双光子吸收是介质吸收两个光子的过程，其中每一个单独的光子都没有足够的能量使（介质中的）分子激发到激发态，而是两个光子共同作用，从基态通过一个虚态最后到达激发态，这个过程总共吸收了两个光子，故名双光子吸收。

术语简介

双光子吸收的发生主要在脉冲激光器所产生的超强激光的焦点处，光路上其他地方的激光强度不足以产生双光子吸收，而由于所用光波长较长，能量较低，相应的单光子过程不能发生，因此，双光子过程具有良好的空间选择性，对样品伤害较小。

双光子吸收分两种类型的跃迁： 仅涉及一个（或多个）光子的跃迁，称直接跃迁；包含声子的跃迁，称为间接跃迁。直接跃迁是在两个直接能谷之间的跃迁，且由一个带到另一个带的跃迁中，仅垂直跃迁是允许的。 取价带顶为能级零点，则每一个Ei的初态对应于某个Ef的终态。在间接带隙半导体中，由于导带最低状态的k值同价带最高能量状态的k值不同，因此价带顶的电子不能直接跃迁到导带底，因为动量不守恒。为了动量守恒，必须以发射或吸收一个或多个声子的形式把动量从晶格中取出或者交给晶格，由于多声子过程比起单声子过程可能性更小，所以主要考虑单声子过程。