Absorción de dos fotones
La absorción de dos fotones ( TPA o 2PA ) o la excitación de dos fotones o la absorción no lineal es la absorción simultánea de dos fotones de frecuencias idénticas o diferentes para excitar una molécula de un estado (generalmente el estado fundamental ) a una energía más alta. , más comúnmente un estado electrónico excitado . La absorción de dos fotones con diferentes frecuencias se denomina absorción de dos fotones no degenerada . Dado que TPA depende de la absorción simultánea de dos fotones, la probabilidad de TPA es proporcional al cuadrado de la intensidad de la luz , por lo que es unproceso óptico no lineal . [1] La diferencia de energía entre los estados inferior y superior involucrados de la molécula es igual o menor que la suma de las energías de los fotones de los dos fotones absorbidos. La absorción de dos fotones es un proceso de tercer orden, con una sección transversal de absorción típicamente varios órdenes de magnitud más pequeña que la sección transversal de absorción de un fotón.
La excitación de dos fotones de un fluoróforo (una molécula fluorescente ) conduce a una fluorescencia excitada por dos fotones en la que el estado excitado producido por TPA decae por emisión espontánea de un fotón a un estado de menor energía.
El fenómeno fue predicho originalmente por Maria Goeppert-Mayer en 1931 en su tesis doctoral. [2] Treinta años más tarde, la invención del láser permitió la primera verificación experimental de TPA cuando se detectó fluorescencia excitada por dos fotones en un cristal dopado con europio . [3] Poco después, el efecto se observó en vapor de cesio y luego en CdS, un semiconductor. [4] [5]
TPA es un proceso óptico no lineal . En particular, la parte imaginaria de la susceptibilidad no lineal de tercer orden está relacionada con el grado de TPA en una molécula dada. Por lo tanto, las reglas de selección para TPA son diferentes de las de absorción de un fotón (OPA), que depende de la susceptibilidad de primer orden. La relación entre las reglas de selección para la absorción de uno y dos fotones es análoga a las de las espectroscopias Raman e IR . Por ejemplo, en una molécula centrosimétrica, las transiciones permitidas de uno y dos fotones son mutuamente excluyentes, una transición óptica permitida en una de las espectroscopias está prohibida en la otra. Sin embargo, para moléculas no centrosimétricas no existe exclusión mutua formal entre las reglas de selección para OPA y TPA. En términos de mecánica cuántica , esta diferencia resulta del hecho de que los estados cuánticos de tales moléculas tienen simetría de inversión + o -, generalmente etiquetada por g (para +) y u (para -). Las transiciones de un fotón solo se permiten entre estados que difieren en la simetría de inversión, es decir, g <-> u, mientras que las transiciones de dos fotones solo se permiten entre estados que tienen la misma simetría de inversión, es decir, g <->g y u <-> u .
