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雙光子吸收是指原子或分子同時吸收兩個光子而躍遷到高能階的現象。在這個情況下，能階之間的能量差正好等于吸收光子的總能。這一過程需要兩個光子與分子同時反應，因此反應幾率遠小于一般的單光子吸收，它的幾率正比于光強度的平方，屬于非線性光學的范疇。關于雙光子吸收的理論最早可以追溯到格佩特·邁爾1931年的博士論文中的討論，但由于當時激光尚未發明，無法達到實現雙光子吸收所需的光強度。直到1960年代，隨著激光的發明，實驗上才得以實現雙光子吸收。
基本介紹
雙光子吸收的發生主要在脈沖激光器所產生的超強激光的焦點處，光路上其他地方的激光強度不足以產生雙光子吸收。由于所用光波長較長，能量較低，相應的單光子過程不能發生，因此雙光子過程具有良好的空間選擇性，對樣品傷害較小。
雙光子吸收分為兩種類型的躍遷：直接躍遷和間接躍遷。直接躍遷是在兩個直接能谷之間的躍遷，且由一個帶到另一個帶的躍遷中，僅垂直躍遷是允許的。取價帶頂為能級零點，則每一個Ei的初態對應于某個Ef的終態。在間接帶隙半導體中，由于導帶最低狀態的k值同價帶最高能量狀態的k值不同，因此價帶頂的電子不能直接躍遷到導帶底，因為動量不守恒。為了動量守恒，必須以發射或吸收一個或多個聲子的形式把動量從晶格中取出或者交給晶格。由于多聲子過程比起單聲子過程可能性更小，所以主要考慮單聲子過程。
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