高能量 的 外層 軌道 落到 低能量 的 內層 軌道 時 ， 就 會 釋放出 一 個 叫做 「 光 輻射 自 發射 」 （ spontaneous emission of light radiation ） 的 光子 ； 這 種 自 發射 正常 的 光 （ 如 一般 電燈泡 發出 的 光 ） 偶爾 也 會 發生 。 然而 ， 假如 用 外來 的 能源 （ 例如 電流 或 光束 ） 去 轟炸 原子 的話 ， 我們 就 可以 製造出 大部分 的 電子 都 在 興奮 狀態 的 原子 ； 如此一來 ， 興奮 狀態 的 電子 就 比 在 低能量 軌道 上 、 處於 休息 狀態 的 電子 多 ， 這 叫做 「 居量 反轉 」 （ population inversion ， 或 稱 密數 反轉 ） 。 這 是 了解 雷射 的 第一 個 關鍵 概念 。 第二 個 關鍵 觀念 是 刺激 。 雷射 裡 的 原子 ， 因為 受到 外來 能源 的 人工 刺激 — 「 轟炸 」 是 更 恰當 的 形容詞 — 才 產生 居量 反轉 。 正常 情況 下 ， 原子 被 能量 轟炸 時 會 釋放出 光子 ， 而 轟炸 原子 造成 居量 反轉 會 導致 大量 的 光子 釋放出來 ； 這些 光子 又 去 刺激 附近 的 原子 釋放出 更多 的 光子 ， 就 像 瀑布 一樣 一 層 沖激 下 一 層 ， 光子 瀑布 就 被 釋放出來 了 。 如果 你 想 強化 這 個 歷程 ， 可以 用 鏡子 包圍 釋放 光子 的 原子 ， 光子 一 被 釋放出來 就 打到 鏡子 上 ， 反彈 回到 原子 ， 產生 居量 反轉 ， 打到 更多 的 原子 ， 又 刺激 它們 釋放出 更多 的 光子 。 這 也 就 是 為什麼 ， 雷射 是 「 激射 光波 放大 」 這 個 詞 的 縮寫 。 目前 有 很多 方法 能 製造 雷射 ， 假如 你 檢視 過 教授 上課 用 的 雷射筆 （ 或 電腦 裡 光碟機 的 讀寫頭 ） ， 你 就 會 發現 裡頭 有 個 以 電池 或 電源 方式 呈現 的 能源 幫浦 （ energy pump ） ， 那 就是 刺激 的 電脈衝 。 你 也 會 發現 一 個 小小 的 雷射 二極 管 （ diode ） ， 那 便是 居量 反轉 發生 所在 。 為什麼 是 「 二極 」 管 ？ 因為 一 個 典型 的 雷射 二極管 裡 都 像 三明治 一樣 包覆 著 兩 片 半導體 （ semiconductor ） 。 在 這 兩 片 半導體 中間 有 個 小 縫 ， 一 個 半導體 帶 正 電子 ， 另 一 個 半導體 帶 負 電子 ， 居量 反轉 就 發生 在 這 兩 片 半導體 中間 ； 當 某 個 頻率 的 電磁波 通過 這些 半導體 去 刺激 它們 時 ， 就 激發出 一連串 的 光波 放大 效應 ， 兩 個 半導體 之間 的 鏡子 抓住 和 擴大 這些 光子 的 一連串 光波 後 ， 便 以 雷射 光線 的 方式 投射出來 。 這 種 輻射光 的 正確 頻率 ， 可以 用 能源 幫浦 的 頻率 調整 來 控制 。 第一 束 雷射光 — 一九六一年 由 梅曼 （ Theodore H .
