दोन-फोटॉन शोषण कॅल्क्युलेटर - ऑनलाइन TPA गुणांक गणना करा

दोन-फोटॉन शोषण (TPA) हा एक गैररेखीय ऑप्टिकल प्रक्रिया आहे जिथे अणू एकाच वेळी दोन फोटॉन शोषून उच्च ऊर्जा स्थितीत पोहोचतात. आमचा मोफत दोन-फोटॉन शोषण कॅल्क्युलेटर लहरी, तीव्रता आणि पल्स कालावधीच्या पॅरामीटर्सचा वापर करून दोन-फोटॉन शोषण गुणांक (β) तात्काळ गणना करतो, जो गैररेखीय ऑप्टिक्स, दोन-फोटॉन मायक्रोस्कोपी, आणि फोटोडायनॅमिक थेरपी अनुप्रयोगांमध्ये संशोधकांसाठी आवश्यक आहे.

हा प्रगत कॅल्क्युलेटर जटिल TPA गुणांक गणनांना सुलभ करतो, जे वैज्ञानिक संशोधन आणि औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये लेझर पॅरामीटर्स ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी महत्त्वाचे आहेत. तुम्ही ऑप्टिकल स्टोरेज सिस्टम डिझाइन करत असाल, नवीन मायक्रोस्कोपी तंत्र विकसित करत असाल किंवा गैररेखीय ऑप्टिकल सामग्रीचा अभ्यास करत असाल, आमचा साधन सेकंदांत अचूक परिणाम देते.

दोन-फोटॉन शोषण म्हणजे काय आणि गुणांक का गणना करावी?

दोन-फोटॉन शोषण हा एक क्वांटम यांत्रिक प्रक्रिया आहे जिथे एक सामग्री एकाच वेळी दोन फोटॉन शोषून उत्साहित स्थितीत संक्रमण करते. पारंपरिक एकल-फोटॉन शोषणाच्या तुलनेत, TPA चौरस तीव्रता अवलंबित्व दर्शवते, ज्यामुळे अचूक अनुप्रयोगांसाठी अपवादात्मक स्थानिक नियंत्रण मिळते.

दोन-फोटॉन शोषण गुणांक (β) या गैररेखीय प्रक्रियेत सामग्रीच्या कार्यक्षमतेचे प्रमाण देते. 1931 मध्ये नोबेल पुरस्कार विजेती मारिया गोपर्ट-मायर्सने प्रथम भाकीत केले, दोन-फोटॉन शोषण लेझर तंत्रज्ञानाने 1961 मध्ये त्याच्या प्रयोगात्मक निरीक्षणास सक्षम होईपर्यंत सिद्धांतात्मक राहिले.

आज, TPA गणना खालील गोष्टींसाठी मूलभूत आहेत:

• दोन-फोटॉन मायक्रोस्कोपी ऑप्टिमायझेशन
• फोटोडायनॅमिक थेरपी उपचार नियोजन
• ऑप्टिकल डेटा स्टोरेज डिझाइन
• 3D मायक्रोफॅब्रिकेशन प्रक्रिया
• ऑप्टिकल लिमिटिंग डिव्हाइस विकास

दोन-फोटॉन शोषण गुणांक सूत्र: TPA कसे गणना करावे

दोन-फोटॉन शोषण गुणांक (β) खालील साधारण TPA सूत्र वापरून गणना केली जाऊ शकते:

$\beta = K \times \frac{I \times \tau}{\lambda^2}$

जिथे:

• $\beta$ = दोन-फोटॉन शोषण गुणांक (cm/GW)
• $K$ = स्थिरांक (आमच्या साधारण मॉडेलमध्ये 1.5)
• $I$ = येणाऱ्या प्रकाशाची तीव्रता (W/cm²)
• $\tau$ = पल्स कालावधी (फेम्टोसेकंद, fs)
• $\lambda$ = येणाऱ्या प्रकाशाची लहरी (नॅनोमीटर, nm)

हे सूत्र दोन-फोटॉन शोषणाची मूलभूत भौतिकी पकडणारे एक साधारण मॉडेल दर्शवते. वास्तवात, दोन-फोटॉन शोषण गुणांक सामग्रीच्या गुणधर्मांवर आणि संबंधित विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणांवर देखील अवलंबून असतो. तथापि, ही अंदाजे अनेक व्यावहारिक अनुप्रयोगांसाठी चांगली सुरुवात प्रदान करते.

