Если атом находится на верхнем энергетическом уровне, то пролетающий фотон с энергией может сыграть роль своеобразного «спускового крючка»: он может вызвать (инициировать) переход , т.е. возвращение атома на нижний уровень. Переход сопровождается испусканием фотона (см. рис. 7.1, б). Новый фотон, как и исходный фотон, имеет энергию:
.
Более того, он имеет такое же направление импульса и такую же поляризацию. Иными словами, вторичный фотон (фотон, испущенный атомом в процессе перехода ) оказывается в том же самом состоянии, в каком находится первичный фотон (фотон, вызвавший рассматриваемый переход). В этом как раз и проявляется бозонный характер статистики фотонов – тенденция фотонов накапливаться в одном и том же состоянии.
Рассмотренный процесс называют вынужденным (индуцированным) испусканием света. Чем больше имеется первичных фотонов, тем выше вероятность того, что атом, находящийся на уровне , совершит переход на уровень . Здесь проявляется определенное сходство между вынужденным испусканием света и поглощением света: вероятности обоих процессов пропорциональны числу первичных фотонов. Вероятность вынужденного испускания света, отнесенная к единице времени, равна:
. (7.2)
Выражение (7.2) совпадает с выражением (7.1).
Итак, если атом находится на уровне , то фотон с энергией , вызывает переход (и при этом уничтожается); если же атом находится на уровне , то рассматриваемый фотон с такой же вероятностью вызывает переход (и при этом рождается еще один фотон).
Предположим, что имеется много атомов на уровне . Пролетая мимо них, первичный фотон может инициировать переход во многих атомах, т.е. может инициировать рождение не одного, а целой лавины вторичных фотонов. Все эти фотоны будут рождаться в том же самом состоянии, в каком находится первичный фотон. Таким образом, один фотон может инициировать рождение целого волнового цуга, причем длина этого цуга (определяемая количеством родившихся вторичных фотонов) может быть, в принципе, сколь угодно большой.