Kalkulator Koefisien Penyerapan Dua-Foton

Kira koefisien penyerapan dua-foton dengan memasukkan parameter panjang gelombang, intensiti, dan tempoh denyutan. Penting untuk penyelidikan dan aplikasi optik bukan linear.

Pengira Penyerapan Dua-Foton

Pengira ini membantu anda menentukan koefisien penyerapan dua-foton berdasarkan panjang gelombang, intensiti, dan tempoh denyutan cahaya yang datang. Masukkan parameter yang diperlukan di bawah untuk mendapatkan hasil.

Formula Digunakan

β = K × (I × τ) / λ²

Di mana:

β = Koefisien penyerapan dua-foton (cm/GW)
K = Pemalar (1.5)
I = Intensiti (W/cm²)
τ = Tempoh denyutan (fs)
λ = Panjang gelombang (nm)

Panjang Gelombang

Panjang gelombang cahaya yang datang (400-1200 nm adalah tipikal)

Intensiti

W/cm²

Intensiti cahaya yang datang (biasanya 10¹⁰ hingga 10¹⁴ W/cm²)

Tempoh Denyutan

Tempoh denyutan cahaya (biasanya 10-1000 fs)

Hasil

Masukkan parameter yang sah untuk mengira hasil

Visualisasi

📚

Dokumentasi

Kalkulator Penyerapan Dua-Foton - Alat Dalam Talian Percuma untuk Optik Nonlinear

Apakah Penyerapan Dua-Foton dan Bagaimana untuk Menghitungnya?

Penyerapan dua-foton (TPA) adalah proses optik nonlinear di mana sebuah molekul secara serentak menyerap dua foton untuk mencapai keadaan tenaga yang lebih tinggi. Berbeza dengan penyerapan satu-foton, penyerapan dua-foton bergantung secara kuadratik pada intensiti cahaya, membolehkan kawalan spatial yang tepat dalam aplikasi canggih seperti mikroskopi dan terapi fotodinamik.

Kalkulator Penyerapan Dua-Foton kami secara serta-merta mengira koefisien penyerapan dua-foton (β) menggunakan tiga parameter utama: panjang gelombang, intensiti, dan durasi denyutan. Alat dalam talian percuma ini membantu penyelidik, pelajar, dan profesional untuk dengan cepat menentukan nilai kritikal untuk penyelidikan dan aplikasi optik nonlinear mereka.

Fenomena optik nonlinear ini pertama kali diramalkan oleh Maria Göppert-Mayer pada tahun 1931, tetapi tidak diperhatikan secara eksperimen sehingga penemuan laser pada tahun 1960-an. Hari ini, penyerapan dua-foton adalah asas kepada pelbagai aplikasi canggih termasuk mikroskopi, terapi fotodinamik, penyimpanan data optik, dan mikro fabrikasi.

Koefisien penyerapan dua-foton (β) mengkuantifikasi kecenderungan bahan untuk menyerap dua foton secara serentak. Kalkulator ini menggunakan model yang dipermudahkan untuk menganggarkan β berdasarkan panjang gelombang cahaya yang datang, intensiti cahaya, dan durasi denyutan—memberikan penyelidik, pelajar, dan profesional cara cepat untuk mengira parameter penting ini.

Formula dan Pengiraan Koefisien Penyerapan Dua-Foton

Koefisien penyerapan dua-foton (β) boleh dikira menggunakan formula yang dipermudahkan berikut:

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

Di mana:

$\beta$ = Koefisien penyerapan dua-foton (cm/GW)
$K$ = Pemalar (1.5 dalam model kami yang dipermudahkan)
$I$ = Intensiti cahaya yang datang (W/cm²)
$\tau$ = Durasi denyutan (femtosecond, fs)
$\lambda$ = Panjang gelombang cahaya yang datang (nanometer, nm)

Formula ini mewakili model yang dipermudahkan yang menangkap fizik asas penyerapan dua-foton. Dalam realiti, koefisien penyerapan dua-foton juga bergantung pada sifat bahan dan transisi elektronik tertentu yang terlibat. Namun, anggaran ini memberikan titik permulaan yang baik untuk banyak aplikasi praktikal.

Memahami Pembolehubah

Panjang Gelombang (λ): Diukur dalam nanometer (nm), ini adalah panjang gelombang cahaya yang datang. TPA biasanya berlaku pada panjang gelombang antara 400-1200 nm, dengan kecekapan menurun pada panjang gelombang yang lebih panjang. Koefisien mempunyai ketergantungan kuadratik terbalik pada panjang gelombang.
Intensiti (I): Diukur dalam W/cm², ini mewakili kuasa per unit kawasan cahaya yang datang. TPA memerlukan intensiti tinggi, biasanya dalam julat 10¹⁰ hingga 10¹⁴ W/cm². Koefisien berskala linear dengan intensiti.
Durasi Denyutan (τ): Diukur dalam femtosecond (fs), ini adalah durasi denyutan cahaya. Nilai tipikal berkisar dari 10 hingga 1000 fs. Koefisien berskala linear dengan durasi denyutan.
Pemalar (K): Pemalar tanpa dimensi ini (1.5 dalam model kami) mengambil kira pelbagai sifat bahan dan penukaran unit. Dalam model yang lebih terperinci, ini akan digantikan oleh parameter khusus bahan.

