双光子吸收英文解释翻译、双光子吸收的近义词、反义词、例句

英语翻译：

【化】 two-photon absorption

分词翻译：

双的英语翻译：

both; double; even; twin; two; twofold
【化】 dyad
【医】 amb-; ambi-; ambo-; bi-; bis-; di-; diplo-; par

光子的英语翻译：

photon; photons
【计】 light quantum
【化】 light quantum; photon
【医】 photon

吸收的英语翻译：

absorb; imbibe; soak; assimilate; draw on; drink in; sorb; suck
【化】 absorption
【医】 absorb; absorption; resorb; resorption; rhoebdesis
【经】 absorption; assimilation

专业解析

双光子吸收 (Shuāng guāngzī xīshōu / Two-Photon Absorption, TPA) 是一种重要的非线性光学过程。其核心含义是指：在强光照射下，一个原子或分子同时吸收两个光子，从基态跃迁到激发态的现象。这个过程区别于常见的单光子吸收（一次吸收一个光子）。

详细解释与机制：

非线性光学特性：双光子吸收属于三阶非线性光学效应。其发生概率与入射光强度的平方成正比（I²），而非单光子吸收的线性关系（I）。这意味着它通常需要极高强度的光（例如聚焦的超快激光脉冲）才能被有效观测到。
量子力学基础：根据量子力学原理，原子或分子的能级跃迁需要吸收特定能量（等于能级差）的光子。在双光子吸收中，两个光子的能量之和必须等于或大于该能级差（E₁ + E₂ ≥ ΔE）。这两个光子通常是相同频率的（即 E₁ = E₂），但也可以是不同频率的（此时称为双频双光子吸收）。
“虚态”中介：在双光子跃迁过程中，系统并非直接吸收第一个光子到达某个真实的中间态，而是通过一个短暂的“虚态”作为中介，快速吸收第二个光子完成整个跃迁。这个虚态不是系统的本征态。
选择定则不同：双光子吸收遵循与单光子吸收不同的量子力学选择定则。这意味着某些在单光子吸收中被禁戒的跃迁（例如宇称禁戒跃迁），在双光子吸收中可能是允许的，从而提供了研究物质能级结构的新途径。

主要特性与优势：

穿透深度深：由于吸收概率与光强的平方成正比，只有在光束焦点处光强最高时才发生显著吸收。这使得双光子吸收具有固有的三维空间分辨能力，光束在非焦点区域穿透时损耗很小，特别适合深层生物组织成像。
激发波长长：双光子吸收通常使用波长较长（如近红外）的光子来激发原本需要紫外光激发的能级（因为两个红外光子的能量之和可以达到一个紫外光子的能量）。长波长光在生物组织中散射少、穿透深，且对生物样本的光毒性较小。
高空间分辨率：由于吸收被限制在焦点附近的极小体积内（通常在飞升级别），双光子技术具有极高的空间分辨率。

核心应用领域：

双光子显微成像 (TPM / Two-Photon Microscopy)：这是双光子吸收最成功的应用。它利用双光子激发荧光分子进行高分辨率、深层生物组织三维成像，是神经科学、发育生物学、免疫学等领域不可或缺的工具。
三维微纳加工：利用双光子吸收引发的光聚合或光致改性，可以在透明材料内部进行高精度的三维微结构制造。
光限幅器件：某些材料在低光强下透明，但在高光强下因双光子吸收而变得不透明，可用于保护光学传感器免受强激光损伤。
光动力治疗：探索利用双光子吸收激活光敏剂进行深层组织的靶向治疗。
基础光谱研究：用于研究分子、半导体材料等的激发态性质、对称性和动力学过程。

量子力学描述（跃迁概率）：

双光子吸收的跃迁速率 ( W^{(2)} ) 可由费米黄金规则推导，其表达式为： $$ W^{(2)} propto frac{2pi}{hbar} left| summ frac{langle f | hat{mu} cdot E | m rangle langle m | hat{mu} cdot E | i rangle}{omega{mi} - omega} right| delta(E_f - E_i - 2hbaromega) $$ 其中：

( |irangle, |frangle, |mrangle ) 分别代表初态、终态和所有可能的中间虚态。
( hat{mu} ) 是电偶极矩算符。
( E ) 是光电场振幅。
( omega ) 是入射光频率。
( omega_{mi} = (E_m - E_i)/hbar )。
( delta ) 函数保证能量守恒。

引用来源：

Boyd, R. W. (2020). Nonlinear Optics (4th ed.). Academic Press. (权威非线性光学教科书，详细阐述双光子吸收理论)
Webb, W. W., et al. (1990). Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science, 248(4951), 73-76. (双光子显微镜开创性论文)
Denk, W., Strickler, J. H., & Webb, W. W. (1990). Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science, 248(4951), 73-76. (同上，经典引用)

网络扩展解释

双光子吸收是介质（如分子或原子）同时吸收两个低能量光子，使其从基态跃迁到激发态的非线性光学过程。以下是综合解释：

基本原理

能量跃迁机制
每个单独的光子能量不足以激发分子，但两光子能量总和需等于或大于分子激发态与基态的能量差。这一过程通过虚态（非真实的中间能级）实现，属于三阶非线性光学效应。
强度依赖性
双光子吸收概率与光强的平方成正比，因此需要高强度光源（如超快激光）才能显著发生。
数学表达式
双光子吸收截面（σ_TPA）用于量化吸收强度，公式为：
$$ σ_{TPA} = frac{8πω}{ncN} text{Im}(χ^{(3)}) $$
其中，Im(χ⁽³⁾)为三阶非线性极化率的虚部，ω为光频率，n为折射率，N为分子密度。

特点与条件

空间选择性：仅在高强度激光焦点处发生，适用于微纳加工。
穿透性：长波长光子穿透性更强，适用于生物组织深层成像。
低热损伤：因使用近红外光，减少对生物样本的光毒性。

主要应用领域

生物成像：如双光子荧光显微镜，实现活体组织三维成像。
微纳制造：双光子聚合技术用于3D打印微结构。
光限幅材料：通过吸收强激光能量保护光学器件。
信息存储：利用空间选择性实现高密度光存储。

与传统单光子吸收的区别

特征	单光子吸收	双光子吸收
能量需求	光子能量≥能级差	两光子能量和≥能级差
光强依赖	线性关系	平方关系
光源波长	紫外/可见光	近红外光

如需更详细实验设计或领域案例，可参考化学/光学领域文献或相关技术手册。