రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కేల్క్యులేటర్ - నాన్‌లీనియర్ ఆప్టిక్స్ కోసం ఉచిత ఆన్‌లైన్ టూల్

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ అంటే ఏమిటి మరియు దీన్ని ఎలా కేల్క్యులేట్ చేయాలి?

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ (TPA) అనేది ఒక నాన్‌లీనియర్ ఆప్టికల్ ప్రక్రియ, ఇందులో ఒక అణువు ఒకే సమయంలో రెండు ఫోటాన్లను అబ్సార్బ్ చేసి, ఒక ఉన్నత శక్తి స్థితికి చేరుకుంటుంది. సింగిల్-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్‌కు భిన్నంగా, రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కాంతి తీవ్రతపై చతురస్రంగా ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది మైక్రోస్కోపీ మరియు ఫోటోడైనమిక్ థెరపీ వంటి ఆధునిక అనువర్తనాలలో ఖచ్చితమైన స్థల నియంత్రణను సాధించడానికి అనుమతిస్తుంది.

మా రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కేల్క్యులేటర్ మూడు కీలక పారామితులను ఉపయోగించి రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్ (β) ను వెంటనే లెక్కిస్తుంది: తరంగదైర్ఘ్యం, తీవ్రత, మరియు పుల్స్ వ్యవధి. ఈ ఉచిత ఆన్‌లైన్ టూల్ పరిశోధకులు, విద్యార్థులు మరియు నిపుణులు తమ నాన్‌లీనియర్ ఆప్టిక్స్ పరిశోధన మరియు అనువర్తనాల కోసం కీలక విలువలను త్వరగా నిర్ణయించుకోవడంలో సహాయపడుతుంది.

ఈ నాన్‌లీనియర్ ఆప్టికల్ ఫెనామెనాన్‌ను 1931లో మారియా గోపర్ట్-మాయర్ మొదటగా అంచనా వేశారు, కానీ 1960లలో లేజర్ల ఆవిష్కరణ వరకు ప్రయోగాత్మకంగా గమనించబడలేదు. ఈ రోజు, రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ అనేక ఆధునిక అనువర్తనాలకు ప్రాథమికమైనది, అందులో మైక్రోస్కోపీ, ఫోటోడైనమిక్ థెరపీ, ఆప్టికల్ డేటా స్టోరేజ్, మరియు మైక్రోఫ్యాబ్రికేషన్ ఉన్నాయి.

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్ (β) ఒక పదార్థం ఒకే సమయంలో రెండు ఫోటాన్లను అబ్సార్బ్ చేయడానికి ఉన్న ప్రవర్తనను అంచనా వేస్తుంది. ఈ కేల్క్యులేటర్ పుల్స్ వ్యవధి, కాంతి తీవ్రత, మరియు వస్తువుల తరంగదైర్ఘ్యం ఆధారంగా βని అంచనా వేయడానికి ఒక సరళీకృత మోడల్‌ను ఉపయోగిస్తుంది—ఇది పరిశోధకులు, విద్యార్థులు మరియు నిపుణులకు ఈ ముఖ్యమైన పారామితిని లెక్కించడానికి త్వరగా మార్గం అందిస్తుంది.

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్ ఫార్ములా మరియు లెక్కింపు

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్ (β)ను క్రింది సరళీకృత ఫార్ములాను ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు:

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

ఎక్కడ:

• $\beta$ = రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్ (సెం/GW)
• $K$ = స్థిరాంకం (మా సరళీకృత మోడల్‌లో 1.5)
• $I$ = వస్తువుల కాంతి తీవ్రత (W/cm²)
• $\tau$ = పుల్స్ వ్యవధి (ఫెమ్టోసెకండ్స్, fs)
• $\lambda$ = వస్తువుల కాంతి తరంగదైర్ఘ్యం (నానోమీటర్లు, nm)

ఈ ఫార్ములా రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ యొక్క ముఖ్యమైన భౌతిక శాస్త్రాన్ని పట్టించుకునే సరళీకృత మోడల్‌ను సూచిస్తుంది. వాస్తవానికి, రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్ కూడా పదార్థ లక్షణాలు మరియు ప్రత్యేక ఇలెక్ట్రానిక్ మార్పిడి లపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అయితే, ఈ అంచనాతో అనేక ప్రాయోగిక అనువర్తనాలకు మంచి ప్రారంభ బిందువు అందిస్తుంది.

వేరియబుల్స్‌ను అర్థం చేసుకోవడం

1. తరంగదైర్ఘ్యం (λ): నానోమీటర్ల (nm)లో కొలుస్తారు, ఇది వస్తువుల కాంతి తరంగదైర్ఘ్యం. TPA సాధారణంగా 400-1200 nm మధ్య తరంగదైర్ఘ్యాలలో జరుగుతుంది, దీని సామర్థ్యం పొడవైన తరంగదైర్ఘ్యాలలో తగ్గుతుంది. కోఎఫిషియెంట్ తరంగదైర్ఘ్యంపై వ్యతిరేక చతురస్ర ఆధారితంగా ఉంటుంది.

