多光子吸收材料简介｜非线性光学与光子学

众所周知，任何一种光学材料在一定的光谱范围内，都毫无例外地具有线性（单光子）吸收的特点。这一原则也同样适用于双（多）光子吸收情况，即对任意一种给定的物质材料而言，在适当的光谱范围内，一定具有或多或少的双（多）光子吸收能力。以双光子吸收为例，一般在紫外有强吸收的可见透明材料（如光学玻璃和有机玻璃），原则上可对可见（激）光产生双光子吸收；而在可见区有强吸收的光学材料（如块状半导体或染料溶液），可对近红外（激）光产生双光子吸收。在此情形下，问题的关键不在于双（多）光子吸收能力的有无，而在于双（多）光子吸收能力的大小。

仍以双光子吸收为例，正如式（14-16）所描述的，在介质给定位置处的双光子吸收程度，与入射当地光强平方和介质的双光子吸收系数的乘积成正比。而介质的双光子吸收系数，又决定于吸收中心（分子）浓度和单个分子的双光子吸收截面的乘积。因此可以说，对给定的物质材料而言，其双光子吸收程度的大小，既决定于入射光强水平，又决定于其材料本身的双光子吸收系数（宏观参量）或者双光子吸收截面（微观参量）。理论计算和实验均表明，对大多数已知的光学介质而言，只有采用高单色光强（通常＞106 W/cm2）的激光束，才有可能观测到明显双光子吸收。不言而喻，与双光子吸收（其为三阶非线性效应）相比，三光子吸收（其为五阶非线性效应）的有效产生，要求更高的入射激光光强水平（通常＞107 W/cm2）。(www.xing528.com)

在激光出现后相当长的一段时期内，与双光子激发有关的研究，主要集中在高分辨非线性光谱学和频率上转换荧光发射等方面。其中，利用染料溶液双光子激发荧光发射方法测量脉冲激光时间宽度，是早期应用的著名实例。到了20世纪90年代中期之后，对与激光防卫有关的光学限幅器件的需求，明显促进了各类具有高双光子吸收系数的新型光学材料的研发［5］。反过来，多种新型双（多）光子吸收材料的研制成功，又进一步促成了与双（多）光子激发有关的一些新技术的出现和发展，其中包括以双（多）光子活化材料为基础的超高密度三维光学数据存储、超高精度三维微零件光学制作等技术。