1. Εξερεύνηση

Οι νόμοι της Κβαντικής Μηχανικής που εφαρμόζονται στα ηλεκτρονικά επίπεδα μας λένε ότι ο ρυθμός της αποδιέγερσης δεν είναι ο ίδιος για κάθε ζεύγος επιπέδων. Κάθε μετάβαση έχει χαρακτηριστικό χρόνο αποδιέγερσης. Ορισμένες μεταβάσεις έχουν πολύ μικρό χρόνο αποδιέγερσης (δηλαδή το ηλεκτρόνιο παραμένει στο ανώτερο επίπεδο για ελάχιστο χρόνο), ενώ άλλες μεταβάσεις μπορεί να μην συμβούν για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Ένα σύστημα με πολλά πανομοιότυπα άτομα σε μια δεδομένη χρονική στιγμή N₂ (σε μονάδα όγκου) άτομα έχουν τουλάχιστον ένα ηλεκτρόνιο στο επίπεδο 2, το οποίο έχει υψηλότερη ενέργεια από το αντίστοιχο επίπεδο 1 (χαμηλότερη ενέργεια) όπου μπορεί να μεταβεί το ηλεκτρόνιο.

Ο αριθμός των ατόμων ΔN₂ που πραγματοποιούν αυτή τη μετάβαση (2 προς 1) σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα Δt δίνεται από τον τύπο

όπου ο αριθμός A ονομάζεται συντελεστής του Einstein και είναι το αντίστροφο του μέσου χρόνου ζωής λόγω αυθόρμητης εκπομπής του ηλεκτρονίου στο επίπεδο 2.

Μετά τον χρόνο ζωής ο μέσος αριθμός ατόμων στο επίπεδο 2 είναι όπου είναι ο αριθμός του Νέπιερ.

Όταν το άτομο προσβάλλεται από ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα του οποίου η συχνότητα είναι ίδια με αυτή της ατομικής μετάβασης, τα φωτόνια του κύματος αναγκάζουν το άτομο να υποστεί τη μετάβαση.

Η θεμελιώδης διαφορά της εξαναγκασμένης εκπομπής σε σύγκριση με την αυθόρμητη εκπομπή είναι ότι το εκπεμπόμενο φωτόνιο έχει την ίδια φάση και διεύθυνση με το προσπίπτον κύμα.

Προφανώς, έχουμε ενίσχυση της ακτινοβολίας αν ο αριθμός των ηλεκτρονίων (πληθυσμός) στο επίπεδο 2 είναι μεγαλύτερος από τον πληθυσμό του επιπέδου 1.