量子周变与光仪技术应用
陈叔瑄

十七世纪就有光的牛顿粒子说和惠更斯波动说之争，光有些现象只能由粒子说解释，另一些光的现象只能用波动说解释，相持不下。电磁波发现之后，又将光归结为电磁波，这样便把无线电波、红外线、光辐射、Ｘ射线、ｒ射线等作为不同波长的电磁波。但在十九世纪未热辐射问题上存在严重困难，迫使普朗克放弃波动说，提出能量子假说解释了热辐射现象，接着爱因斯坦用光子说解释光电效应。玻尔又将量子观念与氢原子结构联系起来，建立量子论并解释氢光谱现象。经过许多科学家努力，形成了较全面解释光谱现象和化学现象的量子力学。这种粒子与波动争论一直延续到今天仍未解决，以至只好让其共存，即所谓光的两象性，缺乏光两类现象的内在本质联系。
《光子波动新论》就是在此背景下提出的新理论。从光技术应用角度来看，光或激光源发射及其在介面、介质中运动性能没有正确的解释或没有明确本质模型，许多应用仍处于盲目状态。由于光量子是元素原子壳粒轨道跃迁所发射的，并以周期性变换高速运动的粒子。宏观物体内大量原子可以连续辐射不相干（光量子即使频率相同，变换相位、方位有所不同）的光量子束。只有经光滑介面相位、方位调整才构成相干性光束。激光源本身就具有自行相位调整的介面作用谐振腔，因此激光源辐射的是相干性光子束。不仅光的本质模型原理在学术上解释和技术上应用更为合理，而且在技术上性能组合和条件控制应用原理也是原光学及其应用所没有建立的新技术原理。
一、光学动态和新解释应用
《光子波动新论》一文指出物质极限状态是平动能等于总能，此时物质运动的极限速度等于光速的１．４倍。但趋匀原理又指出平动运动的各向机会均等，即必存在正反向运动，并转化为涡旋运动。磁场（场质涡旋）或电场（场质平动）周期性变化，且量子磁性变换方向与速度垂直才能保持量子对称的稳定性。从而涡旋物质往涡旋面两侧延伸，形成垂直速度并随速度周期性伸缩的偏振状态。涡旋与部分平动周期变换构成周期变换能，加上以光速运动的平动能为量子总能。从而提出光子平动与涡旋周期性变换原理，介面对光子束相位和方位调整原理，不同结构介质对光子束交换方式不同原理，以解释光学现象。
１、光源辐射
光源是由不同的元素构成的，所发出的光束颜色和强度不同。如通过水银灯、放电管、燃烧金属盐的火焰等光源的光谱是不连续的，在黑暗背景上有若干明亮条纹所组成的线光谱。线光谱是由化学元素在气体或蒸汽状态下各元素原子壳粒跃迁辐射产生的。每种元素产生自己特有的光谱线。如粘有食盐溶液的石棉放在酒精灯的火焰中燃烧时，食盐分解后出现一明亮黄色钠谱线，波长０．５９微米。类似方法可得锂的红色光谱线，波长０．６７微米和另外几条黄光谱线。钾的红色和紫色光谱线，波长分别为０．７７微米和０．４０微米。有的元素线光谱有很多条，甚至达上千条，如铁光谱。
《原子壳层新论》指出气体元素原子是独立的，原子外层壳粒与核交换整数倍的那些特有的轨道或能级，使其外层跃迁到里层能级辐射线光谱。分子由于元素原子间壳粒交换使原轨道略变，加上同元素原子量统计性质，构成在单一原子光谱线左右密密麻麻线光谱，即带光谱。灼热固体或液体原子间靠壳粒交换或场质交换而连结成体的，各原子壳粒所处位置、运动和交换状态各不相同的，即同元素原子同一能级变成多种多样（等价于量子力学的微扰），从而壳粒能级跃迁能量子差别较大，构成所发射出光谱是连续光谱。在连续光谱辐射背景下若有某种元素气体或蒸汽就会出现吸收的暗光谱，精密测定这些光谱线可以用来分析物体中化学元素。许多新元素，如氦、铷、铯、铟等就是利用光谱分析方法发现的。
