一个原子体系中，总有些原子处于高能级，有些处于低能级。而自发辐射产生的光子既可以去刺激高能级的原子使它产生受激辐射，也可能被低能级的原子吸收而造成受激吸收。
因此，光和原子体系的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收总是同时存在如果想获得越来越强的光，也就是说产生越来越多的光子，就必须要使受激辐射产生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎样才能做到这一点呢？
我们知道，杭州激光刻字光子对于高低能级的光子是一视同仁的光子作用下，高能级原子产生受激辐射的机会和低能级的原子产生受激吸收的机会是相同的，这样是否能得到光的放大就取决于高、低能级的原子数量之比。若位于高能级的原子远远多于位于低能级的原子，杭州激光刻字就得到被高度放大的光。但是通常热平衡的原子体系中，原子数目按能级的分布服从玻尔兹曼分布率。
因此，杭州激光刻字位于高能级的原子数总是少于低能级的原子数。这种情况下，为了得到光的放大，必须到非热平衡的体系中去寻找 所谓非热平衡体系。指热运动并没有达到平衡、整个体系不存在一个恒定温度的原子体系。这种体系的原子数目按能级的分布不服从玻尔兹曼分布率位于高能级上的原子数目有可能大于位于低能级上的原子数目。这种状态称为“粒子数反转”如何才能达到粒子数反转状态呢？这需要利用激活媒质。
所谓激活媒质(也称为放大媒质或放大介质）就是可以使某两个能级间呈现粒子数反转的物质。可以是气体，也可以是固体或液体。用二能级的系统来做激活媒质实现粒子数反转是不可能的要想获得粒子数反转，必须使用多能级系统。