Teorijsko-numerička metoda za određivanje parametara jonizacije i elektronske koncentracije u procesima interakcije impulsnog laserskog zračenja sa materijalima biološkog porekla

Abstract

Predmet ove doktorske disertacije je orijentisan ka istraživanju i modelovanju procesa generacije slobodnih elektrona, uz poseban fokus na materijale biološkog porekla kada su izloženi intenzivnom laserskom zračenju. Akcenat je stavljen na detaljnu analizu parametara jonizacije, čime se postiže uvid u kompleksnu dinamiku ovog fenomena. Primena analitičkih i numeričkih algoritama na odabrane vremenske skale omogućila je istraživanje interakcije između laserskog zračenja i materijala, sa ciljem predviđanja vremenske distribucije slobodnih elektrona. Da bi se postigla visoka preciznost ovog modela, detaljno su analizirani doprinosi ključnih procesa, uključujući fotojonizaciju, kaskadnu i termalnu jonizaciju, jonizaciju hromofora, difuziju i rekombinaciju. Disertacija predstavlja zaključke o tome kako parametri laserskog snopa, poput talasne dužine, trajanja pulsa i energije pulsa, kao i karakteristike površine materijala, utiču na generaciju slobodnih elektrona i modifikaciju površine. Rezultati su upoređeni sa nedavno objavljenim numeričkim i eksperimentalnim podacima, sa kojima se izvrsno slažu, čime se potvrđuje validnost rezultata dobijenih u okviru ove doktorske disertacije.

The subject of this doctoral dissertation is oriented toward the research and modeling of the process of generating free electrons, with a particular focus on materials of biological origin when exposed to intense laser radiation. Emphasis is placed on a detailed analysis of ionization parameters, which provides insight into the complex dynamics of this phenomenon. Applying analytical and numerical algorithms to selected time scales enabled the investigation of the interaction between laser radiation and materials to predict the temporal distribution of free electrons. In order to achieve high precision in this model, the contributions of critical processes, including photoionization, cascade and thermal ionization, chromophore ionization, diffusion, and recombination, are analyzed in detail. The dissertation presents conclusions on how laser beam parameters, such as wavelength, pulse duration, pulse energy, and material surface characteristics, affect the generation of free electrons and surface modification. The results are compared with recently published numerical and experimental data, with which they are in excellent agreement, thereby confirming the validity of the results obtained within this doctoral dissertation.