Cara Menggunakan Kalkulator Penyerapan Dua-Foton

Kalkulator Penyerapan Dua-Foton kami memudahkan untuk menentukan koefisien penyerapan dua-foton dengan mengikuti langkah-langkah ini:

Masukkan Panjang Gelombang: Masukkan panjang gelombang cahaya yang datang dalam nanometer (nm). Nilai tipikal berkisar dari 400 hingga 1200 nm.
Masukkan Intensiti: Masukkan intensiti sumber cahaya anda dalam W/cm². Anda boleh menggunakan notasi saintifik (contohnya, 1e12 untuk 10¹²).
Masukkan Durasi Denyutan: Masukkan durasi denyutan dalam femtosecond (fs).
Lihat Hasilnya: Kalkulator akan segera memaparkan koefisien penyerapan dua-foton dalam cm/GW.
Salin Hasil: Gunakan butang "Salin Hasil" untuk menyalin nilai yang dikira ke papan klip anda.

Kalkulator juga menyediakan:

Maklum balas visual melalui visualisasi dinamik
Mesej amaran untuk nilai di luar julat tipikal
Butiran pengiraan yang menerangkan bagaimana hasilnya diperoleh

Pengesahan Input dan Sekatan

Kalkulator melakukan beberapa pemeriksaan pengesahan untuk memastikan hasil yang tepat:

Semua input mesti nombor positif
Amaran dipaparkan untuk nilai di luar julat tipikal:
- Panjang Gelombang: 400-1200 nm
- Intensiti: 10¹⁰ hingga 10¹⁴ W/cm²
- Durasi Denyutan: 10-1000 fs

Walaupun kalkulator masih akan mengira hasil untuk nilai di luar julat ini, ketepatan model yang dipermudahkan mungkin berkurang.

Kaedah Pengiraan

Kalkulator menggunakan formula yang disebutkan di atas untuk mengira koefisien penyerapan dua-foton. Berikut adalah pecahan langkah demi langkah proses pengiraan:

Sahkan semua parameter input untuk memastikan mereka nombor positif
Tukar intensiti dari W/cm² ke GW/cm² dengan membahagikan dengan 10⁹
Terapkan formula: β = K × (I × τ) / λ²
Paparkan hasil dalam cm/GW

Sebagai contoh, dengan panjang gelombang = 800 nm, intensiti = 10¹² W/cm², dan durasi denyutan = 100 fs:

Tukar intensiti: 10¹² W/cm² ÷ 10⁹ = 10³ GW/cm²
Kira: β = 1.5 × (10³ × 100) ÷ (800)² = 1.5 × 10⁵ ÷ 640,000 = 0.234375 cm/GW

Aplikasi Penyerapan Dua-Foton dalam Penyelidikan dan Industri

Penyerapan dua-foton mempunyai pelbagai aplikasi di pelbagai bidang sains dan teknologi:

1. Mikroskopi Dua-Foton

Mikroskopi dua-foton memanfaatkan TPA untuk mencapai pengimejan tiga dimensi dengan resolusi tinggi bagi sampel biologi. Ketergantungan kuadratik pada intensiti secara semula jadi mengehadkan pengujaan kepada titik fokus, mengurangkan fotobleaching dan fototoksisiti di kawasan yang tidak fokus.

Contoh: Seorang penyelidik yang menggunakan laser Ti:Sapphire pada 800 nm dengan denyutan 100 fs perlu mengira koefisien penyerapan dua-foton untuk mengoptimumkan kedalaman pengimejan dalam tisu otak. Menggunakan kalkulator kami dengan intensiti = 5×10¹² W/cm², mereka dapat dengan cepat menentukan β = 1.17 cm/GW.

2. Terapi Fotodinamik

Pengujaan dua-foton membolehkan pengaktifan tepat fotosensitizer pada kedalaman tisu yang lebih besar menggunakan cahaya inframerah dekat, yang menembusi tisu dengan lebih berkesan daripada cahaya yang boleh dilihat.

Contoh: Seorang penyelidik perubatan yang membangunkan fotosensitizer baru untuk rawatan kanser perlu mencirikan sifat penyerapan dua-foton. Menggunakan kalkulator kami, mereka dapat menentukan panjang gelombang dan intensiti optimum untuk kesan terapeutik maksimum sambil meminimumkan kerosakan pada tisu sihat di sekeliling.

