Tvåfotonaktivering

Tvåfotonaktivering, även kallad tvåfotonabsorption eller tvåfotonprocess, är en optisk fenomen inom fysik och kemi där en atom, molekyl eller annat kvantmekaniskt system absorberar två fotoner samtidigt. Detta sker vanligtvis vid höga fotonflöden, till exempel med intensiv laserstrålning, eftersom sannolikheten för att två fotoner ska interagera samtidigt är låg vid normala förhållanden.

Processen upptäcktes teoretiskt av Maria Göppert-Mayer 1931 och bekräftades experimentellt 1961 av Donald A. Bradley, Irwin P. Spence och S. L. Shapiro. Tvåfotonaktivering skiljer sig från vanlig absorption genom att den kräver dubbelt så hög energi som en foton för att excitera ett system till en högre energitillstånd. Detta beror på att två fotoner absorberas samtidigt, vilket gör att energin från båda fotonerna adderas.

Tvåfotonaktivering har praktiska tillämpningar inom medicin, såsom i tvåfotonmikroskopi, där den används för att skapa högupplösta bilder av vävnader utan att skada ytskiktet. Den används också inom optisk datalagring och kemisk syntes för att initiera reaktioner på specifika platser med hög precision. I forskning används tekniken för att studera komplexa molekyler och materialegenskaper genom att excitera elektroner till högre energinivåer.

För att tvåfotonaktivering ska kunna ske krävs en intensiv och fokuserad ljuskälla, som till exempel en laser, eftersom sannolikheten för att två fotoner ska träffa samma elektron samtidigt är mycket låg. Processen är beroende av kvadratisk intensitet, vilket innebär att effekten ökar med kvadraten på ljuskällans intensitet. Detta gör att tvåfotonaktivering är en icke-linjär optisk process.