İki-Foton Soğurma Katsayısı Hesaplayıcı

Dalga boyu, yoğunluk ve darbe süresi parametrelerini girerek iki-foton soğurma katsayısını hesaplayın. Nonlineer optik araştırmaları ve uygulamaları için gereklidir.

İki-Foton Emilim Hesaplayıcı

Bu hesaplayıcı, gelen ışığın dalga boyu, yoğunluğu ve darbe süresine dayanarak iki-foton emilim katsayısını belirlemenize yardımcı olur. Sonucu almak için gerekli parametreleri aşağıya girin.

Kullanılan Formül

β = K × (I × τ) / λ²

Nerede:

β = İki-foton emilim katsayısı (cm/GW)
K = Sabit (1.5)
I = Yoğunluk (W/cm²)
τ = Darbe süresi (fs)
λ = Dalga boyu (nm)

Dalga Boyu

Gelen ışığın dalga boyu (400-1200 nm tipiktir)

Yoğunluk

W/cm²

Gelen ışığın yoğunluğu (tipik olarak 10¹⁰ ile 10¹⁴ W/cm²)

Darbe Süresi

Işık darbesinin süresi (tipik olarak 10-1000 fs)

Sonuç

Sonucu hesaplamak için geçerli parametreler girin

Görselleştirme

📚

Belgeler

İki-Foton Absorpsiyon Hesaplayıcı - Nonlineer Optik için Ücretsiz Çevrimiçi Araç

İki-Foton Absorpsiyonu Nedir ve Nasıl Hesaplanır?

İki-foton absorpsiyonu (TPA), bir molekülün aynı anda iki foton emerek daha yüksek bir enerji durumuna ulaşmasıyla gerçekleşen nonlineer bir optik süreçtir. Tek-foton absorpsiyonunun aksine, iki-foton absorpsiyonu ışık yoğunluğuna kare oranında bağımlıdır ve mikroskopi ve fotodinamik terapi gibi ileri uygulamalarda hassas mekansal kontrol sağlar.

Bizim İki-Foton Absorpsiyon Hesaplayıcımız, dalga boyu, yoğunluk ve darbe süresi olmak üzere üç temel parametre kullanarak iki-foton absorpsiyon katsayısını (β) anında hesaplar. Bu ücretsiz çevrimiçi araç, araştırmacılara, öğrencilere ve profesyonellere nonlineer optik araştırmaları ve uygulamaları için kritik değerleri hızlı bir şekilde belirlemelerine yardımcı olur.

Bu nonlineer optik fenomen, ilk olarak Maria Göppert-Mayer tarafından 1931'de tahmin edilmiştir, ancak 1960'larda lazerlerin icadına kadar deneysel olarak gözlemlenememiştir. Bugün, iki-foton absorpsiyonu, mikroskopi, fotodinamik terapi, optik veri depolama ve mikro üretim gibi birçok ileri uygulama için temeldir.

İki-foton absorpsiyon katsayısı (β), bir materyalin aynı anda iki foton emme eğilimini nicelendirir. Bu hesaplayıcı, gelen ışığın dalga boyu, ışık yoğunluğu ve darbe süresine dayalı olarak β'yi tahmin etmek için basitleştirilmiş bir model kullanır ve araştırmacılara, öğrencilere ve profesyonellere bu önemli parametreyi hesaplamak için hızlı bir yol sunar.

İki-Foton Absorpsiyon Katsayısı Formülü ve Hesaplama

İki-foton absorpsiyon katsayısı (β), aşağıdaki basitleştirilmiş formül kullanılarak hesaplanabilir:

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

Burada:

$\beta$ = İki-foton absorpsiyon katsayısı (cm/GW)
$K$ = Sabit (basitleştirilmiş modelimizde 1.5)
$I$ = Gelen ışığın yoğunluğu (W/cm²)
$\tau$ = Darbe süresi (femtosaniye, fs)
$\lambda$ = Gelen ışığın dalga boyu (nanometre, nm)

Bu formül, iki-foton absorpsiyonunun temel fiziğini yakalayan basitleştirilmiş bir modeli temsil eder. Gerçekte, iki-foton absorpsiyon katsayısı, materyal özelliklerine ve ilgili spesifik elektronik geçişlere de bağlıdır. Ancak, bu yaklaşım birçok pratik uygulama için iyi bir başlangıç noktası sağlar.

