多光子吸收 Multiphoton absorption

2022-11-07 14:18:20 浏览:233

定义

同时吸收多个光子的吸收过程。

在介电材料或半导体中,只有当光子能量至少与带隙能量一样大时,才能发生线性电子吸收。 这是因为电子激励的最小能量由带隙决定。 然而,在高光强度下,可以通过同时吸收两个或多个低能量光子来弥合带隙,其中光子能量的总和超过带隙能量。 这种非线性吸收过程称为多光子吸收(或多光子吸收)。 最简单的变体是双光子吸收,其中只需要两个光子。 例如,如果材料的带隙能量是激光束光子能量的2.8倍,则只能发生三光子吸收和高阶吸收过程,因为光子能量不足以吸收线性和双光子吸收。

线性吸收的吸收速率仅与光学强度成正比,而对于n阶的多光子吸收过程,吸收速率与n成正比千光学强度的功率。 这意味着这种吸收率对于低或中等光学强度可能非常小,但对于非常高的光学强度可以占主导地位,特别是通过聚焦激光脉冲可以达到。 吸收系数与(n −1)成正比千光学强度的功率。

多光子吸收示例

当多光子吸收过程发生在透明介质中时,通常涉及激光诱导的损伤。 这种介质的透明度意味着对于所考虑的光学波长,线性电子吸收是不可能的,因此低光强度的光几乎不能沉积任何能量。 然而,在足够高的光学强度下,多光子吸收会变得很大,因此可以沉积能量,并且可以开始失控过程,最终导致材料的光学损伤。 这也被用于透明材料(如玻璃)的激光材料加工。

多光子吸收在激光显微镜中非常有用。

另一个例子是荧光显微镜,其中通常使用多光子吸收(主要是双光子或三光子吸收),其中来自飞秒激光器的激发光强聚焦。 与线性激发相比,多光子激发的第一个实际优点是可以使用发射波长较长的激光源,这通常不太难制作,因为不需要非线性变频级。 第二个优点是,只要光束半径足够大,较长波长的光可以更容易地穿过一定深度的材料而不会被强烈吸收;只有在光束聚焦中,光学强度变得明显更高,多光子吸收过程才会变强。 第三个优点是光束焦点中的优先吸收有助于获得更高的纵向图像分辨率,并且来自图像平面以外的其他平面产生的荧光的干扰更少。

基础光学

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