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相干性：步调一致
当原子和带电粒子各自“随意运动”
时，如果数量较多，那么它们辐射出的光就会是一组不协调的波[2]。
即使是尺寸小到只有1毫米的发光二极管（LED），里面也有大量的原子，所以这种情况是很常见的。
这种发出不协调光波的辐射有一个特征，就是每个原子都会随机发射光子，与周围的原子在做什么无关。
因此，光是向各个不同方向辐射的，且光子会在不同的时刻被发射出来。
实际上，辐射过程的随机性表现在原子所产生光强度的随机性上。
假如将一个光子探测器放在灯泡前面，我们可以看到探测器输出的电流非常嘈杂，这是因为照射到探测器上的光的强度变化快速且随机，说明在每个时刻到达探测器的光子数也是随机的。
如何才能使原子步调一致，从而使光波具有相干性呢？我们可以回想一下之前的类比：想象有一些秋千，且每一个秋千的摆动频率都是相同的。
这些秋千开始进行随机摆动，那么就会出现以下两种情况：第一种情况是这些秋千的摆动是不同步的，即在任何时刻，各个秋千都会运动到其固定轨迹上的不同位置。
第二种情况则是这些秋千的摆动是同步的，即相邻秋千间的轨迹差异是固定的，就好比足球比赛中场上观众按照顺序依次站立和坐下形成的人浪。
在第一种情况下，从这些不相干的原子发出的光就像灯泡或者发光二极管发出的光，这种光是不相干的。
在第二种情况下，原子们产生一致的振**，它们产生的光以一种相干的形式发出，所有的光子都往同一个方向辐射。
这就是受激辐射过程中会产生的情况（见图26c），它是激光器的基础。
激光
激光器也许是20世纪光学领域最重要的发明。
这个设备产生了非常有用的光束，革命性地改变了光的应用范围和性能。
激光器可以作为一个特定的照明光源使用——例如在显微镜和光谱学中，不仅如此，还提供了一种能将大量能量沿特定路径引导到特定目标上的手段，从而控制物质的动力学。
这类应用的一个极端例子就是用激光驱动原子聚变，使得新形式的核能得以利用，从而提供大量的能量。
我们将在第7章对其进行讨论。
激光器包括一个光学放大器，也被称为增益介质，其原子通过受激辐射产生光。
它被放置在两个反射镜（可能还有其他光学元件）所组成的光学腔中。
随着原子不断地发射光子，光学腔内的光子数会逐渐增加，直到原子释放的能量与由反射镜从光学腔泄漏出来的能量达到平衡。
说得更详细点，当放大器被接通时，从放大器辐射出去的光会被光学腔末端的反射镜反射回来，这就进一步刺激了受激原子的辐射，从而使光学腔内的亮度增加。
在另一端的反射镜处，一部分光作为有效输出从腔中透射出去，一部分光则返回增益介质继续激发原子产生光子。
当光通过放大器进入光学腔的速率等于光通过镜子透射出去的速率时，我们就说激光器处于阈值。
超过这个阈值，放大器增益的任何增加（原子进入受激状态的速率）都会导致腔内强度的增加，从而导致输出光的增加。
光学腔对于激光的颜色有一定的限制。
结果表明，获得最大增益的频率是那些在每次往返过程中都会发生相长干涉的光波所对应的频率。
这意味着在腔内往返一次的长度应该等于半波长的倍数。
满足这种谐振条件的频率即符合谐振腔模式。
激光器之所以重要，是因为它们发出的光是相干的：所有的光子都以相同的颜色朝着大致相同的方向运动。
其中运动方向由光学腔决定，而颜色则由增益介质中的原子和光学腔共同决定。
这就使得激光是以激光束的形式存在的，它与你想象中的“光线”
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