2. తీవ్రత (I): W/cm²లో కొలుస్తారు, ఇది వస్తువుల కాంతి యొక్క యూనిట్ ప్రాంతానికి శక్తిని సూచిస్తుంది. TPAకు సాధారణంగా 10¹⁰ నుండి 10¹⁴ W/cm² మధ్య ఉన్న అధిక తీవ్రత అవసరం. కోఎఫిషియెంట్ తీవ్రతతో రేఖీయంగా పెరుగుతుంది.

3. పుల్స్ వ్యవధి (τ): ఫెమ్టోసెకండ్స్ (fs)లో కొలుస్తారు, ఇది కాంతి పుల్స్ యొక్క వ్యవధి. సాధారణ విలువలు 10 నుండి 1000 fs మధ్య ఉంటాయి. కోఎఫిషియెంట్ పుల్స్ వ్యవధితో రేఖీయంగా పెరుగుతుంది.

4. స్థిరాంకం (K): ఈ పరిమాణం లేని స్థిరాంకం (మా మోడల్‌లో 1.5) వివిధ పదార్థ లక్షణాలు మరియు యూనిట్ మార్పిడి కోసం ఖాతా చేస్తుంది. మరింత వివరమైన మోడళ్లలో, ఇది పదార్థానికి ప్రత్యేకమైన పారామితులతో మార్చబడుతుంది.

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కేల్క్యులేటర్‌ను ఎలా ఉపయోగించాలి

మా రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కేల్క్యులేటర్‌ను ఉపయోగించి రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్‌ను నిర్ణయించడం సులభం, ఈ దశలను అనుసరించండి:

1. తరంగదైర్ఘ్యాన్ని నమోదు చేయండి: మీ వస్తువుల కాంతి యొక్క తరంగదైర్ఘ్యాన్ని నానోమీటర్ల (nm)లో నమోదు చేయండి. సాధారణ విలువలు 400 నుండి 1200 nm మధ్య ఉంటాయి.

2. తీవ్రతను నమోదు చేయండి: మీ కాంతి మూలం యొక్క తీవ్రతను W/cm²లో నమోదు చేయండి. మీరు శాస్త్రీయ సంకేతనాన్ని ఉపయోగించవచ్చు (ఉదా: 1e12 కోసం 10¹²).

3. పుల్స్ వ్యవధిని నమోదు చేయండి: ఫెమ్టోసెకండ్స్ (fs)లో పుల్స్ వ్యవధిని నమోదు చేయండి.

4. ఫలితాన్ని చూడండి: కేల్క్యులేటర్ వెంటనే సెం/GWలో రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది.

5. ఫలితాన్ని కాపీ చేయండి: లెక్కించిన విలువను మీ క్లిప్‌బోర్డుకు కాపీ చేయడానికి "ఫలితాన్ని కాపీ చేయండి" బటన్‌ను ఉపయోగించండి.

కేల్క్యులేటర్ కూడా అందిస్తుంది:

• డైనమిక్ విజువలైజేషన్ ద్వారా దృశ్య ఫీడ్‌బ్యాక్
• సాధారణ పరిధుల వెలుపల విలువలకు హెచ్చరిక సందేశాలు
• ఫలితాన్ని ఎలా పొందినదీ వివరిస్తూ లెక్కింపు వివరాలు

ఇన్‌పుట్ ధృవీకరణ మరియు పరిమితులు

కేల్క్యులేటర్ ఖచ్చితమైన ఫలితాలను నిర్ధారించడానికి అనేక ధృవీకరణ తనిఖీలను నిర్వహిస్తుంది:

• అన్ని ఇన్‌పుట్‌లు సానుకూల సంఖ్యలు కావాలి
• సాధారణ పరిధుల వెలుపల విలువలకు హెచ్చరికలు ప్రదర్శించబడతాయి:
  • తరంగదైర్ఘ్యం: 400-1200 nm
  • తీవ్రత: 10¹⁰ నుండి 10¹⁴ W/cm²
  • పుల్స్ వ్యవధి: 10-1000 fs

ఈ పరిధుల వెలుపల విలువలకు కేల్క్యులేటర్ ఫలితాలను ఇంకా లెక్కించగలదు, కానీ సరళీకృత మోడల్ యొక్క ఖచ్చితత్వం తగ్గవచ్చు.

