双光子吸收计算器
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【更新时间: 2025.09.26】
Omni的双光子吸收计算器可计算给定激光源下每分子双光子激发数。了解双光子吸收及其计算公式，示例计算提供激发率。
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双光子吸收计算器
Omni的双光子吸收计算器允许您确定给定激光源下每个分子的双光子激发次数。
继续阅读本文，了解什么是双光子吸收（TPA）以及如何使用双光子吸收方程计算激发率。您还将找到TPA计算的示例。
什么是双光子吸收？
双光子吸收（TPA）是原子或分子同时吸收两个光子的过程。两个光子的能量可以相同或不同。这种吸收导致原子或分子通过诱导虚态（图1中虚线水平线所示）从一个能态（通常是基态）激发到更高能态。
如图1所示，两个能态之间的能量差等于两个被吸收光子的能量之和。
这一现象最初由Maria Goppert-Mayer在1931年预测，Kaiser和Garret在1963年通过实验验证了它。
💡 您知道双光子吸收截面用GM单位表示是为了纪念Maria Goppert-Mayer吗？
如何计算双光子激发率 - 双光子吸收方程
要计算每个分子的双光子激发次数N，我们将使用以下公式：
其中：
• δ - 双光子吸收（TPA）截面，以GM为单位。1 GM = 10⁻⁵⁰ cm⁴·s·ph⁻¹
• τ - 曝光时间
• φ - 高斯光束中心处的光子通量
由于光子携带的能量是hν，单位面积单位时间内穿过的光子数（即光子通量）与光束强度I的关系为：
功率为P、光束半径为w的激光束强度可以描述为：
其中光束半径与半高全宽（FWHM）的关系为（见图2）：
如何使用双光子吸收计算器 - TPA计算示例
让我们计算当样品用波长840 nm的10 W激光源照射1 s时的光子通量和每个分子的激发次数。双光子吸收截面为210 GM，聚焦激光束的FWHM为20 μm。
计算步骤：
1. 输入双光子吸收截面（210 GM）
2. 输入激光源功率（10 W）、光束波长（840 nm）和聚焦光束的FWHM（20 μm）
3. 输入曝光时间（1 s）
4. 双光子吸收计算器将给出光束中心处的光子通量（9.33×10²⁴ ph/(cm²·s)）和每个分子的激发次数（91.4）
您也可以使用波长计算器或能量到波长计算器来找出波长，如果您知道激光源的频率或能量的话。
双光子吸收的应用
双光子吸收技术有多种应用，包括：
新材料研究： 研究新型材料并调查其分子结构与电子和光学性质之间的关系。
高分辨率成像： 对活细胞和组织样本进行高分辨率成像。
双光子激发荧光（TPEF）显微镜： 这种技术在生物医学研究中特别有用，因为它可以提供更深的组织穿透和更少的光漂白。
光动力学治疗： 在医学应用中，双光子吸收可用于精确的光动力学治疗，提供更好的空间选择性。
测量双光子吸收截面的方法
用于测量双光子吸收截面的一些技术包括：
• 双光子激发荧光（TPEF）光谱
• Z扫描方法
• 质量沉降方法
• 非线性透射方法
这些方法各有其优势和适用范围，研究人员可以根据具体的实验条件和材料特性选择最合适的测量技术。
常见问题
光子吸收是什么意思？
光子吸收是原子电子吸收入射光子能量的过程。如果光子的能量高于电子的结合能，电子就会从原子中射出。否则，电子会被激发到原子内的更高能态。
自由电子能吸收光子吗？
不，自由电子不能吸收或发射光子。如果电子是自由的，能量和动量守恒的条件在这个过程中不能满足。因此，只有与原子结合的电子才能吸收光子。
如何测量双光子吸收截面？
测量双光子吸收截面的技术包括：双光子激发荧光（TPEF）光谱、Z扫描方法、质量沉降方法和非线性透射方法。每种方法都有其特定的优势和应用场景。
| 参数名 | 参数类型 | 默认值 | 是否必传 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| laserPower | number | 10 | 否 | 激光器的输出功率 |
| wavelength | number | 840 | 否 | 激光的波长 |
| exposureTime | number | 1 | 否 | 样品的激光曝光时间 |
| focusSizeFwhm | number | 20 | 否 | 聚焦激光光束的半高全宽(FWHM) |
| exposureTimeUnit | string | sec | 否 | 曝光时间的单位 |
| crossSection | number | 210 | 否 | 材料的双光子吸收截面，以GM为单位(1 GM = 10^-50 cm^4·s·ph^-1) |
| laserPowerUnit | string | W | 否 | 激光功率的单位 |
| focusSizeUnit | string | μm | 否 | 聚焦光束尺寸的单位 |
| wavelengthUnit | string | nm | 否 | 激光波长的单位 |
| 参数名 | 参数类型 | 默认值 | 描述 |
|---|---|---|---|
| beamRadiusUnit | string | 光束半径的单位 | |
| photonFlux | number | 高斯光束中心处的光子通量 | |
| beamRadius | number | 计算得出的高斯光束半径 | |
| excitationsPerMolecule | number | 在给定条件下每个分子的双光子激发次数 | |
| laserIntensityUnit | string | W/cm² | 激光强度的单位 |
| photonFluxUnit | string | ph/(cm²·s) | 光子通量的单位 |
| laserIntensity | number | 激光光束的强度 |
| 错误码 | 错误信息 | 描述 |
|---|---|---|
| FP00000 | 成功 | |
| FP03333 | 失败 |
参考上方对接示例
