É incrivelmente difícil obter ação a laser em faixas de frequência mais alta, como raios-x devido a vários desafios fundamentais:

1. Falta de materiais adequados:

* Níveis de energia : Os fótons de raios-X possuem energia extremamente alta, exigindo materiais com níveis de energia muito espaçados para criar a inversão da população necessária (mais átomos em um estado excitado do que o estado fundamental). Encontrar materiais com níveis tão precisos de energia é incrivelmente difícil.
* Transições de alta energia: As transições de raios-X envolvem a ejeção de elétrons de concha interna, resultando em estados altamente instáveis ​​que se deterioram rapidamente. Essa curta vida útil dificulta a manutenção de uma inversão populacional para emissão estimulada sustentada.

2. Cavidades ópticas:

* Reflexão de raios X: Os espelhos tradicionais usados ​​em cavidades ópticas para refletir a luz do laser são ineficazes nas frequências de raios-X. Os raios X tendem a penetrar na maioria dos materiais em vez de refletir. O desenvolvimento de espelhos eficientes de raios-X é um grande desafio.
* difração: Os raios X têm comprimentos de onda extremamente curtos, tornando-os altamente suscetíveis à difração. Isso pode levar a perda significativa de energia e divergência de feixe dentro de uma cavidade de raios-X, impedindo a ação do laser.

3. Mecanismos de bombeamento:

* Requisitos de alta energia: A criação de uma inversão populacional em lasers de raios-X exige fontes de bombeamento de energia extremamente altas. Isso geralmente envolve o uso de lasers poderosos ou aceleradores de partículas, que podem ser complexos e caros de operar.
* bombeamento ineficiente: A eficiência da transferência de energia das fontes de bombeamento para o meio ativo é geralmente baixa nas frequências de raios-X. Isso limita o ganho alcançável e torna difícil sustentar a ação a laser.

4. Aplicações limitadas:

* Interação com materiais limitados: Embora os lasers de raios-X tenham um grande potencial para pesquisas científicas, suas aplicações em outros campos são limitadas devido ao forte poder de penetração dos raios-X, o que os torna menos adequados para processamento ou comunicação de materiais.

Pesquisa em andamento:

Apesar desses desafios, foi feito um progresso significativo no campo dos lasers de raios-X. Os pesquisadores estão explorando ativamente abordagens alternativas, como:

* Lasers de elétrons livres (fels): Esses lasers usam elétrons relativísticos que se movem em um campo magnético para gerar raios X coerentes.
* Geração Harmônica de Harmônico (HHG): Essa técnica envolve focar pulsos intensos a laser em um alvo de gás para gerar harmônicos de alta frequência, alguns dos quais caem no regime de raios-X.

Embora alcançar lasers práticos de raios-X ainda seja um desafio científico significativo, esses esforços contínuos oferecem caminhos promissores para futuros avanços.