多光子光譜學，是在大功率雷射器發展中產生出來的光譜學新分支，它研究原子與分子從雷射光束中吸收兩個以上光子的過程。這種研究為物質同雷射之間的相互作用提供了許多新知識，並在化學、物理學、生物學、材料科學中的套用很廣。
基本介紹
- 中文名：多光子光譜學
- 描述：光譜學新分支
- 研究對象：原子、分子
- 套用：化學、物理學、生物學等
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原子多光子光譜學 雖然原子光譜學已有很長的發展歷史並對原子結構的理解作出了重大貢獻,但是,它對多電子原子結構中的許多問題未能給出滿意的回答。在多電子原子中，電子之間的庫侖斥力、自旋－軌道耦合（見LS 耦合）等對電子態性質的影響是很大的。這些情況使得尋常原子光譜學對電子態的證認與分類變得無能為力了。原子多光子光譜學技術則為解決這些問題提供了新方法。其中研究得較深入的原子為鹼土金屬原子。這類原子可以看成是兩電子原子，是最簡單的多電子原子。
在原子的多光子光譜學技術中，一般是利用兩個或多個光子把原子從基態共振地激發到高受激態上，然後以適當的技術來電離受激原子，並測量出電離信號。電離信號隨激發光波長的變化便形成了電離譜。這種光譜學技術的特點是具有很高的靈敏度。
通過分析所得出的電離譜，一般來說，可以得到用尋常原子光譜學方法無法得到的有關原子能級結構及其性質的知識。例如,在鹼土金屬原子中,1So系的組成,自電離能級的特性，組態之間的相互作用，高里德伯態的斯塔克位移等都在不同程度上取得成果。所以這些都大大擴展了尋常原子光譜學的研究範圍。原子的多光子光譜學的研究將有助於揭露多電子原子電子態性質的奧秘。
分子多光子光譜學 分子多光子光譜學開始於1975年，此後的發展很快。在分子多光子光譜學中，目前研究的主題是共振增強的分子的多光子電離。在這種研究中，是藉助於相干的多光子的激發，把分子激發到某種居間的振動受激態上，這種居間態往往是容易電離的分子的里德伯態。由於雷射光譜學技術的解析度很高，分子的多光子激發便能夠給出有關受激態（居間態）的振動－轉動能級的精細結構，從而導出產生這些結構的物理原因。如果在實驗中使用有效的調頻雷射器，則可以得到有關分了的一系列的這種受激態的知識，而這是尋常光譜學完全做不到的。
如果被激發到居間態的分子再吸收一個或幾個光子，就會被激發到能級的連續區，從而形成一個分子離子與一個電子，這就為研究分子離子的物理與化學性質提供了新方法。這種共振增強的多光子電離光譜學的探測靈敏度遠遠超過雷射感生螢光的探測靈敏度，因為收集螢光的效率常常等於或者小於10%，而在多光子電離光譜學技術中，收集離子（或電子）的效率則接近於 100%。此外，把分子從居間態激發到連續區的效率也是很高的。
分子的多光子電離可以不經過共振居間態而直接電離分子。這就需要分子吸收數目更多的光子了，因而要求雷射器的輸出功率更大些。雖然這樣的實驗對於分子的電離過程能夠得出某種新的見解，但卻得不到有關分子居間態的光譜知識。
如果分子離子再吸收若干個光子，則離子會發生離解，也就是說，分子離子裂解成若干碎塊，在這種情況下，所需的光子數目大於形成分子離子所需的光子數目。例如苯分子在 6ns的雷射脈衝期間內，吸收九個波長為391nm的光子,從而形成包括碳離子在內的分子碎塊。這個光子數目高於形成分子離子所需的最高的光子數目，在分子離子裂解的過程中,仍然保持著波長的選擇性,每一裂解離子的波長譜乃是苯分子的居間態的“指紋”。其他分子的研究結果也證明了這一點，這意味著利用分子的多光子電離技術來分析與證認分子的高受激態以及研究分子離子的裂解過程是有效的。
多光子光譜學對於原子和分子的高受激態物理學的研究是富有成果的，而且在研究化學反應動力學與發展特高靈敏度的原子及分子探測技術方面也具有很大潛力。
