เครื่องคำนวณการดูดซับสองโฟตอน - คำนวณค่า TPA ออนไลน์

การดูดซับสองโฟตอน (TPA) เป็น กระบวนการทางแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้น ที่โมเลกุลดูดซับโฟตอนสองตัวพร้อมกันเพื่อไปยังสถานะพลังงานที่สูงขึ้น เครื่องคำนวณ การดูดซับสองโฟตอน ฟรีของเราคำนวณ ค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอน (β) ได้ทันทีโดยใช้พารามิเตอร์ความยาวคลื่น ความเข้มข้น และระยะเวลาพัลส์ ทำให้มันเป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับนักวิจัยในด้าน ออพติกส์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น กล้องจุลทรรศน์สองโฟตอน และการใช้งาน การบำบัดด้วยแสง

เครื่องคำนวณขั้นสูงนี้ช่วยให้การคำนวณ ค่าอัตราการดูดซับ TPA ที่ซับซ้อนซึ่งมีความสำคัญต่อการปรับแต่งพารามิเตอร์เลเซอร์ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการใช้งานในอุตสาหกรรม ไม่ว่าคุณจะออกแบบระบบจัดเก็บข้อมูลทางแสง พัฒนากล้องจุลทรรศน์ใหม่ หรือศึกษาวัสดุทางออพติกส์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น เครื่องมือของเราจะให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำในไม่กี่วินาที

การดูดซับสองโฟตอนคืออะไรและทำไมต้องคำนวณค่าอัตราการดูดซับ?

การดูดซับสองโฟตอน เป็นกระบวนการทางกลศาสตร์ควอนตัมที่วัสดุดูดซับโฟตอนสองตัวพร้อมกันเพื่อเปลี่ยนไปยังสถานะที่กระตุ้น แตกต่างจากการดูดซับโฟตอนเดี่ยวแบบดั้งเดิม TPA แสดงถึงความสัมพันธ์เชิงพรรณนาแบบกำลังสองของความเข้มข้น ซึ่งให้การควบคุมเชิงพื้นที่ที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำ

ค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอน (β) เป็นการวัดประสิทธิภาพของวัสดุในกระบวนการที่ไม่เป็นเชิงเส้นนี้ คาดการณ์ครั้งแรกโดยผู้ได้รับรางวัลโนเบล Maria Göppert-Mayer ในปี 1931 การดูดซับสองโฟตอน ยังคงเป็นทฤษฎีจนกระทั่งเทคโนโลยีเลเซอร์ทำให้สามารถสังเกตการณ์ได้ในปี 1961

ในปัจจุบัน การคำนวณ TPA เป็นพื้นฐานสำหรับ:

• การปรับแต่ง กล้องจุลทรรศน์สองโฟตอน
• การวางแผนการรักษา การบำบัดด้วยแสง
• การออกแบบการจัดเก็บข้อมูลทางแสง
• กระบวนการไมโครฟาบริเคชัน 3 มิติ
• การพัฒนาอุปกรณ์จำกัดทางแสง

สูตรค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอน: วิธีคำนวณ TPA

ค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอน (β) สามารถคำนวณได้โดยใช้ สูตร TPA ที่เรียบง่ายดังต่อไปนี้:

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

โดยที่:

• $\beta$ = ค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอน (cm/GW)
• $K$ = ค่าคงที่ (1.5 ในโมเดลที่เรียบง่ายของเรา)
• $I$ = ความเข้มข้นของแสงที่ตกกระทบ (W/cm²)
• $\tau$ = ระยะเวลาพัลส์ (เฟมโทวินาที, fs)
• $\lambda$ = ความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ (นาโนเมตร, nm)

สูตรนี้แสดงถึงโมเดลที่เรียบง่ายซึ่งจับฟิสิกส์ที่สำคัญของการดูดซับสองโฟตอน ในความเป็นจริง ค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอนยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุและการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เฉพาะเจาะจง อย่างไรก็ตาม การประมาณนี้ให้จุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับการใช้งานจริงหลายๆ อย่าง

