激光系统的原理基于受激辐射和粒子数反转，通过光学谐振腔实现高度相干的光束输出。以下是详细解析：

一、激光产生的核心原理

受激辐射

当处于高能级（E2）的原子或分子受到能量为 $h\nu = E_2 - E_1$ 的光子激发时，会从高能级跃迁到低能级（E1），同时发射出一个与入射光子完全相同的光子（波束、频率、相位一致）。这一过程是激光产生的基础。

粒子数反转（负温度体系）

为了实现受激辐射的持续进行，需打破热平衡时的玻耳兹曼分布，使处于高能级E2的原子数（N2）大于低能级E1的原子数（N1），形成粒子数反转状态。这种状态需要通过能量输入（如泵浦光）实现。

二、激光系统结构与功能

激活介质与抽运过程

激光介质需具备合适的能级结构，通过外部能量源（如电场、磁场或光泵浦）将低能级原子抽运到高能级，为受激辐射创造条件。

光学谐振腔

由反射镜组成的谐振腔用于形成高功率、低发散度的光束。腔长、反射镜角度等参数需精确设计，以确保光束在腔内多次反射后形成相干叠加，最终输出方向单一、发散度极小的激光束。

三、激光特性与应用

激光具有方向性、单色性、相干性等独特性质，使其在医疗、工业、通信等领域有广泛应用：

医疗领域：

如激光祛斑通过特定波长光子破坏色素细胞，或通过热效应凝固组织实现精准治疗。

工业领域：用于材料加工、表面改性等需要高能量密度的场景。

通信领域：光纤通信依赖激光的高单色性和相干性传输信号。

四、其他相关原理

激光与普通光源的区别还体现在：

普通光源：如白炽灯通过电子跃迁产生光，光束发散度高，方向性差。

激光：通过受激过程实现光束高度聚焦，能量密度高，可精确控制作用范围。

综上，激光系统通过受激辐射和粒子数反转原理，结合光学谐振腔的调控，形成具有方向性、单色性的相干光束，满足不同领域的应用需求。