બે-ફોટોન શોષણ કેલ્ક્યુલેટર - ઓનલાઇન TPA ગુણાંક ગણતરી કરો

બે-ફોટોન શોષણ (TPA) એ એક ગેરરેખીય ઓપ્ટિકલ પ્રક્રિયા છે જ્યાં અણુઓ એક સાથે બે ફોટોન શોષણ કરે છે જેથી વધુ ઊર્જા સ્થિતિઓમાં પહોંચે છે. અમારી મફત બે-ફોટોન શોષણ કેલ્ક્યુલેટર તરત જ બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંક (β) ની ગણતરી કરે છે જે તરંગદૈર્ઘ્ય, તીવ્રતા અને પલ્સ અવધિના પરિમાણોનો ઉપયોગ કરે છે, જે ગેરરેખીય ઓપ્ટિક્સ, બે-ફોટોન માઇક્રોસ્કોપી, અને ફોટોડાયનામિક થેરાપી એપ્લિકેશન્સમાં સંશોધકો માટે આવશ્યક છે.

આ અદ્યતન કેલ્ક્યુલેટર જટિલ TPA ગુણાંકની ગણતરીઓને સરળ બનાવે છે જે વૈજ્ઞાનિક સંશોધન અને ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન્સમાં લેસર પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે. તમે ઓપ્ટિકલ સ્ટોરેજ સિસ્ટમો ડિઝાઇન કરી રહ્યા છો, નવી માઇક્રોસ્કોપી તકનીકો વિકસાવી રહ્યા છો, અથવા ગેરરેખીય ઓપ્ટિકલ સામગ્રીનું અભ્યાસ કરી રહ્યા છો, અમારી ટૂલ સેકંડમાં ચોક્કસ પરિણામો આપે છે.

બે-ફોટોન શોષણ શું છે અને ગુણાંકની ગણતરી કેમ કરવી?

બે-ફોટોન શોષણ એ એક ક્વાન્ટમ મિકેનિકલ પ્રક્રિયા છે જ્યાં એક સામગ્રી એક સાથે બે ફોટોન શોષણ કરે છે જેથી તે ઉત્સાહિત સ્થિતિમાં પરિવર્તિત થાય છે. પરંપરાગત એક-ફોટોન શોષણની તુલનામાં, TPA ચોરસ તીવ્રતા પર આધારિત છે, જે ચોકસાઈ એપ્લિકેશન્સ માટે અદ્ભુત સ્થાનિક નિયંત્રણ પ્રદાન કરે છે.

બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંક (β) આ ગેરરેખીય પ્રક્રિયામાં સામગ્રીની કાર્યક્ષમતા માપે છે. 1931માં નોબલ પુરસ્કાર વિજેતા મારિયા ગોપર્ટ-મેયર દ્વારા પ્રથમ ભવિષ્યવાણી કરવામાં આવી, બે-ફોટોન શોષણ 1961માં લેસર ટેકનોલોજી દ્વારા તેના પ્રયોગાત્મક અવલોકનને સક્ષમ બનાવ્યા સુધી થિયોરેટિકલ રહ્યું.

આજે, TPA ગણતરીઓ માટે મૂળભૂત છે:

• બે-ફોટોન માઇક્રોસ્કોપી ઑપ્ટિમાઇઝેશન
• ફોટોડાયનામિક થેરાપી સારવારની યોજના
• ઓપ્ટિકલ ડેટા સ્ટોરેજ ડિઝાઇન
• 3D માઇક્રોફેબ્રિકેશન પ્રક્રિયાઓ
• ઓપ્ટિકલ મર્યાદિત ઉપકરણ વિકાસ

બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંકનું સૂત્ર: TPA કેવી રીતે ગણતરી કરવી

બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંક (β) ની ગણતરી નીચેના સરળ TPA સૂત્ર નો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે:

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

જ્યાં:

• $\beta$ = બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંક (સેમી/જીડબલ્યુ)
• $K$ = સ્થિર (અમારા સરળ મોડલમાં 1.5)
• $I$ = પ્રવેશક પ્રકાશની તીવ્રતા (વોટ/સેમી²)
• $\tau$ = પલ્સ અવધિ (ફેમ્ટોસેકન્ડ, fs)
• $\lambda$ = પ્રવેશક પ્રકાશની તરંગદૈર્ઘ્ય (નાનોમિટર, nm)

આ સૂત્ર એક સરળ મોડલને રજૂ કરે છે જે બે-ફોટોન શોષણની મૂળભૂત ભૌતિકશાસ્ત્રને કૅપ્ચર કરે છે. વાસ્તવમાં, બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંક સામગ્રીના ગુણધર્મો અને સામેલ વિશિષ્ટ ઇલેક્ટ્રોનિક પરિવર્તનો પર પણ આધાર રાખે છે. જોકે, આ અંદાજ ઘણા વ્યાવહારિક એપ્લિકેશન્સ માટે એક સારી શરૂઆતની બિંદુ પ્રદાન કરે છે.

ચલને સમજવું

1. તરંગદૈર્ઘ્ય (λ): નાનોમિટરમાં (nm) માપવામાં આવે છે, આ પ્રવેશક પ્રકાશની તરંગદૈર્ઘ્ય છે. TPA સામાન્ય રીતે 400-1200 nm વચ્ચેના તરંગદૈર્ઘ્ય પર થાય છે, જેમાં લાંબા તરંગદૈર્ઘ્ય પર કાર્યક્ષમતા ઘટે છે. ગુણાંકનું તરંગદૈર્ઘ્ય પર વિરુદ્ધ ચોરસ આધાર છે.

2. તીવ્રતા (I): વોટ/સેમી²માં માપવામાં આવે છે, આ પ્રવેશક પ્રકાશના એકમ ક્ષેત્રફળ પર શક્તિનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. TPA માટે ઉચ્ચ તીવ્રતાની જરૂર છે, સામાન્ય રીતે 10¹⁰ થી 10¹⁴ વોટ/સેમી²ની શ્રેણીમાં. ગુણાંક તીવ્રતાના સાથે રેખીય રીતે સ્કેલ કરે છે.

3. પલ્સ અવધિ (τ): ફેમ્ટોસેકન્ડ (fs) માં માપવામાં આવે છે, આ પ્રકાશ પલ્સની અવધિ છે. સામાન્ય મૂલ્યો 10 થી 1000 fs વચ્ચે હોય છે. ગુણાંક પલ્સ અવધિના સાથે રેખીય રીતે સ્કેલ કરે છે.

4. સ્થિર (K): આ આકારમુક્ત સ્થિર (અમારા મોડલમાં 1.5) વિવિધ સામગ્રીના ગુણધર્મો અને એકમ રૂપાંતરણો માટે જવાબદાર છે. વધુ વિગતવાર મોડલમાં, આને સામગ્રી-વિશિષ્ટ પરિમાણો દ્વારા બદલવામાં આવશે.

બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંક કેલ્ક્યુલેટરનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો: પગલાં-દ્વારા-પગલાં માર્ગદર્શિકા

અમારો TPA ગુણાંક કેલ્ક્યુલેટર જટિલ બે-ફોટોન શોષણ ગણતરીઓને એક સરળ ઇન્ટરફેસ દ્વારા સરળ બનાવે છે. તમારા બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંક ની ગણતરી કરવા માટે આ પગલાં અનુસરો:

1. તરંગદૈર્ઘ્ય દાખલ કરો: તમારા પ્રવેશક પ્રકાશની તરંગદૈર્ઘ્ય નાનોમિટરમાં (nm) દાખલ કરો. સામાન્ય મૂલ્યો 400 થી 1200 nm વચ્ચે હોય છે.

2. તીવ્રતા દાખલ કરો: તમારા પ્રકાશ સ્ત્રોતની તીવ્રતા વોટ/સેમી²માં દાખલ કરો. તમે વૈજ્ઞાનિક નોંધણીનો ઉપયોગ કરી શકો છો (જેમ કે, 1e12 માટે 10¹²).

3. પલ્સ અવધિ દાખલ કરો: ફેમ્ટોસેકન્ડ (fs) માં પલ્સ અવધિ દાખલ કરો.

