Λέιζερ — συσκευή και αρχή λειτουργίας

Κανονική συμπεριφορά του φωτός όταν διέρχεται από ένα μέσο

Κανονικά, όταν το φως διέρχεται από ένα μέσο, ​​η έντασή του μειώνεται. Η αριθμητική τιμή αυτής της εξασθένησης μπορεί να βρεθεί από το νόμο του Bouguer:

Σε αυτή την εξίσωση, εκτός από τις εντάσεις φωτός που εισέρχονται και εξέρχονται από το μέσο, ​​υπάρχει επίσης ένας παράγοντας που ονομάζεται γραμμικός συντελεστής απορρόφησης φωτός του μέσου. Στην παραδοσιακή οπτική, αυτός ο συντελεστής είναι πάντα θετικός.

Αρνητική απορρόφηση φωτός

Τι γίνεται αν για κάποιο λόγο ο συντελεστής απορρόφησης είναι αρνητικός; Τι τότε? Θα υπάρχει ενίσχυση του φωτός καθώς περνά μέσα από το μέσο. στην πραγματικότητα, το μέσο θα παρουσιάσει αρνητική απορρόφηση.

Οι συνθήκες για την παρατήρηση μιας τέτοιας εικόνας μπορούν να δημιουργηθούν τεχνητά. Η θεωρητική αντίληψη σχετικά με τον τρόπο υλοποίησης του προτεινόμενου φαινομένου διατυπώθηκε το 1939 από τον Σοβιετικό φυσικό Valentin Alexandrovich Fabrikant.

Κατά τη διάρκεια της ανάλυσης ενός υποθετικού μέσου ενίσχυσης φωτός που διέρχεται από αυτό, ο Fabrikant πρότεινε την αρχή της ενίσχυσης φωτός. Και το 1955οι Σοβιετικοί φυσικοί Nikolai Genadievich Basov και Alexander Mikhailovich Prokhorov εφάρμοσαν αυτή την ιδέα Fabrikant στην περιοχή ραδιοσυχνοτήτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Εξετάστε τη φυσική πλευρά της πιθανότητας αρνητικής απορρόφησης. Σε μια εξιδανικευμένη μορφή, τα ενεργειακά επίπεδα των ατόμων μπορούν να αναπαρασταθούν ως γραμμές - σαν τα άτομα σε κάθε κατάσταση να έχουν μόνο αυστηρά καθορισμένες ενέργειες Ε1 και Ε2. Αυτό σημαίνει ότι κατά τη μετάβαση από κατάσταση σε κατάσταση, ένα άτομο είτε εκπέμπει είτε απορροφά αποκλειστικά μονοχρωματικό φως ενός επακριβώς καθορισμένου μήκους κύματος.

Αλλά η πραγματικότητα απέχει πολύ από το να είναι ιδανική, και στην πραγματικότητα τα επίπεδα ενέργειας των ατόμων έχουν ένα ορισμένο πεπερασμένο πλάτος, δηλαδή δεν είναι γραμμές ακριβών τιμών. Επομένως, κατά τις μεταβάσεις μεταξύ των επιπέδων, θα υπάρχει επίσης ένα ορισμένο εύρος εκπεμπόμενων ή απορροφούμενων συχνοτήτων dv, το οποίο εξαρτάται από το πλάτος των ενεργειακών επιπέδων μεταξύ των οποίων πραγματοποιείται η μετάβαση. Οι τιμές των E1 και E2 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να υποδηλώσουν μόνο τα μεσαία ενεργειακά επίπεδα του ατόμου.