ทำความเข้าใจกับตัวแปร

1. ความยาวคลื่น (λ): วัดเป็นนาโนเมตร (nm) นี่คือความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ TPA มักเกิดขึ้นที่ความยาวคลื่นระหว่าง 400-1200 nm โดยมีประสิทธิภาพลดลงที่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น ค่าอัตราการดูดซับมีความสัมพันธ์แบบกำลังสองผกผันกับความยาวคลื่น

2. ความเข้มข้น (I): วัดเป็น W/cm² แสดงถึงพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ของแสงที่ตกกระทบ TPA ต้องการความเข้มข้นสูง โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 10¹⁰ ถึง 10¹⁴ W/cm² ค่าอัตราการดูดซับมีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับความเข้มข้น

3. ระยะเวลาพัลส์ (τ): วัดเป็นเฟมโทวินาที (fs) นี่คือระยะเวลาของพัลส์แสง ค่าโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 10 ถึง 1000 fs ค่าอัตราการดูดซับมีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับระยะเวลาพัลส์

4. ค่าคงที่ (K): ค่าคงที่ที่ไม่มีมิติ (1.5 ในโมเดลของเรา) คำนึงถึงคุณสมบัติของวัสดุต่างๆ และการแปลงหน่วย ในโมเดลที่ละเอียดมากขึ้น ค่านี้จะถูกแทนที่ด้วยพารามิเตอร์เฉพาะวัสดุ

วิธีการใช้เครื่องคำนวณค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอน: คู่มือทีละขั้นตอน

เครื่องคำนวณ ค่าอัตราการดูดซับ TPA ของเราช่วยให้การคำนวณ การดูดซับสองโฟตอน ที่ซับซ้อนง่ายขึ้นผ่านอินเทอร์เฟซที่ใช้งานง่าย ทำตามขั้นตอนเหล่านี้เพื่อคำนวณ ค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอน ของคุณ:

1. ป้อนความยาวคลื่น: ป้อนความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบในนาโนเมตร (nm) ค่าโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 400 ถึง 1200 nm

2. ป้อนความเข้มข้น: ป้อนความเข้มข้นของแหล่งแสงของคุณใน W/cm² คุณสามารถใช้การเขียนในรูปแบบวิทยาศาสตร์ (เช่น 1e12 สำหรับ 10¹²)

3. ป้อนระยะเวลาพัลส์: ป้อนระยะเวลาพัลส์ในเฟมโทวินาที (fs)

4. ดูผลลัพธ์: เครื่องคำนวณจะแสดงค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอนใน cm/GW ทันที

5. คัดลอกผลลัพธ์: ใช้ปุ่ม "คัดลอกผลลัพธ์" เพื่อคัดลอกค่าที่คำนวณได้ไปยังคลิปบอร์ดของคุณ

เครื่องคำนวณยังให้:

• ข้อมูลย้อนกลับผ่านการแสดงภาพแบบไดนามิก
• ข้อความเตือนสำหรับค่าที่อยู่นอกช่วงปกติ
• รายละเอียดการคำนวณที่อธิบายว่าผลลัพธ์ถูกสร้างขึ้นอย่างไร

การตรวจสอบข้อมูลนำเข้าและข้อจำกัด

เครื่องคำนวณทำการตรวจสอบหลายอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าผลลัพธ์ที่แม่นยำ:

• ข้อมูลนำเข้าทั้งหมดต้องเป็นหมายเลขบวก
• ข้อความเตือนจะแสดงสำหรับค่าที่อยู่นอกช่วงปกติ:
  • ความยาวคลื่น: 400-1200 nm
  • ความเข้มข้น: 10¹⁰ ถึง 10¹⁴ W/cm²
  • ระยะเวลาพัลส์: 10-1000 fs

แม้ว่าเครื่องคำนวณจะยังคำนวณผลลัพธ์สำหรับค่าที่อยู่นอกช่วงเหล่านี้ ความแม่นยำของโมเดลที่เรียบง่ายอาจลดลง

วิธีการคำนวณ

เครื่องคำนวณใช้สูตรที่กล่าวถึงข้างต้นในการคำนวณค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอน นี่คือการแบ่งขั้นตอนการคำนวณ:

