Γιατί είναι δύσκολο να επιτευχθεί δράση με λέιζερ (διεγερμένη εκπομπή) σε υψηλότερη κλίμακα συχνοτήτων όπως ακτίνες Χ;
1. Έλλειψη κατάλληλων μέσων κέρδους:
* Αναστροφή πληθυσμού: Η δημιουργία μιας αναστροφής πληθυσμού, όπου περισσότερα άτομα βρίσκονται σε διεγερμένη κατάσταση από την κατάσταση εδάφους, είναι ζωτικής σημασίας για την τόνωση των εκπομπών. Στις ενέργειες ακτίνων Χ, οι διεγερμένες καταστάσεις είναι πολύ βραχύβια, καθιστώντας εξαιρετικά δύσκολο να επιτευχθεί και να διατηρηθεί μια σημαντική αναστροφή του πληθυσμού.
* Επίπεδα ενέργειας: Οι μεταβάσεις των ακτίνων Χ περιλαμβάνουν μεταβάσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων πυρήνα, τα οποία έχουν πολύ στενά δεσμευμένα επίπεδα ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που απαιτείται για να διεγείρει αυτά τα ηλεκτρόνια είναι πολύ υψηλή και η διαφορά ενέργειας μεταξύ των επιπέδων είναι επίσης μεγάλη. Η εύρεση υλικών με κατάλληλα επίπεδα ενέργειας για λέιζερ ακτίνων Χ είναι δύσκολη.
2. Δυσκολίες με κοιλότητες:
* Οπτικές κοιλότητες: Οι συμβατικές οπτικές κοιλότητες που χρησιμοποιούνται για λέιζερ βασίζονται σε καθρέφτες για να αντικατοπτρίζουν τα φωτόνια εμπρός και πίσω, ενισχύοντας το φως. Ωστόσο, οι ακτίνες Χ αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με την ύλη. Η εύρεση υλικών που μπορούν να αντικατοπτρίζουν αποτελεσματικά τις ακτίνες Χ και να δημιουργήσουν μια συντονισμένη κοιλότητα είναι εξαιρετικά προκλητική.
* διάθλαση: Το μήκος κύματος των ακτίνων Χ είναι πολύ μικρότερο από το ορατό φως, οδηγώντας σε σημαντικά αποτελέσματα περίθλασης. Αυτό καθιστά δύσκολο να περιοριστεί και να εστιάσει τις ακτίνες Χ μέσα σε μια κοιλότητα.
3. Μήκος σύντομης συνοχής:
* Συνοτική: Τα φωτόνια ακτίνων Χ εκπέμπονται με πολύ μικρά μήκη συνοχής, που σημαίνει ότι έχουν περιορισμένο φάσμα μήκους κύματος και δεν συγχρονίζονται σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτό περιορίζει τη συνολική συνοχή της εξόδου λέιζερ ακτίνων Χ.
4. Απαιτήσεις υψηλής ενέργειας:
* διέγερση: Η άντληση ενός μέσου κέρδους για να επιτευχθεί η αντιστροφή του πληθυσμού στο καθεστώς ακτίνων Χ απαιτεί εξαιρετικά υψηλής ενέργειας πηγές, συχνά με τη μορφή ισχυρών λέιζερ ή συγχρροτρών. Αυτές οι πηγές είναι πολύπλοκες και δαπανηρές για τη λειτουργία.
5. Πολυπλοκότητα οπτικών ακτίνων Χ:
* Εστίαση και χειραγώγηση: Οι δοκοί ακτίνων Χ απαιτούν εξειδικευμένα οπτικά, όπως πολλαπλούς και κρυστάλλους Bragg, τα οποία μπορεί να είναι δύσκολο να κατασκευαστούν και να ευθυγραμμιστούν.
Παρά τις προκλήσεις αυτές, σημειώνεται σημαντική πρόοδος στην έρευνα λέιζερ ακτίνων Χ:
* Δωρεάν λέιζερ ηλεκτρονίων (FELS): Τα φρέατα χρησιμοποιούν σχετικιστικά ηλεκτρόνια σε ένα wiggler για να δημιουργήσουν συνεκτική ακτινοβολία ακτίνων Χ. Είναι ισχυρές πηγές ακτίνων Χ, αν και είναι μεγάλες και πολύπλοκες εγκαταστάσεις.
* Υψηλή αρμονική γενιά (HHG): Αυτή η τεχνική περιλαμβάνει την εστίαση των έντονων παλμών λέιζερ σε ένα αέριο, παράγοντας αρμονικές υψηλής τάξης που μπορούν να φτάσουν στο καθεστώς ακτίνων Χ. Αν και δεν είναι τόσο ισχυρά όσο τα FELS, οι πηγές HHG γίνονται όλο και πιο συμπαγείς και αποτελεσματικές.
Ενώ η επίτευξη παραδοσιακής δράσης με λέιζερ στα μήκη κύματος ακτίνων Χ παραμένει μια τεράστια πρόκληση, αυτές οι εναλλακτικές προσεγγίσεις ανοίγουν συναρπαστικές δυνατότητες για την εξερεύνηση νέων συνόρων στην επιστήμη και την τεχνολογία ακτίνων Χ.
