Модел 6
В квантовата система с две разграничени нива могат да възникнат различни процеси при взаимодействие с радиация.
Поглъщане на квант светлина. В този случай системата преминава от долното енергийно ниво към горното.
Спонтанно излъчване по време на спонтанен преход от горното към долното ниво. Спонтанното излъчване на различни атоми не е съвпаднало по фази (некохерентно) и се случва в различни посоки.
Честотите на абсорбираните или спонтанно излъчените кванти се определят от енергийната разлика между двете нива.
Стимулирано или индуцирано лъчение от горното ниво до долното. Този процес, предвиден от А. Айнщайн (1916), е физическата основа на лазерната операция. При стимулирано излъчване, в резултат на взаимодействието на атом с фотон, се получават два напълно еднакви (кохерентни) двойни фотона, които се разпространяват в една и съща посока и имат, от гледна точка на теорията на вълните, една и съща честота, фаза и поляризация.
И трите вида процеси се случват в двустепенна среда, когато през нея преминава външен (резонансен) светлинен лъч. Интензитетът на такъв лъч дори ще отслабне, тъй като някои от атомите в горното енергийно състояние се отказват от енергията си и преминават в долното състояние без излъчването на фотон (например поради нееластични сблъсъци с други атоми). За да се усили лъчът, преминаващ през средата, е необходимо да се включи още един процес - изпомпване, т.е. принудително прехвърляне на атомите в горно енергийно състояние поради външни енергийни източници. Има няколко различни помпени механизма, но всички тези механизми се оказват невъзможни в двустепенна система. Изпомпването се извършва чрез третото по-високо енергийно ниво. Изпомпването трябва да прехвърли двустепенната среда в състояние, в което броят на атомите в горното ниво надвишава броя на атомите в долното. Това състояние на средата се нарича състояние с обърната популация от нива, а самата среда се нарича активна .