1. ตรวจสอบพารามิเตอร์นำเข้าทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาเป็นหมายเลขบวก
2. แปลงความเข้มข้นจาก W/cm² เป็น GW/cm² โดยการหารด้วย 10⁹
3. ใช้สูตร: β = K × (I × τ) / λ²
4. แสดงผลลัพธ์ใน cm/GW

ตัวอย่างเช่น ด้วยความยาวคลื่น = 800 nm, ความเข้มข้น = 10¹² W/cm², และระยะเวลาพัลส์ = 100 fs:

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

การใช้งานการดูดซับสองโฟตอน: การวิจัยและการใช้งานในอุตสาหกรรม

ค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอน มีความสำคัญต่อการปรับแต่งประสิทธิภาพใน TPA applications ที่หลากหลายในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม:

1. กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์สองโฟตอน

กล้องจุลทรรศน์สองโฟตอน ใช้ TPA เพื่อให้ได้ภาพสามมิติที่มีความละเอียดสูงของตัวอย่างชีวภาพ ความสัมพันธ์เชิงพรรณนาแบบกำลังสองของความเข้มข้นจะจำกัดการกระตุ้นไปยังจุดโฟกัส ลด การฟอกสี และ พิษจากแสง ในพื้นที่ที่อยู่นอกโฟกัส

ตัวอย่าง: นักวิจัยที่ใช้เลเซอร์ Ti:Sapphire ที่ 800 nm ด้วยพัลส์ 100 fs ต้องการคำนวณค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอนเพื่อปรับแต่งความลึกในการถ่ายภาพในเนื้อสมอง โดยใช้เครื่องคำนวณของเราที่มีความเข้มข้น = 5×10¹² W/cm² พวกเขาสามารถกำหนด β = 1.17 cm/GW ได้อย่างรวดเร็ว

2. การบำบัดด้วยแสง

การกระตุ้นด้วยสองโฟตอนช่วยให้สามารถเปิดใช้งาน photosensitizers ได้อย่างแม่นยำที่ความลึกของเนื้อเยื่อที่มากขึ้นโดยใช้แสงใกล้อินฟราเรด ซึ่งสามารถซึมผ่านเนื้อเยื่อได้ดีกว่าแสงที่มองเห็น

ตัวอย่าง: นักวิจัยทางการแพทย์ที่พัฒนา photosensitizer ใหม่สำหรับการรักษามะเร็งต้องการระบุคุณสมบัติการดูดซับสองโฟตอนของมัน โดยใช้เครื่องคำนวณของเรา พวกเขาสามารถกำหนดความยาวคลื่นและความเข้มข้นที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้ผลทางการรักษาสูงสุดในขณะที่ลดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีรอบข้าง

3. การจัดเก็บข้อมูลทางแสง

TPA ช่วยให้การจัดเก็บข้อมูลทางแสงสามมิติที่มีความหนาแน่นสูงและการเลือกสรร โดยการมุ่งเน้นลำแสงเลเซอร์ภายในวัสดุที่ไวต่อแสง ข้อมูลสามารถเขียนที่พิกัดสามมิติที่เฉพาะเจาะจง

ตัวอย่าง: วิศวกรที่ออกแบบสื่อการจัดเก็บข้อมูลทางแสงใหม่ต้องการคำนวณค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอนเพื่อกำหนดพลังงานเลเซอร์ขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับการเขียนข้อมูลอย่างเชื่อถือได้ในขณะที่หลีกเลี่ยงการข้ามระหว่างตำแหน่งการจัดเก็บที่อยู่ติดกัน

4. ไมโครฟาบริเคชันและการพิมพ์ 3 มิติ

การพิมพ์ด้วยโฟตอนสองตัวช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างไมโครสามมิติที่ซับซ้อนได้โดยมีขนาดฟีเจอร์ต่ำกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน

ตัวอย่าง: นักวิทยาศาสตร์วัสดุที่พัฒนาฟอตโพลิเมอร์ใหม่สำหรับการไมโครฟาบริเคชัน 3 มิติใช้เครื่องคำนวณของเราเพื่อกำหนดพารามิเตอร์เลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด (ความยาวคลื่น ความเข้มข้น ระยะเวลาพัลส์) เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการพอลิเมอไรเซชันและความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ต้องการ