Έτσι, εφόσον έχουμε υποθέσει ότι το Ε1 και το Ε2 είναι τα μέσα των ενεργειακών επιπέδων, μπορούμε να θεωρήσουμε ένα άτομο σε αυτές τις δύο καταστάσεις. Έστω Ε2>Ε1. Ένα άτομο μπορεί είτε να απορροφήσει είτε να εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία όταν περνά μεταξύ αυτών των επιπέδων. Ας υποθέσουμε ότι, όντας στη θεμελιώδη κατάσταση Ε1, ένα άτομο απορρόφησε εξωτερική ακτινοβολία με ενέργεια Ε2-Ε1 και πέρασε σε διεγερμένη κατάσταση Ε2 (η πιθανότητα μιας τέτοιας μετάβασης είναι ανάλογη με τον συντελεστή Αϊνστάιν Β12).

Όντας σε διεγερμένη κατάσταση Ε2, το άτομο υπό τη δράση εξωτερικής ακτινοβολίας με ενέργεια Ε2-Ε1 εκπέμπει ένα κβάντο με ενέργεια Ε2-Ε1 και αναγκάζεται να μεταβεί στη θεμελιώδη κατάσταση με ενέργεια Ε1 (η πιθανότητα μιας τέτοιας μετάβασης είναι ανάλογη ο συντελεστής Αϊνστάιν Β21).

Εάν μια παράλληλη δέσμη μονοχρωματικής ακτινοβολίας με φασματική πυκνότητα όγκου w (v) διέρχεται από μια ουσία της οποίας το στρώμα έχει μοναδιαία επιφάνεια διατομής και πάχος dx, τότε η έντασή της θα αλλάξει κατά την τιμή:

Εδώ το n1 είναι η συγκέντρωση των ατόμων στις καταστάσεις Ε1, το n2 είναι η συγκέντρωση των ατόμων στις καταστάσεις Ε2.

Αντικαθιστώντας τις συνθήκες στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης, υποθέτοντας ότι B21 = B12, και στη συνέχεια αντικαθιστώντας την έκφραση για B21, λαμβάνουμε την εξίσωση για την αλλαγή στην ένταση του φωτός σε στενά ενεργειακά επίπεδα:

Στην πράξη, όπως προαναφέρθηκε, τα επίπεδα ενέργειας δεν είναι απείρως στενά, επομένως πρέπει να λαμβάνεται υπόψη το πλάτος τους. Για να μην γεμίσουμε το άρθρο με μια περιγραφή μετασχηματισμών και μια δέσμη τύπων, απλώς σημειώνουμε ότι εισάγοντας ένα εύρος συχνοτήτων και στη συνέχεια ενσωματώνοντας πάνω από το x, θα καταλήξουμε σε έναν τύπο για την εύρεση του πραγματικού συντελεστή απορρόφησης ενός μέσου όρου:

Δεδομένου ότι είναι προφανές ότι υπό συνθήκες θερμοδυναμικής ισορροπίας, η συγκέντρωση n1 ατόμων στην κατώτερη ενεργειακή κατάσταση Ε1 είναι πάντα μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση n2 ατόμων στην ανώτερη κατάσταση Ε2, η αρνητική απορρόφηση είναι αδύνατη υπό κανονικές συνθήκες, είναι αδύνατο να ενισχυθεί φως απλά περνώντας από ένα πραγματικό περιβάλλον χωρίς να λαμβάνετε επιπλέον μέτρα...

Για να καταστεί δυνατή η αρνητική απορρόφηση, είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν συνθήκες όπου η συγκέντρωση των ατόμων σε διεγερμένη κατάσταση Ε2 στο μέσο θα είναι μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των ατόμων στη βασική κατάσταση Ε1, δηλαδή είναι απαραίτητο να οργανωθεί μια αντίστροφη κατανομή των ατόμων στο μέσο σύμφωνα με τις ενεργειακές τους καταστάσεις.

Η ανάγκη για άντληση ενέργειας του περιβάλλοντος

Για να οργανωθεί ένας ανεστραμμένος πληθυσμός ενεργειακών επιπέδων (για να ληφθεί ένα ενεργό μέσο) χρησιμοποιείται άντληση (π.χ. οπτική ή ηλεκτρική). Η οπτική άντληση περιλαμβάνει την απορρόφηση της ακτινοβολίας που κατευθύνεται σε αυτά από άτομα, λόγω της οποίας αυτά τα άτομα περνούν σε διεγερμένη κατάσταση.

