粒子数反转（population inversion）是激光产生的前提。两 能级间 受激辐射几率与两能级 粒子数差有关。在通常情况下，处于低能级 E ₁的 原子数大于处于高能级 E ₂的原子数，这种情况得不到 激光。为了得到激光，就必须使高能级 E ₂上的原子数目大于低能级 E ₁上的原子数目，因为 E ₂上的原子多，发生受激辐射，使光增强（也叫做 光放大）。为了达到这个目的，必须设法把处于 基态的原子大量激发到 亚稳态 E ₂，处于高能级 E ₂的原子数就可以大大超过处于低能级 E ₁的原子数。这样就在能级 E ₂和 E ₁之间实现了粒子数的反转。