Zweiphotonische

Zweiphotonische bezeichnet in der Physik Prozesse oder Phänomene, bei denen zwei Photonen gleichzeitig oder in enger Korrelation mit- wirken. Der Begriff wird vor allem in der Quantenoptik und der Nichtlinearoptik verwendet und umfasst verschiedene zweiphotonische Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie. Typische Beispiele sind zweiphotonische Absorption, zweiphotonische Anregung und zweiphotonische Emission, sowie allgemein die Erzeugung von Korrelationen zwischen Photonen durch nichtlineare Prozesse.

Bei der zweiphotonischen Absorption, auch Two-Photon-Absorption genannt, benötigt ein Molekül oder Atom zwei Photonen, um eine energetisch zulässige Zustandsüberführung zu bewirken. Die Wahrscheinlichkeitsrate hängt von der Quadrat der Lichtintensität ab, wodurch sich die Ereignisse räumlich auf die Fokusregion konzentrieren und so eine dreidimensionale Ortsauflösung ermöglichen. Diese Eigenschaft wird in der Zweiphotonen-Fluoreszenz-Mikroskopie ausgenutzt, die mit nahinfrarotom Licht arbeitet und so tiefere Gewebeschichten ermöglicht sowie Proben weniger Unschädigung außerhalb des Fokus erleiden lässt.

Zweiphotonische Prozesse umfassen auch die Erzeugung von Photonenpaaren, insbesondere durch spontane Parametrische Abzweigung, einem wichtigen Mechanismus in der Quanteninformation. Hier entstehen korrelierte oder verschränkte Photonenpaare, die für Experimente zur Quantenkommunikation und Quantenkoptik genutzt werden.

In der Theorie werden zweiphotonische Effekte oft mittels zweiter Ordnung der Störungstheorie beschrieben; die Übergangs-Amplituden enthalten E-Felder zweier Photonen und werden durch entsprechende Zweifach-Nichtlinearitäten charakterisiert. Die Breite der entsprechenden Querschnitte wird als sigma^(2) bezeichnet.