টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন ক্যালকুলেটর - অনলাইনে TPA কোঅফিশিয়েন্ট গণনা করুন

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কী এবং কোঅফিশিয়েন্ট কিভাবে গণনা করবেন?

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন (TPA) একটি ননলিনিয়ার অপটিক্যাল প্রক্রিয়া যেখানে একটি অণু একসাথে দুটি ফোটন শোষণ করে একটি উচ্চ শক্তির অবস্থানে পৌঁছায়। একক-ফোটন অ্যাবসর্নশনের তুলনায়, টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন আলোর তীব্রতার উপর চতুর্থাংশ নির্ভর করে, যা টু-ফোটন মাইক্রোস্কোপি এবং ফোটোডাইনামিক থেরাপি এর মতো উন্নত অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সঠিক স্থানীয় নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করে।

আমাদের টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন ক্যালকুলেটর তিনটি মূল প্যারামিটার ব্যবহার করে টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট (β) তাত্ক্ষণিকভাবে গণনা করে: তরঙ্গদৈর্ঘ্য, তীব্রতা, এবং পালসের সময়কাল। এই বিনামূল্যের অনলাইন TPA ক্যালকুলেটর গবেষক, ছাত্র এবং পেশাদারদের তাদের ননলিনিয়ার অপটিক্স গবেষণা এবং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ মানগুলি দ্রুত নির্ধারণ করতে সহায়তা করে।

এই ননলিনিয়ার অপটিক্যাল ঘটনা প্রথম ১৯৩১ সালে মারিয়া গোপার্ট-মায়ার দ্বারা পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছিল, কিন্তু ১৯৬০-এর দশকে লেজার আবিষ্কারের আগে এটি পরীক্ষামূলকভাবে পর্যবেক্ষণ করা হয়নি। আজ, টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন মাইক্রোস্কোপি, ফোটোডাইনামিক থেরাপি, অপটিক্যাল ডেটা স্টোরেজ এবং মাইক্রোফ্যাব্রিকেশন সহ অসংখ্য উন্নত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য মৌলিক।

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট (β) একটি উপাদানের একসাথে দুটি ফোটন শোষণের প্রবণতাকে পরিমাপ করে। এই ক্যালকুলেটর একটি সরলীকৃত মডেল ব্যবহার করে β এর অনুমান করতে আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য, আলোর তীব্রতা এবং পালসের সময়কাল ভিত্তিক—গবেষক, ছাত্র এবং পেশাদারদের জন্য এই গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটারটি গণনা করার একটি দ্রুত উপায় প্রদান করে।

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্টের সূত্র: TPA কিভাবে গণনা করবেন

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট (β) নিম্নলিখিত সরলীকৃত TPA সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:

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

যেখানে:

• $\beta$ = টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট (সেমি/GW)
• $K$ = ধ্রুবক (আমাদের সরলীকৃত মডেলে 1.5)
• $I$ = ঘটনাস্থল আলোর তীব্রতা (W/cm²)
• $\tau$ = পালসের সময়কাল (ফেমটোসেকেন্ড, fs)
• $\lambda$ = ঘটনাস্থল আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য (ন্যানোমিটার, nm)

এই সূত্রটি একটি সরলীকৃত মডেল উপস্থাপন করে যা টু-ফোটন অ্যাবসর্নশনের মৌলিক পদার্থবিদ্যা ধারণ করে। বাস্তবে, টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট উপাদানের বৈশিষ্ট্য এবং সংশ্লিষ্ট বৈদ্যুতিন স্থানান্তরের উপরও নির্ভর করে। তবে, এই অনুমানটি অনেক ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি ভাল শুরু পয়েন্ট প্রদান করে।

ভেরিয়েবলগুলি বোঝা

1. তরঙ্গদৈর্ঘ্য (λ): ন্যানোমিটারে (nm) পরিমাপ করা হয়, এটি ঘটনাস্থল আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য। TPA সাধারণত 400-1200 nm এর মধ্যে তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ঘটে, দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যে দক্ষতা কমে যায়। কোঅফিশিয়েন্টের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের উপর বিপরীত বর্গ নির্ভরতা রয়েছে।

2. তীব্রতা (I): W/cm² এ পরিমাপ করা হয়, এটি ঘটনাস্থল আলোর প্রতি ইউনিট এলাকার শক্তি উপস্থাপন করে। TPA উচ্চ তীব্রতার প্রয়োজন, সাধারণত 10¹⁰ থেকে 10¹⁴ W/cm² এর মধ্যে। কোঅফিশিয়েন্ট তীব্রতার সাথে সরলরেখায় স্কেল করে।