లెక్కింపు పద్ధతి

కేల్క్యులేటర్ పై పేర్కొన్న ఫార్ములాను ఉపయోగించి రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్‌ను లెక్కించడానికి దశల వారీగా వివరణ ఇక్కడ ఉంది:

1. అన్ని ఇన్‌పుట్ పారామితులను ధృవీకరించండి, అవి సానుకూల సంఖ్యలు కావాలి
2. W/cm² నుండి GW/cm²కి తీవ్రతను 10⁹తో భాగించండి
3. ఫార్ములాను వర్తించండి: β = K × (I × τ) / λ²
4. ఫలితాన్ని సెం/GWలో ప్రదర్శించండి

ఉదాహరణకు, తరంగదైర్ఘ్యం = 800 nm, తీవ్రత = 10¹² W/cm², మరియు పుల్స్ వ్యవధి = 100 fs:

• తీవ్రతను మార్చండి: 10¹² W/cm² ÷ 10⁹ = 10³ GW/cm²
• లెక్కించండి: β = 1.5 × (10³ × 100) ÷ (800)² = 1.5 × 10⁵ ÷ 640,000 = 0.234375 సెం/GW

పరిశోధన మరియు పరిశ్రమలో రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ యొక్క అనువర్తనాలు

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ అనేక శాస్త్రీయ మరియు సాంకేతిక రంగాలలో అనేక అనువర్తనాలను కలిగి ఉంది:

1. రెండు-ఫోటాన్ మైక్రోస్కోపీ

రెండు-ఫోటాన్ మైక్రోస్కోపీ TPAని ఉపయోగించి జీవ నమూనాల యొక్క అధిక-రెసొల్యూషన్, మూడు-డైమెన్షనల్ ఇమేజింగ్‌ను సాధిస్తుంది. తీవ్రతపై చతురస్ర ఆధారితంగా ఉత్పత్తి చేయడం సహజంగా ఉత్పత్తిని ఫోకల్ పాయింట్‌కు పరిమితం చేస్తుంది, ఫోకల్ పాయింట్ వెలుపల ఉన్న ప్రాంతాలలో ఫోటోబ్లిచింగ్ మరియు ఫోటోటాక్సిసిటీని తగ్గిస్తుంది.

ఉదాహరణ: 800 nm వద్ద 100 fs పుల్స్‌తో Ti:Sapphire లేజర్‌ను ఉపయోగిస్తున్న ఒక పరిశోధకుడు, మెదడు కణజాలంలో ఇమేజింగ్ లోతును ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్‌ను లెక్కించాలి. తీవ్రత = 5×10¹² W/cm²తో మా కేల్క్యులేటర్‌ను ఉపయోగించి, వారు త్వరగా β = 1.17 సెం/GWని నిర్ణయించవచ్చు.

2. ఫోటోడైనమిక్ థెరపీ

రెండు-ఫోటాన్ ఉత్ప్రేరకం, కాంతి కాంతి కంటే ఎక్కువగా కణజాలంలో లోతుగా ఫోటోసెన్సిటైజర్లను ఖచ్చితంగా యాక్టివేట్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది కాంతి కాంతి కంటే కణజాలంలో మరింత సమర్థవంతంగా ప్రవేశిస్తుంది.

ఉదాహరణ: క్యాన్సర్ చికిత్స కోసం కొత్త ఫోటోసెన్సిటైజర్‌ను అభివృద్ధి చేస్తున్న ఒక వైద్య పరిశోధకుడు, దాని రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ లక్షణాలను అర్థం చేసుకోవాలి. మా కేల్క్యులేటర్‌ను ఉపయోగించి, వారు గరిష్ట చికిత్సా ప్రభావం కోసం అత్యుత్తమ తరంగదైర్ఘ్యం మరియు తీవ్రతను నిర్ణయించవచ్చు, చుట్టుపక్కల ఆరోగ్యకరమైన కణజాలానికి నష్టం తగ్గించవచ్చు.

3. ఆప్టికల్ డేటా స్టోరేజ్

TPA అధిక కాంద్రత మరియు ఎంపికతో మూడు-డైమెన్షనల్ ఆప్టికల్ డేటా స్టోరేజ్‌ను అనుమతిస్తుంది. ఫోటోసెన్సిటివ్ పదార్థం లోపల లేజర్ కాంతిని కేంద్రీకరించడం ద్వారా, డేటాను ప్రత్యేక మూడు-డైమెన్షనల్ సమన్వయాలలో రాయవచ్చు.

ఉదాహరణ: కొత్త ఆప్టికల్ స్టోరేజ్ మీడియం రూపొందిస్తున్న ఒక ఇంజనీరుకు, నమ్మదగిన డేటా రాయడానికి అవసరమైన కనిష్ట లేజర్ శక్తిని నిర్ణయించడానికి రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్‌ను లెక్కించాలి, సమీప స్టోరేజ్ స్థలాల మధ్య క్రాస్‌టాక్‌ను నివారించాలి.