चल समजून घेणे

1. लहरी (λ): नॅनोमीटर (nm) मध्ये मोजले जाते, हे येणाऱ्या प्रकाशाची लहरी आहे. TPA सामान्यतः 400-1200 nm दरम्यानच्या लहरींवर होते, ज्यामध्ये लांब लहरींवर कार्यक्षमता कमी होते. गुणांक लहरींवर उलट चौरस अवलंबित्व दर्शवतो.

2. तीव्रता (I): W/cm² मध्ये मोजले जाते, हे येणाऱ्या प्रकाशाच्या युनिट क्षेत्रावरची शक्ती दर्शवते. TPA उच्च तीव्रतेची आवश्यकता असते, सामान्यतः 10¹⁰ ते 10¹⁴ W/cm² च्या श्रेणीत. गुणांक तीव्रतेसह रेखीय प्रमाणात वाढतो.

3. पल्स कालावधी (τ): फेम्टोसेकंद (fs) मध्ये मोजले जाते, हे प्रकाशाच्या पल्सचा कालावधी आहे. सामान्य मूल्ये 10 ते 1000 fs दरम्यान असतात. गुणांक पल्स कालावधीसह रेखीय प्रमाणात वाढतो.

4. स्थिरांक (K): हा आयामहीन स्थिरांक (आमच्या मॉडेलमध्ये 1.5) विविध सामग्री गुणधर्म आणि युनिट रूपांतरणांचे लक्षात घेतो. अधिक तपशीलवार मॉडेलमध्ये, हे सामग्री-विशिष्ट पॅरामीटर्सने बदलले जाईल.

दोन-फोटॉन शोषण गुणांक कॅल्क्युलेटर कसा वापरावा: चरण-दर-चरण मार्गदर्शक

आमचा TPA गुणांक कॅल्क्युलेटर सहज इंटरफेसद्वारे जटिल दोन-फोटॉन शोषण गणनांना सुलभ करतो. तुमचा दोन-फोटॉन शोषण गुणांक गणना करण्यासाठी या चरणांचे पालन करा:

1. लहरी प्रविष्ट करा: तुमच्या येणाऱ्या प्रकाशाची लहरी नॅनोमीटर (nm) मध्ये प्रविष्ट करा. सामान्य मूल्ये 400 ते 1200 nm दरम्यान असतात.

2. तीव्रता प्रविष्ट करा: तुमच्या प्रकाश स्रोताची तीव्रता W/cm² मध्ये प्रविष्ट करा. तुम्ही वैज्ञानिक नोटेशन वापरू शकता (उदा., 1e12 साठी 10¹²).

3. पल्स कालावधी प्रविष्ट करा: फेम्टोसेकंद (fs) मध्ये पल्स कालावधी प्रविष्ट करा.

4. परिणाम पहा: कॅल्क्युलेटर तात्काळ दोन-फोटॉन शोषण गुणांक cm/GW मध्ये दर्शवेल.

5. परिणाम कॉपी करा: गणना केलेले मूल्य तुमच्या क्लिपबोर्डवर कॉपी करण्यासाठी "कॉपी परिणाम" बटणाचा वापर करा.

