Izračunajte koeficijent apsorpcije dvostrukih fotona unosom valne duljine, intenziteta i trajanja impulsa. Bitno za istraživanje i primjene nelinearne optike.
Ovaj kalkulator vam pomaže odrediti koeficijent apsorpcije s dva fotona na temelju valne duljine, intenziteta i trajanja impulsa incidentne svjetlosti. Unesite potrebne parametre u nastavku kako biste dobili rezultat.
β = K × (I × τ) / λ²
Gdje:
Valna duljina incidentne svjetlosti (400-1200 nm je tipično)
Intenzitet incidentne svjetlosti (tipično 10¹⁰ do 10¹⁴ W/cm²)
Trajanje svjetlosnog impulsa (tipično 10-1000 fs)
Apsorpcija s dva fotona (TPA) je nelinearni optički proces u kojem molekuli istovremeno apsorbiraju dva fotona kako bi postigli više energetske stanja. Naš besplatni Kalkulator apsorpcije s dva fotona odmah izračunava koeficijent apsorpcije s dva fotona (β) koristeći parametre valne duljine, intenziteta i trajanja pulsa, što ga čini bitnim za istraživače u nelinearnoj optici, mikroskopiji s dva fotona i fotodinamičkoj terapiji.
Ovaj napredni kalkulator pojednostavljuje složene izračune TPA koeficijenta koji su kritični za optimizaciju laserskih parametara u znanstvenim istraživanjima i industrijskim primjenama. Bilo da dizajnirate optičke sustave za pohranu, razvijate nove tehnike mikroskopije ili proučavate nelinearne optičke materijale, naš alat pruža točne rezultate u sekundama.
Apsorpcija s dva fotona je kvantno-mehanički proces u kojem materijal istovremeno apsorbira dva fotona kako bi prešao u uzbuđeno stanje. Za razliku od tradicionalne apsorpcije s jednim fotonom, TPA pokazuje kvadratnu ovisnost o intenzitetu, pružajući izvanrednu prostornu kontrolu za precizne primjene.
Koeficijent apsorpcije s dva fotona (β) kvantificira učinkovitost materijala u ovom nelinearnom procesu. Prvo je predviđena od strane dobitnice Nobelove nagrade Marije Göppert-Mayer 1931. godine, apsorpcija s dva fotona ostala je teorijska sve dok tehnologija lasera nije omogućila njezino eksperimentalno promatranje 1961. godine.
Danas su TPA izračuni temeljni za:
Koeficijent apsorpcije s dva fotona (β) može se izračunati pomoću sljedeće pojednostavljene TPA formule:
Gdje:
Ova formula predstavlja pojednostavljeni model koji obuhvaća osnovnu fiziku apsorpcije s dva fotona. U stvarnosti, koeficijent apsorpcije s dva fotona također ovisi o svojstvima materijala i specifičnim elektronskim prijelazima koji su uključeni. Međutim, ova aproksimacija pruža dobru polaznu točku za mnoge praktične primjene.
Valna duljina (λ): Mjeri se u nanometrima (nm), ovo je valna duljina incidentne svjetlosti. TPA se obično događa na valnim duljinama između 400-1200 nm, pri čemu učinkovitost opada na dužim valnim duljinama. Koeficijent ima obrnuto kvadratnu ovisnost o valnoj duljini.
Intenzitet (I): Mjeri se u W/cm², ovo predstavlja snagu po jedinici površine incidentne svjetlosti. TPA zahtijeva visoke intenzitete, obično u rasponu od 10¹⁰ do 10¹⁴ W/cm². Koeficijent se linearno skalira s intenzitetom.
Trajanje pulsa (τ): Mjeri se u femtosekundama (fs), ovo je trajanje svjetlosnog pulsa. Tipične vrijednosti kreću se od 10 do 1000 fs. Koeficijent se linearno skalira s trajanjem pulsa.
Konstanta (K): Ova bezdimenzionalna konstanta (1.5 u našem modelu) uzima u obzir različita svojstva materijala i konverzije jedinica. U detaljnijim modelima, ovo bi se zamijenilo parametrima specifičnim za materijal.
Naš kalkulator TPA koeficijenta pojednostavljuje složene izračune apsorpcije s dva fotona kroz intuitivno sučelje. Slijedite ove korake za izračunavanje vašeg koeficijenta apsorpcije s dva fotona:
Unesite valnu duljinu: Unesite valnu duljinu vaše incidentne svjetlosti u nanometrima (nm). Tipične vrijednosti kreću se od 400 do 1200 nm.