Η ηλεκτρική άντληση σε ένα αέριο μέσο περιλαμβάνει τη διέγερση ατόμων από ανελαστικές συγκρούσεις με ηλεκτρόνια στην εκκένωση αερίου. Σύμφωνα με τον Fabrikant, ορισμένες από τις καταστάσεις χαμηλής ενέργειας των ατόμων πρέπει να εξαλειφθούν μέσω μοριακών ακαθαρσιών.

Είναι πρακτικά αδύνατο να ληφθεί ένα ενεργό μέσο χρησιμοποιώντας οπτική άντληση σε ένα μέσο δύο επιπέδων, καθώς ποσοτικά οι μεταβάσεις των ατόμων ανά μονάδα χρόνου από την κατάσταση Ε1 στην κατάσταση Ε2 και αντίστροφα (!) σε αυτήν την περίπτωση θα είναι ισοδύναμες, πράγμα που σημαίνει ότι είναι απαραίτητο να καταφύγουμε σε σύστημα τουλάχιστον τριών επιπέδων.

Εξετάστε ένα σύστημα άντλησης τριών σταδίων. Αφήστε την εξωτερική ακτινοβολία με την ενέργεια φωτονίων Ε3-Ε1 να δράσει στο μέσο ενώ τα άτομα στο μέσο περνούν από την κατάσταση με την ενέργεια Ε1 στην κατάσταση με την ενέργεια Ε3. Από την ενεργειακή κατάσταση Ε3, είναι δυνατές αυθόρμητες μεταβάσεις στην κατάσταση Ε2 και στην Ε1. Για να ληφθεί ένας ανεστραμμένος πληθυσμός (όταν υπάρχουν περισσότερα άτομα με το επίπεδο Ε2 σε ένα δεδομένο μέσο), είναι απαραίτητο να γίνει το επίπεδο Ε2 πιο μακρόβιο από το Ε3. Για αυτό, είναι σημαντικό να συμμορφώνεστε με τις ακόλουθες προϋποθέσεις:

Η συμμόρφωση με αυτές τις συνθήκες θα σημαίνει ότι τα άτομα στην κατάσταση Ε2 παραμένουν περισσότερο, δηλαδή η πιθανότητα αυθόρμητων μεταβάσεων από Ε3 σε Ε1 και από Ε3 σε Ε2 υπερβαίνει την πιθανότητα αυθόρμητων μεταβάσεων από Ε2 σε Ε1. Τότε το επίπεδο Ε2 θα αποδειχθεί πιο μακροχρόνιο και μια τέτοια κατάσταση στο επίπεδο Ε2 μπορεί να ονομαστεί μετασταθερή. Επομένως, όταν φως με συχνότητα v = (E3 — E1) / h διέρχεται από ένα τέτοιο ενεργό μέσο, ​​αυτό το φως θα ενισχυθεί. Ομοίως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα σύστημα τεσσάρων επιπέδων, τότε το επίπεδο Ε3 θα είναι μετασταθερό.

Συσκευή λέιζερ

Έτσι, το λέιζερ περιλαμβάνει τρία κύρια συστατικά: ένα ενεργό μέσο (στο οποίο δημιουργείται η πληθυσμιακή αντιστροφή των ενεργειακών επιπέδων των ατόμων), ένα σύστημα άντλησης (μια συσκευή για τη λήψη της αναστροφής πληθυσμού) και έναν οπτικό συντονιστή (που ενισχύει την ακτινοβολία πολλές φορές και σχηματίζει μια κατευθυνόμενη δέσμη της εξόδου). Το ενεργό μέσο μπορεί να είναι στερεό, υγρό, αέριο ή πλάσμα.

