Многофото́нное поглоще́ние све́та, процесс взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, при котором в одном элементарном акте поглощается несколько (${m}$) фотонов. При этом в отдельных квантовых системах среды (атомах, молекулах, примесных центрах и т. п.) совершается многофотонный (m-фотонный) переход из начального квантового состояния ${|1⟩}$ в конечное состояние ${|2⟩}$, разность энергий которых ${ℰ_{2} – ℰ_{1}}$ равна сумме энергий поглощённых фотонов. Если все ${m}$ поглощаемых фотонов имеют одинаковую энергию ${ \hbarω}$ ($\hbar$ – постоянная Планка, $\omega$ – круговая частота), то такой процесс называется вырожденным по частоте m-фотонным поглощением; при этом ${ℰ_{2} – ℰ_{1}} = m \hbarω$. Процесс, обратный многофотонному поглощению света, – индуцированное многофотонное испускание под действием того же излучения, сопровождающееся квантовым переходом из возбуждённого состояния ${|2⟩}$ в нижнее ${|1⟩}$.

Обычно многофотонное поглощение света проявляется в ослаблении падающих потоков излучения, но его результатом также может быть отрыв электрона от атома или молекулы – многофотонная ионизация. Если вследствие многофотонного поглощения света происходит распад молекулы, то говорят о многофотонной диссоциации.

Возможность процессов двухфотонного поглощения и испускания была предсказана М. Гёпперт-Майер в 1930 г. в её докторской диссертации. Экспериментально двухфотонное поглощение было обнаружено лишь в 1961 г. – после создания лазеров, т. к. при интенсивности излучения обычных источников света вероятность многофотонного поглощения света очень мала.

Квантовые правила отбора для многофотонного поглощения света отличаются от таковых для однофотонного поглощения, поэтому спектры многофотонного поглощения света содержат дополнительную информацию о веществе, отсутствующую в спектрах однофотонного поглощения.

В газовых средах, когда существенный вклад в уширение спектральных линий даёт эффект Доплера, многофотонное поглощение света сильно зависит от взаимной ориентации волновых векторов падающего излучения. При этом оказывается, что специальным подбором направлений распространения световых пучков возможно уменьшить влияние линейного эффекта Доплера или даже полностью его исключить. Для двухфотонного поглощения это достигается в случае встречных световых пучков с одинаковой частотой. Такой подход широко используется в нелинейной спектроскопии сверхвысокого разрешения атомов и молекул.

Многофотонное поглощение света увеличивается с ростом интенсивности падающего излучения. Этим объясняется т. н. эффект затемнения: вещества, прозрачные для слабых потоков излучения данной частоты, при увеличении интенсивности могут оказаться сильно поглощающими за счёт возрастания многофотонного поглощения света. Дальнейшее увеличение интенсивности падающего излучения может вызвать просветление вещества, связанное с насыщением многофотонного перехода (см. Эффект насыщения). Наиболее низкие интенсивности требуются для наблюдения двухфотонного поглощения (${m}$ = 2). Например, для межзонных переходов в полупроводниках и диэлектриках заметное ослабление светового пучка за счёт двухфотонного поглощения наблюдается при интенсивностях порядка 10⁶–10⁷ Вт/см². Однако, если регистрировать многофотонное поглощение света косвенными методами – например, измеряя мощность люминесценции, возбуждаемой при многофотонном поглощении света, – в ряде случаев достаточными оказываются интенсивности падающего излучения порядка 1–100 Вт/см². Для регистрации многофотонного поглощения света используются также фотоионизация атомов и молекул с возбуждённого уровня, эффект многофотонной проводимости и др.

Процессы многофотонного поглощения света важны в квантовой электронике, нелинейной оптике, лазерной фотохимии и др. Они используются для оптической накачки лазерных сред, измерения длительности коротких световых импульсов, управления параметрами лазерного излучения, селективного воздействия на атомы и молекулы при лазерном разделении изотопов. Многофотонное поглощение света составляет основу ряда методов нелинейной спектроскопии, которые широко применяются для исследования квантовых переходов в атомах и молекулах, энергетического спектра возбуждений в полупроводниках и т. д.