Noțiuni Generale asupra Interacției Radiației Laser cu Substanța

1.1.Notiuni generale asupra interactiei radiatiei laser cu substanta

Interactia câmpului de radiatie cu substanta poate fi descrisa în mai multe moduri dupa cum unul sau ambele dintre sistemele aflate în interactie sunt sau nu cuantificate. Astfel avem nivelele de descriere clasic, semicuantic (semiclasic) si cuantic, ca în tabelul de mai jos:

Nivelul de descriere Câmpul de radiatie Sistemul substantial (atomi, molecule, cristale)

Clasic Ecuatiile lui Maxwell Ecuatiile lui Newton

Semicuantic Ecuatiile Schrödinger, cuantificarea a doua

Cuantic Electrodinamica cuantica (cuantificarea câmpului de radiatie)

Fiecarui nivel de descriere îi sunt caracteristice mai multe formalisme având diferite posibilitati de analize si interpretare a fenomenelor fizice.

Astfel în teoria cuantica a laserilor sunt cunoscute formalismele matricei densitate, precum si cele ale ecuatiilor Langevin sau Fokker – Planck. Se arata ca ecuatiile semicuantice ale laserilor pot fi obtinute din ecuatiile cuantice prin mediere peste procesele de pompaj si relaxare.

Dintre aspectele fundamentale ale interactiei radiatiei cu atomi individuali sau cu colectivele de atomi mentionam probabilitatile de tranzitie în cazul perturbatiilor armonice, tranzitiile de dipol electric, teoria lui Enstein asupra absorbtiei si emisiei radiatiei, ecuatiile generale semicuantice de miscare pentru tranzitiile de dipol electric, ecuatiile Maxwell – Bloch etc.

Studiul interactiunii radiatiei laser cu substanta prezinta atât un interes fundamental privind întelegerea si explicarea fenomenelor care au loc, cât si un interes practic, referitor la multitudinea de aplicatii posibile.

Marea diversitate a sistemelor laser existente în prezent ce difera prin valorile lungimii de unda, a energiei produse, a modului de functionare, a duratei pulsului laser si gama larga de materiale (metale, materiale ceramice, materiale sticloase si polimerice materiale organice) care pot interactiona cu radiatia laser emisa constituie, pe de-o parte, o provocare în elaborarea unor teorii care sa modeleze fenomenele reale care au loc, iar pe de alta parte, sustine necesitatea unor materiale care sa satisfaca cerintele tehnologiilor moderne. Aparitia sistemelor laser cu o vocatie mai mult “industriala” având puteri medii si mari a facut ca începând cu anii ’80 aceste dispozitive sa fie folosite pe scara tot mai larga la început în aplicatii militare si apoi în industrie, în medicina, în telecomunicatii, în metrologie si nu în ultimul rând, în arta.

Dupa aproape 40 de ani de studii, tratamentele termice cu laser au devenit procedee bine cunoscute si utilizate pe scara larga în industrie si în alte diverse domenii, iar în ultimii ani, plasmele generale cu laseri îsi gasesc la rândul lor tot mai multe aplicatii care conduc la o “ migrare “ a instalatiilor din laboratoarele de cercetare catre întreprinderile industriale(1).

Posibilitatea generarii undelor de soc în probele metalice iluminate cu radiatie laser pulsata a fost anuntata pentru prima data în anul 1963 de catre Askaryon si Moroz(2). Modelul teoretic care descrie propagarea acestor unde în tinta în cazul iradierii în configuratie directa a fost elaborat în perioada anilor 1966-1968 de catre Caruso(3), Nemchimov(4) si Kidder(5). O analiza teoretica detaliata si o trecere în revista a rezultatelor experimentale obtinute din anul 1963 pâna în anul 1988, pentru generarea undelor de soc în geometrie directa, este facuta de Phipps si colaboratorii sai(6). Cea mai importanta aplicatie a generarii undelor de soc laser în regim de iradiere directa o constituie fuziunea inertiala laser(7), scopul cercetarilor actuale fiind cresterea presiunii generate de unda de soc pâna la valori la care sa se produca acest fenomen. Extragerea radiatiilor X din radiatia emisa de plasma produsa laser ofera posibilitatea de a obtine coerente în domeniul spectral al radiatiilor X si permite construirea de microscopie cu radiatii X.