कॅल्क्युलेटर देखील प्रदान करतो:

• गतिशील दृश्याद्वारे दृश्यात्मक फीडबॅक
• सामान्य श्रेणीतून बाहेर असलेल्या मूल्यांसाठी चेतावणी संदेश
• परिणाम कसा मिळवला याचे स्पष्टीकरण करणारे गणना तपशील

इनपुट वैधता आणि निर्बंध

कॅल्क्युलेटर अचूक परिणाम सुनिश्चित करण्यासाठी अनेक वैधता तपासणी करतो:

• सर्व इनपुट सकारात्मक संख्या असाव्यात
• सामान्य श्रेणीतून बाहेर असलेल्या मूल्यांसाठी चेतावणी दर्शविली जाते:
  • लहरी: 400-1200 nm
  • तीव्रता: 10¹⁰ ते 10¹⁴ W/cm²
  • पल्स कालावधी: 10-1000 fs

कॅल्क्युलेटर या श्रेणीतून बाहेर असलेल्या मूल्यांसाठी परिणाम गणना करेल, परंतु साधारण मॉडेलची अचूकता कमी होऊ शकते.

गणना पद्धत

कॅल्क्युलेटर दोन-फोटॉन शोषण गुणांक गणना करण्यासाठी वरील सूत्राचा वापर करतो. गणना प्रक्रियेचा चरण-दर-चरण तपशील येथे आहे:

1. सर्व इनपुट पॅरामीटर्सची वैधता तपासा जेणेकरून ते सकारात्मक संख्या असाव्यात
2. W/cm² मधून GW/cm² मध्ये तीव्रता रूपांतरित करा 10⁹ ने विभाजित करून
3. सूत्र लागू करा: β = K × (I × τ) / λ²
4. परिणाम cm/GW मध्ये दर्शवा

उदाहरणार्थ, लहरी = 800 nm, तीव्रता = 10¹² W/cm², आणि पल्स कालावधी = 100 fs सह:

• तीव्रता रूपांतरित करा: 10¹² W/cm² ÷ 10⁹ = 10³ GW/cm²
• गणना करा: β = 1.5 × (10³ × 100) ÷ (800)² = 1.5 × 10⁵ ÷ 640,000 = 0.234375 cm/GW

दोन-फोटॉन शोषण अनुप्रयोग: संशोधन आणि औद्योगिक वापर

दोन-फोटॉन शोषण गुणांक विविध TPA अनुप्रयोगांमध्ये कार्यक्षमता ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी महत्त्वाचा आहे:

1. दोन-फोटॉन फ्लोरेसन्स मायक्रोस्कोपी

दोन-फोटॉन मायक्रोस्कोपी TPA चा वापर करून जैविक नमुन्यांचे उच्च-रिझोल्यूशन, त्रिमितीय इमेजिंग साधते. तीव्रतेवर चौरस अवलंबित्व नैसर्गिकरित्या उत्साह केंद्रित करते, फोटोब्लिचिंग आणि फोटोटॉक्सिसिटी कमी करते.

उदाहरण: 800 nm वर 100 fs पल्ससह Ti:Sapphire लेझर वापरणारा संशोधक मस्तिष्काच्या ऊतींमध्ये इमेजिंग खोली ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी दोन-फोटॉन शोषण गुणांक गणना करण्याची आवश्यकता आहे. तीव्रता = 5×10¹² W/cm² सह आमच्या कॅल्क्युलेटरचा वापर करून, ते तात्काळ β = 1.17 cm/GW ठरवू शकतात.

2. फोटोडायनॅमिक थेरपी

दोन-फोटॉन उत्तेजना जवळच्या-अवकाश प्रकाशाचा वापर करून अधिक ऊती खोलींवर फोटोसेंसिटायझर्सची अचूक सक्रियता सक्षम करते, जो दृश्यमान प्रकाशापेक्षा अधिक प्रभावीपणे ऊतींमध्ये प्रवेश करतो.