4. પરિણામ જુઓ: કેલ્ક્યુલેટર તરત જ બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંકને સેમી/જીડબલ્યુમાં દર્શાવશે.

5. પરિણામ નકલ કરો: ગણતરી કરેલ મૂલ્યને તમારા ક્લિપબોર્ડમાં નકલ કરવા માટે "પરિણામ નકલ કરો" બટનનો ઉપયોગ કરો.

કેલ્ક્યુલેટર પણ પ્રદાન કરે છે:

• ડાયનામિક વિઝ્યુલાઇઝેશન દ્વારા દૃશ્યાત્મક પ્રતિસાદ
• સામાન્ય શ્રેણીઓની બહારના મૂલ્યો માટે ચેતવણી સંદેશાઓ
• પરિણામ કેવી રીતે પ્રાપ્ત થયું તે સમજાવતી ગણતરીની વિગતો

ઇનપુટ માન્યતા અને મર્યાદાઓ

કેલ્ક્યુલેટર ચોકસાઈના પરિણામો સુનિશ્ચિત કરવા માટે અનેક માન્યતા ચેક કરે છે:

• તમામ ઇનપુટ સકારાત્મક સંખ્યાઓ હોવી જોઈએ
• સામાન્ય શ્રેણીઓની બહારના મૂલ્યો માટે ચેતવણીઓ દર્શાવવામાં આવે છે:
  • તરંગદૈર્ઘ્ય: 400-1200 nm
  • તીવ્રતા: 10¹⁰ થી 10¹⁴ વોટ/સેમી²
  • પલ્સ અવધિ: 10-1000 fs

જ્યારે કેલ્ક્યુલેટર આ શ્રેણીઓની બહારના મૂલ્યો માટે પણ પરિણામો ગણતરી કરશે, ત્યારે સરળ મોડલની ચોકસાઈ ઘટી શકે છે.

ગણતરી પદ્ધતિ

કેલ્ક્યુલેટર ઉપર દર્શાવેલ સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંકની ગણતરી કરે છે. ગણતરીની પ્રક્રિયાનો પગલાં-દ્વારા-પગલાં વિભાજન અહીં છે:

1. તમામ ઇનપુટ પરિમાણોને માન્ય બનાવો કે તે સકારાત્મક સંખ્યાઓ છે
2. તીવ્રતાને વોટ/સેમી²થી જીડબલ્યુ/સેમી²માં રૂપાંતરિત કરો 10⁹ દ્વારા વિભાજિત કરીને
3. સૂત્ર લાગુ કરો: β = K × (I × τ) / λ²
4. પરિણામને સેમી/જીડબલ્યુમાં દર્શાવો

ઉદાહરણ તરીકે, જો તરંગદૈર્ઘ્ય = 800 nm, તીવ્રતા = 10¹² વોટ/સેમી², અને પલ્સ અવધિ = 100 fs:

• તીવ્રતાને રૂપાંતરિત કરો: 10¹² વોટ/સેમી² ÷ 10⁹ = 10³ જીડબલ્યુ/સેમી²
• ગણતરી કરો: β = 1.5 × (10³ × 100) ÷ (800)² = 1.5 × 10⁵ ÷ 640,000 = 0.234375 સેમી/જીડબલ્યુ

બે-ફોટોન શોષણ એપ્લિકેશન્સ: સંશોધન અને ઔદ્યોગિક ઉપયોગ

બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંક વૈજ્ઞાનિક સંશોધન અને ઉદ્યોગમાં વિવિધ TPA એપ્લિકેશન્સમાં કાર્યક્ષમતા ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે:

1. બે-ફોટોન ફ્લુોરેસન્સ માઇક્રોસ્કોપી

બે-ફોટોન માઇક્રોસ્કોપી TPA નો ઉપયોગ કરીને જીવવિજ્ઞાનના નમૂનાઓનું ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન, ત્રણ-પરિમાણીય ઇમેજિંગ પ્રાપ્ત કરે છે. તીવ્રતાના ચોરસ આધારથી ઉત્સાહન ફોકલ પોઈન્ટ સુધી જ મર્યાદિત થાય છે, જે ફોટોબ્લીચિંગ અને ફોટોટોક્સિસિટીને બહારના ફોકસ વિસ્તારમાં ઘટાડે છે.