Değişkenleri Anlamak

Dalga Boyu (λ): Nanometre (nm) cinsinden ölçülen, gelen ışığın dalga boyudur. TPA genellikle 400-1200 nm arasındaki dalga boylarında gerçekleşir ve verimlilik daha uzun dalga boylarında azalır. Katsayı, dalga boyuna ters kare bağımlıdır.
Yoğunluk (I): W/cm² cinsinden ölçülen, gelen ışığın birim alan başına gücünü temsil eder. TPA, genellikle 10¹⁰ ile 10¹⁴ W/cm² arasındaki yüksek yoğunluklar gerektirir. Katsayı, yoğunlukla doğrusal olarak ölçeklenir.
Darbe Süresi (τ): Femtosaniye (fs) cinsinden ölçülen, ışık darbesinin süresidir. Tipik değerler 10 ile 1000 fs arasındadır. Katsayı, darbe süresiyle doğrusal olarak ölçeklenir.
Sabit (K): Bu boyutsuz sabit (modelimizde 1.5), çeşitli materyal özelliklerini ve birim dönüşümlerini hesaba katar. Daha ayrıntılı modellerde, bu materyal spesifik parametrelerle değiştirilir.

İki-Foton Absorpsiyon Hesaplayıcısını Nasıl Kullanılır

İki-Foton Absorpsiyon Hesaplayıcımız, iki-foton absorpsiyon katsayısını belirlemeyi basit hale getirir. Aşağıdaki adımları izleyerek hesaplama yapabilirsiniz:

Dalga Boyunu Girin: Gelen ışığınızın dalga boyunu nanometre (nm) cinsinden girin. Tipik değerler 400 ile 1200 nm arasındadır.
Yoğunluğu Girin: Işık kaynağınızın yoğunluğunu W/cm² cinsinden girin. Bilimsel notasyon kullanabilirsiniz (örneğin, 1e12 için 10¹²).
Darbe Süresini Girin: Darbe süresini femtosaniye (fs) cinsinden girin.
Sonucu Görüntüleyin: Hesaplayıcı, iki-foton absorpsiyon katsayısını cm/GW cinsinden anında gösterecektir.
Sonucu Kopyalayın: Hesaplanan değeri panonuza kopyalamak için "Sonucu Kopyala" butonunu kullanın.

Hesaplayıcı ayrıca şunları sağlar:

Dinamik bir görselleştirme ile görsel geri bildirim
Tipik aralıkların dışındaki değerler için uyarı mesajları
Sonucun nasıl elde edildiğini açıklayan hesaplama detayları

Girdi Doğrulama ve Kısıtlamalar

Hesaplayıcı, doğru sonuçlar sağlamak için birkaç doğrulama kontrolü gerçekleştirir:

Tüm girdiler pozitif sayılar olmalıdır
Tipik aralıkların dışındaki değerler için uyarılar görüntülenir:
- Dalga Boyu: 400-1200 nm
- Yoğunluk: 10¹⁰ ile 10¹⁴ W/cm²
- Darbe Süresi: 10-1000 fs

Hesaplayıcı, bu aralıkların dışındaki değerler için sonuçları hesaplamaya devam etse de, basitleştirilmiş modelin doğruluğu azalabilir.

Hesaplama Yöntemi

Hesaplayıcı, yukarıda belirtilen formülü kullanarak iki-foton absorpsiyon katsayısını hesaplar. İşte hesaplama sürecinin adım adım dökümü:

Tüm girdi parametrelerini pozitif sayılar olduklarından emin olmak için doğrulayın
Yoğunluğu W/cm²'den GW/cm²'ye 10⁹'a bölerek dönüştürün
Formülü uygulayın: β = K × (I × τ) / λ²
Sonucu cm/GW cinsinden görüntüleyin

Örneğin, dalga boyu = 800 nm, yoğunluk = 10¹² W/cm² ve darbe süresi = 100 fs ile:

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

Araştırma ve Endüstride İki-Foton Absorpsiyon Uygulamaları

İki-foton absorpsiyonu, çeşitli bilimsel ve teknolojik alanlarda birçok uygulamaya sahiptir:

1. İki-Foton Mikroskopisi

İki-foton mikroskopisi, biyolojik örneklerin yüksek çözünürlüklü, üç boyutlu görüntülenmesini sağlamak için TPA'dan yararlanır. Yoğunluğa olan kare bağımlılığı, uyarımı doğal olarak odak noktasına hapseder, odak dışı bölgelerde fotobleaching ve fototoksisiteyi azaltır.