光量子主要来源于天体高度浓缩与弥散交换微旋化中产生的，辐射的量子各种频率都有，通常是连续光谱，而且温度愈高愈往紫色分布。由于天体周围存在的元素原子吸收某些光量子，而出现暗线光谱。原子吸收量子壳粒能级跃迁，当其再跃迁回去时，则辐射光量子。真空中运行的光量子只包含平动能和周期性变换能两项能量的稳定粒子系统，其速度是稳定粒子的极限速度。当光量子运行于愈来愈大的真空无限空间，变换能逐渐转化为平动能，即转化为连续场物质，它是远距离天体红移本质。它与引力场质构成天体的能量交换和变换基本方式。从而量子不可能运行到无限远处，这正是为什么天空无限多个天体而不会白茫茫一片的缘故。
自然光之所以是不相干光，波动说难以解释，它说明一个个独立原子辐射，即使频率一样，光量子间周期变换能相位和方位也不可能一样，因此光束叠加也不可能有规则地构成相干条纹。即使单色光源各原子辐射也不可能相位和方位一致，出现的是不相干光束，这就是自然光不相干原因。辐射可分为原子核级、内壳层级、外壳层级、分子级、物体级、天体级的辐射，光量子束是属于原子外壳层级的辐射。热是物体分子不规则的能量子传递，当这类能量子从物体中辐射出去，则构成红外线，但它们属于分子级的量子，很易被分子吸收。
２、介面介质对光子运动影响
光量子以某一角度入射到光滑介面时方位和相位的调整作用，使反射光量子相位和方位偏转成较一致的偏振光束，可把不相干单色光束调整成相干的偏振光束。介面的反射光束通常构成相位和方位较一致的偏振光。对于不同物体介面情况产生不同现象，如光量子束入射到不光滑介面则产生散射或漫射，不会形成相干光束。如物体对不同光频率吸收，而未被吸收的光在其表面散射而出现一定颜色的物体。又如有的物体介面原子或分子壳粒对入射光量子吸收后递换出另一量子，并满足能量和动量守恒的康普顿效应。再如有的光量子入射到某些金属表面壳粒吸收并脱离表面，构成带电粒子流的光电效应等证明光的粒子性。
光纤传输实践中发现的新现象之一，如１９９７年路透社伦敦６月２６日电告，瑞士科学家发现光粒子以某种方式在１０公里的距离相联系的证据。日内瓦大学吉欣和他的同事制造成对的光子，并将它们在两条分开的光纤上输出，其结果它们在到达１０公里时分开了，测量一个光子也影响另一个光子，这意味着它们“纠缠在一起”。巴黎大学阿斯佩特等首先证明，确实发生过这情况，但是发生在相距是超过几米的粒子中间得到证明。１９９８年１０月２２日美国有线新闻电视公司报道，美国加利福尼亚州的研究者在实验室里成功地进行了一束光的远距传物实验。该项实验是根据已知物质的光量子“缠结”特性而进行的，两个被远距离相隔的原子竟然有如孪生子，它们的特性相互影响。
对于单纯元素固体、液体介质的原子或分子间交换场质通常连成一片的，一原子或分子状态改变可以通过介质交换场质传递到物体的其它部分，尤其低温超导状态原子场质交换遍布更远的介质。对于同频率同相位同方位两光量子在单纯介质中运动，两光量子分开后，一光量子若对原子作用而改变状态，通过介质场质交换传递，也会引起另一光量子在同类原子作相应状态改变，即所谓纠缠或缠结在一起的现象。这类成对纠缠光量子在单纯介质光纤材料中运动的一定距离内可一直保持着交换场质同步联系。这些实验事实证明成对光量子在光纤介质中运动，部分平动能转化为与介质交换的能量，这种交换场质运动状态可在介质中交换传递或递传而构成纠缠光量子现象。
