Kalkulator Koefisien Absorpsi Dua-Foton

Hitung koefisien absorpsi dua-foton dengan memasukkan parameter panjang gelombang, intensitas, dan durasi pulsa. Penting untuk penelitian dan aplikasi optik nonlinier.

Kalkulator Penyerapan Dua-Foton

Kalkulator ini membantu Anda menentukan koefisien penyerapan dua-foton berdasarkan panjang gelombang, intensitas, dan durasi pulsa cahaya yang datang. Masukkan parameter yang diperlukan di bawah ini untuk mendapatkan hasilnya.

Rumus yang Digunakan

β = K × (I × τ) / λ²

Di mana:

β = Koefisien penyerapan dua-foton (cm/GW)
K = Konstanta (1.5)
I = Intensitas (W/cm²)
τ = Durasi pulsa (fs)
λ = Panjang gelombang (nm)

Panjang Gelombang

Panjang gelombang cahaya yang datang (400-1200 nm adalah tipikal)

Intensitas

W/cm²

Intensitas cahaya yang datang (biasanya 10¹⁰ hingga 10¹⁴ W/cm²)

Durasi Pulsa

Durasi pulsa cahaya (biasanya 10-1000 fs)

Hasil

Masukkan parameter yang valid untuk menghitung hasil

Visualisasi

📚

Dokumentasi

Kalkulator Penyerapan Dua Foton - Alat Daring Gratis untuk Optik Nonlinear

Apa itu Penyerapan Dua Foton dan Bagaimana Cara Menghitungnya?

Penyerapan dua foton (TPA) adalah proses optik nonlinear di mana sebuah molekul secara bersamaan menyerap dua foton untuk mencapai keadaan energi yang lebih tinggi. Berbeda dengan penyerapan satu foton, penyerapan dua foton bergantung secara kuadratik pada intensitas cahaya, memungkinkan kontrol spasial yang tepat dalam aplikasi canggih seperti mikroskopi dan terapi fotodinamik.

Kalkulator Penyerapan Dua Foton kami secara instan menghitung koefisien penyerapan dua foton (β) menggunakan tiga parameter kunci: panjang gelombang, intensitas, dan durasi pulsa. Alat daring gratis ini membantu peneliti, mahasiswa, dan profesional dengan cepat menentukan nilai-nilai kritis untuk penelitian dan aplikasi optik nonlinear mereka.

Fenomena optik nonlinear ini pertama kali diprediksi oleh Maria Göppert-Mayer pada tahun 1931, tetapi tidak diamati secara eksperimental hingga penemuan laser pada tahun 1960-an. Saat ini, penyerapan dua foton adalah dasar bagi banyak aplikasi canggih termasuk mikroskopi, terapi fotodinamik, penyimpanan data optik, dan mikro fabrikasi.

Koefisien penyerapan dua foton (β) mengukur kecenderungan suatu material untuk menyerap dua foton secara bersamaan. Kalkulator ini menggunakan model yang disederhanakan untuk memperkirakan β berdasarkan panjang gelombang cahaya yang datang, intensitas cahaya, dan durasi pulsa—memberikan peneliti, mahasiswa, dan profesional cara cepat untuk menghitung parameter penting ini.

Rumus dan Perhitungan Koefisien Penyerapan Dua Foton

Koefisien penyerapan dua foton (β) dapat dihitung menggunakan rumus sederhana berikut:

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

Di mana:

$\beta$ = Koefisien penyerapan dua foton (cm/GW)
$K$ = Konstanta (1.5 dalam model sederhana kami)
$I$ = Intensitas cahaya yang datang (W/cm²)
$\tau$ = Durasi pulsa (femtodetik, fs)
$\lambda$ = Panjang gelombang cahaya yang datang (nanometer, nm)

Rumus ini mewakili model yang disederhanakan yang menangkap fisika esensial dari penyerapan dua foton. Dalam kenyataannya, koefisien penyerapan dua foton juga bergantung pada sifat material dan transisi elektronik spesifik yang terlibat. Namun, pendekatan ini memberikan titik awal yang baik untuk banyak aplikasi praktis.

Memahami Variabel

Panjang Gelombang (λ): Diukur dalam nanometer (nm), ini adalah panjang gelombang cahaya yang datang. TPA biasanya terjadi pada panjang gelombang antara 400-1200 nm, dengan efisiensi yang menurun pada panjang gelombang yang lebih panjang. Koefisien memiliki ketergantungan kuadrat terbalik pada panjang gelombang.
Intensitas (I): Diukur dalam W/cm², ini mewakili daya per unit area dari cahaya yang datang. TPA memerlukan intensitas tinggi, biasanya dalam rentang 10¹⁰ hingga 10¹⁴ W/cm². Koefisien ini berskala linier dengan intensitas.
Durasi Pulsa (τ): Diukur dalam femtodetik (fs), ini adalah durasi pulsa cahaya. Nilai tipikal berkisar antara 10 hingga 1000 fs. Koefisien ini berskala linier dengan durasi pulsa.
Konstanta (K): Konstanta tak berdimensi ini (1.5 dalam model kami) memperhitungkan berbagai sifat material dan konversi unit. Dalam model yang lebih rinci, ini akan digantikan oleh parameter spesifik material.