Η άντληση γίνεται συνεχώς ή παλμικά. Με τη συνεχή άντληση, η παροχή του μέσου περιορίζεται από την υπερθέρμανση του μέσου και τις συνέπειες αυτής της υπερθέρμανσης. Στην παλμική άντληση, η χρήσιμη ενέργεια που εισάγεται τμηματικά στο μέσο λαμβάνεται περισσότερο λόγω της μεγάλης ισχύος κάθε μεμονωμένου παλμού.

Διαφορετικά λέιζερ — διαφορετική άντληση

Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης αντλούνται ακτινοβολώντας το μέσο εργασίας με ισχυρές λάμψεις εκκένωσης αερίου, εστιασμένο ηλιακό φως ή άλλο λέιζερ. Αυτή είναι πάντα παλμική άντληση επειδή η ισχύς είναι τόσο υψηλή που η ράβδος εργασίας θα καταρρεύσει υπό συνεχή δράση.

Τα λέιζερ υγρών και αερίων αντλούνται με ηλεκτρική εκκένωση.Τα χημικά λέιζερ υποθέτουν την εμφάνιση χημικών αντιδράσεων στο ενεργό μέσο τους, με αποτέλεσμα ο ανεστραμμένος πληθυσμός των ατόμων να λαμβάνεται είτε από τα προϊόντα της αντίδρασης είτε από ειδικές ακαθαρσίες με κατάλληλη δομή επιπέδου.

Τα λέιζερ ημιαγωγών αντλούνται με μπροστινό ρεύμα μέσω μιας διασταύρωσης pn ή μέσω μιας δέσμης ηλεκτρονίων. Επιπλέον, υπάρχουν τέτοιες μέθοδοι άντλησης όπως η φωτοδιάσπαση ή η δυναμική μέθοδος αερίων (απότομη ψύξη θερμαινόμενων αερίων).

Οπτικός συντονιστής — η καρδιά του λέιζερ

Ο οπτικός συντονιστής είναι ένα σύστημα ζεύγους κατόπτρων, στην απλούστερη περίπτωση, δύο κατόπτρων (κοίλων ή παράλληλων) στερεωμένα το ένα απέναντι από το άλλο και μεταξύ τους κατά μήκος ενός κοινού οπτικού άξονα υπάρχει ένα ενεργό μέσο με τη μορφή κρυστάλλου ή κυβέτα με αέριο. Τα φωτόνια που περνούν υπό γωνία μέσα από το μέσο το αφήνουν στο πλάι και αυτά που κινούνται κατά μήκος του άξονα, αντανακλώνται πολλές φορές, ενισχύονται και εξέρχονται μέσω ενός ημιδιαφανούς καθρέφτη.

Αυτό παράγει ακτινοβολία λέιζερ - μια δέσμη συνεκτικών φωτονίων - μια αυστηρά κατευθυνόμενη δέσμη. Κατά τη διάρκεια μιας διέλευσης φωτός μεταξύ των κατόπτρων, το μέγεθος του κέρδους πρέπει να υπερβαίνει ένα ορισμένο όριο - το ποσό της απώλειας ακτινοβολίας μέσω του δεύτερου καθρέφτη (όσο καλύτερα εκπέμπει ο καθρέφτης, τόσο υψηλότερο πρέπει να είναι αυτό το όριο).

Προκειμένου η ενίσχυση του φωτός να πραγματοποιηθεί αποτελεσματικά, είναι απαραίτητο όχι μόνο να αυξηθεί η διαδρομή του φωτός μέσα στο ενεργό μέσο, ​​αλλά και να διασφαλιστεί ότι τα κύματα που εξέρχονται από τον συντονιστή είναι σε φάση μεταξύ τους, τότε τα παρεμβαλλόμενα κύματα θα δώσουν το μέγιστο δυνατό πλάτος.

Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, είναι απαραίτητο καθένα από τα κύματα του συντονιστή που επιστρέφει σε ένα σημείο του κατόπτρου της πηγής και γενικά, σε οποιοδήποτε σημείο του ενεργού μέσου, να είναι σε φάση με το πρωτεύον κύμα μετά από έναν αυθαίρετο αριθμό τέλειων ανακλάσεων. . Αυτό είναι δυνατό όταν η οπτική διαδρομή που διανύει το κύμα μεταξύ δύο επιστροφών ικανοποιεί την προϋπόθεση:

όπου m είναι ένας ακέραιος, στην περίπτωση αυτή η διαφορά φάσης θα είναι πολλαπλάσιο του 2P:

Τώρα, δεδομένου ότι καθένα από τα κύματα διαφέρει σε φάση από το προηγούμενο κατά 2pi, αυτό σημαίνει ότι όλα τα κύματα που φεύγουν από τον συντονιστή θα είναι σε φάση μεταξύ τους, δίνοντας παρεμβολή μέγιστου πλάτους. Ο συντονιστής θα έχει σχεδόν μονοχρωματική παράλληλη ακτινοβολία στην έξοδο.

Η λειτουργία των κατόπτρων εντός του αντηχείου θα παρέχει ενίσχυση των τρόπων λειτουργίας που αντιστοιχούν στα στάσιμα κύματα μέσα στον αντηχείο. άλλοι τρόποι λειτουργίας (που προκύπτουν λόγω των ιδιαιτεροτήτων των πραγματικών συνθηκών) θα εξασθενήσουν.

Ruby laser — η πρώτη στερεά κατάσταση

Η πρώτη συσκευή στερεάς κατάστασης κατασκευάστηκε το 1960 από τον Αμερικανό φυσικό Theodore Maiman. Ήταν ένα ρουμπινί λέιζερ (ρουμπίνι — Al2O3, όπου ορισμένες από τις θέσεις πλέγματος — εντός 0,5% — αντικαθίστανται από τριπλά ιονισμένο χρώμιο· όσο περισσότερο χρώμιο, τόσο πιο σκούρο είναι το χρώμα του ρουμπινιού κρυστάλλου).

Το πρώτο επιτυχημένο λειτουργικό λέιζερ που σχεδιάστηκε από τον Δρ Τεντ Μέιμαν το 1960.

Ένας ρουμπίνι κύλινδρος από τον πιο ομοιογενή κρύσταλλο, με διάμετρο 4 έως 20 mm και μήκος 30 έως 200 mm, τοποθετείται ανάμεσα σε δύο καθρέφτες φτιαγμένους με τη μορφή στρώσεων ασημιού που εφαρμόζονται στα προσεκτικά γυαλισμένα άκρα αυτού. κύλινδρος. Ένας σπειροειδής λαμπτήρας εκκένωσης αερίου περιβάλλει έναν κύλινδρο σε όλο το μήκος του και τροφοδοτείται με υψηλή τάση μέσω ενός πυκνωτή.

Όταν ο λαμπτήρας είναι αναμμένος, το ρουμπίνι ακτινοβολείται έντονα, ενώ τα άτομα χρωμίου μετακινούνται από το επίπεδο 1 στο επίπεδο 3 (βρίσκονται σε αυτή τη διεγερμένη κατάσταση για λιγότερο από 10-7 δευτερόλεπτα), εδώ είναι το πιο πιθανό μετάβαση σε επίπεδο 2 πραγματοποιούνται — σε μετασταθερό επίπεδο. Η περίσσεια ενέργειας μεταφέρεται στο κρυσταλλικό πλέγμα ρουμπινιού. Οι αυθόρμητες μεταβάσεις από το επίπεδο 3 στο επίπεδο 1 είναι ασήμαντες.

Η μετάβαση από το επίπεδο 2 στο επίπεδο 1 απαγορεύεται από τους κανόνες επιλογής, επομένως η διάρκεια αυτού του επιπέδου είναι περίπου 10-3 δευτερόλεπτα, που είναι 10.000 φορές μεγαλύτερη από ό,τι στο επίπεδο 3, με αποτέλεσμα τα άτομα να συσσωρεύονται σε ρουμπίνι με το επίπεδο 2 — αυτός είναι ο αντίστροφος πληθυσμός του επιπέδου 2.

