在双光子吸收过程中，光场会在基态和量子系统(例如分子)的相关激发态之间产生一个状态。这种诱导状态，通常被称为虚拟态(在量子光学中也称为修饰状态)。这种状态确实存在，但前提是光场开启。使用激光脉冲时，虚拟状态寿命由脉冲持续时间决定。直观上，第一个光子诱导电子从基态跃迁到虚拟态，第二个光子诱导跃迁到激发态。
一种新的三维纳米打印方法
技术背景：
在双光子吸收过程中，光场会在基态和量子系统(例如分子)的相关激发态之间产生一个状态。这种诱导状态，通常被称为虚拟态(在量子光学中也称为修饰状态)。这种状态确实存在，但前提是光场开启。使用激光脉冲时，虚拟状态寿命由脉冲持续时间决定。直观上，第一个光子诱导电子从基态跃迁到虚拟态，第二个光子诱导跃迁到激发态。
双光子吸收过程在多光子光学显微镜和多光子光学光刻中至关重要，这两种应用都已商业化多年。多光子光学光刻已成为制造从纳米级到微米级的三维(3D)结构的成熟方法。在3D光学光刻(也称为直接激光写入或 3D 激光纳米打印)中，双光子吸收导致光引发剂跃迁率的缩放，因此曝光剂量与光强度的平方成正比。至关重要的是，这种二次非线性抑制了衍射极限激光焦点不可避免的横向和轴向拖尾，从而保证了沿所有三个空间方向的激发和后续化学反应的关键浓度。重要的是，没有额外非线性的单光子吸收不能从根本上提供这种浓度来制造任意3D 结构。为了获得有效的双光子吸收，通常使用锁模皮秒或飞秒激光源。
尽管双光子光刻是一项成熟的技术，但在3D激光纳米打印中使用飞秒激光器获得有效的双光子吸收仍有许多缺陷。首先，当从足够多的聚合物交联点向上增加激光功率时，由于三光子和四光子吸收过程以及更甚的开始，会发生微爆炸，从而导致多余的高能电子态。通常，发生微爆炸的激光功率比写入点高一个数量级以下。即使在写入点，光刻胶中的小污染物或污垢微粒也会引发微爆炸。此类事件使整个耗时的3D打印作业变得毫无用处。其次，所需的飞秒激光振荡器仍需花费数万欧元。第三，飞秒激光器及其配件占整个仪器的相当大的体积部分。迄今为止，这种成本和尺寸的结合阻止了3D激光纳米打印机的广泛应用。
h、峰值波长640nm的LED和ccd相机采取透射式观察打印过程。
(图1、双光子吸收和两步吸收能级图)
实验结果:
(图2、两步吸收打印在二维和三维的分辨率)
(图3、一些三维打印纳米结构的斜视电子显微照片)
(1)双光子光刻是一种三维打印技术，能制造具有高分辨特征的微观结构。它通过在光敏材料(聚合物、无机或混合材料)内移动聚焦的激光束来制造三维结构。它可行的原因是激光束在光敏材料内部引发化学反映，使其固化，从而形成微观结构。要制造的结构通过3D图形软件设计，然后将3D模型分割成一组2D平面用于3D结构的逐层构建。
(图4、通过操纵光敏材料内的激光焦点逐层制造3D结构)
(2)一些双光子光刻的系统图，用于参考两步吸收系统
(来源：https://www.l3dw.com/two-photon-lithography-setup/)
(来源：https://doi.org/10.1002/admt.202100944)
参考文献：Hahn, V., Messer, T., Bojanowski, N.M. et al. Two-step absorption instead of two-photon absorption in 3D nanoprinting. Nat. Photon. 15, 932–938 (2021).(https://doi.org/10.1038/s41566-021-00906-8)Two-photon Lithography System. Prem Prabhakaran.(https://www.l3dw.com/two-photon-lithography-setup/）
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