Поэтому первые такие усилители были созданы в радиодиапазоне (мазеры) в конце 1950-х годов. В 1961 году был построен первый оптический генератор непрерывного действия (гелиево-неоновый лазер). Методы нелинейной оптики позволили в 1970 году создать лазеры, работающие в области вакуумного ультрафиолета (λ ~ 100 нм). К началу 1978 года стало ясно, что наиболее вероятная схема лазера в области λ ≥ 1 нм – это рентгеновский лазер на многозарядных ионах с накачкой мощным лазером оптического диапазона. А для λ ≤ 0,1 нм должны быть использованы ядерные переходы и эффект Мёссбауэра (излучение квантов в кристаллах без «отдачи» атома, а значит, без смещёния частоты излучения вследствие Доплер-эффекта).
Как уже говорилось, для того чтобы происходило квантовое усиление, необходима инверсная заселенность. Для ее поддержания мощность, вводимая извне, должна быть больше мощности, которая рассеивается средой в виде спонтанного излучения. Как известно, энергия кванта, возбуждающего атом, пропорциональна частоте излучения ( E = hν ). К тому же вероятность спонтанного излучения, бесполезно уносящего энергию внешнего источника накачки, пропорциональна третьей степени частоты излучения ( ν 3 ).
Учитывая всё это, получим, что мощность W , необходимая для поддержания инверсии заселенности, W ~ ν 4 ~λ –4 . Если для лазеров видимого диапазона (λ = 500 нм) достаточно обеспечить мощность, вводимую в кубический сантиметр среды, порядка 10 2 –10 4 Вт/см 3 , то для рентгеновского лазера, длина волны излучения которого на три порядка меньше (λ = 0,5 нм), необходима плотность мощности W = 10 14 – 10 16 Вт/см 3 . Столь мощный энерговвод может быть обеспечен в настоящее время при ядерном взрыве в объеме заряда, либо в фокусе лазерного излучения достаточно высокой мощности, которая может быть реализована только в импульсном режиме (Слабко, 1997).
В 1984 году в США осуществили генерацию лазерного рентгеновского излучения в газовой среде с использованием в качестве источника накачки мощного двухлучевого оптического лазера «Новетт» (Ливерморская национальная лаборатория), каждый луч которого имел плотность мощности 5 × 10 13 Вт/см 2 в импульсе длительностью 450 пс на волне 532 нм.
В фокусе лазера помещалась мишень – тончайшая пленка размером 0,1 × 1,1 см из селена или иттрия. Луч испарял мишень, создавая плазму из неоноподобных ионов этих металлов. Столкновения с электронами в плазме вызывали возбуждение ионов, которое заканчивалось вынужденным излучением на волне 20,6 и 21,0 нм для селена и 15,5 нм для иттрия. Наличие лазерного эффекта подтверждалось тем, что излучение, скажем, селеновой плазмы было примерно в 700 раз более интенсивным, чем ожидаемое ее спонтанное излучение. В Ливерморской лаборатории планировалось дальнейшее продвижение в область жёсткого рентгена: излучение неоноподобных ионов молибдена даёт лазерный эффект на 10 нм, а использование новых лазеров накачки позволит продвинуться до 5 нм.