定义
离子或原子在激发电子态而不是电子基态中吸收光。
激发态吸收（ESA）是指处于激发态（而不是基态）的原子、离子或分子引起光的吸收。 如果满足两个条件，则可能会发生这种情况：
- 在激发能级以上的适当距离内存在单个或多个高能级，即根据入射光的波长拟合到光子能量。
- 有一些兴奋的起始水平的人口。 （如果起始水平不能有大量人口，例如因为它非常短暂，ESA可能会在很大程度上受到抑制。
如果起始水平是亚稳态，即具有长寿命的水平，则第二个条件显然更容易满足。
ESA在激光器和放大器中的不利影响
图1：掺铒放大器中的 ESA，泵浦波长为 808 nm
例如，在固态激光增益介质中，可能发生上激光能级的聚集不仅会导致受激发射的放大，而且还会导致泵浦或激光辐射的吸收过程，其中激光离子被激发到更高的能级。 例如，当掺铒光纤放大器泵浦发射 808 nm 的半导体激光管时，就会发生这种情况（图 1）。 在该波长下泵浦不仅导致上层激光能级的聚集，而且还导致通过ESA对较高水平的无用激发。 这个问题后来通过泵浦发射约975 nm的激光二极管来解决，这在很大程度上避免了ESA。
对于激光器，ESA的这种额外损耗会提高阈值泵浦功率并降低斜率效率。 当然，激发态吸收可能不仅发生在泵浦光上，也可能发生在激光或信号光上。 因此，它可能会降低放大器在特定信号波长范围内的增益和效率，或者导致激光器在略有不同的波长下工作，从而在很大程度上逃脱激发吸收。
ESA是一个常见问题，特别是对于宽带激光增益介质，如过渡金属掺杂晶体，但对于带宽相对较窄的稀土掺杂晶体来说，ESA则不那么普遍。 当然，ESA更有可能与具有多个电子能级的激光离子（如铒或铥）相关，而与镱则不可能。
ESA在各种可饱和吸收材料中也很常见，例如Cr4+：YAG 。 在这里，基态吸收可以完全漂白，但即使在相当高的光学强度下仍然存在的是激发态吸收，其恢复速度要快得多。 实际上，ESA会导致不可饱和损耗（至少对于纳秒脉冲），这可能占可饱和损耗的很大一部分。
上转换激光器中的ESA
图2：激发铥的上层电子态（Tm3+）通过ESA（红色箭头）在ZBLAN纤维中的离子。 这允许构建蓝色（480-nm）上转换激光器。 灰色短箭头表示多声子转换。
虽然激发态吸收在大多数情况下是一种有害影响，但它也可用于上转换泵浦，其中需要激发更高的能级。 例如，在一些掺铥激光器（图2）以及其他上变频激光器中都利用了这一点。速率方程模型除了需要中间能级的寿命外，还需要ESA横截面的值（见下文）。
计算ESA的影响
在某些情况下，将ESA包含在激光模型中相对简单。 例如，如果ESA将离子引导到它们迅速弛豫到上激光能级的水平，则泵浦或信号ESA可能只是导致额外的吸收项。 在更复杂的情况下，例如上面讨论的铥能级方案，可以应用速率方程建模。
ESA横截面的测量
激发态吸收的测量比基态吸收的测量更困难。 一种常见的技术是基于使用调制泵浦光束，在一定的电子电平中创建调制群体，并使用单色器、光电探测器和锁相放大器监测样品的传输。 获得的光谱基本上显示了激光增益和ESA的差异，但也可以包含来自其他水平的贡献。
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