Réaliser une action laser à des gammes de fréquences plus élevées, dans les régions de l’ultraviolet extrême (EUV) et des rayons X, pose des défis importants en raison de plusieurs facteurs. Ces défis découlent des propriétés fondamentales des atomes et des interactions de la lumière avec la matière à ces fréquences. Voici quelques-unes des principales difficultés associées à l’obtention d’une action laser dans la gamme de fréquences les plus élevées :

1. Manque de supports de gain appropriés :

Trouver des matériaux appropriés pouvant fournir un gain suffisant pour l’action laser aux fréquences EUV et X constitue un obstacle majeur. À ces fréquences, les niveaux d’énergie des électrons sont étroitement liés et les transitions entre ces niveaux nécessitent des énergies très élevées. Cela rend difficile la recherche de matériaux capables d’amplifier efficacement la lumière à des longueurs d’onde aussi courtes.

2. Absorption et diffusion élevées :

Aux fréquences EUV et X, les matériaux deviennent hautement absorbants et diffusants. Cela signifie que les ondes lumineuses peuvent être facilement atténuées et diffusées par les atomes, ce qui rend difficile l’obtention d’une amplification suffisante et le maintien d’un faisceau laser cohérent.

3. Longueurs d'onde courtes et optique :

Les courtes longueurs d'onde des EUV et des rayons X nécessitent des composants optiques et des techniques de fabrication spécialisés. Les miroirs et lentilles conventionnels deviennent inefficaces à ces fréquences, et des méthodes alternatives, telles que des miroirs multicouches et des plaques zonales, sont nécessaires pour manipuler et focaliser la lumière. Ces optiques sont difficiles à concevoir et à fabriquer avec la précision requise.

4. Besoins élevés en puissance et en énergie :

Pour obtenir une action laser à des fréquences plus élevées, il faut généralement des sources de puissance élevée ou des impulsions de haute énergie pour surmonter les inefficacités et les pertes inhérentes associées à ces régions spectrales. Cela peut poser d’importants défis techniques et d’ingénierie en termes de génération et de gestion d’un rayonnement aussi intense et énergétique.

5. Génération de chaleur et effets thermiques :

L’absorption des EUV et des rayons X dans les matériaux peut entraîner des effets thermiques et thermiques importants. Cela peut endommager les composants optiques et introduire des instabilités dans le système laser, rendant difficile le maintien d'un fonctionnement stable et contrôlé du laser.

6. Ionisation et formation de plasma :

À des intensités suffisamment élevées, l’interaction des rayonnements EUV et X avec la matière peut conduire à une ionisation et à la formation de plasma. Cela peut créer des défis supplémentaires en termes de contrôle des interactions laser-matière et de prévention des dommages au système laser.

Malgré ces défis, des progrès significatifs ont été réalisés dans le développement de lasers EUV et à rayons X. En employant des techniques sophistiquées telles que la génération d'harmoniques élevées, les lasers à électrons libres et les approches basées sur le plasma, les chercheurs ont pu démontrer l'action du laser à des fréquences élevées. Cependant, la réalisation de lasers pratiques et puissants dans ces gammes de longueurs d'onde extrêmes nécessite encore des recherches et des progrès continus dans les domaines de la science des matériaux, de l'optique et des technologies de haute puissance.