محاسبه‌گر ضریب جذب دو فوتونی

ضریب جذب دو فوتونی را با وارد کردن پارامترهای طول موج، شدت و مدت پالس محاسبه کنید. برای تحقیقات و کاربردهای اپتیک غیرخطی ضروری است.

محاسبه‌گر جذب دو فوتونی

این محاسبه‌گر به شما کمک می‌کند تا ضریب جذب دو فوتونی را بر اساس طول موج، شدت و مدت زمان پالس نور ورودی تعیین کنید. پارامترهای مورد نیاز را در زیر وارد کنید تا نتیجه را دریافت کنید.

فرمول استفاده شده

β = K × (I × τ) / λ²

جایی که:

β = ضریب جذب دو فوتونی (cm/GW)
K = ثابت (1.5)
I = شدت (W/cm²)
τ = مدت زمان پالس (fs)
λ = طول موج (nm)

طول موج

طول موج نور ورودی (400-1200 nm معمول است)

شدت

W/cm²

شدت نور ورودی (معمولاً 10¹⁰ تا 10¹⁴ W/cm²)

مدت زمان پالس

مدت زمان پالس نور (معمولاً 10-1000 fs)

نتیجه

پارامترهای معتبر را وارد کنید تا نتیجه محاسبه شود

تصویرسازی

📚

مستندات

محاسبه‌گر جذب دو فوتونی - ابزار آنلاین رایگان برای اپتیک غیرخطی

جذب دو فوتونی چیست و چگونه آن را محاسبه کنیم؟

جذب دو فوتونی (TPA) یک فرآیند اپتیک غیرخطی است که در آن یک مولکول به طور همزمان دو فوتون را جذب می‌کند تا به یک حالت انرژی بالاتر برسد. بر خلاف جذب تک فوتونی، جذب دو فوتونی به صورت مربعی به شدت نور وابسته است و این امکان را برای کنترل دقیق فضایی در کاربردهای پیشرفته مانند میکروسکوپی و درمان فوتودینامیک فراهم می‌کند.

محاسبه‌گر جذب دو فوتونی ما به سرعت ضریب جذب دو فوتونی (β) را با استفاده از سه پارامتر کلیدی محاسبه می‌کند: طول موج، شدت و مدت پالس. این ابزار آنلاین رایگان به محققان، دانشجویان و حرفه‌ای‌ها کمک می‌کند تا به سرعت مقادیر حیاتی را برای تحقیقات و کاربردهای اپتیک غیرخطی خود تعیین کنند.

این پدیده اپتیک غیرخطی برای اولین بار توسط ماریا گوپرت-مایر در سال ۱۹۳۱ پیش‌بینی شد، اما تا اختراع لیزرها در دهه ۱۹۶۰ به طور تجربی مشاهده نشد. امروزه، جذب دو فوتونی برای بسیاری از کاربردهای پیشرفته از جمله میکروسکوپی، درمان فوتودینامیک، ذخیره‌سازی داده‌های اپتیکی و میکروفابریکیشن اساسی است.

ضریب جذب دو فوتونی (β) تمایل یک ماده به جذب دو فوتون به طور همزمان را کمی می‌کند. این محاسبه‌گر از یک مدل ساده‌شده برای تخمین β بر اساس طول موج نور ورودی، شدت نور و مدت پالس استفاده می‌کند و به محققان، دانشجویان و حرفه‌ای‌ها راهی سریع برای محاسبه این پارامتر مهم ارائه می‌دهد.