Cara Menggunakan Kalkulator Penyerapan Dua Foton

Kalkulator Penyerapan Dua Foton kami memudahkan untuk menentukan koefisien penyerapan dua foton dengan mengikuti langkah-langkah ini:

Masukkan Panjang Gelombang: Masukkan panjang gelombang cahaya yang datang dalam nanometer (nm). Nilai tipikal berkisar antara 400 hingga 1200 nm.
Masukkan Intensitas: Masukkan intensitas sumber cahaya Anda dalam W/cm². Anda dapat menggunakan notasi ilmiah (misalnya, 1e12 untuk 10¹²).
Masukkan Durasi Pulsa: Masukkan durasi pulsa dalam femtodetik (fs).
Lihat Hasilnya: Kalkulator akan segera menampilkan koefisien penyerapan dua foton dalam cm/GW.
Salin Hasil: Gunakan tombol "Salin Hasil" untuk menyalin nilai yang dihitung ke clipboard Anda.

Kalkulator ini juga menyediakan:

Umpan balik visual melalui visualisasi dinamis
Pesan peringatan untuk nilai di luar rentang tipikal
Rincian perhitungan yang menjelaskan bagaimana hasilnya diperoleh

Validasi Input dan Batasan

Kalkulator melakukan beberapa pemeriksaan validasi untuk memastikan hasil yang akurat:

Semua input harus berupa angka positif
Peringatan ditampilkan untuk nilai di luar rentang tipikal:
- Panjang Gelombang: 400-1200 nm
- Intensitas: 10¹⁰ hingga 10¹⁴ W/cm²
- Durasi Pulsa: 10-1000 fs

Meskipun kalkulator tetap akan menghitung hasil untuk nilai di luar rentang ini, akurasi model yang disederhanakan mungkin berkurang.

Metode Perhitungan

Kalkulator menggunakan rumus yang disebutkan di atas untuk menghitung koefisien penyerapan dua foton. Berikut adalah rincian langkah demi langkah dari proses perhitungan:

Validasi semua parameter input untuk memastikan bahwa mereka adalah angka positif
Konversi intensitas dari W/cm² ke GW/cm² dengan membagi 10⁹
Terapkan rumus: β = K × (I × τ) / λ²
Tampilkan hasil dalam cm/GW

Sebagai contoh, dengan panjang gelombang = 800 nm, intensitas = 10¹² W/cm², dan durasi pulsa = 100 fs:

Konversi intensitas: 10¹² W/cm² ÷ 10⁹ = 10³ GW/cm²
Hitung: β = 1.5 × (10³ × 100) ÷ (800)² = 1.5 × 10⁵ ÷ 640.000 = 0.234375 cm/GW

Aplikasi Penyerapan Dua Foton dalam Penelitian dan Industri

Penyerapan dua foton memiliki banyak aplikasi di berbagai bidang ilmiah dan teknologi:

1. Mikroskopi Dua Foton

Mikroskopi dua foton memanfaatkan TPA untuk mencapai pencitraan tiga dimensi dengan resolusi tinggi dari sampel biologis. Ketergantungan kuadratik pada intensitas secara alami membatasi eksitasi pada titik fokus, mengurangi fotobleaching dan fototoksisitas di daerah di luar fokus.

Contoh: Seorang peneliti yang menggunakan laser Ti:Sapphire pada 800 nm dengan pulsa 100 fs perlu menghitung koefisien penyerapan dua foton untuk mengoptimalkan kedalaman pencitraan di jaringan otak. Menggunakan kalkulator kami dengan intensitas = 5×10¹² W/cm², mereka dapat dengan cepat menentukan β = 1.17 cm/GW.

2. Terapi Fotodinamik

Eksitasi dua foton memungkinkan aktivasi presisi fotosensitizer pada kedalaman jaringan yang lebih besar menggunakan cahaya inframerah dekat, yang menembus jaringan lebih efektif daripada cahaya tampak.

Contoh: Seorang peneliti medis yang mengembangkan fotosensitizer baru untuk pengobatan kanker perlu mengkarakterisasi sifat penyerapan dua fotonnya. Menggunakan kalkulator kami, mereka dapat menentukan panjang gelombang dan intensitas optimal untuk efek terapeutik maksimum sambil meminimalkan kerusakan pada jaringan sehat di sekitarnya.