3. Penyimpanan Data Optik

TPA membolehkan penyimpanan data optik tiga dimensi dengan kepadatan dan selektiviti yang tinggi. Dengan memfokuskan sinar laser ke dalam bahan fotosensitif, data boleh ditulis pada koordinat tiga dimensi tertentu.

Contoh: Seorang jurutera yang merancang medium penyimpanan optik baru perlu mengira koefisien penyerapan dua-foton untuk menentukan kuasa laser minimum yang diperlukan untuk penulisan data yang boleh dipercayai sambil mengelakkan crosstalk antara lokasi penyimpanan yang bersebelahan.

4. Mikro Fabrikasi dan Percetakan 3D

Polimerisasi dua-foton membolehkan penciptaan mikrostruktur tiga dimensi yang kompleks dengan saiz ciri di bawah had difraksi.

Contoh: Seorang saintis bahan yang membangunkan fotopolimer baru untuk mikro fabrikasi 3D menggunakan kalkulator kami untuk menentukan parameter laser optimum (panjang gelombang, intensiti, durasi denyutan) untuk mencapai kecekapan polimerisasi dan resolusi spatial yang diingini.

5. Had Optik

Bahan dengan koefisien penyerapan dua-foton yang tinggi boleh digunakan sebagai had optik untuk melindungi komponen optik sensitif daripada denyutan laser berintensiti tinggi.

Contoh: Seorang kontraktor pertahanan yang merancang kacamata pelindung untuk juruterbang perlu mengira koefisien penyerapan dua-foton bagi pelbagai bahan untuk mengenal pasti yang memberikan perlindungan optimum terhadap ancaman laser sambil mengekalkan penglihatan yang baik dalam keadaan normal.

Alternatif kepada Penyerapan Dua-Foton

Walaupun penyerapan dua-foton berkuasa untuk banyak aplikasi, proses optik nonlinear alternatif mungkin lebih sesuai dalam situasi tertentu:

Penyerapan Tiga-Foton: Menawarkan pengehadapan spatial yang lebih besar dan penembusan yang lebih dalam tetapi memerlukan intensiti yang lebih tinggi.
Penjanaan Harmonik Kedua (SHG): Menukarkan dua foton dengan frekuensi yang sama menjadi satu foton dengan frekuensi dua kali ganda, berguna untuk penukaran frekuensi dan pengimejan kolagen serta struktur non-centrosymmetric lain.
Penyebaran Raman Terangsang (SRS): Memberikan kontras kimia tanpa label berdasarkan mod getaran, berguna untuk pengimejan lipid dan biomolekul lain.
Mikroskopi Confocal Satu-Foton: Lebih mudah dan kurang mahal daripada mikroskopi dua-foton, tetapi dengan penembusan kedalaman yang kurang dan lebih banyak fotobleaching.
Tomografi Koheren Optik (OCT): Memberikan pengimejan struktur dengan penembusan kedalaman yang tinggi tetapi dengan resolusi yang lebih rendah daripada mikroskopi dua-foton.

Sejarah Penyerapan Dua-Foton

Asas teori untuk penyerapan dua-foton telah diletakkan oleh Maria Göppert-Mayer dalam disertasi kedoktorannya pada tahun 1931, di mana dia meramalkan bahawa sebuah atom atau molekul boleh secara serentak menyerap dua foton dalam satu peristiwa kuantum. Untuk kerja yang groundbreaking ini, dia kemudiannya menerima Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1963.

Namun, pengesahan eksperimen penyerapan dua-foton terpaksa menunggu sehingga penemuan laser pada tahun 1960, yang menyediakan intensiti tinggi yang diperlukan untuk memerhatikan fenomena optik nonlinear ini. Pada tahun 1961, Kaiser dan Garrett di Bell Labs melaporkan pemerhatian eksperimen pertama penyerapan dua-foton dalam kristal yang didoping europium.

Pembangunan laser denyutan ultrashort pada tahun 1980-an dan 1990-an, terutamanya laser Ti:Sapphire, merevolusikan bidang ini dengan menyediakan intensiti puncak tinggi dan kebolehubahan panjang gelombang yang ideal untuk pengujaan dua-foton. Ini membawa kepada penemuan mikroskopi dua-foton oleh Winfried Denk, James Strickler, dan Watt Webb di Universiti Cornell pada tahun 1990, yang sejak itu menjadi alat yang tidak ternilai dalam pengimejan biologi.

Dalam beberapa dekad yang lalu, penyelidikan telah memberi tumpuan kepada pembangunan bahan dengan seksyen penyerapan dua-foton yang dipertingkatkan, memahami hubungan struktur-sifat yang mengawal TPA, dan memperluas aplikasi proses dua-foton dalam bidang dari biomedicine hingga teknologi maklumat.