فرمول و محاسبه ضریب جذب دو فوتونی

ضریب جذب دو فوتونی (β) را می‌توان با استفاده از فرمول ساده‌شده زیر محاسبه کرد:

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

که در آن:

$\beta$ = ضریب جذب دو فوتونی (cm/GW)
$K$ = ثابت (۱.۵ در مدل ساده‌شده ما)
$I$ = شدت نور ورودی (W/cm²)
$\tau$ = مدت پالس (فمتوثانیه، fs)
$\lambda$ = طول موج نور ورودی (نانومتر، nm)

این فرمول یک مدل ساده‌شده را نشان می‌دهد که فیزیک اساسی جذب دو فوتونی را در بر می‌گیرد. در واقع، ضریب جذب دو فوتونی همچنین به خواص ماده و انتقال‌های الکترونیکی خاص وابسته است. با این حال، این تقریب نقطه شروع خوبی برای بسیاری از کاربردهای عملی فراهم می‌کند.

درک متغیرها

طول موج (λ): به نانومتر (nm) اندازه‌گیری می‌شود، این طول موج نور ورودی است. TPA معمولاً در طول موج‌های بین ۴۰۰-۱۲۰۰ nm رخ می‌دهد، با کاهش کارایی در طول موج‌های بلندتر. ضریب به صورت معکوس مربعی به طول موج وابسته است.
شدت (I): به W/cm² اندازه‌گیری می‌شود، این نمایانگر قدرت به ازای واحد سطح نور ورودی است. TPA به شدت‌های بالا نیاز دارد، معمولاً در محدوده ۱۰¹⁰ تا ۱۰¹⁴ W/cm². ضریب به صورت خطی با شدت مقیاس می‌شود.
مدت پالس (τ): به فمتوثانیه (fs) اندازه‌گیری می‌شود، این مدت زمان پالس نور است. مقادیر معمول از ۱۰ تا ۱۰۰۰ fs متغیر است. ضریب به صورت خطی با مدت پالس مقیاس می‌شود.
ثابت (K): این ثابت بدون بعد (۱.۵ در مدل ما) به خواص مختلف ماده و تبدیل واحدها مربوط می‌شود. در مدل‌های دقیق‌تر، این با پارامترهای خاص ماده جایگزین می‌شود.

چگونه از محاسبه‌گر جذب دو فوتونی استفاده کنیم

محاسبه‌گر جذب دو فوتونی ما تعیین ضریب جذب دو فوتونی را با دنبال کردن مراحل زیر ساده می‌کند:

وارد کردن طول موج: طول موج نور ورودی خود را به نانومتر (nm) وارد کنید. مقادیر معمول از ۴۰۰ تا ۱۲۰۰ nm متغیر است.
وارد کردن شدت: شدت منبع نور خود را به W/cm² وارد کنید. می‌توانید از نوتیشن علمی استفاده کنید (به عنوان مثال، ۱e12 برای ۱۰¹²).
وارد کردن مدت پالس: مدت پالس را به فمتوثانیه (fs) وارد کنید.
مشاهده نتیجه: محاسبه‌گر به سرعت ضریب جذب دو فوتونی را به cm/GW نمایش می‌دهد.
کپی نتیجه: از دکمه "کپی نتیجه" برای کپی کردن مقدار محاسبه شده به کلیپ بورد خود استفاده کنید.

محاسبه‌گر همچنین ارائه می‌دهد:

بازخورد بصری از طریق یک تجسم پویا
پیام‌های هشدار برای مقادیر خارج از محدوده‌های معمول
جزئیات محاسبه که توضیح می‌دهد چگونه نتیجه به دست آمده است

اعتبارسنجی ورودی و محدودیت‌ها

محاسبه‌گر چندین بررسی اعتبارسنجی را برای اطمینان از نتایج دقیق انجام می‌دهد:

همه ورودی‌ها باید اعداد مثبت باشند
هشدارهایی برای مقادیر خارج از محدوده‌های معمول نمایش داده می‌شود:
- طول موج: ۴۰۰-۱۲۰۰ nm
- شدت: ۱۰¹⁰ تا ۱۰¹⁴ W/cm²
- مدت پالس: ۱۰-۱۰۰۰ fs

در حالی که محاسبه‌گر هنوز نتایج را برای مقادیر خارج از این محدوده‌ها محاسبه می‌کند، دقت مدل ساده‌شده ممکن است کاهش یابد.