Τα φωτόνια που προκύπτουν αυθόρμητα κατά τις αυθόρμητες μεταβάσεις, μπορούν να προκαλέσουν αναγκαστικές μεταβάσεις από το επίπεδο 2 στο επίπεδο 1 και να προκαλέσουν μια χιονοστιβάδα δευτερευόντων φωτονίων, αλλά αυτές οι αυθόρμητες μεταβάσεις είναι τυχαίες και τα φωτόνια τους διαδίδονται χαοτικά, αφήνοντας κυρίως τον συντονιστή μέσω του πλευρικού τοιχώματος.

Αλλά αυτά από τα φωτόνια που χτυπούν τον άξονα υφίστανται πολλαπλές αντανακλάσεις από τους καθρέφτες, προκαλώντας ταυτόχρονα την εξαναγκασμένη εκπομπή δευτερογενών φωτονίων, τα οποία και πάλι προκαλούν την διεγερμένη εκπομπή κ.λπ. Αυτά τα φωτόνια θα κινηθούν σε κατεύθυνση παρόμοια με τα πρωτεύοντα και η ροή κατά μήκος του άξονα του κρυστάλλου θα αυξηθεί σαν χιονοστιβάδα.

Η πολλαπλασιασμένη ροή φωτονίων θα εξέρχεται μέσω του πλευρικού ημιδιαφανούς καθρέφτη του συντονιστή με τη μορφή μιας αυστηρά κατευθυντικής δέσμης φωτός κολοσσιαίας έντασης. Το λέιζερ ρουμπίνι λειτουργεί σε μήκος κύματος 694,3 nm, ενώ η ισχύς παλμού μπορεί να είναι έως και 109 W

Λέιζερ νέον με ήλιο

Το λέιζερ ηλίου-νέον (ήλιο / νέον = 10/1) είναι ένα από τα πιο δημοφιλή λέιζερ αερίου. Η πίεση στο μίγμα αερίων είναι περίπου 100 Pa.Το νέον χρησιμεύει ως ενεργό αέριο, παράγει φωτόνια με μήκος κύματος 632,8 nm σε συνεχή λειτουργία. Η λειτουργία του ηλίου είναι να δημιουργήσει έναν αντίστροφο πληθυσμό από ένα από τα ανώτερα ενεργειακά επίπεδα του νέον. Το πλάτος φάσματος ενός τέτοιου λέιζερ είναι περίπου 5 * 10-3 Hz Μήκος συνοχής 6 * 1011 m, χρόνος συνοχής 2 * 103 ° C.

Όταν ένα λέιζερ ηλίου-νέον αντλείται, μια ηλεκτρική εκκένωση υψηλής τάσης προκαλεί τη μετάβαση των ατόμων ηλίου σε μια μετασταθερή διεγερμένη κατάσταση του επιπέδου Ε2. Αυτά τα άτομα ηλίου συγκρούονται ανελαστικά με άτομα νέον στη βασική κατάσταση Ε1, μεταφέροντας την ενέργειά τους. Η ενέργεια του επιπέδου Ε4 του νέον είναι υψηλότερη από το επίπεδο Ε2 του ηλίου κατά 0,05 eV. Η έλλειψη ενέργειας αντισταθμίζεται από την κινητική ενέργεια των ατομικών συγκρούσεων. Ως αποτέλεσμα, στο επίπεδο Ε4 του νέου, προκύπτει ένας ανεστραμμένος πληθυσμός σε σχέση με το επίπεδο Ε3.