二、光器件技术应用原理
元素原子光谱决定于其外壳层粒子与原子核交换整数倍才具有稳定运行轨道，使壳粒在稳定轨道间跃迁才产生量子辐射和吸收的原子结构，且光量子是具有周期性变换的高速运动粒子。巧妙地利用不同元素原子具有不同的轨道分布和跃迁辐射光谱辨别物体内元素成分的光谱分析与激光形成的量子周变原理。介面对周期性变换光量子的相位、方位调整和折、反射规律广泛应用于介面、透镜等及其性能组合而成的仪器设备，称为介面器件性能组合原理。不同介质对光量子交换性质不同而产生的各种现象，如色散、偏振、旋光、双折射等的介质，对介质条件控制来设计产生所需要的现象，称为介质条件控制原理。
１、原子光谱及其量子周变原理
原子光谱及其量子周变原理是实现各种光谱分析和光学仪器设备设计制造的基本原理。一般根据人类各种的需要而想方设法设计制造仪器设备，甚至为此创造发明某些仪器设备。原子结构及其光谱、分子结构及其光谱、黑体辐射律、光电效应、康普顿效应等都是对量子存在的验证，而只要认识光量子与频率关系式本质仍在于量子状态的周期性变换和跟介质周期性交换理解，就不难理解量子束的波动现象。经过介面相位调整的两光束叠加就会形成干涉现象，从根本上解决量子波动问题，而不是将光的粒子性和波动性硬凑合在一起所谓光的两象性。
不同实物由不同元素原子或分子组成的，不同种类原子或分子所辐射或吸收的量子不同，即具有各自不同辐射或吸收光谱。可用光谱来辨别实物的元素原子和分子的组成，它成为物体元素分析基本手段和方法。原子是以其周围壳粒数目和分布不同来分类的，周围只有一个壳粒为氢元素原子。周围两个壳粒的原子为氦元素原子，以此类推，按元素周期表列出相应壳粒分布的原子类型元素。同元素因原子质量略有差异，使该元素光谱线有一定宽度。
原子外层壳粒以交换整数倍的允许轨道或能级上运动，可用正比于１／ｒ²来描述，不过半径ｒ只是一些允许值，分别用ｋ、ｎ表示不同轨道的量子数，当壳粒从一个允许轨道跃迁另一低能级轨道，则辐射量子。量子能值为
ｈν＝Ｒ’（１／ｋ²－１／ｎ²）
其中Ｒ’为允许轨道与半径平方比例系数。ｈν高能级轨道跃迁到低能级轨道所辐射的量子能量。称为原子辐射和吸收量子的光谱本质规律应用开发原理。
量子平动能一部分与涡旋能周期性变换构成了变换能，那么量子总能等于平动能与周期性变换能各占一半之和，即
ｍｃ²＝ｈν／２＋ｍｃ²／２＝ｈν
ｍυ＝ｈν／ｃ＝ｈ／λ
λ＝ｃＴ＝ｃ／ν
其中λ为量子运动途径上周期变换相邻峰值间距离，称为波长。Ｔ为量子变换运动周期，ν为量子运动变换频率，ｃ为量子平动速度。光量子周期变换律是量子一切现象产生和应用的根源，以及激光源形成的基础。
２、量子变换调整组合原理
《光子波动新论》指出宏观物体的原子间质量存在差异，所辐射的量子频率也存在差异，并且量子相位、方位是随机的，只能产生不相干的光束。由于量子入射光滑介面后反射或折射的总能不变性，而量子入射时动能改变量是不同的，只能通过光滑介面的作用时间来补偿，即起了相位、方位的调整作用，使反射或折射光束量子相位、方位较一致。
ΔΕΔｔ＝υΔｍυΔｔ＝ΔΡΔι
ΔΕΔｔ＝ωΔＪωΔｔ＝ΔΝΔθ
表明光滑介面对量子束起了相位和方位调整的作用，称相位和方位调整原理。