Örnek: 800 nm'de 100 fs darbe ile Ti:Sapphire lazer kullanan bir araştırmacı, beyin dokusundaki görüntüleme derinliğini optimize etmek için iki-foton absorpsiyon katsayısını hesaplamak zorundadır. Hesaplayıcımızı kullanarak yoğunluk = 5×10¹² W/cm² ile β = 1.17 cm/GW'yi hızlıca belirleyebilir.

2. Fotodinamik Terapi

İki-foton uyarımı, görünür ışıktan daha etkili bir şekilde doku derinliklerinde fotosensitizatörlerin hassas aktivasyonunu sağlar.

Örnek: Kanser tedavisi için yeni bir fotosensitizatör geliştiren bir tıbbi araştırmacı, iki-foton absorpsiyon özelliklerini karakterize etmelidir. Hesaplayıcımızı kullanarak, maksimum terapötik etki için optimal dalga boyunu ve yoğunluğu belirleyebilirken, çevredeki sağlıklı dokuya zarar vermekten kaçınabilir.

3. Optik Veri Depolama

TPA, yüksek yoğunluk ve seçicilik ile üç boyutlu optik veri depolamayı mümkün kılar. Bir lazer ışınını fotosensitif bir materyalin içine odaklayarak, veriler belirli üç boyutlu koordinatlarda yazılabilir.

Örnek: Yeni bir optik depolama ortamı tasarlayan bir mühendis, güvenilir veri yazımı için gereken minimum lazer gücünü belirlemek amacıyla iki-foton absorpsiyon katsayısını hesaplamak zorundadır ve komşu depolama alanları arasında crosstalk'ı önlemelidir.

4. Mikro Üretim ve 3D Baskı

İki-foton polimerizasyon, difraksiyon limitinin altındaki özellik boyutlarına sahip karmaşık üç boyutlu mikro yapılar oluşturmayı sağlar.

Örnek: 3D mikro üretim için yeni bir fotopolimer geliştiren bir malzeme bilimci, istenen polimerizasyon verimliliği ve mekansal çözünürlük için optimal lazer parametrelerini (dalga boyu, yoğunluk, darbe süresi) belirlemek amacıyla hesaplayıcımızı kullanır.

5. Optik Sınırlama

Yüksek iki-foton absorpsiyon katsayılarına sahip materyaller, hassas optik bileşenleri yüksek yoğunluklu lazer darbelerinden korumak için optik sınırlayıcılar olarak kullanılabilir.

Örnek: Pilotlar için koruyucu gözlük tasarlayan bir savunma müteahhidi, lazer tehditlerine karşı optimal koruma sağlayan çeşitli materyallerin iki-foton absorpsiyon katsayılarını hesaplamak zorundadır ve normal koşullar altında iyi görünürlük sağlamalıdır.

İki-Foton Absorpsiyon Alternatifleri

İki-foton absorpsiyonu birçok uygulama için güçlü olsa da, bazı senaryolar için alternatif nonlineer optik süreçler daha uygun olabilir:

Üç-Foton Absorpsiyonu: Daha büyük mekansal hapsolma ve daha derin penetrasyon sunar ancak daha yüksek yoğunluklar gerektirir.
İkinci Harmonik Üretim (SHG): İki aynı frekansta fotonu, iki kat frekansta tek bir fotona dönüştürür; frekans dönüşümü ve kolajen gibi non-sentrosimetrik yapıların görüntülenmesi için yararlıdır.
Uyarılmış Raman Saçılması (SRS): Kimyasal kontrast sağlamak için titreşim modlarına dayalı etiketlenmemiş görüntüleme sunar; lipidler ve diğer biyomoleküllerin görüntülenmesi için yararlıdır.
Tek-Foton Konfokal Mikroskopi: İki-foton mikroskopisinden daha basit ve daha ucuzdur, ancak daha az derin penetrasyon ve daha fazla fotobleaching ile sonuçlanır.
Optik Koherens Tomografisi (OCT): Yüksek derin penetrasyon ile yapısal görüntüleme sağlar ancak iki-foton mikroskopisinden daha düşük çözünürlük sunar.

İki-Foton Absorpsiyon Tarihçesi

İki-foton absorpsiyonunun teorik temeli, Maria Göppert-Mayer tarafından 1931'deki doktora tezinde atılmıştır; burada bir atom veya molekülün tek bir kuantum olayında aynı anda iki foton emebileceğini öngörmüştür. Bu çığır açan çalışması için daha sonra 1963'te Fizik Nobel Ödülü'nü almıştır.