روش محاسبه

محاسبه‌گر از فرمول ذکر شده برای محاسبه ضریب جذب دو فوتونی استفاده می‌کند. در اینجا یک تجزیه و تحلیل مرحله به مرحله از فرآیند محاسبه آورده شده است:

اعتبارسنجی همه پارامترهای ورودی برای اطمینان از اینکه اعداد مثبت هستند
تبدیل شدت از W/cm² به GW/cm² با تقسیم بر ۱۰⁹
اعمال فرمول: β = K × (I × τ) / λ²
نمایش نتیجه به cm/GW

به عنوان مثال، با طول موج = ۸۰۰ nm، شدت = ۱۰¹² W/cm² و مدت پالس = ۱۰۰ fs:

تبدیل شدت: ۱۰¹² W/cm² ÷ ۱۰⁹ = ۱۰³ GW/cm²
محاسبه: β = ۱.۵ × (۱۰³ × ۱۰۰) ÷ (۸۰۰)² = ۱.۵ × ۱۰⁵ ÷ ۶۴۰۰۰۰ = ۰.۲۳۴۳۷۵ cm/GW

کاربردهای جذب دو فوتونی در تحقیق و صنعت

جذب دو فوتونی دارای کاربردهای متعددی در زمینه‌های مختلف علمی و فناوری است:

۱. میکروسکوپی دو فوتونی

میکروسکوپی دو فوتونی از TPA برای دستیابی به تصویربرداری سه‌بعدی با وضوح بالا از نمونه‌های بیولوژیکی استفاده می‌کند. وابستگی مربعی به شدت به طور طبیعی تحریک را به نقطه کانونی محدود می‌کند و باعث کاهش فتوپلاسیدگی و فتوسمیت در نواحی خارج از کانون می‌شود.

مثال: یک محقق که از لیزر Ti:Sapphire در ۸۰۰ nm با پالس‌های ۱۰۰ fs استفاده می‌کند، نیاز دارد تا ضریب جذب دو فوتونی را برای بهینه‌سازی عمق تصویربرداری در بافت مغز محاسبه کند. با استفاده از محاسبه‌گر ما با شدت = ۵×۱۰¹² W/cm²، می‌تواند به سرعت β = ۱.۱۷ cm/GW را تعیین کند.

۲. درمان فوتودینامیک

تحریک دو فوتونی امکان فعال‌سازی دقیق فتوحساسگرها را در عمق‌های بیشتر با استفاده از نور نزدیک به مادون قرمز فراهم می‌کند که به طور مؤثرتری از نور مرئی به بافت نفوذ می‌کند.

مثال: یک محقق پزشکی که در حال توسعه یک فتوحساسگر جدید برای درمان سرطان است، نیاز دارد تا خواص جذب دو فوتونی آن را مشخص کند. با استفاده از محاسبه‌گر ما، می‌تواند طول موج و شدت بهینه را برای حداکثر اثر درمانی در حالی که آسیب به بافت‌های سالم اطراف را به حداقل می‌رساند، تعیین کند.

۳. ذخیره‌سازی داده‌های اپتیکی

TPA امکان ذخیره‌سازی داده‌های اپتیکی سه‌بعدی با چگالی و انتخاب‌پذیری بالا را فراهم می‌کند. با متمرکز کردن یک پرتو لیزر درون یک ماده حساس به نور، داده‌ها می‌توانند در مختصات سه‌بعدی خاص نوشته شوند.

مثال: یک مهندس که در حال طراحی یک رسانه ذخیره‌سازی اپتیکی جدید است، نیاز دارد تا ضریب جذب دو فوتونی را محاسبه کند تا حداقل قدرت لیزر مورد نیاز برای نوشتن داده‌ها به طور قابل اعتماد را تعیین کند و از تداخل بین مکان‌های ذخیره‌سازی مجاور جلوگیری کند.

۴. میکروفابریکیشن و چاپ سه‌بعدی

پلیمرسازی دو فوتونی امکان ایجاد میکروساختارهای پیچیده سه‌بعدی با اندازه ویژگی‌های زیر حد پراش را فراهم می‌کند.

