Calculateur d'absorption à deux photons

Estimez le taux d'absorption moléculaire à deux photons à partir de la section efficace, de l'intensité laser et de la longueur d'onde.

Taux d'absorption à deux photons

Saisissez une section efficace en unités Göppert-Mayer et les conditions de la lumière monochromatique incidente.

Section efficace à deux photons (GM)

Intensité lumineuse (W/cm²)

Longueur d'onde (nm)

À propos de l'absorption à deux photons

L'absorption à deux photons est un processus optique non linéaire dans lequel une molécule atteint un état excité en absorbant deux photons dans un intervalle très court. Chaque photon peut apporter environ la moitié de l'énergie nécessaire à une transition classique à un photon. La probabilité est extrêmement faible sous un éclairage ordinaire ; les expériences utilisent donc généralement des lasers pulsés fortement focalisés produisant une intensité instantanée élevée. Ce calculateur estime le taux d'événements par molécule à partir d'une section efficace à deux photons publiée, de l'intensité incidente et de la longueur d'onde. Les sections efficaces à deux photons sont généralement exprimées en unités Göppert-Mayer. Un GM vaut 10 à la puissance moins 50 centimètres à la puissance quatre, multipliés par une seconde, par photon et par molécule. Le calculateur déduit d'abord l'énergie d'un photon de la constante de Planck, de la vitesse de la lumière et de la longueur d'onde. Diviser l'irradiance en watts par centimètre carré par cette énergie donne le flux de photons. Le taux idéalisé d'absorption moléculaire est alors la section efficace en unités de base multipliée par le carré du flux de photons. Cette dépendance quadratique est la caractéristique pratique essentielle du processus : doubler l'intensité multiplie le taux prévu par quatre. Le résultat représente un taux idéalisé pour une molécule dans un champ monochromatique continu et uniforme. Les expériences laser indiquent souvent une puissance moyenne, alors que l'absorption dépend de l'intensité crête. Pour un système pulsé, il faut donc connaître la durée des impulsions, leur fréquence de répétition, le profil du faisceau, l'aire focale et la forme temporelle afin de convertir la puissance moyenne mesurée en irradiance instantanée pertinente. La concentration, le trajet optique, l'orientation moléculaire, le solvant, l'agrégation, la saturation, le photoblanchiment et les processus concurrents de l'état excité influencent aussi le signal global mesuré. Utilisez cette valeur pour des estimations d'ordre de grandeur et des comparaisons reposant sur des hypothèses cohérentes, non pour remplacer un modèle complet de propagation ou de fluorescence. Vérifiez si la valeur bibliographique est une section efficace d'action, qui inclut le rendement quantique de fluorescence, ou une section d'absorption pure. Gardez la longueur d'onde et les unités cohérentes, et précisez si l'intensité est crête ou moyenne. À très haut flux, le dépeuplement et la saturation peuvent invalider la loi quadratique simple. Les calculs de sécurité en laboratoire doivent utiliser les normes laser appropriées et des mesures étalonnées du faisceau, plutôt que cette seule estimation du taux moléculaire.

Exemples d'absorption à deux photons

Le taux varie linéairement avec la section efficace et quadratiquement avec l'intensité.

Entrées	Taux d'absorption	Contexte
100 GM, 1,000,000 W/cm², 800 nm	1.621909e1 s⁻¹	Une estimation d'excitation moléculaire dans le proche infrarouge.
10 GM, 100,000 W/cm², 500 nm	6.335582e-3 s⁻¹	Une section efficace plus faible sous une irradiance plus basse.
200 GM, 500,000 W/cm², 800 nm	8.109545e0 s⁻¹	Une intensité divisée par deux donne un taux divisé par quatre avant la correction liée à la section efficace.

Comment calculer l'absorption à deux photons

Saisissez la section efficace moléculaire à deux photons en GM.
Saisissez l'intensité lumineuse crête pertinente en watts par centimètre carré.
Saisissez la longueur d'onde d'excitation en nanomètres.
Calculez le taux et comparez-le à l'échelle temporelle de votre expérience.

Questions fréquentes

Que signifie GM ?

GM désigne l'unité Göppert-Mayer utilisée pour les sections efficaces à deux photons. Un GM vaut 10 à la puissance moins 50 cm⁴·s par photon et par molécule.

Pourquoi le taux est-il proportionnel au carré de l'intensité ?

Deux photons doivent interagir avec la molécule pendant la fenêtre de transition. La probabilité conjointe dépend donc du produit de deux facteurs de flux de photons.

Faut-il utiliser l'intensité laser moyenne ou crête ?

Pour modéliser une excitation pulsée, utilisez l'intensité instantanée pertinente pendant l'impulsion. L'intensité moyenne peut largement sous-estimer un taux non linéaire si la temporalité et la forme des impulsions ne sont pas prises en compte.

Le calcul porte-t-il sur l'absorption de tout l'échantillon ?

Non, le taux affiché est un taux d'événements idéalisé par molécule. Une prédiction à l'échelle de l'échantillon nécessite aussi la concentration, le volume éclairé, la propagation et les éventuels effets de saturation.

Une section efficace d'action est-elle interchangeable avec une section d'absorption ?

En général, non, car une section d'action inclut habituellement le rendement quantique de fluorescence. Vérifiez la définition de la source avant d'utiliser une valeur publiée dans ce modèle d'absorption.