1. Brist på lämpliga vinstmedier:
* Befolkningsinversion: Att skapa en befolkningsinversion, där fler atomer är i ett upphetsat tillstånd än marktillståndet, är avgörande för stimulerad utsläpp. Vid röntgenenergier är de upphetsade tillstånden mycket kortlivade, vilket gör det extremt svårt att uppnå och upprätthålla en betydande befolkningsinversion.
* Energinivåer: Röntgenövergångar involverar övergångar mellan kärnelektroner, som har mycket tätt bundna energinivåer. Detta innebär att den energi som krävs för att locka dessa elektroner är mycket hög, och energiskillnaden mellan nivåerna är också stor. Att hitta material med lämpliga energinivåer för röntgenlasrar är svårt.
2. Svårigheter med hålrum:
* Optiska hålrum: Konventionella optiska hålrum som används för lasrar förlitar sig på speglar för att reflektera fotoner fram och tillbaka och förstärka ljuset. Röntgenstrålar interagerar dock mycket svagt med materien. Att hitta material som effektivt kan återspegla röntgenstrålar och skapa ett resonanshåle är extremt utmanande.
* diffraktion: Våglängden för röntgenstrålar är mycket kortare än synligt ljus, vilket leder till betydande diffraktionseffekter. Detta gör det svårt att begränsa och fokusera röntgenstrålarna inom ett hålrum.
3. Kort koherenslängd:
* coherence: Röntgenfotoner släpps ut med mycket korta koherenslängder, vilket innebär att de har ett begränsat utbud av våglängder och inte synkroniseras över långa avstånd. Detta begränsar den totala sammanhållningen av röntgenlaserutgången.
4. Krav med hög energi:
* excitation: Att pumpa ett förstärkningsmedium för att uppnå befolkningsinversion i röntgenregimen kräver extremt högenergikällor, ofta i form av kraftfulla lasrar eller synkrotroner. Dessa källor själva är komplexa och dyra att driva.
5. Komplexitet av röntgenoptik:
* Fokusering och manipulation: Manipulering av röntgenstrålar kräver specialiserad optik, såsom flerskikt och Bragg-kristaller, vilket kan vara svårt att tillverka och anpassa.
Trots dessa utmaningar görs betydande framsteg inom röntgenlaserforskning:
* gratis elektronlasrar (fels): Fels använder relativistiska elektroner i en wiggler för att generera sammanhängande röntgenstrålning. De är kraftfulla källor till röntgenstrålar, även om de är storskaliga och komplexa anläggningar.
* Hög harmonisk generation (HHG): Denna teknik involverar att fokusera intensiva laserpulser i en gas, vilket producerar högordning harmonier som kan nå röntgenregimen. Även om det inte är så kraftfullt som Fels, blir HHG -källor mer kompakta och effektiva.
Även om att uppnå traditionell laseråtgärd vid röntgenvåglängder förblir en formidabel utmaning, öppnar dessa alternativa tillvägagångssätt spännande möjligheter för att utforska nya gränser inom röntgenvetenskap och teknik.