5. การจำกัดทางแสง

วัสดุที่มีค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอนสูงสามารถใช้เป็นอุปกรณ์จำกัดทางแสงเพื่อปกป้องส่วนประกอบทางแสงที่ละเอียดอ่อนจากพัลส์เลเซอร์ที่มีความเข้มสูง

ตัวอย่าง: ผู้รับเหมาก่อสร้างด้านการป้องกันที่ออกแบบแว่นตาป้องกันสำหรับนักบินต้องการคำนวณค่าอัตราการดูดซับสองโฟตอนของวัสดุต่างๆ เพื่อระบุวัสดุที่ให้การปกป้องที่ดีที่สุดต่อภัยคุกคามจากเลเซอร์ในขณะที่ยังคงมองเห็นได้ดีในสภาวะปกติ

เทคนิคทางออพติกส์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นทางเลือกสำหรับการดูดซับสองโฟตอน

ในขณะที่ การดูดซับสองโฟตอน มีความโดดเด่นในหลายแอปพลิเคชัน แต่กระบวนการทางออพติกส์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นอื่นๆ อาจเหมาะสมที่สุดสำหรับสถานการณ์เฉพาะที่ต้องการลักษณะ TPA coefficient ที่แตกต่างกัน:

1. การดูดซับสามโฟตอน: เสนอการควบคุมเชิงพื้นที่ที่มากขึ้นและการซึมผ่านที่ลึกขึ้น แต่ต้องการความเข้มข้นที่สูงกว่า

2. การสร้างฮาร์มอนิกที่สอง (SHG): แปลงโฟตอนสองตัวที่มีความถี่เดียวกันเป็นโฟตอนเดียวที่มีความถี่สองเท่า มีประโยชน์สำหรับการแปลงความถี่และการถ่ายภาพคอลลาเจนและโครงสร้างที่ไม่เป็นศูนย์กลางอื่นๆ

3. การกระจายรามันที่กระตุ้น (SRS): ให้ความแตกต่างทางเคมีที่ไม่มีป้ายกำกับตามโหมดการสั่นสะเทือน มีประโยชน์สำหรับการถ่ายภาพไขมันและโมเลกุลชีวภาพอื่นๆ

4. กล้องจุลทรรศน์แบบคอนฟอคอลโฟตอนเดี่ยว: ง่ายกว่าและมีราคาถูกกว่ากล้องจุลทรรศน์สองโฟตอน แต่มีการซึมผ่านที่น้อยกว่าและมีการฟอกสีมากกว่า

5. การถ่ายภาพด้วยความสอดคล้องทางแสง (OCT): ให้การถ่ายภาพโครงสร้างด้วยการซึมผ่านที่สูง แต่มีความละเอียดต่ำกว่ากล้องจุลทรรศน์สองโฟตอน

ประวัติการดูดซับสองโฟตอน

รากฐานทางทฤษฎีสำหรับการดูดซับสองโฟตอนถูกวางโดย Maria Göppert-Mayer ในวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเธอในปี 1931 ซึ่งเธอคาดการณ์ว่าอะตอม หรือโมเลกุลสามารถดูดซับโฟตอนสองตัวพร้อมกันในเหตุการณ์ควอนตัมเดียว สำหรับผลงานที่ก้าวล้ำนี้ เธอได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1963

อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบเชิงทดลองของการดูดซับสองโฟตอนต้องรอจนกระทั่งการประดิษฐ์เลเซอร์ในปี 1960 ซึ่งให้ความเข้มข้นสูงที่จำเป็นในการสังเกตปรากฏการณ์ทางออพติกส์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นนี้ ในปี 1961 Kaiser และ Garrett ที่ Bell Labs รายงานการสังเกตการณ์เชิงทดลองครั้งแรกของการดูดซับสองโฟตอนในผลึกที่มี europium-doped

การพัฒนาเลเซอร์พัลส์สั้นในปี 1980 และ 1990 โดยเฉพาะเลเซ