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光线放大在激光潜振腔中通过激发过程完成。原子和分子通常处于基态，或称静息态。当某个分子吸收了能量，它的电子进入更高的能量状态，称为激发态。激态很不稳定，有自发的转向基态的趋势。激态回复到基态，通过光子的形式释放能量。释放光子的波长是由介质中的原子或分子决定的。
爱因斯坦的受激后辐射的理论断言了这种可能：如果有特定波长的光子遇到激态的分子，激态分子很快转到基态，同时释放出两个相同波长、频率的光子。这些释放的光子将沿着相同的方向运动，并呈时间和空间同相性。
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