雙光子吸收英文解釋翻譯、雙光子吸收的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【化】 two-photon absorption

分詞翻譯：

雙的英語翻譯：

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

光子的英語翻譯：

photon; photons
【計】 light quantum
【化】 light quantum; photon
【醫】 photon

吸收的英語翻譯：

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

專業解析

雙光子吸收 (Shuāng guāngzī xīshōu / Two-Photon Absorption, TPA) 是一種重要的非線性光學過程。其核心含義是指：在強光照射下，一個原子或分子同時吸收兩個光子，從基态躍遷到激發态的現象。這個過程區别于常見的單光子吸收（一次吸收一個光子）。

詳細解釋與機制：

非線性光學特性：雙光子吸收屬于三階非線性光學效應。其發生概率與入射光強度的平方成正比（I²），而非單光子吸收的線性關系（I）。這意味着它通常需要極高強度的光（例如聚焦的超快激光脈沖）才能被有效觀測到。
量子力學基礎：根據量子力學原理，原子或分子的能級躍遷需要吸收特定能量（等于能級差）的光子。在雙光子吸收中，兩個光子的能量之和必須等于或大于該能級差（E₁ + E₂ ≥ ΔE）。這兩個光子通常是相同頻率的（即 E₁ = E₂），但也可以是不同頻率的（此時稱為雙頻雙光子吸收）。
“虛态”中介：在雙光子躍遷過程中，系統并非直接吸收第一個光子到達某個真實的中間态，而是通過一個短暫的“虛态”作為中介，快速吸收第二個光子完成整個躍遷。這個虛态不是系統的本征态。
選擇定則不同：雙光子吸收遵循與單光子吸收不同的量子力學選擇定則。這意味着某些在單光子吸收中被禁戒的躍遷（例如宇稱禁戒躍遷），在雙光子吸收中可能是允許的，從而提供了研究物質能級結構的新途徑。

主要特性與優勢：

穿透深度深：由于吸收概率與光強的平方成正比，隻有在光束焦點處光強最高時才發生顯著吸收。這使得雙光子吸收具有固有的三維空間分辨能力，光束在非焦點區域穿透時損耗很小，特别適合深層生物組織成像。
激發波長長：雙光子吸收通常使用波長較長（如近紅外）的光子來激發原本需要紫外光激發的能級（因為兩個紅外光子的能量之和可以達到一個紫外光子的能量）。長波長光在生物組織中散射少、穿透深，且對生物樣本的光毒性較小。
高空間分辨率：由于吸收被限制在焦點附近的極小體積内（通常在飛升級别），雙光子技術具有極高的空間分辨率。

核心應用領域：

雙光子顯微成像 (TPM / Two-Photon Microscopy)：這是雙光子吸收最成功的應用。它利用雙光子激發熒光分子進行高分辨率、深層生物組織三維成像，是神經科學、發育生物學、免疫學等領域不可或缺的工具。
三維微納加工：利用雙光子吸收引發的光聚合或光緻改性，可以在透明材料内部進行高精度的三維微結構制造。
光限幅器件：某些材料在低光強下透明，但在高光強下因雙光子吸收而變得不透明，可用于保護光學傳感器免受強激光損傷。
光動力治療：探索利用雙光子吸收激活光敏劑進行深層組織的靶向治療。
基礎光譜研究：用于研究分子、半導體材料等的激發态性質、對稱性和動力學過程。

量子力學描述（躍遷概率）：

雙光子吸收的躍遷速率 ( W^{(2)} ) 可由費米黃金規則推導，其表達式為： $$ W^{(2)} propto frac{2pi}{hbar} left| summ frac{langle f | hat{mu} cdot E | m rangle langle m | hat{mu} cdot E | i rangle}{omega{mi} - omega} right| delta(E_f - E_i - 2hbaromega) $$ 其中：

( |irangle, |frangle, |mrangle ) 分别代表初态、終态和所有可能的中間虛态。
( hat{mu} ) 是電偶極矩算符。
( E ) 是光電場振幅。
( omega ) 是入射光頻率。
( omega_{mi} = (E_m - E_i)/hbar )。
( delta ) 函數保證能量守恒。

引用來源：

Boyd, R. W. (2020). Nonlinear Optics (4th ed.). Academic Press. (權威非線性光學教科書，詳細闡述雙光子吸收理論)
Webb, W. W., et al. (1990). Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science, 248(4951), 73-76. (雙光子顯微鏡開創性論文)
Denk, W., Strickler, J. H., & Webb, W. W. (1990). Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science, 248(4951), 73-76. (同上，經典引用)

網絡擴展解釋

雙光子吸收是介質（如分子或原子）同時吸收兩個低能量光子，使其從基态躍遷到激發态的非線性光學過程。以下是綜合解釋：

基本原理

能量躍遷機制
每個單獨的光子能量不足以激發分子，但兩光子能量總和需等于或大于分子激發态與基态的能量差。這一過程通過虛态（非真實的中間能級）實現，屬于三階非線性光學效應。
強度依賴性
雙光子吸收概率與光強的平方成正比，因此需要高強度光源（如超快激光）才能顯著發生。
數學表達式
雙光子吸收截面（σ_TPA）用于量化吸收強度，公式為：
$$ σ_{TPA} = frac{8πω}{ncN} text{Im}(χ^{(3)}) $$
其中，Im(χ⁽³⁾)為三階非線性極化率的虛部，ω為光頻率，n為折射率，N為分子密度。

特點與條件

空間選擇性：僅在高強度激光焦點處發生，適用于微納加工。
穿透性：長波長光子穿透性更強，適用于生物組織深層成像。
低熱損傷：因使用近紅外光，減少對生物樣本的光毒性。

主要應用領域

生物成像：如雙光子熒光顯微鏡，實現活體組織三維成像。
微納制造：雙光子聚合技術用于3D打印微結構。
光限幅材料：通過吸收強激光能量保護光學器件。
信息存儲：利用空間選擇性實現高密度光存儲。

與傳統單光子吸收的區别

特征	單光子吸收	雙光子吸收
能量需求	光子能量≥能級差	兩光子能量和≥能級差
光強依賴	線性關系	平方關系
光源波長	紫外/可見光	近紅外光

如需更詳細實驗設計或領域案例，可參考化學/光學領域文獻或相關技術手冊。