การดูดกลืนแสงแบบอิ่มตัวเป็นคุณสมบัติของวัสดุที่การดูด กลืนแสงลดลงเมื่อ ความเข้มของแสงเพิ่มขึ้นวัสดุส่วนใหญ่แสดงการดูดกลืนแสงแบบอิ่มตัวได้บ้าง แต่ส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นเฉพาะที่ความเข้มแสงสูงมาก (ใกล้กับจุดที่เกิดความเสียหายทางแสง) ที่ความเข้มแสงตกกระทบสูงเพียงพอ สถานะพื้นฐานของวัสดุที่ดูดกลืนแสงแบบอิ่มตัวจะถูกกระตุ้นไปยังสถานะพลังงานที่สูงขึ้นในอัตราที่สูงมากจนไม่มีเวลาเพียงพอที่จะสลายตัวกลับสู่สถานะพื้นฐานก่อนที่สถานะพื้นฐานจะหมดไป ทำให้การดูดกลืนแสงอิ่มตัว พารามิเตอร์สำคัญสำหรับวัสดุที่ดูดกลืนแสงแบบอิ่มตัว ได้แก่ ช่วง ความยาวคลื่น (ตำแหน่งในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่มันดูดกลืน) การตอบสนองแบบไดนามิก (ความเร็วในการฟื้นตัว) และความเข้มและฟลักซ์ของแสงที่ทำให้เกิดการอิ่มตัว (ที่ความเข้มหรือพลังงานพัลส์ใดที่มันอิ่มตัว)

วัสดุดูดซับแบบอิ่มตัวมีประโยชน์ในโพรงเลเซอร์ตัวอย่างเช่น นิยมใช้สำหรับการสวิตช์ Q แบบพาสซี ฟ

ในแบบจำลองอย่างง่ายของการดูดซับแบบอิ่มตัว อัตราการผ่อนคลายของการกระตุ้นจะไม่ขึ้นอยู่กับความเข้ม ดังนั้น สำหรับ การทำงาน แบบคลื่นต่อเนื่อง (cw) อัตราการดูดซับ (หรือเรียกง่ายๆ ว่าการดูดซับ) จะถูกกำหนดโดยความเข้ม: ${\displaystyle A}$${\displaystyle I}$

${\displaystyle (1)~~~~A={\frac {\alpha }{1+I/I_{0}}}}$

โดยที่คือการดูดซับเชิงเส้น และ คือความเข้มอิ่มตัว พารามิเตอร์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ในตัวกลางพื้นที่หน้าตัดที่มีประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของการกระตุ้น^{[ 1 ]}${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle I_{0}}$${\displaystyle N}$${\displaystyle \sigma }$${\displaystyle \tau }$

ในเรขาคณิตที่ง่ายที่สุด เมื่อรังสีของแสงที่ถูกดูดกลืนขนานกัน ความเข้มของแสงสามารถอธิบายได้ด้วย กฎของเบียร์-แลมเบิร์ต

${\displaystyle (2)~~~~{\frac {\mathrm {d} I}{\mathrm {d} z}}=-AI}$

โดยที่คือพิกัดในทิศทางการแพร่กระจาย การแทนค่า (1) ลงใน (2) จะได้สมการ ${\displaystyle z}$

${\displaystyle (3)~~~~{\frac {\mathrm {d} I}{\mathrm {d} z}}=-{\frac {\alpha ~I}{1+I/I_{0}}}}$

ด้วยตัวแปรไร้มิติ, , สมการ (3) สามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้ ${\displaystyle u=I/I_{0}}$${\displaystyle t=\alpha z}$

${\displaystyle (4)~~~~{\frac {\mathrm {d} u}{\mathrm {d} t}}={\frac {-u}{1+u}}}$

คำตอบสามารถแสดงได้ในรูปของฟังก์ชันโอเมกาของไรท์ : ${\displaystyle \omega }$

${\displaystyle (5)~~~~u=\omega (-t)}$

คำตอบสามารถแสดงได้โดยใช้ฟังก์ชัน Lambert W ที่เกี่ยวข้องเช่นกัน ให้แล้ว ${\displaystyle u=V{\big (}-\mathrm {e} ^{t}{\big )}}$

${\displaystyle (6)~~~~-\mathrm {e} ^{t}V'{\big (}-\mathrm {e} ^{t}{\big )}=-{\frac {V{\big (}-\mathrm {e} ^{t}{\big )}}{1+V{\big (}-\mathrm {e} ^{t}{\big )}}}}$

ด้วยตัวแปรอิสระใหม่สมการ (6) นำไปสู่สมการ ${\displaystyle p=-\mathrm {e} ^{t}}$

${\displaystyle (7)~~~~V'(p)={\frac {V(p)}{p\cdot (1+V(p))}}}$

สามารถเขียนคำตอบอย่างเป็นทางการได้ดังนี้

${\displaystyle (8)~~~~V(p)=W(p-p_{0})}$

โดยที่เป็นค่าคงที่ แต่สมการอาจสอดคล้องกับค่าความเข้มที่ไม่เป็นไปตามหลักฟิสิกส์ (ความเข้มเป็นศูนย์) หรือสาขาที่ผิดปกติของฟังก์ชัน Lambert W ${\displaystyle p_{0}}$${\displaystyle V(p_{0})=0}$

