定义
两个光子同时被吸收的非线性吸收过程。
双光子吸收（TPA）是两个光子（通常具有相同能量）同时被吸收的过程，例如将原子或离子激发到更高位置的状态，能量增加等于光子能量的总和。这是一个非线性吸收过程，仅在高光学强度下以显着速率发生，因为吸收系数与光学强度成正比：
TPA 系数β。
因此，吸收功率与光输入功率的平方成正比。
双光子吸收是多光子吸收的最简单变体。
图 1：半导体中的双光子吸收允许吸收光，即使光子能量低于带隙能量。
在电介质材料或半导体中，通常只有当光子能量至少是带隙能量的一半时，才会发生双光子吸收。因此，例如，当800nm波长的超短脉冲在二氧化硅光纤中传播时，不会通过双光子吸收而损失。另一方面，相同波长的双光子吸收可以发生在半导体中，例如GaAs，其带隙要小得多。
应用
双光子吸收现象在各种技术领域都有应用。一些例子：
- 它用于简单的自相关器进行脉冲表征，其中光电二极管中的TPA具有大于光子能量的带隙能量，被利用来获得非线性响应。
- 此外，双光子吸收通常用于荧光显微镜（双光子显微镜）中，用于用红外激光束激发荧光，这可以很容易地穿透样品。
- 在其他情况下，TPA被用于光功率限制或微加工。
在某些情况下（用超短脉冲照明），由于视网膜中的双光子吸收过程，人眼甚至有可能对红外光做出反应[7]。
TPA还可以改变SESAM等饱和吸收体的饱和特性，从而导致饱和曲线的翻转，这有助于抑制诸如Q开关的不稳定性。
技术性转化问题
非线性晶体材料中超短脉冲的非线性频率转换可能会发生有害的TPA效应，特别是对于短波长的转换，例如在紫外光源中。非线性吸收导致额外的功率损耗，热效应，还可能导致材料的降解（光氧化）。
参考文献
[1] W. Kaiser and C. G. B. Garrett, “Two-photon excitation in CaF2:Eu2+”, Phys. Rev. Lett. 7 (6), 229 (1961), doi:10.1103/PhysRevLett.7.229 (first experimental demonstration of two-photon absorption)
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[7] P. Artal et al., “Visual acuity in two-photon infrared vision”, Optica 4 (12), 1488 (2017), doi:10.1364/OPTICA.4.001488
