双光子吸收计算器
根据吸收截面、激光强度和波长，估算分子的双光子吸收速率。
双光子吸收速率
输入以 Göppert-Mayer 为单位的截面，以及入射单色光的条件。
关于双光子吸收
双光子吸收是一种非线性光学过程，分子在极短时间内吸收两个光子，从而跃迁到激发态。每个光子的能量可以约为常规单光子跃迁所需能量的一半。在普通照明强度下，这种过程发生的概率极低，因此实验通常使用紧密聚焦的脉冲激光，以产生很高的瞬时光强。本计算器根据已报告的双光子截面、入射光强和波长，估算每个分子的吸收事件速率。
双光子截面通常以 Göppert-Mayer 单位表示。一个 GM 等于 10 的负 50 次方厘米四次方·秒每光子每分子。计算器首先根据普朗克常量、光速和波长求出单个光子的能量，再将以瓦每平方厘米表示的辐照度除以该能量，得到光子通量。理想化的分子吸收速率等于换算为基本单位的截面乘以光子通量的平方。这种平方关系是该过程最重要的实际特征：光强加倍，预测速率将增至四倍。
结果表示单个分子在连续、均匀单色光场下的理想化速率。实际激光实验经常报告平均功率，但吸收过程响应的是峰值光强。因此，脉冲系统需要结合脉宽、重复频率、光束分布、焦点面积和时间波形，将测得的平均功率换算为相关的瞬时辐照度。浓度、光程、分子取向、溶剂、聚集、饱和、光漂白以及竞争性的激发态过程，也都会影响测得的整体信号。
此数值适合在一致假设下进行数量级估算和比较，不能替代完整的传播或荧光模型。请确认文献给出的数值是包含荧光量子产率的作用截面，还是纯吸收截面。保持波长和单位一致，并记录光强是峰值还是平均值。在极高通量下，基态耗尽和饱和可能使简单的平方定律失效。实验室安全计算必须采用适用的激光标准和经校准的光束测量，不能仅依赖这一分子速率估算。
双光子吸收示例
速率与截面成线性关系，与光强成平方关系。
| 输入 | 吸收速率 | 说明 |
|---|---|---|
| 100 GM, 1,000,000 W/cm², 800 nm | 1.621909e1 s⁻¹ | 近红外分子激发的估算。 |
| 10 GM, 100,000 W/cm², 500 nm | 6.335582e-3 s⁻¹ | 较低辐照度下的较小截面。 |
| 200 GM, 500,000 W/cm², 800 nm | 8.109545e0 s⁻¹ | 不考虑截面变化时，光强减半会使速率降至四分之一。 |
如何计算双光子吸收
- 输入以 GM 为单位的分子双光子截面。
- 输入相关的峰值光强，单位为瓦每平方厘米。
- 输入以纳米为单位的激发波长。
- 计算速率，并将其与实验的时间尺度进行比较。
常见问题
GM 是什么意思？
GM 是用于双光子截面的 Göppert-Mayer 单位。一个 GM 等于 10 的负 50 次方 cm⁴·s 每光子每分子。
为什么速率与光强的平方成正比？
两个光子必须在跃迁时间窗口内与分子相互作用，因此联合概率与两个光子通量因子的乘积成正比。
应该使用平均激光强度还是峰值强度？
模拟脉冲激发时，应使用脉冲期间相关的瞬时光强。若未考虑脉冲时序和形状，平均光强可能严重低估非线性过程的速率。
这个工具计算的是整个样品的吸收吗？
不是。显示的是每个分子的理想化事件速率。预测整个样品还需要浓度、受照体积、传播及可能的饱和效应等信息。
作用截面和吸收截面可以互换吗？
通常不可以，因为作用截面一般包含荧光量子产率。在此吸收模型中使用文献数值前，请核对原文定义。