经过光滑介面相位调整后的单色光量子束在空间上的状态是周期性变换，因此用固定参考坐标系来描述周期性变换状态，这个周期性状态函数的平方实际上是某能量密度波函数或量子束在指定坐标系一点上某时刻的亮暗（即浓缩密度）程度。介面调整后光子束其中Ａ２为某能密度或亮暗程度。它是干涉仪设计的根据。
一坐标点上一时刻以同一相位的能密度状态（即亮暗程度）为
Ａ²＝Ａ。²Ｓｉｎ²２π（νｔ－ι／λ）
反射律为入射光束与反射光束在同一平面上，入射角等于反射角。反射光束的光子方位被介面作用调整为较平行于介面的偏振光束。如果点光源照射到面的各点反射线的延伸则构成平面后的光源象，其距离跟光源到平面距离相等，光源换成物体的情况一样。反射线成象广泛应用光学仪器设计制造。
折射率大小决定于入射真空速度对介质折射速度之比，即
ｎ＝Sｉｎａ／Sｉｎｒ＝ｃ／υ
其中ａ为入射角，ｒ为折射角，ｃ为光速，υ为光子在介质中运动速度，因部分平动变换为与介质的交换能，从而速度变慢。如果上述观念正确，涡旋（磁性）方位不规则入射光子束，在介面上以不同方位角度进入介质，速度及其角度略有差异，即折射略有差异，使折射光子束变粗些，以证实上述观念。
连接点光源和球面镜曲率中心的直线称为球面光轴。光源的光束入射到球面镜可在镜后反射光延伸线成象，近光轴球面镜成象的公式为
１／ａ１＋１／ａ２＝２／Ｒ
其中ａ１和ａ２为球面镜到光源及其象的距离，Ｒ为球面镜的曲率半径。点光源的光束通过透镜表面曲率中心的直线为主光轴，主光轴与透镜两表面重合交点成一点称为光心，薄透镜公式为
１／ａ２－１／ａ１＝（ｎ－１）（１／Ｒ１－１／Ｒ２）
其中ｎ为透镜材料和周围介质的绝对射率，Ｒ１和£遥参妇登昂蟊砻娴那拾刖叮幔焙停幔参刂鞴庵岽油妇倒庑乃闫鸬轿锾搴推湎蟮木嗬搿£
若入射到薄透镜不是点光源，而是平行光束，那么经透镜折射和反射，光束在其后聚焦于一点，该点到光心距离称为焦距ｆ。
ｆ＝１／（ｎ－１）（１／Ｒ１－１／Ｒ２）
该透镜与眼球适当配合可构成放大的图象。光量子束在光滑介面上相位、方位调整和折、反射是光器件组成和应用的基本方法，并用几何图形作辅助设计。它是光学放大镜、望远镜、显微镜等仪器仪表设计和制造的基本根据。称为光学器件性能组合应用原理。如望远镜、显微镜、干涉仪等就是利用各种玻璃凸、凹透镜、平面镜等介质介面对光量子交换作用引起的折、反射性质巧妙地组合。
３、介质条件对光束控制原理
应用光量子与实物介质的交换作用出现各种现象，不仅是了解光束性质基本方法和手段，而且也是揭示和了解实物，特别交换场质某些结构、性质、状态的重要方法和手段。光子束所通过的各种各样介质，对光子交换和运动影响是各式各样的，并出现吸收、散射、色散、双折射、偏振、旋光、激光等现象，它们必跟介质性质有关，采用量子与介质交换理论不仅可以解释上述现象，并可推出由于量子与介质交换，介质运动必定带动光子束运动，证明介质与光量子存在交换作用。
如果采用激光与介质交换传递作用，可以更深刻地观察偏振、旋光、散射等现象，并可以应用这种介质交换作用获得更丰富的光学现象和设计光器件组合的仪器设备。称为介质对光束状态条件控制原理。例如利用液体浓度不同折射率不同或光束从光密介质入射到光疏介质液体全反射不同控制条件和光器件、电器件性能组合两原理设计研制折光检测浓度仪。