उदाहरण: कर्करोग उपचारासाठी नवीन फोटोसेंसिटायझर विकसित करणारा वैद्यकीय संशोधक त्याच्या दोन-फोटॉन शोषण गुणधर्मांचे वर्णन करण्याची आवश्यकता आहे. आमच्या कॅल्क्युलेटरचा वापर करून, ते अधिकतम उपचारात्मक प्रभावासाठी आणि आसपासच्या आरोग्यदायी ऊतींवर कमी नुकसान करण्यासाठी योग्य लहरी आणि तीव्रता ठरवू शकतात.

3. ऑप्टिकल डेटा स्टोरेज

TPA उच्च घनता आणि निवडकतेसह त्रिमितीय ऑप्टिकल डेटा स्टोरेज सक्षम करते. फोटोसंवेदनशील सामग्रीच्या आत लेझर किरण केंद्रित करून, विशिष्ट त्रिमितीय समन्वयांवर डेटा लिहिला जाऊ शकतो.

उदाहरण: नवीन ऑप्टिकल स्टोरेज माध्यम डिझाइन करणारा अभियंता विश्वसनीय डेटा लेखनासाठी आवश्यक किमान लेझर शक्ती ठरवण्यासाठी दोन-फोटॉन शोषण गुणांक गणना करण्याची आवश्यकता आहे, तर शेजारील स्टोरेज स्थानांमधील क्रॉस्टॉक टाळा.

4. मायक्रोफॅब्रिकेशन आणि 3D प्रिंटिंग

दोन-फोटॉन पॉलिमरायझेशन जटिल त्रिमितीय मायक्रोसंरचना तयार करण्यास अनुमती देते ज्यामध्ये वैशिष्ट्यांचे आकार विवर्तन मर्यादेपेक्षा कमी असतात.

उदाहरण: 3D मायक्रोफॅब्रिकेशनसाठी नवीन फोटोपॉलिमर विकसित करणारा सामग्री शास्त्रज्ञ आमच्या कॅल्क्युलेटरचा वापर करून इच्छित पॉलिमरायझेशन कार्यक्षमता आणि स्थानिक रिझोल्यूशन साधण्यासाठी योग्य लेझर पॅरामीटर्स (लहरी, तीव्रता, पल्स कालावधी) ठरवतो.

5. ऑप्टिकल लिमिटिंग

उच्च दोन-फोटॉन शोषण गुणांक असलेल्या सामग्रीचा वापर उच्च तीव्रतेच्या लेझर पल्सपासून संवेदनशील ऑप्टिकल घटकांचे संरक्षण करण्यासाठी ऑप्टिकल लिमिटर्स म्हणून केला जाऊ शकतो.

उदाहरण: पायलटसाठी संरक्षणात्मक चष्मा डिझाइन करणारा संरक्षण ठेवीदार विविध सामग्रींचा दोन-फोटॉन शोषण गुणांक गणना करण्याची आवश्यकता आहे जे लेझर धोक्यांपासून सर्वोत्तम संरक्षण प्रदान करतात, तर सामान्य परिस्थितीत चांगली दृश्यता राखतात.

दोन-फोटॉन शोषणाच्या तुलनेत पर्यायी गैररेखीय ऑप्टिकल तंत्रे

दोन-फोटॉन शोषण अनेक अनुप्रयोगांमध्ये उत्कृष्ट असले तरी, इतर गैररेखीय ऑप्टिकल प्रक्रियांचा वापर विशिष्ट परिस्थितींमध्ये वेगवेगळ्या TPA गुणांक गुणधर्मांची आवश्यकता असू शकते:

1. तीन-फोटॉन शोषण: अधिक स्थानिक संकुचन आणि खोल प्रवेश प्रदान करते, परंतु उच्च तीव्रतेची आवश्यकता असते.

2. द्वितीय हार्मोनिक जनरेशन (SHG): समान वारंवारतेच्या दोन फोटॉनला दोनपट वारंवारतेच्या एका फोटॉनमध्ये रूपांतरित करते, वारंवारता रूपांतरण आणि कोलेजन आणि इतर नॉन-सेंट्रोसिमेट्रिक संरचनांचे इमेजिंगसाठी उपयुक्त आहे.