3. Penyimpanan Data Optik

TPA memungkinkan penyimpanan data optik tiga dimensi dengan kepadatan dan selektivitas tinggi. Dengan memfokuskan sinar laser di dalam material fotosensitif, data dapat ditulis pada koordinat tiga dimensi tertentu.

Contoh: Seorang insinyur yang merancang media penyimpanan optik baru perlu menghitung koefisien penyerapan dua foton untuk menentukan daya laser minimum yang diperlukan untuk penulisan data yang dapat diandalkan sambil menghindari crosstalk antara lokasi penyimpanan yang berdekatan.

4. Mikro Fabrikasi dan Pencetakan 3D

Polimerisasi dua foton memungkinkan pembuatan mikrostruktur tiga dimensi yang kompleks dengan ukuran fitur di bawah batas difraksi.

Contoh: Seorang ilmuwan material yang mengembangkan fotopolimer baru untuk mikro fabrikasi 3D menggunakan kalkulator kami untuk menentukan parameter laser optimal (panjang gelombang, intensitas, durasi pulsa) untuk mencapai efisiensi polimerisasi dan resolusi spasial yang diinginkan.

5. Pembatasan Optik

Material dengan koefisien penyerapan dua foton yang tinggi dapat digunakan sebagai pembatas optik untuk melindungi komponen optik sensitif dari pulsa laser berintensitas tinggi.

Contoh: Seorang kontraktor pertahanan yang merancang kacamata pelindung untuk pilot perlu menghitung koefisien penyerapan dua foton dari berbagai material untuk mengidentifikasi yang memberikan perlindungan optimal terhadap ancaman laser sambil mempertahankan visibilitas yang baik dalam kondisi normal.

Alternatif untuk Penyerapan Dua Foton

Meskipun penyerapan dua foton sangat kuat untuk banyak aplikasi, proses optik nonlinear alternatif mungkin lebih cocok dalam skenario tertentu:

Penyerapan Tiga Foton: Menawarkan pengendalian spasial yang lebih besar dan penetrasi yang lebih dalam tetapi memerlukan intensitas yang lebih tinggi.
Generasi Harmonik Kedua (SHG): Mengubah dua foton dengan frekuensi yang sama menjadi satu foton dengan frekuensi dua kali lipat, berguna untuk konversi frekuensi dan pencitraan kolagen serta struktur non-sentrosimetri lainnya.
Penyebaran Raman Terstimulasi (SRS): Memberikan kontras kimia tanpa label berdasarkan mode vibrasi, berguna untuk pencitraan lipid dan biomolekul lainnya.
Mikroskopi Confocal Satu Foton: Lebih sederhana dan lebih murah daripada mikroskopi dua foton, tetapi dengan penetrasi kedalaman yang lebih sedikit dan lebih banyak fotobleaching.
Tomografi Koherensi Optik (OCT): Memberikan pencitraan struktural dengan penetrasi kedalaman tinggi tetapi resolusi lebih rendah dibandingkan mikroskopi dua foton.

Sejarah Penyerapan Dua Foton

Dasar teori untuk penyerapan dua foton diletakkan oleh Maria Göppert-Mayer dalam disertasi doktoralnya pada tahun 1931, di mana ia memprediksi bahwa sebuah atom atau molekul dapat secara bersamaan menyerap dua foton dalam satu peristiwa kuantum. Untuk karya groundbreaking ini, ia kemudian menerima Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 1963.

Namun, verifikasi eksperimental dari penyerapan dua foton harus menunggu hingga penemuan laser pada tahun 1960, yang menyediakan intensitas tinggi yang diperlukan untuk mengamati fenomena optik nonlinear ini. Pada tahun 1961, Kaiser dan Garrett di Bell Labs melaporkan pengamatan eksperimental pertama dari penyerapan dua foton dalam kristal yang didoping europium.

Perkembangan laser pulsa ultrashort pada tahun 1980-an dan 1990-an, khususnya laser Ti:Sapphire, merevolusi bidang ini dengan menyediakan intensitas puncak tinggi dan kemampuan penyesuaian panjang gelombang yang ideal untuk eksitasi dua foton. Ini mengarah pada penemuan mikroskopi dua foton oleh Winfried Denk, James Strickler, dan Watt Webb di Universitas Cornell pada tahun 1990, yang sejak itu menjadi alat yang sangat penting dalam pencitraan biologis.

Dalam beberapa dekade terakhir, penelitian telah berfokus pada pengembangan material dengan cross-section penyerapan dua foton yang ditingkatkan, memahami hubungan struktur-sifat yang mengatur TPA, dan memperluas aplikasi proses dua foton di bidang mulai dari biomedis hingga teknologi informasi.

