанного процесу. Т. о., В процес вимушеного випускання залучені два кванта випромінювання: первинний, що змушує, і вторинний, іспущенний порушеною атомом. Істотно, що вторинні кванти не відрізняються від первинних. Вони володіють в точності такою ж частотою, фазою, поляризацією і напрямом поширення. На цю особливість вимушеного випромінювання, що має основоположне значення для квантової електроніки, вперше вказав П. Дірак (1927). Тотожні кванти формують електромагнітну хвилю, що є точною посиленою копією вихідного випромінювання. З ростом числа актів вимушеного випускання в 1 сек інтенсивність хвилі зростає, а її частота, фаза, поляризація і напрям поширення залишаються незмінними. Відбувається когерентне посилення електромагнітного випромінювання.
Для однієї частки вимушені переходи з верхнього рівня E 2 енергії на нижній E 1 і з нижнього на верхній однаково ймовірні. Тому когерентне посилення хвилі можливе тільки при перевищенні числа збуджених частинок над незбудженими. В умовах рівноваги термодинамічної число збуджених частинок менше числа незбуджених, тобто верхні рівні енергії населені частками менше, ніж нижні, відповідно до розподілу Больцмана часток по рівнях енергії. При взаємодії випромінювання з такою речовиною станеться поглинання випромінювання.
Щоб отримати ефект посилення, необхідно приймати спеціальні заходи для того, щоб число збуджених частинок перевищувала кількість незбуджених. Стан речовини, при якому хоча б для двох рівнів енергії часток верхній рівень виявився більш населеним, ніж нижній, називається станом з інверсією заселеність. Така речовина в квантовій електроніці називається активним (активним середовищем). У квантовій електроніці використовується вимушене випромінювання в активному середовищі для посилення (квантовий підсилювач) і генерації (квантовий генератор) електромагнітних хвиль. Необхідна для генерації зворотний зв'язок здійснюється приміщенням активного середовища в об'ємний резонатор, в якому можуть збуджуватися стоячі електромагнітні хвилі. В якійсь точці резонатора неминуче відбувається спонтанний перехід частки активного середовища з верхнього рівня на нижній, тобто мимовільно випускається фотон. Якщо резонатор налаштований на частоту цього фотона, то фотон не виходить з резонатора, ...