Ancak, iki-foton absorpsiyonunun deneysel doğrulanması, 1960'ta lazerin icadına kadar beklemek zorunda kalmıştır; bu, bu nonlineer optik fenomeni gözlemlemek için gerekli yüksek yoğunlukları sağlamıştır. 1961'de, Bell Labs'tan Kaiser ve Garrett, europyum katkılı bir kristalde iki-foton absorpsiyonunun ilk deneysel gözlemini rapor etmiştir.

1980'ler ve 1990'larda, özellikle Ti:Sapphire lazerlerin geliştirilmesi, iki-foton uyarımı için ideal olan yüksek pik yoğunlukları ve dalga boyu ayarlanabilirliği sağlayarak bu alanı devrim niteliğinde değiştirmiştir. Bu, 1990'da Cornell Üniversitesi'nde Winfried Denk, James Strickler ve Watt Webb tarafından iki-foton mikroskopisinin icadına yol açmıştır; bu, biyolojik görüntülemede vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir.

Son birkaç on yılda, araştırmalar, artırılmış iki-foton absorpsiyon kesirine sahip materyaller geliştirmeye, TPA'yı yöneten yapı-özellik ilişkilerini anlamaya ve iki-foton süreçlerinin biyomedisinden bilgi teknolojisine kadar çeşitli alanlardaki uygulamalarını genişletmeye odaklanmıştır.

İki-foton absorpsiyon katsayılarının ölçümü ve hesaplanması, karmaşık deneysel düzeneklerden daha erişilebilir hesaplama yöntemlerine ve hesaplayıcımızda kullanılan basitleştirilmiş modellere evrilmiştir; bu, bu önemli parametreyi disiplinler arası araştırmacılar için daha erişilebilir hale getirmiştir.

İki-Foton Absorpsiyon Hesaplamak için Kod Örnekleri

İşte formülümüzü kullanarak iki-foton absorpsiyon katsayısını hesaplamak için çeşitli programlama dillerinde örnekler:

1def calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration, k=1.5):
2    """
3    İki-foton absorpsiyon katsayısını hesaplayın.
4    
5    Parametreler:
6    wavelength (float): Dalga boyu nanometre cinsinden
7    intensity (float): Yoğunluk W/cm² cinsinden
8    pulse_duration (float): Darbe süresi femtosaniye cinsinden
9    k (float): Sabit (varsayılan: 1.5)
10    
11    Dönüş:
12    float: İki-foton absorpsiyon katsayısı cm/GW cinsinden
13    """
14    # Yoğunluğu W/cm²'den GW/cm²'ye dönüştürün
15    intensity_gw = intensity / 1e9
16    
17    # İki-foton absorpsiyon katsayısını hesaplayın
18    beta = k * (intensity_gw * pulse_duration) / (wavelength ** 2)
19    
20    return beta
21
22# Örnek kullanım
23wavelength = 800  # nm
24intensity = 1e12  # W/cm²
25pulse_duration = 100  # fs
26
27beta = calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration)
28print(f"İki-foton absorpsiyon katsayısı: {beta:.6f} cm/GW")
29

1function calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k = 1.5) {
2  // Yoğunluğu W/cm²'den GW/cm²'ye dönüştürün
3  const intensityGw = intensity / 1e9;
4  
5  // İki-foton absorpsiyon katsayısını hesaplayın
6  const beta = k * (intensityGw * pulseDuration) / Math.pow(wavelength, 2);
7  
8  return beta;
9}
10
11// Örnek kullanım
12const wavelength = 800;  // nm
13const intensity = 1e12;  // W/cm²
14const pulseDuration = 100;  // fs
15
16const beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration);
17console.log(`İki-foton absorpsiyon katsayısı: ${beta.toFixed(6)} cm/GW`);
18

1public class TwoPhotonAbsorptionCalculator {
2    public static double calculateTpaCoefficient(double wavelength, double intensity, 
3                                                double pulseDuration, double k) {
4        // Yoğunluğu W/cm²'den GW/cm²'ye dönüştürün
5        double intensityGw = intensity / 1e9;
6        
7        // İki-foton absorpsiyon katsayısını hesaplayın
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;  // Sabit
18        
19        double beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k);
20        System.out.printf("İki-foton absorpsiyon katsayısı: %.6f cm/GW%n", beta);
21    }
22}
23

function beta = calculateTpaCoefficient

💬

Geribildirim

💬

Bu aracı hakkında geri bildirim vermeye başlamak için geri bildirim toast'una tıklayın

🔗

İlgili Araçlar

İş akışınız için faydalı olabilecek daha fazla aracı keşfedin