3. পালসের সময়কাল (τ): ফেমটোসেকেন্ড (fs) এ পরিমাপ করা হয়, এটি আলোর পালসের সময়কাল। সাধারণ মানগুলি 10 থেকে 1000 fs এর মধ্যে। কোঅফিশিয়েন্ট পালসের সময়কালের সাথে সরলরেখায় স্কেল করে।

4. ধ্রুবক (K): এই মাত্রাহীন ধ্রুবক (আমাদের মডেলে 1.5) বিভিন্ন উপাদানের বৈশিষ্ট্য এবং ইউনিট রূপান্তরের জন্য হিসাব করে। আরও বিস্তারিত মডেলে, এটি উপাদান-নির্দিষ্ট প্যারামিটার দ্বারা প্রতিস্থাপিত হবে।

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট ক্যালকুলেটর ব্যবহার করার উপায়

আমাদের টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন ক্যালকুলেটরটি নিম্নলিখিত পদক্ষেপগুলি অনুসরণ করে টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট নির্ধারণ করা সহজ করে:

1. তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রবেশ করুন: আপনার ঘটনাস্থল আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য ন্যানোমিটারে (nm) প্রবেশ করুন। সাধারণ মানগুলি 400 থেকে 1200 nm এর মধ্যে।

2. তীব্রতা প্রবেশ করুন: আপনার আলো উৎসের তীব্রতা W/cm² এ প্রবেশ করুন। আপনি বৈজ্ঞানিক নোটেশন ব্যবহার করতে পারেন (যেমন, 1e12 জন্য 10¹²)।

3. পালসের সময়কাল প্রবেশ করুন: ফেমটোসেকেন্ড (fs) এ পালসের সময়কাল প্রবেশ করুন।

4. ফলাফল দেখুন: ক্যালকুলেটর তাত্ক্ষণিকভাবে সেমি/GW এ টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট প্রদর্শন করবে।

5. ফলাফল কপি করুন: গণনা করা মানটি আপনার ক্লিপবোর্ডে কপি করতে "কপি ফলাফল" বোতামটি ব্যবহার করুন।

ক্যালকুলেটর এছাড়াও প্রদান করে:

• একটি গতিশীল ভিজ্যুয়ালাইজেশনের মাধ্যমে ভিজ্যুয়াল প্রতিক্রিয়া
• সাধারণ পরিসরের বাইরে মানগুলির জন্য সতর্কতা বার্তা
• ফলাফল কিভাবে প্রাপ্ত হয়েছে তা ব্যাখ্যা করে গণনার বিস্তারিত

ইনপুট যাচাইকরণ এবং সীমাবদ্ধতা

ক্যালকুলেটর সঠিক ফলাফল নিশ্চিত করতে কয়েকটি যাচাইকরণ পরীক্ষা করে:

• সমস্ত ইনপুট পজিটিভ সংখ্যা হতে হবে
• সাধারণ পরিসরের বাইরে মানগুলির জন্য সতর্কতা প্রদর্শিত হয়:
  • তরঙ্গদৈর্ঘ্য: 400-1200 nm
  • তীব্রতা: 10¹⁰ থেকে 10¹⁴ W/cm²
  • পালসের সময়কাল: 10-1000 fs

যদিও ক্যালকুলেটর এই পরিসরের বাইরে মানগুলির জন্য ফলাফল গণনা করবে, সরলীকৃত মডেলের সঠিকতা কমে যেতে পারে।

গণনার পদ্ধতি

ক্যালকুলেটর উপরে উল্লেখিত সূত্রটি ব্যবহার করে টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট গণনা করে। গণনার প্রক্রিয়ার একটি ধাপে ধাপে বিশ্লেষণ এখানে রয়েছে:

1. সমস্ত ইনপুট প্যারামিটার যাচাই করুন যাতে তারা পজিটিভ সংখ্যা হয়
2. W/cm² থেকে GW/cm² এ তীব্রতা রূপান্তর করুন 10⁹ দ্বারা ভাগ করে
3. সূত্র প্রয়োগ করুন: β = K × (I × τ) / λ²
4. ফলাফল সেমি/GW এ প্রদর্শন করুন

উদাহরণস্বরূপ, তরঙ্গদৈর্ঘ্য = 800 nm, তীব্রতা = 10¹² W/cm², এবং পালসের সময়কাল = 100 fs:

• তীব্রতা রূপান্তর করুন: 10¹² W/cm² ÷ 10⁹ = 10³ GW/cm²
• গণনা করুন: β = 1.5 × (10³ × 100) ÷ (800)² = 1.5 × 10⁵ ÷ 640,000 = 0.234375 সেমি/GW

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশনের গবেষণা এবং শিল্পে অ্যাপ্লিকেশন