 
Maiman ） 在 加州 馬里布 （ Malibu ） 的 休斯 研究 實驗室 （ Hughes Research Laboratories ） 研發出來 — 是 個 熱 雷射 ， 短短 一 年 之內 ， 這 個 熱 雷射 就 取代 了 解剖刀 ， 在 外科 手術 時 燒掉 組織 。 到 一九六三年 時 ， 雷射 已 被 用來 摧毀 實驗室 中 動物 的 腫瘤 。 一九六四年 電影 《 金手指 》 （ Gold finger ） 上映 後 ， 雷射 更 是 廣為 人 知 ； 電影 中 ， ○○七 情報員 詹姆士 •龐德 （ James Bond ） 被 綁 在 桌子 上 ， 熱 雷射 從 他 分開 的 兩 腿 之間 鋸 過去 ， 打算 把 他 切成 兩 半 ： 金 手指 （ 看不起 龐德 的 高科技車 ） ： 「 我 也 有 一 個 新 玩具 … … 你 現在 看到 的 就 是 工業用 雷射 ， 它 能 發射出 特別 的 強光 、 大自然 中 找 不 到 的 強光 ， 可以 投射到 月球 上 ， 也 可以 在 你 眼前 切斷 堅固 的 金屬 ， 我 會 表演 給 你 看 … … 」 龐德 ： 「 你 期待 我 開口 說話 嗎 ？ 」 金 手指 （ 很 高興 ） ： 「 不 是 ， 龐德 先生 ， 我 期待 你 死 。 」 雷射 如何 治癒 細胞 組織 到 了 一九六五年 時 ， 我們 已經 知道 低強度 的 雷射 具有 療效 。 英國 伯明罕 （ Birmingham ） 的 卡尼 （ Shirley A . Carney ） 率先 證明 ， 低強度 的 雷射 可以 提升 皮膚 組織 中 膠原 蛋白 的 生長 。 膠原 蛋白 是 一 種 形成 我們 組織 連接 的 蛋白質 ， 幫助 組織 成形 ， 是 傷口 癒合 時 的 必要 物質 。 一九六八年 ， 布達佩斯 的 麥斯特 （ Endre Mester ） 醫生 先 是 發現 雷射 可以 刺激 老鼠 皮膚 的 生長 ， 一 年 以後 又 發現 雷射 可以 增進 傷口 的 痊癒 。 一九七○年代 中期 時 ， 蘇聯 成立 四 個 大型 的 研究 和 臨床 中心 ， 用 雷射 來 刺激 活 的 組織 。 到 了 一九八○年代 ， 這 個 技術 在 共產 世界 已經 很 流行 了 ， 西方 卻 還 相當 少見 。 一直 要 等到 冷戰 結束 後 ， 雷射 的 醫療 用途 才 在 西方 開始 流行 ； 二○○二年 ， 美國 食品 藥物 管理局 （ FDA ） 才 批准 第一 個 低強度 的 雷射 治療 。 當 光子 碰到 東西 時 ， 會 發生 下列 四 種 情況 之中 的 一 種 ： 從 物體 上 反射 回去 ； 穿透 它 ； 進入 它 但 在 裡面 四散 ； 或者 以 原有 形態 被 吸收 。 一旦 光子 被 活 的 組織 吸收 後 ， 便會 啟動 細胞 內部 對 光 敏感 的 分子 的 化學 反應 。 不同 的 分子 吸收 不同 波長 的 光 ， 例如 ， 紅血球 會 吸收 所有 非 紅色 的 波長 ， 所以 我們 只 看得 見 剩下 的 紅色 ； 植物 之所以 看起來 是 綠 的 ， 就 是 因為 葉綠素 吸收 了 綠色 以外 的 波長 。 人類 都 以為 身體 對 光 敏感 的 分子 只 存在 於 眼睛 ， 但 事實 上 它們 有 四 種 ： 視 紫質 （ 在 視網膜 中 ， 吸收 光好 讓 我們 看得 見 ） ， 血紅素 （ hemoglobin ） 在 紅血球 中 ， 肌紅素 （ myoglobin ） 在 肌肉 中 ， 最 重要 的 是 存在 於 所有 細胞 中 的 細胞 色素 （ cytochrome ） 。 細胞 色素 是 雷射 可以 治療 這麼多 不同 病症 的 原因 ， 因為 它 會 把 光能 變成 細胞 可以 用 的 能量 。 大部分 的 光子 ， 都 是 被 細胞 內 的 能源 機粒 腺體 （ mitochondria ） 所 吸收 。 很 令 人 驚訝 的 是 ， 我們 的 粒腺體 竟然 可以 吸收 一億五千萬 公里 以外 的 能量 — 太陽 的 能量 — 再 把 它 轉變成 我們 細胞 可以 用 的 能量 。 粒腺體 外面 包 著 一 層 薄膜 ， 裡面 是 對 光 敏感 的 細胞 色素 ， 當 太陽 的 光子 透過 薄膜 而 接觸 裡面 的 細胞 色素 時 ， 它們 就 會 被 吸收 ， 並 刺激 產生 我們 細胞 內 儲藏 能量 的 分子 — 腺三磷酸 （ adenosine triphosphate , ATP ） 。腺三磷酸