Pengukuran dan perhitungan koefisien penyerapan dua foton telah berkembang dari pengaturan eksperimental yang kompleks menjadi metode komputasi yang lebih mudah diakses dan model yang disederhanakan seperti yang digunakan dalam kalkulator kami, membuat parameter penting ini lebih mudah diakses oleh peneliti di berbagai disiplin ilmu.

Contoh Kode untuk Menghitung Penyerapan Dua Foton

Berikut adalah contoh dalam berbagai bahasa pemrograman untuk menghitung koefisien penyerapan dua foton menggunakan rumus kami:

1def calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration, k=1.5):
2    """
3    Hitung koefisien penyerapan dua foton.
4    
5    Parameter:
6    wavelength (float): Panjang gelombang dalam nanometer
7    intensity (float): Intensitas dalam W/cm²
8    pulse_duration (float): Durasi pulsa dalam femtodetik
9    k (float): Konstanta (default: 1.5)
10    
11    Mengembalikan:
12    float: Koefisien penyerapan dua foton dalam cm/GW
13    """
14    # Konversi intensitas dari W/cm² ke GW/cm²
15    intensity_gw = intensity / 1e9
16    
17    # Hitung koefisien penyerapan dua foton
18    beta = k * (intensity_gw * pulse_duration) / (wavelength ** 2)
19    
20    return beta
21
22# Contoh penggunaan
23wavelength = 800  # nm
24intensity = 1e12  # W/cm²
25pulse_duration = 100  # fs
26
27beta = calculate_tpa_coefficient(wavelength, intensity, pulse_duration)
28print(f"Koefisien penyerapan dua foton: {beta:.6f} cm/GW")
29

1function calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k = 1.5) {
2  // Konversi intensitas dari W/cm² ke GW/cm²
3  const intensityGw = intensity / 1e9;
4  
5  // Hitung koefisien penyerapan dua foton
6  const beta = k * (intensityGw * pulseDuration) / Math.pow(wavelength, 2);
7  
8  return beta;
9}
10
11// Contoh penggunaan
12const wavelength = 800;  // nm
13const intensity = 1e12;  // W/cm²
14const pulseDuration = 100;  // fs
15
16const beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration);
17console.log(`Koefisien penyerapan dua foton: ${beta.toFixed(6)} cm/GW`);
18

1public class TwoPhotonAbsorptionCalculator {
2    public static double calculateTpaCoefficient(double wavelength, double intensity, 
3                                                double pulseDuration, double k) {
4        // Konversi intensitas dari W/cm² ke GW/cm²
5        double intensityGw = intensity / 1e9;
6        
7        // Hitung koefisien penyerapan dua foton
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;  // Konstanta
18        
19        double beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k);
20        System.out.printf("Koefisien penyerapan dua foton: %.6f cm/GW%n", beta);
21    }
22}
23

1function beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration, k)
2    % Hitung koefisien penyerapan dua foton
3    %
4    % Parameter:
5    % wavelength - Panjang gelombang dalam nanometer
6    % intensity - Intensitas dalam W/cm²
7    % pulseDuration - Durasi pulsa dalam femtodetik
8    % k - Konstanta (default: 1.5)
9    %
10    % Mengembalikan:
11    % beta - Koefisien penyerapan dua foton dalam cm/GW
12    
13    if nargin < 4
14        k = 1.5;
15    end
16    
17    % Konversi intensitas dari W/cm² ke GW/cm²
18    intensityGw = intensity / 1e9;
19    
20    % Hitung koefisien penyerapan dua foton
21    beta = k * (intensityGw * pulseDuration) / (wavelength ^ 2);
22end
23
24% Contoh penggunaan
25wavelength = 800;  % nm
26intensity = 1e12;  % W/cm²
27pulseDuration = 100;  % fs
28
29beta = calculateTpaCoefficient(wavelength, intensity, pulseDuration);
30fprintf('Koefisien penyerapan dua foton: %.6f cm/GW\n', beta);
31

' Rumus Excel untuk Koefisien Penyerapan Dua Foton
' Mengasumsikan:
' Sel A1 berisi panjang gelombang (nm)
' Sel B1 berisi intensitas (W/cm²)
' Sel C1 berisi durasi pulsa (fs)
' Sel D1 berisi konstanta K (default 1.5)
=D1*(B1/1E9*C1)/(A1^2)

' Fungsi VBA Excel
Function TpaCoefficient(wavelength As Double, intensity As Double, _
                        pulseDuration As Double, Optional k As Double =

💬

Umpan Balik

💬

Klik toast umpan balik untuk mulai memberikan umpan balik tentang alat ini

🔗

Alat Terkait

Temukan lebih banyak alat yang mungkin berguna untuk alur kerja Anda