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশনের বিভিন্ন বৈজ্ঞানিক এবং প্রযুক্তিগত ক্ষেত্রে অসংখ্য অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে:

1. টু-ফোটন ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপি

টু-ফোটন মাইক্রোস্কোপি TPA ব্যবহার করে জীববিজ্ঞানের নমুনাগুলির উচ্চ-রেজোলিউশন, তিন-মাত্রিক চিত্রায়ণ অর্জন করে। তীব্রতার উপর চতুর্ভুজ নির্ভরতা স্বাভাবিকভাবেই উত্তেজনাকে ফোকাল পয়েন্টে সীমাবদ্ধ করে, ফোটোব্লিচিং এবং ফোটোটক্সিসিটি কমিয়ে আনে অ-ফোকাল অঞ্চলে।

উদাহরণ: একটি গবেষক 800 nm এ 100 fs পালস সহ একটি Ti:Sapphire লেজার ব্যবহার করে মস্তিষ্কের টিস্যুতে চিত্রায়ণের গভীরতা অপ্টিমাইজ করতে টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট গণনা করতে চান। আমাদের ক্যালকুলেটর ব্যবহার করে তীব্রতা = 5×10¹² W/cm², তারা দ্রুত β = 1.17 সেমি/GW নির্ধারণ করতে পারেন।

2. ফোটোডাইনামিক থেরাপি

টু-ফোটন উত্তেজনা টিস্যুর গভীরতায় ফোটোসেন্সিটাইজারগুলির সঠিক সক্রিয়করণকে অনুমোদন করে, যা দৃশ্যমান আলোর তুলনায় টিস্যুতে আরও কার্যকরভাবে প্রবেশ করে।

উদাহরণ: একটি মেডিকেল গবেষক ক্যান্সার চিকিৎসার জন্য একটি নতুন ফোটোসেন্সিটাইজার তৈরি করছেন, তাদের টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন বৈশিষ্ট্যগুলি চিহ্নিত করতে হবে। আমাদের ক্যালকুলেটর ব্যবহার করে, তারা সর্বাধিক থেরাপিউটিক প্রভাবের জন্য সর্বাধিক তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং তীব্রতা নির্ধারণ করতে পারেন, যখন আশেপাশের স্বাস্থ্যকর টিস্যুর ক্ষতি কমিয়ে।

3. অপটিক্যাল ডেটা স্টোরেজ

TPA উচ্চ ঘনত্ব এবং নির্বাচনের সাথে তিন-মাত্রিক অপটিক্যাল ডেটা স্টোরেজ সক্ষম করে। একটি ফটোসেন্সিটিভ উপাদানের ভিতরে একটি লেজার বিম ফোকাস করে, নির্দিষ্ট তিন-মাত্রিক সমন্বয়ে ডেটা লেখা যেতে পারে।

উদাহরণ: একটি প্রকৌশলী একটি নতুন অপটিক্যাল স্টোরেজ মাধ্যম ডিজাইন করছেন, তাদের টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট গণনা করতে হবে যাতে নির্ভরযোগ্য ডেটা লেখার জন্য প্রয়োজনীয় সর্বনিম্ন লেজার শক্তি নির্ধারণ করা যায় এবং পাশাপাশি পার্শ্ববর্তী স্টোরেজ অবস্থানের মধ্যে ক্রসটক এড়ানো যায়।

4. মাইক্রোফ্যাব্রিকেশন এবং 3D প্রিন্টিং

টু-ফোটন পলিমারাইজেশন জটিল তিন-মাত্রিক মাইক্রোস্ট্রাকচার তৈরি করতে দেয় যার বৈশিষ্ট্য আকার বিচ্ছুরণ সীমার নিচে।

উদাহরণ: একটি উপাদান বিজ্ঞানী 3D মাইক্রোফ্যাব্রিকেশনের জন্য একটি নতুন ফটোপলিমার তৈরি করছেন, আমাদের ক্যালকুলেটর ব্যবহার করে তারা পলিমারাইজেশন দক্ষতা এবং স্থানীয় রেজোলিউশন অর্জনের জন্য সর্বাধিক লেজার প্যারামিটার (তরঙ্গদৈর্ঘ্য, তীব্রতা, পালসের সময়কাল) নির্ধারণ করেন।

5. অপটিক্যাল লিমিটিং

উচ্চ টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট সহ উপাদানগুলি উচ্চ-তীব্রতার লেজার পালস থেকে সংবেদনশীল অপটিক্যাল উপাদানগুলিকে রক্ষা করতে অপটিক্যাল লিমিটার হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

