Rechner für Zweiphotonenabsorption

Zweiphotonenabsorption ist ein nichtlinearer optischer Prozess, bei dem ein Molekül innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls zwei Photonen absorbiert und dadurch einen angeregten Zustand erreicht. Jedes Photon kann ungefähr die Hälfte der Energie tragen, die ein gewöhnlicher Einphotonenübergang benötigt. Bei normaler Beleuchtung ist die Wahrscheinlichkeit äußerst gering. Experimente verwenden deshalb meist stark fokussierte gepulste Laser mit hoher momentaner Intensität. Dieser Rechner schätzt die Ereignisrate pro Molekül aus einem veröffentlichten Zweiphotonen-Wirkungsquerschnitt, der einfallenden Intensität und der Wellenlänge. Zweiphotonen-Wirkungsquerschnitte werden häufig in Göppert-Mayer-Einheiten angegeben. Ein GM entspricht 10 hoch minus 50 Zentimeter hoch vier mal Sekunden pro Photon und Molekül. Der Rechner bestimmt zunächst die Energie eines einzelnen Photons aus Planck-Konstante, Lichtgeschwindigkeit und Wellenlänge. Die Bestrahlungsstärke in Watt pro Quadratzentimeter geteilt durch diese Energie ergibt den Photonenfluss. Die idealisierte molekulare Absorptionsrate ist dann der Wirkungsquerschnitt in Basiseinheiten multipliziert mit dem Quadrat des Photonenflusses. Diese quadratische Abhängigkeit ist das wesentliche praktische Merkmal: Eine Verdopplung der Intensität vervierfacht die vorhergesagte Rate. Das Ergebnis beschreibt eine idealisierte Rate für ein Molekül in einem kontinuierlichen, gleichmäßigen monochromatischen Feld. Reale Laserexperimente geben oft die mittlere Leistung an, obwohl die Absorption auf die Spitzenintensität reagiert. Gepulste Systeme benötigen daher Pulsbreite, Wiederholrate, Strahlprofil, Fokusfläche und zeitliche Form, um die gemessene mittlere Leistung in die relevante momentane Bestrahlungsstärke umzurechnen. Auch Konzentration, optischer Weg, Molekülorientierung, Lösungsmittel, Aggregation, Sättigung, Photobleichen und konkurrierende Prozesse im angeregten Zustand beeinflussen das gemessene Gesamtsignal. Nutze den Wert für Größenordnungsabschätzungen und Vergleiche unter einheitlichen Annahmen, nicht als Ersatz für ein vollständiges Ausbreitungs- oder Fluoreszenzmodell. Prüfe, ob ein Literaturwert ein Aktionsquerschnitt einschließlich Fluoreszenzquantenausbeute oder ein reiner Absorptionsquerschnitt ist. Halte Wellenlänge und Einheiten konsistent und dokumentiere, ob die Intensität ein Spitzen- oder Mittelwert ist. Bei sehr hohem Fluss können Entleerung des Grundzustands und Sättigung das einfache quadratische Gesetz außer Kraft setzen. Sicherheitsberechnungen im Labor müssen geeignete Lasernormen und kalibrierte Strahlmessungen verwenden, statt allein auf dieser molekularen Ratenschätzung zu beruhen.