Unesite intenzitet: Unesite intenzitet vašeg izvora svjetlosti u W/cm². Možete koristiti znanstvenu notaciju (npr., 1e12 za 10¹²).
Unesite trajanje pulsa: Unesite trajanje pulsa u femtosekundama (fs).
Pogledajte rezultat: Kalkulator će odmah prikazati koeficijent apsorpcije s dva fotona u cm/GW.
Kopirajte rezultat: Upotrijebite gumb "Kopiraj rezultat" za kopiranje izračunate vrijednosti u međuspremnik.
Kalkulator također pruža:
Kalkulator provodi nekoliko provjera validacije kako bi osigurao točne rezultate:
Iako će kalkulator i dalje izračunati rezultate za vrijednosti izvan ovih raspona, točnost pojednostavljenog modela može biti smanjena.
Kalkulator koristi formulu spomenutu iznad za izračunavanje koeficijenta apsorpcije s dva fotona. Evo korak-po-korak pregleda procesa izračuna:
Na primjer, s valnom duljinom = 800 nm, intenzitetom = 10¹² W/cm² i trajanjem pulsa = 100 fs:
Koeficijent apsorpcije s dva fotona je ključan za optimizaciju performansi u raznim TPA primjenama u znanstvenim istraživanjima i industriji:
Mikroskopija s dva fotona koristi TPA za postizanje visoke razlučivosti, trodimenzionalnog snimanja bioloških uzoraka. Kvadratna ovisnost o intenzitetu prirodno ograničava ekscitaciju na fokusnu točku, smanjujući fotobleđenje i fototoksičnost u izvanfokusnim područjima.
Primjer: Istraživač koji koristi Ti:Sapphire laser na 800 nm s 100 fs pulsima treba izračunati koeficijent apsorpcije s dva fotona kako bi optimizirao dubinu snimanja u moždanom tkivu. Koristeći naš kalkulator s intenzitetom = 5×10¹² W/cm², mogu brzo odrediti β = 1.17 cm/GW.
Apsorpcija s dva fotona omogućuje preciznu aktivaciju fotosenzitizatora na većim dubinama tkiva koristeći blizu-infracrvenu svjetlost, koja bolje prodire u tkivo od vidljive svjetlosti.
Primjer: Medicinski istraživač koji razvija novi fotosenzitizator za liječenje raka treba karakterizirati njegove osobine apsorpcije s dva fotona. Koristeći naš kalkulator, mogu odrediti optimalnu valnu duljinu i intenzitet za maksimalni terapijski učinak uz minimalno oštećenje okolnog zdravog tkiva.
TPA omogućuje trodimenzionalnu optičku pohranu podataka s visokom gustoćom i selektivnošću. Fokusiranjem laserskog snopa unutar fotosenzitivnog materijala, podaci se mogu pisati na specifične trodimenzionalne koordinate.
Primjer: Inženjer koji dizajnira novi optički medij za pohranu treba izračunati koeficijent apsorpcije s dva fotona kako bi odredio minimalnu potrebnu lasersku snagu za pouzdano pisanje podataka, izbjegavajući preklapanje između susjednih lokacija za pohranu.
Polimerizacija s dva fotona omogućuje stvaranje složenih trodimenzionalnih mikrostruktura s veličinama značajki ispod granice difrakcije.
Primjer: Znanstvenik materijala koji razvija novi fotopolimer za 3D mikroizradu koristi naš kalkulator kako bi odredio optimalne laserske parametre (valna duljina, intenzitet, trajanje pulsa) za postizanje željene učinkovitosti polimerizacije i prostorne razlučivosti.
Materijali s visokim koeficijentima apsorpcije s dva fotona mogu se koristiti kao optički limitatori za zaštitu osjetljivih optičkih komponenti od visokointenzivnih laserskih pulsa.
Primjer: Obrambeni izvođač koji dizajnira zaštitne naočale za pilote treba izračunati koeficijent apsorpcije s dva fotona raznih materijala kako bi identificirao one koji pružaju optimalnu zaštitu od laserskih prijetnji, a istovremeno održavaju dobru vidljivost pod normalnim uvjetima.