某些物体介质制造光量子器件，用电性或磁性控制光束的通断或大小，甚至利用激光器件实现光量子束的放大器件。利用某些固体材料或半导体材料性质，可制成类似电的微器件和线路组合的光量子运行器件和光路组合的芯片和各种各样的激光器、调制器、光开关、光放大器、滤波器、偏振器、分路器、探测器、光波导、光栅、光盘等集成器件。这些光芯片和器件可以重新组合成各种光的仪器设备。光量子束在透明度高和吸收率低介质的光纤中场质交换和移动，通过介质控制光量子束强弱和通断时间长短（用以表示信息代码和信号）并在光纤中传播，在接收端获得相应的信息。现已研制出光信号放大器件，可实现全光通讯。光纤中分子周围交换场质引导着光量子流运动。
三、光器件设计应用方法
光不仅是观察、测量、研究天体和宇宙的基本途径，而且是观察、量度、研究微观世界的重要途径，如元素原子的结构与线光谱密切相关。如果扩大到红外线、微波、电磁波观察可以获得更多的天体和宇宙的信息，以分析了解天体和宇宙体的运动状态和结构属性，扩大天文知识。同样地深入到紫外线、ｘ射线、ｒ射线观察和配以其它实验观察，可以获得更多的原子壳层、原子核内部结构和运动状态的知识。因此天体发光和实物光源、原子光谱等跟元素成分、距离、运动状态密切相关的，而且光在介质中或介面上运动状态变化也跟介质内外结构密切相关的，是了解物质结构重要途径。可见，光新原理可用以理性解释新现象和工程技术实性设计应用重要部分。
激光不但在工程技术中应用具有重大作用，而对理论研究上也具有重要意义。如一种利用单个原子的能量的新型激光器揭示出光是如何与物质相互作用的。从单原子激光器获得知识，可以加快微腔半导体激光器的开发（这种微型激光器有朝一日可能用于建造光学计算机）。许多科学家相信，如果他们能够操纵光子发射的基本过程，他们就能够大大提高半导体激光的效率。单原子激光器有可能揭示量子世界的奥秘而帮助科学家们掌握这一过程。我们甚至可以利用单原子激光器观察中性粒子的运动状态。
１、光器件设计方法
光学器件和仪器设计方法步骤，尤其创新项目设计，首先根据项目的目的要求和任务指标开展设想方案，在头脑中搜索已有的理论或实践知识、原理、规律等可能用得上那些部分，找不到就进一步搜索有关的图书刊物等其它资料中可能用上的知识、原理、规律等部分，找到后可以确定一个或若干个设计方案。如果找不到所需要资料，就要重新开展另一些设想，重复上述过程。再不行可以根据设想进行寻找新原理、新规律的实验或可能性、可行性试验，也许需经过无数次实验或试验才找到可行设计方案。光学器件及其组合成仪器设备的设计方案少不了借助草图或图纸帮助设想，方案确定之后才进入其次技术设计，绘制技术结构原理和计算精确的图纸，再次的施工设计，并绘制加工、制造、组装图。
如果原理或规律是解释自然现象理性推理思维的普遍性依据，那么原理或规律又是设计人造产品的实性设想思维过程的控制或组合应用依据。因此《物性论》原理不仅是解释自然基本现象和规律的普遍原理，也是应用于人造产品和变革物种的能动或灵巧设计的合理性原理根据。光量子本质及其与介质、介面作用规律或原理则成为光学仪器或光电仪表仪器设计的合理性依据，如光与电关系和规律应用于《折光检测浓度仪》的设计和研制过程中，即利用光量子流全反射的不同角度所照射光电池面积不同，所产生的微电流不同来检测全反射角度，即间接检测黑液浓度。表明人造产品设计和研制中应用理性原理的重要意义。