مثال: یک دانشمند مواد که در حال توسعه یک فتوپلیمر جدید برای میکروفابریکیشن سه‌بعدی است، از محاسبه‌گر ما برای تعیین پارامترهای بهینه لیزر (طول موج، شدت، مدت پالس) برای دستیابی به کارایی پلیمرسازی و وضوح فضایی مطلوب استفاده می‌کند.

۵. محدود کردن اپتیکی

مواد با ضریب جذب دو فوتونی بالا می‌توانند به عنوان محدودکننده‌های اپتیکی برای محافظت از اجزای اپتیکی حساس در برابر پالس‌های لیزر با شدت بالا استفاده شوند.

مثال: یک پیمانکار دفاعی که در حال طراحی عینک‌های محافظ برای خلبانان است، نیاز دارد تا ضریب جذب دو فوتونی مواد مختلف را محاسبه کند تا آن‌هایی را شناسایی کند که بهترین محافظت را در برابر تهدیدات لیزری فراهم می‌کنند در حالی که دید خوبی را در شرایط عادی حفظ می‌کنند.

جایگزین‌های جذب دو فوتونی

در حالی که جذب دو فوتونی برای بسیاری از کاربردها قدرتمند است، فرآیندهای اپتیک غیرخطی جایگزین ممکن است در برخی سناریوها مناسب‌تر باشند:

جذب سه فوتونی: فضای بیشتری را محدود می‌کند و نفوذ عمیق‌تری دارد اما به شدت‌های بالاتری نیاز دارد.
تولید هارمونیک دوم (SHG): دو فوتون با فرکانس یکسان را به یک فوتون با فرکانس دو برابر تبدیل می‌کند، که برای تبدیل فرکانس و تصویربرداری کلاژن و سایر ساختارهای غیر مرکزی مفید است.
پراش رامان تحریک‌شده (SRS): کنتراست شیمیایی بدون برچسب را بر اساس حالت‌های ارتعاشی فراهم می‌کند، که برای تصویربرداری از لیپیدها و سایر بیومولکول‌ها مفید است.
میکروسکوپی کنفوکال تک فوتونی: ساده‌تر و ارزان‌تر از میکروسکوپی دو فوتونی است، اما نفوذ کمتری دارد و فتوپلاسیدگی بیشتری دارد.
توموگرافی انسجام اپتیکی (OCT): تصویربرداری ساختاری با نفوذ عمق بالا فراهم می‌کند اما وضوح کمتری نسبت به میکروسکوپی دو فوتونی دارد.

تاریخچه جذب دو فوتونی

پایه نظری جذب دو فوتونی توسط ماریا گوپرت-مایر در پایان‌نامه دکتری‌اش در سال ۱۹۳۱ بنا نهاده شد، جایی که او پیش‌بینی کرد که یک اتم یا مولکول می‌تواند به طور همزمان دو فوتون را در یک رویداد کوانتومی واحد جذب کند. برای این کار نوآورانه، او بعداً جایزه نوبل فیزیک را در سال ۱۹۶۳ دریافت کرد.

با این حال، تأیید تجربی جذب دو فوتونی باید تا اختراع لیزر در سال ۱۹۶۰ صبر کند، که شدت‌های بالایی را فراهم کرد که برای مشاهده این پدیده اپتیک غیرخطی ضروری بود. در سال ۱۹۶۱، کایزر و گرت در آزمایشگاه‌های بل اولین مشاهده تجربی جذب دو فوتونی را در یک کریستال دوپ شده با اروپیم گزارش کردند.

توسعه لیزرهای پالس فوق‌کوتاه در دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰، به ویژه لیزر Ti:Sapphire، این حوزه را متحول کرد و شدت‌های اوج بالایی و قابلیت تنظیم طول موج ایده‌آل برای تحریک دو فوتونی را فراهم کرد. این منجر به اختراع میکروسکوپی دو فوتونی توسط وینفرید دنک، جیمز استریکلر و وات وب در دانشگاه کرنل در سال ۱۹۹۰ شد، که از آن زمان به ابزاری ضروری در تصویربرداری بیولوژیکی تبدیل شده است.

