1. Manque de médias de gain appropriés:
* Inversion de la population: La création d'une inversion de population, où plus d'atomes sont dans un état excité que l'état fondamental, est crucial pour les émissions stimulées. Aux énergies des rayons X, les états excités sont de très courte durée, ce qui rend extrêmement difficile la réalisation et le maintien d'une inversion de population importante.
* Niveaux d'énergie: Les transitions aux rayons X impliquent des transitions entre les électrons centraux, qui ont des niveaux d'énergie très étroitement liés. Cela signifie que l'énergie requise pour exciter ces électrons est très élevée et que la différence d'énergie entre les niveaux est également importante. Il est difficile de trouver des matériaux avec des niveaux d'énergie appropriés pour les lasers aux rayons X.
2. Difficultés avec les cavités:
* Cavités optiques: Les cavités optiques conventionnelles utilisées pour les lasers comptent sur des miroirs pour refléter les photons dans les deux sens, amplifiant la lumière. Cependant, les rayons X interagissent très faiblement avec la matière. Trouver des matériaux qui peuvent refléter efficacement les rayons X et créer une cavité résonante est extrêmement difficile.
* diffraction: La longueur d'onde des rayons X est beaucoup plus courte que la lumière visible, conduisant à des effets de diffraction significatifs. Cela rend difficile la limitation et la concentration des radiographies dans une cavité.
3. Longueur de cohérence courte:
* cohérence: Les photons aux rayons X sont émis par des longueurs de cohérence très courtes, ce qui signifie qu'elles ont une gamme limitée de longueurs d'onde et ne sont pas synchronisées sur de longues distances. Cela limite la cohérence globale de la sortie laser aux rayons X.
4. Exigences énergétiques élevées:
* Excitation: Le pompage d'un moyen de gain pour atteindre l'inversion de la population dans le régime des rayons X nécessite des sources extrêmement à haute énergie, souvent sous la forme de lasers ou de synchrotrons puissants. Ces sources elles-mêmes sont complexes et coûteuses à utiliser.
5. Complexité de l'optique des rayons X:
* Focus et manipulation: La manipulation des faisceaux de rayons X nécessite une optique spécialisée, comme les multicouches et les cristaux de Bragg, qui peuvent être difficiles à fabriquer et à aligner.
Malgré ces défis, des progrès significatifs sont réalisés dans la recherche au laser aux rayons X:
* lasers d'électrons gratuits (FELS): Les FEL utilisent des électrons relativistes dans un Wiggler pour générer un rayonnement de rayons X cohérent. Ce sont de puissantes sources de rayons X, bien qu'ils soient des installations à grande échelle et complexes.
* Génération harmonique élevée (HHG): Cette technique consiste à concentrer des impulsions laser intenses dans un gaz, produisant des harmoniques d'ordre élevé qui peuvent atteindre le régime des rayons X. Bien qu'ils ne soient pas aussi puissants que les FEL, les sources HHG deviennent de plus en plus compactes et efficaces.
Bien que la réalisation de l'action laser traditionnelle aux longueurs d'onde aux rayons X reste un défi formidable, ces approches alternatives ouvrent des possibilités passionnantes pour explorer de nouvelles frontières dans la science et la technologie des rayons X.
