多光子吸收

多光子吸收包括雙光子和更多光子吸收,由於雙光子吸收發現較早且研究廣泛,本論文主要以雙光子吸收為例研究多光子吸收的作用特性。雙光子吸收(TPA)是最基本的物質與脈衝相互作用機理之一,是一個非參量的非線性吸收過程,在該過程中,兩個光子幾乎同時被吸收,所吸收的光子能量等於躍遷能,材料分子由基態經一個虛能級躍遷至激發態瞬時性是主要特徵,因此TPA過程與入射脈衝強度有關,在短脈衝(≤Sps)或高能脈衝下容易發生。由於光強依賴性,雙光子吸收材料廣泛用於3D微加工,光存儲雙光子熒光成像和光限幅。

雙光子吸收過程最初由Maria Goppert-Mayer於1931年在其博士論文中做了理論描述,當能量分別為E1、E2的兩個光子能量之和與材料分子的某一電子能級共振時,兩個光子同時被材料分子吸收。致使入射脈衝強度減弱,材料分子躍遷至激發態，S1'能級與基態S0之間的躍遷能為E1 + E2。而後材料分子通過內轉換或馳豫振盪從電子振動能級S1’迅速馳豫至S1能級(虛線箭頭),最終材料分子通過輻射或無福射躍遷回到基態(點線箭頭)。雙光子吸?收可以分解為兩個過程:首先,能量為E|的光子入射,材料分子吸收光子能量後躍遷至短暫的虛能級。該虛能級並非材料分子的本徵態僅在極短的時間尺度(Tv)內存在,根據不確定性原理可以估算在可見光和近紅外波段rv約為10-10 s若在tv時間內,另一個能量為E2的光子入射,則材料分子將光子吸收後躍遷至能級S1'。雙光子吸收躍遷過程受宇稱選擇定則約束,根據入射光子能量,雙光子吸收可分為非簡併和簡併兩種情況。 ^[1] 

多光子吸收可能會伴隨多光子發射及電導、光電、熒光、離解、光化學反應等多光子效應，這些現象反過來又有助於多光子吸收過程的研究。激光照射所引起的多光子吸收過程已成功地用於同位素硫的分離，它在光譜學、物性研究、同位素分離和光化學等領域有着重要的應用。