Pengukuran dan pengiraan koefisien penyerapan dua-foton telah berkembang dari setup eksperimen yang kompleks kepada kaedah pengiraan yang lebih mudah diakses dan model yang dipermudahkan seperti yang digunakan dalam kalkulator kami, menjadikan parameter penting ini lebih mudah diakses kepada penyelidik di pelbagai disiplin.

Contoh Kod untuk Mengira Penyerapan Dua-Foton

Berikut adalah contoh dalam pelbagai bahasa pengaturcaraan untuk mengira koefisien penyerapan dua-foton menggunakan formula kami:

1def calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration, k=1.5):
2    """
3    Kira koefisien penyerapan dua-foton.
4    
5    Parameter:
6    wavelength (float): Panjang gelombang dalam nanometer
7    intensity (float): Intensiti dalam W/cm²
8    pulse_duration (float): Durasi denyutan dalam femtosecond
9    k (float): Pemalar (default: 1.5)
10    
11    Mengembalikan:
12    float: Koefisien penyerapan dua-foton dalam cm/GW
13    """
14    # Tukar intensiti dari W/cm² ke GW/cm²
15    intensity_gw = intensity / 1e9
16    
17    # Kira koefisien penyerapan dua-foton
18    beta = k * (intensity_gw * pulse_duration) / (wavelength ** 2)
19    
20    return beta
21
22# Contoh penggunaan
23wavelength = 800  # nm
24intensity = 1e12  # W/cm²
25pulse_duration = 100  # fs
26
27beta = calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration)
28print(f"Koefisien penyerapan dua-foton: {beta:.6f} cm/GW")
29

1function calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k = 1.5) {
2  // Tukar intensiti dari W/cm² ke GW/cm²
3  const intensityGw = intensity / 1e9;
4  
5  // Kira koefisien penyerapan dua-foton
6  const beta = k * (intensityGw * pulseDuration) / Math.pow(wavelength, 2);
7  
8  return beta;
9}
10
11// Contoh penggunaan
12const wavelength = 800;  // nm
13const intensity = 1e12;  // W/cm²
14const pulseDuration = 100;  // fs
15
16const beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration);
17console.log(`Koefisien penyerapan dua-foton: ${beta.toFixed(6)} cm/GW`);
18

1public class TwoPhotonAbsorptionCalculator {
2    public static double calculateTpaCoefficient(double wavelength, double intensity, 
3                                                double pulseDuration, double k) {
4        // Tukar intensiti dari W/cm² ke GW/cm²
5        double intensityGw = intensity / 1e9;
6        
7        // Kira koefisien penyerapan dua-foton
8        double beta = k * (intensityGw * pulseDuration) / Math.pow(wavelength, 2);
9        
10        return beta;
11    }
12    
13    public static void main(String[] args) {
14        double wavelength = 800;  // nm
15        double intensity = 1e12;  // W/cm²
16        double pulseDuration = 100;  // fs
17        double k = 1.5;  // Pemalar
18        
19        double beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k);
20        System.out.printf("Koefisien penyerapan dua-foton: %.6f cm/GW%n", beta);
21    }
22}
23

1function beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k)
2    % Kira koefisien penyerapan dua-foton
3    %
4    % Parameter:
5    % wavelength - Panjang gelombang dalam nanometer
6    % intensity - Intensiti dalam W/cm²
7    % pulseDuration - Durasi denyutan dalam femtosecond
8    % k - Pemalar (default: 1.5)
9    %
10    % Mengembalikan:
11    % beta - Koefisien penyerapan dua-foton dalam cm/GW
12    
13    if nargin < 4
14        k = 1.5;
15    end
16    
17    % Tukar intensiti dari W/cm² ke GW/cm²
18    intensityGw = intensity / 1e9;
19    
20    % Kira koefisien penyerapan dua-foton
21    beta = k * (intensityGw * pulseDuration) / (wavelength ^ 2);
22end
23
24% Contoh penggunaan
25wavelength = 800;  % nm
26intensity = 1e12;  % W/cm²
27pulseDuration = 100;  % fs
28
29beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration);
30fprintf('Koefisien penyerapan dua-foton: %.6f cm/GW\n', beta);
31

' Formula Excel untuk Koefisien Penyerapan Dua-Foton
' Menganggap:
' Sel A1 mengandungi panjang gelombang (nm)
' Sel B1 mengandungi intensiti (W/cm²)
' Sel C1 mengandungi durasi denyutan (fs

💬

Maklum balas

💬

Klik toast maklum balas untuk mula memberi maklum balas tentang alat ini

🔗

Alat Berkaitan

Temui lebih banyak alat yang mungkin berguna untuk aliran kerja anda