Iako apsorpcija s dva fotona izvrsno funkcionira u mnogim primjenama, drugi nelinearni optički procesi mogu biti optimalni za specifične scenarije koji zahtijevaju različite karakteristike TPA koeficijenta:
Apsorpcija s tri fotona: Pruža još veću prostornu ograničenost i dublju penetraciju, ali zahtijeva više intenzitete.
Druga harmonijska generacija (SHG): Pretvara dva fotona iste frekvencije u jedan foton dvostruke frekvencije, korisno za konverziju frekvencije i snimanje kolagena i drugih necentrosimetričnih struktura.
Potaknuta Ramanova raspršenja (SRS): Pruža kontrast bez oznaka temeljen na vibracijskim modovima, korisno za snimanje lipida i drugih biomolekula.
Mikroskopija s jednim fotonom: Jednostavnija i jeftinija od mikroskopije s dva fotona, ali s manje penetracije i više fotobleđenja.
Optička koherentna tomografija (OCT): Pruža strukturno snimanje s visokom penetracijom, ali nižom razlučivosti od mikroskopije s dva fotona.
Teorijska osnova za apsorpciju s dva fotona postavljena je od strane Marije Göppert-Mayer u njenoj doktorskoj disertaciji iz 1931. godine, gdje je predvidjela da atom ili molekula može istovremeno apsorbirati dva fotona u jednom kvantnom događaju. Za ovaj revolucionarni rad kasnije je dobila Nobelovu nagradu za fiziku 1963. godine.
Međutim, eksperimentalna verifikacija apsorpcije s dva fotona morala je čekati do izuma lasera 1960. godine, koji je omogućio visoke intenzitete potrebne za promatranje ovog nelinearnog optičkog fenomena. Godine 1961. Kaiser i Garrett u Bell Labsu izvijestili su o prvom eksperimentalnom promatranju apsorpcije s dva fotona u europij-dopiranom kristalu.
Razvoj ultrakratkih pulsnih lasera 1980-ih i 1990-ih, posebno Ti:Sapphire lasera, revolucionirao je ovo područje pružajući visoke vršne intenzitete i prilagodljivost valne duljine idealne za ekscitaciju s dva fotona. To je dovelo do izuma mikroskopije s dva fotona od strane Winfrieda Denka, Jamesa Stricklera i Watta Webba na Sveučilištu Cornell 1990. godine, koja je od tada postala neophodan alat u biološkom snimanju.
U posljednjim desetljećima, istraživanja su se fokusirala na razvoj materijala s poboljšanim presjekom apsorpcije s dva fotona, razumijevanje odnosa struktura-svojstva koji upravljaju TPA-om i proširenje primjena procesa s dva fotona u područjima od biomedicine do informacijske tehnologije.
Mjerenje i izračun koeficijenata apsorpcije s dva fotona evoluirali su od složenih eksperimentalnih postavki do pristupačnijih računalnih metoda i pojednostavljenih modela poput onog korištenog u našem kalkulatoru, čineći ovaj važan parametar dostupnijim istraživačima u raznim disciplinama.
Implementirajte izračune koeficijenta apsorpcije s dva fotona u svom omiljenom programskom jeziku koristeći ove TPA formule:
1def calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration, k=1.5):
2 """
3 Izračunajte koeficijent apsorpcije s dva fotona.
4
5 Parametri:
6 wavelength (float): Valna duljina u nanometrima
7 intensity (float): Intenzitet u W/cm²
8 pulse_duration (float): Trajanje pulsa u femtosekundama
9 k (float): Konstanta (zadano: 1.5)
10
11 Vraća:
12 float: Koeficijent apsorpcije s dva fotona u cm/GW
13 """
14 # Pretvorite intenzitet iz W/cm² u GW/cm²
15 intensity_gw = intensity / 1e9
16
17 # Izračunajte koeficijent apsorpcije s dva fotona
18 beta = k * (intensity_gw * pulse_duration) / (wavelength ** 2)
19
20 return beta
21
22# Primjer korištenja
23wavelength = 800 # nm
24intensity = 1e12 # W/cm²
25pulse_duration = 100 # fs
26
27beta = calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration)
28print(f"Koeficijent apsorpcije s dva fotona: {beta:.6f} cm/GW")
29function calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulse
Otkrijte više alata koji bi mogli biti korisni za vaš radni proces