در دهه‌های اخیر، تحقیقات بر روی توسعه مواد با مقاطع جذب دو فوتونی افزایش یافته، درک روابط ساختار-خواص حاکم بر TPA و گسترش کاربردهای فرآیندهای دو فوتونی در زمینه‌هایی از بیومدیسین تا فناوری اطلاعات متمرکز شده است.

اندازه‌گیری و محاسبه ضریب جذب دو فوتونی از تنظیمات تجربی پیچیده به روش‌های محاسباتی قابل دسترس‌تر و مدل‌های ساده‌شده مانند آنچه در محاسبه‌گر ما استفاده می‌شود، تکامل یافته است و این پارامتر مهم را برای محققان در رشته‌های مختلف قابل دسترس‌تر کرده است.

مثال‌های کد برای محاسبه جذب دو فوتونی

در اینجا مثال‌هایی در زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف برای محاسبه ضریب جذب دو فوتونی با استفاده از فرمول ما آورده شده است:

1def calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration, k=1.5):
2    """
3    محاسبه ضریب جذب دو فوتونی.
4    
5    پارامترها:
6    wavelength (float): طول موج به نانومتر
7    intensity (float): شدت به W/cm²
8    pulse_duration (float): مدت پالس به فمتوثانیه
9    k (float): ثابت (پیش‌فرض: 1.5)
10    
11    بازگشت:
12    float: ضریب جذب دو فوتونی به cm/GW
13    """
14    # تبدیل شدت از W/cm² به GW/cm²
15    intensity_gw = intensity / 1e9
16    
17    # محاسبه ضریب جذب دو فوتونی
18    beta = k * (intensity_gw * pulse_duration) / (wavelength ** 2)
19    
20    return beta
21
22# مثال استفاده
23wavelength = 800  # nm
24intensity = 1e12  # W/cm²
25pulse_duration = 100  # fs
26
27beta = calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration)
28print(f"ضریب جذب دو فوتونی: {beta:.6f} cm/GW")
29

1function calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k = 1.5) {
2  // تبدیل شدت از W/cm² به GW/cm²
3  const intensityGw = intensity / 1e9;
4  
5  // محاسبه ضریب جذب دو فوتونی
6  const beta = k * (intensityGw * pulseDuration) / Math.pow(wavelength, 2);
7  
8  return beta;
9}
10
11// مثال استفاده
12const wavelength = 800;  // nm
13const intensity = 1e12;  // W/cm²
14const pulseDuration = 100;  // fs
15
16const beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration);
17console.log(`ضریب جذب دو فوتونی: ${beta.toFixed(6)} cm/GW`);
18

1public class TwoPhotonAbsorptionCalculator {
2    public static double calculateTpaCoefficient(double wavelength, double intensity, 
3                                                double pulseDuration, double k) {
4        // تبدیل شدت از W/cm² به GW/cm²
5        double intensityGw = intensity / 1e9;
6        
7        // محاسبه ضریب جذب دو فوتونی
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;  // ثابت
18        
19        double beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k);
20        System.out.printf("ضریب جذب دو فوتونی: %.6f cm/GW%n", beta);
21    }
22}
23

function beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k)
    % محاسبه ضریب جذب دو فوتونی
    %
    % پارامترها:
    % wavelength - طول موج به نانومتر
    % intensity - شدت به W/cm²
    % pulseDuration - مدت پالس به فمتوثانیه

💬

بازخورد

💬

برای شروع دادن بازخورد درباره این ابزار، روی توست بازخورد کلیک کنید

🔗

ابزارهای مرتبط

کشف ابزارهای بیشتری که ممکن است برای جریان کاری شما مفید باشند