4. మైక్రోఫ్యాబ్రికేషన్ మరియు 3D ప్రింటింగ్

రెండు-ఫోటాన్ పాలిమరైజేషన్, వ్యత్యాస పరిమాణాల కంటే తక్కువ ఫీచర్ పరిమాణాలతో సంక్లిష్ట మూడు-డైమెన్షనల్ మైక్రోస్ట్రక్చర్లను సృష్టించడానికి అనుమతిస్తుంది.

ఉదాహరణ: 3D మైక్రోఫ్యాబ్రికేషన్ కోసం కొత్త ఫోటోపాలిమర్‌ను అభివృద్ధి చేస్తున్న ఒక పదార్థ శాస్త్రవేత్త, కావలసిన పాలిమరైజేషన్ సామర్థ్యం మరియు స్థలీయ పరిష్కారం సాధించడానికి అత్యుత్తమ లేజర్ పారామితులను (తరంగదైర్ఘ్యం, తీవ్రత, పుల్స్ వ్యవధి) నిర్ణయించడానికి మా కేల్క్యులేటర్‌ను ఉపయోగిస్తుంది.

5. ఆప్టికల్ లిమిటింగ్

అధిక రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్ ఉన్న పదార్థాలను అధిక-తీవ్రత లేజర్ పుల్స్ నుండి సున్నితమైన ఆప్టికల్ భాగాలను రక్షించడానికి ఆప్టికల్ లిమిటర్లుగా ఉపయోగించవచ్చు.

ఉదాహరణ: పైలట్ల కోసం రక్షణ కళ్లద్దులను రూపొందిస్తున్న ఒక రక్షణ కాంట్రాక్టర్, లేజర్ ముప్పుల నుండి గరిష్ట రక్షణను అందించే పదార్థాలను గుర్తించడానికి వివిధ పదార్థాల రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ కోఎఫిషియెంట్‌ను లెక్కించాలి, సాధారణ పరిస్థితులలో మంచి దృశ్యాన్ని కాపాడాలి.

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్‌కు ప్రత్యామ్నాయాలు

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ అనేక అనువర్తనాలకు శక్తివంతమైనది, కానీ కొన్ని సందర్భాలలో ప్రత్యామ్నాయ నాన్‌లీనియర్ ఆప్టికల్ ప్రక్రియలు మరింత అనుకూలంగా ఉండవచ్చు:

1. మూడు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్: ఇంకా ఎక్కువ స్థల పరిమితి మరియు లోతైన ప్రవేశాన్ని అందిస్తుంది, కానీ అధిక తీవ్రత అవసరం.

2. రెండవ హార్మోనిక్ జనరేషన్ (SHG): ఒకే తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన రెండు ఫోటాన్లను రెండు రెట్లు ఉన్న తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన ఒక ఫోటాన్‌గా మార్చుతుంది, ఇది తరంగదైర్ఘ్యం మార్పిడి మరియు కాలాజెన్ మరియు ఇతర నాన్-సెంట్రోసిమెట్రిక్ నిర్మాణాలను ఇమేజ్ చేయడానికి ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.

3. ఉత్ప్రేరిత రామన్ స్కాటరింగ్ (SRS): కంపన మోడ్స్ ఆధారంగా లేబుల్-ఫ్రీ రసాయన వ్యత్యాసాన్ని అందిస్తుంది, ఇది లిపిడ్స్ మరియు ఇతర బయోమాలిక్యూల్స్‌ను ఇమేజ్ చేయడానికి ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.

4. సింగిల్-ఫోటాన్ కాన్ఫోకల్ మైక్రోస్కోపీ: రెండు-ఫోటాన్ మైక్రోస్కోపీ కంటే సులభమైనది మరియు తక్కువ ఖర్చుతో ఉంటుంది, కానీ లోతు ప్రవేశం తక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఫోటోబ్లిచింగ్ ఎక్కువగా ఉంటుంది.

5. ఆప్టికల్ కోహెరెన్స్ టోమోగ్రఫీ (OCT): అధిక లోతు ప్రవేశంతో నిర్మాణాత్మక ఇమేజింగ్‌ను అందిస్తుంది, కానీ రెండు-ఫోటాన్ మైక్రోస్కోపీ కంటే తక్కువ రెసొల్యూషన్ ఉంటుంది.

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్ చరిత్ర

రెండు-ఫోటాన్ అబ్సార్ప్షన్‌కు సాంకేతిక పునాది 1931లో మారియా గోపర్ట్-మాయర్ తన డాక్టరల్ డిసర్టేషన్‌లో వేసింది, ఇందులో ఒక అణువు లేదా అణువు ఒకే క్వాంటం సంఘటన