Τύποι σύγχρονων λέιζερ

Ανάλογα με την κατάσταση του ενεργού μέσου, τα λέιζερ χωρίζονται σε: στερεά, υγρά, αέρια, ημιαγωγικά και επίσης κρυστάλλινα. Σύμφωνα με τη μέθοδο άντλησης, μπορούν να είναι: οπτική, χημική, εκκένωση αερίου. Από τη φύση της γενιάς, τα λέιζερ χωρίζονται σε: συνεχή και παλμικά. Αυτοί οι τύποι λέιζερ εκπέμπουν ακτινοβολία στο ορατό εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Τα οπτικά λέιζερ εμφανίστηκαν αργότερα από άλλα. Είναι ικανά να παράγουν ακτινοβολία στο εγγύς υπέρυθρο εύρος, μια τέτοια ακτινοβολία (σε μήκος κύματος έως και 8 μικρά) είναι πολύ κατάλληλη για οπτικές επικοινωνίες. Τα οπτικά λέιζερ περιέχουν μια ίνα στον πυρήνα της οποίας έχουν εισαχθεί αρκετά ιόντα κατάλληλων στοιχείων σπάνιων γαιών.

Ο οδηγός φωτός, όπως και με άλλους τύπους λέιζερ, τοποθετείται ανάμεσα σε ένα ζευγάρι καθρέφτες.Για την άντληση, ακτινοβολία λέιζερ με το απαιτούμενο μήκος κύματος τροφοδοτείται στην ίνα, έτσι ώστε τα ιόντα των στοιχείων σπανίων γαιών να περνούν σε διεγερμένη κατάσταση υπό τη δράση της. Επιστρέφοντας σε κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας, αυτά τα ιόντα εκπέμπουν φωτόνια με μεγαλύτερο μήκος κύματος από αυτό του λέιζερ εκκίνησης.

Με αυτόν τον τρόπο, η ίνα λειτουργεί ως πηγή φωτός λέιζερ. Η συχνότητά του εξαρτάται από τον τύπο των στοιχείων σπάνιων γαιών που προστίθενται. Η ίδια η ίνα είναι κατασκευασμένη από φθόριο βαρέων μετάλλων, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την αποτελεσματική παραγωγή ακτινοβολίας λέιζερ στη συχνότητα της υπέρυθρης περιοχής.

Τα λέιζερ ακτίνων Χ καταλαμβάνουν την αντίθετη πλευρά του φάσματος - μεταξύ υπεριώδους και γάμμα - πρόκειται για τάξεις μεγέθους με μήκη κύματος από 10-7 έως 10-12 μ. Τα λέιζερ αυτού του τύπου έχουν την υψηλότερη φωτεινότητα παλμού από όλους τους τύπους λέιζερ.

Το πρώτο λέιζερ ακτίνων Χ κατασκευάστηκε το 1985 στις ΗΠΑ, στο Livermore Laboratory. Λαυρέντιος. Το λέιζερ που παράγεται σε ιόντα σεληνίου, το εύρος μήκους κύματος είναι από 18,2 έως 26,3 nm και η υψηλότερη φωτεινότητα πέφτει στη γραμμή μήκους κύματος των 20,63 nm. Σήμερα, ακτινοβολία λέιζερ με μήκος κύματος 4,6 nm έχει επιτευχθεί με ιόντα αλουμινίου.

Το λέιζερ ακτίνων Χ δημιουργείται από παλμούς με διάρκεια από 100 ps έως 10 ns, η οποία εξαρτάται από τη διάρκεια ζωής του σχηματισμού πλάσματος.

Το γεγονός είναι ότι το ενεργό μέσο ενός λέιζερ ακτίνων Χ είναι ένα εξαιρετικά ιονισμένο πλάσμα, το οποίο λαμβάνεται, για παράδειγμα, όταν ένα λεπτό φιλμ υττρίου και σεληνίου ακτινοβολείται με λέιζερ υψηλής ισχύος στο ορατό ή υπέρυθρο φάσμα.

Η ενέργεια του λέιζερ ακτίνων Χ σε έναν παλμό φτάνει τα 10 mJ, ενώ η γωνιακή απόκλιση στη δέσμη είναι περίπου 10 milliradians. Ο λόγος της ισχύος της αντλίας προς την άμεση ακτινοβολία είναι περίπου 0,00001.