উদাহরণ: একটি প্রতিরক্ষা ঠিকাদার পাইলটদের জন্য সুরক্ষামূলক চশমা ডিজাইন করছেন, তাদের বিভিন্ন উপাদানের টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন কোঅফিশিয়েন্ট গণনা করতে হবে যাতে লেজার হুমকির বিরুদ্ধে সর্বাধিক সুরক্ষা প্রদান করে এবং স্বাভাবিক অবস্থার অধীনে ভাল দৃশ্যমানতা বজায় রাখে।

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশনের বিকল্প

যদিও টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন অনেক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য শক্তিশালী, কিছু পরিস্থিতিতে বিকল্প ননলিনিয়ার অপটিক্যাল প্রক্রিয়া আরও উপযুক্ত হতে পারে:

1. থ্রি-ফোটন অ্যাবসর্নশন: আরও বেশি স্থানীয় সীমাবদ্ধতা এবং গভীর প্রবেশের প্রস্তাব দেয় তবে উচ্চ তীব্রতার প্রয়োজন।

2. দ্বিতীয় হারমোনিক উৎপাদন (SHG): একই ফ্রিকোয়েন্সির দুটি ফোটনকে দ্বিগুণ ফ্রিকোয়েন্সির একটি একক ফোটনে রূপান্তর করে, ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তর এবং কলাজেন এবং অন্যান্য নন-সেন্ট্রোসিমেট্রিক কাঠামোর চিত্রায়নের জন্য উপকারী।

3. উত্তেজিত রামান স্ক্যাটারিং (SRS): কম্পন মোডের উপর ভিত্তি করে লেবেল-মুক্ত রসায়নিক বৈসাদৃশ্য প্রদান করে, লিপিড এবং অন্যান্য জৈব অণুর চিত্রায়নের জন্য উপকারী।

4. একক-ফোটন কনফোকাল মাইক্রোস্কোপি: টু-ফোটন মাইক্রোস্কোপির চেয়ে সহজ এবং কম ব্যয়বহুল, তবে কম গভীর প্রবেশ এবং আরও ফোটোব্লিচিং।

5. অপটিক্যাল কোহেরেন্স টোমোগ্রাফি (OCT): উচ্চ গভীর প্রবেশের সাথে কাঠামোগত চিত্রায়ণ প্রদান করে তবে টু-ফোটন মাইক্রোস্কোপির চেয়ে কম রেজোলিউশন।

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশনের ইতিহাস

টু-ফোটন অ্যাবসর্নশনের তাত্ত্বিক ভিত্তি মারিয়া গোপার্ট-মায়ার তার ১৯৩১ সালের ডক্টরাল ডিসার্টেশনে স্থাপন করেছিলেন, যেখানে তিনি পূর্বাভাস দিয়েছিলেন যে একটি পরমাণু বা অণু একটি একক কোয়ান্টাম ঘটনায় একসাথে দুটি ফোটন শোষণ করতে পারে। এই groundbreaking কাজের জন্য, তিনি পরে ১৯৬৩ সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন।

তবে, টু-ফোটন অ্যাবসর্নশনের পরীক্ষামূলক প্রমাণ লেজারের আবিষ্কার পর্যন্ত অপেক্ষা করতে হয়েছিল ১৯৬০ সালে, যা এই ননলিনিয়ার অপটিক্যাল ঘটনা পর্যবেক্ষণের জন্য প্রয়োজনীয় উচ্চ তীব্রতা প্রদান করে। ১৯৬১ সালে, বেল ল্যাবসের কাইজার এবং গ্যারেট ইউরোপিয়াম-ডোপড ক্রিস্টালে টু-ফোটন অ্যাবসর্নশনের প্রথম পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণ রিপোর্ট করেন।

১৯৮০ এবং ১৯৯০-এর দশকে আল্ট্রাশর্ট পালস লেজারের উন্নয়ন, বিশেষ করে Ti:Sapphire লেজার, এই ক্ষেত্রে বিপ্লব ঘটায় কারণ এটি টু-ফোটন উত্তেজনার জন্য আদর্শ উচ্চ শিখর তীব্রতা এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্যের টিউনেবিলিটি প্রদান করে। এটি ১৯৯০ সালে কর্নেল বিশ্ববিদ্যালয়ে উইনফ্রিড ডেঙ্ক, জেমস স্ট্রিকলার এবং ওয়াট ওয়েব দ্বারা টু-ফোটন মাইক্রোস্কোপির আবিষ্কারের দিকে নিয়ে যায়, যা পরে জীববিজ্ঞানের চিত্রায়ণে একটি অপরিহার্য সরঞ্জাম হয়ে ওঠে।

সাম্প্রতিক দশকগুলিতে, গবেষণা টু-ফোটন অ্যাবসর্নশন ক্রস-সেকশন বাড়ানোর জন্য উপাদানগুলি বিকাশ, TPA নিয়ন্ত্রণকারী গঠন-ব