根据造纸厂黑液浓度检测迫切需要提出研制黑液浓度自动检测仪器。在缺少信息情况下，技术人员想到利用不透光黑液浓度的折射率跟入射介质密切相关的特点，选择采用从光密介质入射到光疏介质，折射角比入射角大，到了一定程度则构成了全反射。对于同一光密介质和同一入射角，对不同密度黑液浓度的光疏介质的全反射角度不同，从而可以由不同全反射角度对应的量子束数量来测定黑液浓度。这样只要找一个适当光密介质，如石英等作为黑液管道全反射窗口，收集全反射量子束数量来测定黑液浓度，并以此原理设计检测浓度光量子器件，成为解决难以在黑液流动管道测试的难题基本途径。并以此设计研制浓度检测仪器。
光量子束若从光密介质到光疏材料入射则构成全反射，不同浓度流动液体折射率不同，所产生的全反射角不同，利用这个原理，可制成如《折光检测浓度仪》。浓度折光仪就是利用流动介质全反射条件控制来研制的，光量子束经光密介质入射到流动的造纸黑液全反射角度不同来量度的。通过造纸黑液浓度不同对¹饬孔邮凵浠蛉瓷浣嵌忍跫煌醇觳夂谝号ǘ龋舛院谏牧鞫钊芤何薹ㄍ干洌由狭鞫模虼酥荒苡τ萌瓷浒旆ɡ醇觳猓荽嗽砩杓蒲兄坪谝杭觳庖瞧魃璞福兄粕杓乒讨胁樽柿希⑼ü罅磕托氖匝楹褪菁锹迹≡窠霞训娜瓷涫⒉牧献鞴饷芙橹省Ｈ纭墩酃饧觳馀ǘ纫恰分赋瞿茄£
２、光器件应用决断方法
《折光检测深度仪》实际上是通过一系列试验可行性基础上论证性决断思维过程来找到合适方法来解决黑液浓度测量的问题。测试变换结果需要显示，甚至需跟调节器、运算器、执行单元、记录仪等自动化单元器件连接，而需要产生电信号。光信号与电信号间矛盾如何解决，即如何将量子束信号转化为电信号，并显示或产生自动化标准信号而构成自动化仪器仪表的变送器，以便加入到自动化测试和控制过程。因此试验、调试、测量计算是决断重要方法。 全反射光子束转化为电信号途径很多，不过为了能够不同全反射角度对固定位置平面所照射光子数量是不同的，因此选择光电池的平面作为接收光子束的器件，照射面积愈大，电流也愈大，再经过适当直流放大，便可获得相应的电信号。电路采用的是直流运算放大器和整流稳压器，将光电池得到的微弱电信号，放大到自动化的标准信号。如附录《折光检测浓度仪原理》一文所述。
技术项目是根据可能性、可行性进行分析决断的，而可能性、可行性条件通过辩证推理和矛盾分析方法获得的。如分析那些是可能与不可能因素，那些是优势与劣势的形势，那些是已具备与不具备的条件，那些是有利与不利的情况，那些是优点与缺点方面，那些是成熟与不成熟的根据，那些是可行与不可行实施等矛盾对立面条件分析作出决断。有的通过试验等将不成熟不利因素转化为成熟有利因素，那些不可行的可通过分时期、分阶段、分局部分逐步创造条件转化为可行实施。每步每部分实现的积累，以最后达到较全面、全部、整体上取得胜利和成功。而技术本身则通过观测数据、技术试验、调试等手段方法来达到的。
３、光器件应用执行方法
光器件生产通常由专门光学仪器工厂按设计图纸制造的。光器件及其组合仪器设备的设计方法可借助于图纸绘制，可以从粗到细，从整体到零件逐步实现。最后必需得到器件精确尺寸结构、加工、制造、组装的技术图纸，以便生产实施。有的数量不多，又特殊使用的仪器设备，如某天文台特殊设计的望远镜，将设计加工图纸送往有专门技术加工能力的厂家分别加工制造，然后组装起来的，《折光检测浓度仪》全反射部件研制过程。有的是社会大批量需要的通用望远镜、显微镜及其它仪器设备就得由专门的工厂生产。