สำหรับการทำงานแบบพัลส์ ในกรณีจำกัดของพัลส์สั้น การดูดซับสามารถแสดงได้ผ่านทางฟลูเอนซ์

${\displaystyle (9)~~~~F=\int _{0}^{t}I(t)\mathrm {d} t}$

โดยที่เวลาควรมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับเวลาการผ่อนคลายของตัวกลาง และถือว่าความเข้มเป็นศูนย์ที่ดังนั้น การดูดกลืนที่อิ่มตัวสามารถเขียนได้ดังนี้: ${\displaystyle t}$${\displaystyle t<0}$

${\displaystyle (10)~~~~A={\frac {\alpha }{1+F/F_{0}}}}$

โดยที่ค่าความเข้มแสงอิ่มตัวคงที่ ${\displaystyle F_{0}}$

ในกรณีกลาง (ไม่ใช่ทั้งการทำงานแบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์สั้น) สมการอัตราสำหรับการกระตุ้นและการคลายตัวในตัวกลางทางแสงจะต้องนำมาพิจารณาร่วมกัน

ฟลักซ์อิ่มตัวเป็นหนึ่งในปัจจัยที่กำหนดเกณฑ์ในตัวกลางขยายและจำกัดการเก็บพลังงานในเลเซอร์ดิสก์ แบบพัล ส์^{[ 2 ]}

การอิ่มตัวของการดูดกลืน ซึ่งส่งผลให้การดูดกลืนลดลงที่ความเข้มแสงตกกระทบสูง จะแข่งขันกับกลไกอื่นๆ (เช่น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ การก่อตัวของศูนย์สีฯลฯ) ซึ่งส่งผลให้การดูดกลืนเพิ่มขึ้น^{[ 3 ] [ 4 ]} โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การดูดกลืนที่อิ่มตัวเป็นเพียงกลไกหนึ่งในหลายๆ กลไกที่ทำให้เกิดการเต้นเป็นจังหวะในเลเซอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์^{[ 5 ]}

กราฟีนซึ่งเป็นชั้นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียวสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เนื่องจากดูดซับแสงสีขาวได้ประมาณ 2.3% ซึ่งเท่ากับค่าคงที่โครงสร้างละเอียด π เท่า [ ^{6 ] การ}ตอบสนองการดูดซับแบบอิ่มตัวของกราฟีนไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ตั้งแต่ UV ถึง IR, mid-IR และแม้กระทั่งความถี่ THz ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}ในแผ่นกราฟีนที่ม้วนขึ้น ( ท่อนาโนคาร์บอน ) การดูดซับแบบอิ่มตัวจะขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางและไครัลลิตี้^{[ 10 ] [ 11 ]}

การดูดซับแบบอิ่มตัวสามารถเกิดขึ้นได้แม้ในย่านไมโครเวฟและเทราเฮิร์ตซ์ (ซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่นตั้งแต่ 30 μm ถึง 300 μm) วัสดุบางชนิด เช่นกราฟีนที่มีช่องว่างแถบพลังงานที่อ่อนมาก (หลาย meV) สามารถดูดซับโฟตอนในย่านไมโครเวฟและเทราเฮิร์ตซ์ได้เนื่องจากการดูดซับระหว่างแถบพลังงาน ในรายงานฉบับหนึ่ง การดูดซับไมโครเวฟของกราฟีนจะลดลงเสมอเมื่อกำลังเพิ่มขึ้นและจะคงที่เมื่อกำลังมากกว่าค่าเกณฑ์ การดูดซับแบบอิ่มตัวของไมโครเวฟในกราฟีนแทบจะไม่ขึ้นอยู่กับความถี่ที่ตกกระทบ ซึ่งแสดงให้เห็นว่ากราฟีนอาจมีการใช้งานที่สำคัญในอุปกรณ์โฟโตนิกส์ไมโครเวฟกราฟีน เช่น ตัวดูดซับแบบอิ่มตัวของไมโครเวฟ ตัวปรับสัญญาณ ตัวโพลาไรเซอร์ การประมวลผลสัญญาณไมโครเวฟ เครือข่ายการเข้าถึงไร้สายบรอดแบนด์ เครือข่ายเซ็นเซอร์ เรดาร์ การสื่อสารผ่านดาวเทียม และอื่นๆ^{[ 12 ]}

การดูดซับแบบอิ่มตัวได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับรังสีเอ็กซ์ ในการศึกษาหนึ่ง ฟอยล์อะลูมิเนียม บาง 50 นาโนเมตร (2.0 × 10 ⁻⁶ นิ้ว) ได้รับการฉายรังสีด้วยเลเซอร์เอ็กซ์เรย์ อ่อน ( ความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตร) พัลส์เลเซอร์สั้นๆ ทำให้เกิดการหลุดออกของ อิเล็กตรอน L-shell หลัก โดยไม่ทำลาย โครงสร้าง ผลึกของโลหะ ทำให้โลหะโปร่งใสต่อรังสีเอ็กซ์อ่อนที่มีความยาวคลื่นเดียวกันเป็นเวลาประมาณ 40 เฟมโตวินาที^{[ 13 ] [ 14 ]}

• การดูดกลืนโฟตอนสองตัว