激光產生過程
以紅寶石激光器為例，原子 吸收外部注入的能量，躍遷至受激態（E3）。原子處于受激態的時間非常短，大約為 10－7 秒后，它便會落到 個稱為亞穩態（E2）的中間狀態。原子在亞穩態的時間很長，大約是 10－3 秒或更長的時間。原子長時間停留在亞穩態，導致在亞穩態的原子數目多于在基態的原子數目， 此時的狀態稱就是粒子數反轉。其產生的結果就導致使通過受激輻射由亞穩回到基態（E1）的原子，比通過受激吸收由基態躍遷至亞穩態的原子為多，從而保證介質內的光子可以增多，從而形成激光。這就是典型的激光三能 系統。
當粒子受外界能量激勵從 E1 到 E3，由于 E3 能 壽命短，很快轉移到 E2 上，因能 E2 為亞穩態，在 E2、E1 間實現粒子數反轉分布。由于下能 E1 為基態，通常總是積聚著大量的粒子，因此要實現粒子數反轉，必須將半數以上的基態粒子激發到 E2 上，所以，外界激勵就需要有相當強的能力。
而我們所用的 YAG 激光系統屬于四能 系統。如所示，能 E1 為基態，
E2、E3、E4 為激發態。在外界激勵的條件下，基態 E1 上的粒子大量被激發到
E4 上，又迅速轉移到 E3 上，E3 能 為亞穩態，壽命較長。而 E2 能 壽命很短，E2 上的粒子又很快躍遷到基態 E1，所以，四能 系統中，粒子數反轉是在
E3 與 E2 間實現。
也就是說，能實現粒子數反轉的激光下能 是 E2，不像三能 系統那樣， 為基態 E1。因為 E2 不是基態，所以在室溫下，E2 能 上的粒子數非常少。因而粒子數反轉在四能 系統比三能 系統容易實現。常見激光器中，除摻釹釔鋁石榴石（簡 Nd3 :YAG）激光器外，氦氖激光器和二氧化碳激光器也都屬四能 系統激光器。需要指明，以上討論的三能 系統和四能 系統都是對激光器運轉過程中直接有關的能 而言，不是說某種物質只具有三個能 或四個能 。