由于光量子周期性变换和介面相位调整性能，不管干涉和观测仪器，还是其它仪器，介面磨光技术是最基本的工具和光学技术。光学器件重组性技术包括材料介质、介面、边缘对量子束作用的基本原理指导下进行性能重新组合器件，以产生更复杂有应用价值的现象。光器件还可跟电磁传输、机械运动、物态变换、化学材料等进行内部或外部组合而构成各式各样产品，如《折光检测浓度仪》产品研制。这样可以充分发挥人智慧能动性创制出宇宙无法自然演变而成的人造产品。包括元素原子辐射组合所构成的光源和激光源，光子束介面组合所构成的光学仪器，通过介质控制光束设备等的生产制造。
四、光器件应用类型
二十世纪初爱因斯坦指出原子中的电子从高能级向低能级跃迁时，除自发辐射外还有受激辐射，为激光理论打下了基础。到了四十年代未，许多科学家研究微波波谱学，电磁辐射与各种微观粒子系统相互作用，并制出相应器件。在理论和技术实践上为激光器发明准备了条件。五十年代美国据此原理制成第一台氨分子束微波激射器或量子放大器。随着生产和科技的发展，科学家进一步探索新的性能优异的光源，把微波激射器与光学、光谱学的知识结合起来，如肖洛提出“莱塞”的设计方案与理论分析，并预言了激光的相干性、方向性等性质。六十年代终于成功制造出红宝石激光器。以激光为光源的激光束在光纤中通讯技术应运而生，解决了光源和传输介质的两方面技术难题，为激光通讯发展奠定了基础。
１、光源和激光组件类型
光在技术应用的最多的是光热与光电变换的光源，除了直接应用燃烧发光外，现代的大量光源是通过电变换而来的，如白炽灯、日光灯、霓虹灯、电炉和各种各样光源，通过壳粒在材料中移动并形成壳粒跃迁而直接或间接辐射出量子流，不同材料壳粒跃迁强度和颜色不同，可用来设计制作各式各样霓虹灯或日光灯或其它光源等。通常采用电子，即壳粒脱离原子所形成暂时交换不平衡的粒子，去打击充气的原子而辐射出量子流，即发光来照明。充气的元素原子种类不同，则产生不同颜色的光源。用设计或试验办法配上若干种一定比例元素原子充气，可以产生接近太阳光的光源。
导体的原子通以直流或交变电流可以使壳粒跃迁到一定能级轨道上运动，交变频率愈高和强度愈大，脱离原子核的壳粒，即电子愈多愈杂，产生的光愈近连续光谱。交变频率提高，可以使壳粒变换频率提高，相应动能提高，有利于产生连续光谱，并更接近太阳光。因此提高交变电流频率是改善光源重要的途径之一。不同频率的壳粒或电子入射到特有萤光屏，所打击出来量子频率不同，即产生不同颜色，三束不同频率壳粒束或电子束入射到萤光屏，可打击出三种频率的量子束，其叠加的结果则产生彩色。广泛应用于彩电的显示器。
多数激光源的应用，无论是精细的眼外科还是切割工件可用激光器产生强的光束热量来加工的，即一般光束入射到固体表面吸收光量子生热，而使其分子提高速度到脱离周围物体而起吸热切割作用。但若入射到某些固体激发到一个特殊的量子态，它还要吸收内能的小能量才跃迁到允许状态，即吸热过程，起了激光致冷作用。如强红外光照射在掺有镱元素的超纯玻璃条上就可实现激光致冷现象。这是激光被吸收后再加上固体内热传导量子，才有足够能量跃迁到更高允许能级，产生吸热的现象，甚至可达到极低温状态。激光应用愈来愈广泛，甚至可以用来测试元素原子、分子等各种微观粒子的运动状态，设计这类设备工具潜力很大。
半导体激光器具有微型化、电注入、高效率、低功耗和可直接调制等优势，尤其是电注入泵浦方式便于把光器件与电器件组合起来，甚至集成为光、电器件。半导体激光器为基础的光纤通讯技术正以几个数量级水平提高和扩大单线通讯的容量，为信息化技术奠定强大的基础。激光具有很好的方向性、相干性、集中性