A obtenção de ação a laser em frequências mais altas, particularmente na faixa de raios-X, é incrivelmente desafiadora devido a vários obstáculos fundamentais:

1. Falta de mídia de ganho adequado:

* Inversão da população: Criar uma inversão populacional, onde mais átomos estão em estado excitado do que no estado fundamental, é crucial para a emissão estimulada. Nas energias de raios-X, os estados excitados têm vida curta, tornando extremamente difícil alcançar e manter uma inversão populacional significativa.
* Níveis de energia : As transições de raios-X envolvem transições entre elétrons principais, que têm níveis de energia muito fortemente ligados. Isso significa que a energia necessária para excitar esses elétrons é muito alta e a diferença de energia entre os níveis também é grande. É difícil encontrar materiais com níveis de energia apropriados para lasers de raios-X.

2. Dificuldades com cáries:

* Cavidades ópticas: As cavidades ópticas convencionais usadas para lasers dependem de espelhos para refletir fótons para frente e para trás, ampliando a luz. No entanto, os raios X interagem muito fracamente com a matéria. Encontrar materiais que podem refletir efetivamente os raios X e criar uma cavidade ressonante é extremamente desafiadora.
* difração: O comprimento de onda dos raios X é muito mais curto que a luz visível, levando a efeitos de difração significativos. Isso dificulta a limpeza e o foco dos raios-X em uma cavidade.

3. Comprimento de coerência curta:

* Coerência: Os fótons de raios-X são emitidos com comprimentos de coerência muito curtos, o que significa que eles têm uma gama limitada de comprimentos de onda e não são sincronizados a longas distâncias. Isso limita a coerência geral da saída do laser de raios-X.

4. Requisitos de alta energia:

* Excitação: O bombeamento de um meio de ganho para alcançar a inversão populacional no regime de raios-X requer fontes extremamente de alta energia, geralmente na forma de lasers ou sincrotrônicos poderosos. Essas próprias fontes são complexas e caras de operar.

5. Complexidade da óptica de raios-X:

* foco e manipulação: A manipulação de vigas de raios-X requer óptica especializada, como multicamadas e cristais de Bragg, que podem ser difíceis de fabricar e alinhar.

Apesar desses desafios, está sendo feito um progresso significativo na pesquisa a laser de raios-X:

* Lasers de elétrons livres (fels): Os Fels utilizam elétrons relativísticos em um Wiggler para gerar radiação coerente de raios-X. São fontes poderosas de raios-X, embora sejam instalações em larga escala e complexas.
* Alta geração harmônica (HHG): Essa técnica envolve focar pulsos intensos de laser em um gás, produzindo harmônicos de alta ordem que podem atingir o regime de raios-X. Embora não sejam tão poderosos quanto as Fels, as fontes HHG estão se tornando mais compactas e eficientes.

Ao alcançar a ação tradicional a laser em comprimentos de onda de raios-X continua sendo um desafio formidável, essas abordagens alternativas estão abrindo possibilidades emocionantes para explorar novas fronteiras em ciência e tecnologia de raios-X.