ઉદાહરણ: 800 nm પર 100 fs પલ્સ સાથે Ti:Sapphire લેસરનો ઉપયોગ કરતી સંશોધકને મગજના ટિશ્યુમાં ઇમેજિંગની ઊંડાઈને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંકની ગણતરી કરવાની જરૂર છે. 5×10¹² વોટ/સેમી² સાથે અમારા કેલ્ક્યુલેટરનો ઉપયોગ કરીને, તેઓ ઝડપથી β = 1.17 સેમી/જીડબલ્યુ નક્કી કરી શકે છે.

2. ફોટોડાયનામિક થેરાપી

બે-ફોટોન ઉત્સાહન નજીકના ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને વધુ ટિશ્યુ ઊંડાઈઓ પર ફોટોસેન્સિટાઇઝર્સને ચોકસાઈથી સક્રિય કરવા માટેની મંજૂરી આપે છે, જે દૃશ્ય પ્રકાશની તુલનામાં ટિશ્યુમાં વધુ અસરકારક રીતે પ્રવેશ કરે છે.

ઉદાહરણ: કૅન્સર સારવાર માટે નવા ફોટોસેન્સિટાઇઝર વિકસાવી રહેલા એક મેડિકલ સંશોધકને તેના બે-ફોટોન શોષણ ગુણધર્મોને વર્ણવવાની જરૂર છે. અમારા કેલ્ક્યુલેટરનો ઉપયોગ કરીને, તેઓ વધુतम થેરાપ્યુટિક અસર માટે શ્રેષ્ઠ તરંગદૈર્ઘ્ય અને તીવ્રતા નક્કી કરી શકે છે જ્યારે આસપાસના સ્વસ્થ ટિશ્યુને નુકસાન ઓછું કરે છે.

3. ઓપ્ટિકલ ડેટા સ્ટોરેજ

TPA ઉચ્ચ ઘનતા અને પસંદગી સાથે ત્રણ-પરિમાણીય ઓપ્ટિકલ ડેટા સ્ટોરેજને સક્ષમ બનાવે છે. ફોટોસેન્સિટિવ સામગ્રીની અંદર લેસર કિરણને કેન્દ્રિત કરીને, ડેટા ચોક્કસ ત્રણ-પરિમાણીય સમન્વય પર લખી શકાય છે.

ઉદાહરણ: નવા ઓપ્ટિકલ સ્ટોરેજ માધ્યમની ડિઝાઇન કરતી એક ઇજનેરને વિશ્વસનીય ડેટા લખવા માટેની ઓછામાં ઓછી લેસર શક્તિની જરૂરિયાત નક્કી કરવા માટે બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંકની ગણતરી કરવાની જરૂર છે, જ્યારે નજીકના સ્ટોરેજ સ્થાન વચ્ચે ક્રોસટોકને ટાળે છે.

4. માઇક્રોફેબ્રિકેશન અને 3D પ્રિન્ટિંગ

બે-ફોટોન પોલિમરાઇઝેશન જટિલ ત્રણ-પરિમાણીય માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવાની મંજૂરી આપે છે જે diffraction મર્યાદા નીચેની વિશેષતા કદ ધરાવે છે.

ઉદાહરણ: 3D માઇક્રોફેબ્રિકેશન માટે નવા ફોટોપોલિમર વિકસાવી રહેલા સામગ્રી વૈજ્ઞાનિકે અમારી કેલ્ક્યુલેટરનો ઉપયોગ કરીને ઇચ્છિત પોલિમરાઇઝેશન કાર્યક્ષમતા અને સ્થાનિક રિઝોલ્યુશન પ્રાપ્ત કરવા માટે શ્રેષ્ઠ લેસર પરિમાણો (તરંગદૈર્ઘ્ય, તીવ્રતા, પલ્સ અવધિ) નક્કી કરે છે.