3. उत्तेजित रामन स्कॅटरिंग (SRS): कंपन मोडवर आधारित लेबल-मुक्त रासायनिक विरोधाभास प्रदान करते, लिपिड आणि इतर जैवाणूंचे इमेजिंगसाठी उपयुक्त आहे.

4. एकल-फोटॉन कॉन्फोकल मायक्रोस्कोपी: दोन-फोटॉन मायक्रोस्कोपीपेक्षा सोपी आणि कमी महाग आहे, परंतु कमी खोलीत प्रवेश आणि अधिक फोटोब्लिचिंग आहे.

5. ऑप्टिकल कोहेरन्स टोमोग्राफी (OCT): उच्च खोलीत प्रवेशासह संरचनात्मक इमेजिंग प्रदान करते, परंतु दोन-फोटॉन मायक्रोस्कोपीपेक्षा कमी रिझोल्यूशन आहे.

दोन-फोटॉन शोषणाचा इतिहास

दोन-फोटॉन शोषणाची सैद्धांतिक पायाभूत रचना मारिया गोपर्ट-मायर्सने 1931 च्या डॉक्टरेट प्रबंधात तयार केली, जिथे तिने भाकीत केले की एक अणू किंवा अणू एकाच क्वांटम इव्हेंटमध्ये दोन फोटॉन एकाच वेळी शोषू शकतो. या क्रांतिकारी कामासाठी, तिने 1963 मध्ये भौतिकीमध्ये नोबेल पुरस्कार प्राप्त केला.

तथापि, दोन-फोटॉन शोषणाचे प्रयोगात्मक सत्यापन लेझरच्या 1960 च्या शोधापर्यंत थांबले, ज्याने या गैररेखीय ऑप्टिकल घटनांचे निरीक्षण करण्यासाठी आवश्यक उच्च तीव्रता प्रदान केली. 1961 मध्ये, बेल लॅब्समधील काइसर आणि गॅरेटने युरोपियम-डोप केलेल्या क्रिस्टलमध्ये दोन-फोटॉन शोषणाचे पहिले प्रयोगात्मक निरीक्षण नोंदवले.

1980 आणि 1990 च्या दशकात अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेझरच्या विकासाने, विशेषतः Ti:Sapphire लेझरने, या क्षेत्रात क्रांती केली, ज्याने दोन-फोटॉन उत्तेजनासाठी आदर्श उच्च पीक तीव्रता आणि लहरी ट्यूनिंग प्रदान केले. यामुळे 1990 मध्ये कॉर्नेल विद्यापीठात विनफ्रीड डेंक, जेम्स स्ट्रिक्लर आणि वॉट वेब यांनी दोन-फोटॉन मायक्रोस्कोपीचा शोध लावला, जो जैविक इमेजिंगमध्ये एक अनिवार्य साधन बनला आहे.

अलीकडच्या दशकांत, संशोधनाने वाढलेल्या दोन-फोटॉन शोषण क्रॉस-सेक्शनसह सामग्री विकसित करण्यावर, TPA नियंत्रित करणाऱ्या संरचना-गुणधर्म संबंधांचे समजून घेण्यावर आणि जैवमेडिसिनपासून माहिती तंत्रज्ञानापर्यंतच्या क्षेत्रांमध्ये दोन-फोटॉन प्रक्रियांच्या अनुप्रयोगांचे विस्तार करण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे.

दोन-फोटॉन शोषण गुणांकाची मोजणी आणि गणना जटिल प्रयोगात्मक सेटअपपासून अधिक प्रवेशयोग्य संगणकीय पद्धती आणि आमच्या कॅल्क्युलेटरमध्ये वापरलेल्या साधारण मॉडेलपर्यंत विकसित झाली आहे, ज्यामुळे हा महत्त्वाचा पॅरामीटर विविध शास्त्रज्ञांसाठी अधिक प्रवेशयोग्य झाला आहे.

TPA गुणांक गण