процессы, процессы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, сопровождающиеся поглощением или испусканием (или тем и другим) нескольких электромагнитных квантов ( фотонов ) в элементарном акте.
Основная трудность наблюдения М. п. - их чрезвычайно малая вероятность по сравнению с однофотонными процессами. В оптическом диапазоне до появления лазеров наблюдались только двухфотонные процессы при рассеянии света: резонансная флуоресценция (см. Люминесценция ) , релеевское рассеяние света, Мандельштама - Бриллюэна рассеяние и комбинационное рассеяние света . При резонансной флуоресценции ( рис. , а) атом или молекула поглощают в элементарном акте одновременно один фотон возбуждающего излучения · w1 и испускают один фотон · w2 той же самой энергии. Рассеивающий атом при этом снова оказывается на том же самом уровне энергии E 1. В элементарном акте бриллюэновского и комбинационного рассеяний в результате поглощения и испускания фотонов рассеивающая частица оказывается на уровне энергии, удовлетворяющем закону сохранения энергии для всего двухфотонного процесса в целом: увеличение энергии частицы E 2 - E 1 равно разности энергий поглощённого и испущенного фотонов · w1 - · w2 ( рис. , б). После появления лазеров стало возможным наблюдение процессов многофотонного возбуждения, когда в элементарном акте одновременно поглощается несколько фотонов возбуждающего излучения ( рис. , в). Так, при двухфотонном возбуждении атом или молекула одновременно поглощают два фотона · w1 и · w2 и оказываются в возбуждённом состоянии с энергией E 2 E 1 + ( · w1 + · w2) (см. Вынужденное рассеяние света , Нелинейная оптика ) .
Представление о М. п. возникло в квантовой теории поля для описания взаимодействия излучения с веществом. Это взаимодействие описывается через элементарные однофотонные акты поглощения и испускания фотонов, причём р -приближению теории возмущений соответствует элементарный акт с одновременным участием р фотонов; р -фотонный переход можно рассматривать как переход, происходящий в р этапов через р - 1 промежуточных состояний системы: сначала поглощается (или испускается) один фотон и система из состояния E 0 переходит в состояние E 1, затем поглощается (или испускается) второй фотон и система оказывается в состоянии E 2 и т. д.; наконец, в результате р элементарных однофотонных актов система оказывается в конечном состоянии E р.
В случае М. п. с поглощением или вынужденным испусканием р фотонов одинаковой частоты w величина вероятности перехода пропорциональна числу фотонов этой частоты в степени р , т. е. интенсивности излучения в этой степени.
Вероятность М. п. с участием р фотонов отличается от вероятности М. п. с участием ( р - 1) фотона множителем, который в оптическом диапазоне для нерезонансных разрешенных дипольных электрических переходов (см. Квантовые переходы )~ ( Е св /Е ат)2, где Е св - амплитуда напряжённости электрического поля излучения, Е ат - средняя напряжённость внутриатомного электрического поля (~ 109 в/см ) . Для всех нелазерных источников излучения Е св < < Е ат и с увеличением числа фотонов вероятность перехода резко уменьшается. В случае лазерных источников уже достигнуты столь большие плотности мощности излучения (1015 вт/см 2) , что Е св /Е ат ~ 1 и вероятности М. п. с участием большого числа фотонов становятся сравнимыми с вероятностями однофотонных переходов.
Правила отбора для М. п. отличны от правил отбора для однофотонных. В системах с центром симметрии дипольные электрические переходы с участием чётного числа фотонов разрешены только между состояниями с одинаковой чётностью, а с участием нечётного числа фотонов - между состояниями с разной чётностью. На новых правилах отбора для М. п. основано одно из наиболее принципиальных применений М. п. - многофотонная спектроскопия. Измерение спектров многофотонного поглощения позволяет оптическими методами исследовать энергетические состояния, возбуждение которых запрещено из основного состояния в однофотонных процессах.
В отличие от однофотонных процессов, закон сохранения энергии при М. п. может быть выполнен при результирующем переходе атома из более низкого в более высокое энергетическое состояние не только с поглощением, но и с испусканием отдельных фотонов. Поэтому М. п. лежат в основе методов преобразования частоты излучения лазеров и создания новых перестраиваемых по частоте лазерных источников излучения (генераторов гармоник, генераторов комбинационных частот, параметрических генераторов света и т. п.). На основе М. п. возможно также создание перестраиваемых по частоте источников мощного оптического излучения.
Лит.: Бонч-Бруевич А. М., Ходовой В. А., Многофотонные процессы, 'Успехи физических наук', 1965, т. 85, в. 1, с. 3-67; их же, Многофотонные процессы в оптическом диапазоне, 'Изв. АН БССР, сер. физико-математических наук', 1965, | 4, с. 13-32.
В. А. Ходовой.