5. ઓપ્ટિકલ મર્યાદિત

ઉચ્ચ બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંક ધરાવતી સામગ્રીને ઉચ્ચ-તીવ્રતા લેસર પલ્સથી સંવેદનશીલ ઓપ્ટિકલ ઘટકોને સુરક્ષિત કરવા માટે ઓપ્ટિકલ મર્યાદિત તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે.

ઉદાહરણ: પાયલટ્સ માટે સુરક્ષિત ચશ્મા ડિઝાઇન કરતી એક ડિફેન્સ કોન્ટ્રાક્ટરને વિવિધ સામગ્રીના બે-ફોટોન શોષણ ગુણાંકની ગણતરી કરવાની જરૂર છે જેથી તે લેસર ધમકીઓ સામે શ્રેષ્ઠ સુરક્ષા પ્રદાન કરે છે જ્યારે સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં સારી દૃષ્ટિ જાળવે છે.

બે-ફોટોન શોષણની તુલનામાં વિકલ્પ ગેરરેખીય ઓપ્ટિકલ તકનીકો

જ્યારે બે-ફોટોન શોષણ ઘણા એપ્લિકેશન્સમાં ઉત્તમ છે, ત્યારે અન્ય ગેરરેખીય ઓપ્ટિકલ પ્રક્રિયાઓ ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓ માટે શ્રેષ્ઠ હોઈ શકે છે જે વિવિધ TPA ગુણાંક લક્ષણોની જરૂર છે:

1. ત્રણ-ફોટોન શોષણ: વધુ સ્થાનિક મર્યાદા અને ઊંડા પ્રવેશની ઓફર કરે છે પરંતુ વધુ તીવ્રતાની જરૂર છે.

2. દ્વિતીય હાર્મોનિક જનરેશન (SHG): સમાન આવૃત્તિના બે ફોટોનને બે ગણાની આવૃત્તિના એક ફોટોનમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જે આવૃત્તિ રૂપાંતરણ અને કોલેજન અને અન્ય નોન-સેન્ટ્રોસિમેટ્રિક માળખાઓની ઇમેજિંગ માટે ઉપયોગી છે.

3. ઉત્સાહિત રામન સ્કેટરિંગ (SRS): આલેખન મોડ્સ પર આધારિત લેબલ-ફ્રી રાસાયણિક વિભાજન પ્રદાન કરે છે, જે લિપિડ અને અન્ય બાયમોલેક્યુલ્સની ઇમેજિંગ માટે ઉપયોગી છે.

4. એક-ફોટોન કોન્ફોકલ માઇક્રોસ્કોપી: બે-ફોટોન માઇક્રોસ્કોપી કરતાં સરળ અને ઓછા ખર્ચાળ છે, પરંતુ ઓછા ઊંડા પ્રવેશ અને વધુ ફોટોબ્લીચિંગ સાથે.

5. ઓપ્ટિકલ કોહેરન્સ ટોમોગ્રાફી (OCT): ઊંચી ઊંડા પ્રવેશ સાથે રચનાત્મક ઇમેજિંગ પ્રદાન કરે છે પરંતુ બે-ફોટોન માઇક્રોસ્કોપી કરતાં ઓછા રિઝોલ્યુશન સાથે.

બે-ફોટોન શોષણનો ઇતિહાસ

બે-ફોટોન શોષણ માટેનો થિયોરેટિકલ આધાર મારિયા ગોપર્ટ-મેયર દ્વારા 1931માં તેમના ડોક્ટરલ ડિઝર્ટેશનમાં મૂકવામાં આવ્યો હતો, જ્યાં તેમણે ભવિષ્યવાણી કરી હતી કે એક અણુ અથવા અણુ એક જ ક્વાન્ટમ ઇવેન્ટમાં એક સાથે બે ફોટોન શોષણ કરી શકે છે. આ ભૂમિકા માટે, તેમણે 1963માં ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબલ પુરસ્કાર પ્રાપ્ત કર્યો.

પરંતુ, બે-ફોટોન શોષણનું પ્રયોગાત્મક પ્રમાણન લેસરનો 1960માં શોધ થવા સુધી રાહ જોવી પડી,