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光子诱导近场电子显微镜（PINEM）效应揭示了自由电子与光学近场之间的量子相互作用，该研究团队已通过该现象展示了操控自由电子波包及探测/调控量子光子态的诸多新颖现象。然而，自由电子通常每次仅能吸收/发射单个光子，而自由电子-双光子相互作用的物理机制与现象尚未被研究。此外，PINEM效应与卡皮查-狄拉克（KD）效应及非线性康普顿散射之间的关系仍不明确。本工作建立了包含双光子过程的电子-光子相互作用全量子理论，发现通过调控光学近场的电场分量可显著增强电子双光子发射/吸收效应，且在特定条件下会出现单光子与双光子过程的量子干涉，这种干涉将影响光子数态、电子能态及电子-光子纠缠特性。同时，研究发现KD效应（弹性电子-光子散射）和非线性康普顿散射（非弹性电子-光子散射）本质上也是双光子过程，基于全量子理论可解析推导出电子态分布规律。该工作揭示了自由电子与双光子相互作用中可能存在的丰富现象，为未来更深入研究电子-光子量子相互作用中的非线性过程奠定了基础。