maser

maser

[ang. Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation],

przyrząd generujący lub wzmacniający spójne fale elektromagnetyczne w zakresie mikrofalowym.

Działanie m. polega na: 1) doprowadzeniu układu (atomów lub jonów) o skwantowanych poziomach energ. do takiego stanu energ., aby przeważały w nim elementy wzbudzone, tj. znajdujące się na wyższym poziomie energ. (a więc zdolne do wymuszonej emisji promieniowania); uzyskuje się to przez dostarczenie do układu energii z obcego źródła w procesie tzw. pompowania; 2) doprowadzeniu na wejście wzbudzonego układu słabej fali elektromagnetycznych wymuszającej (stymulującej) wyzwalanie zmagazynowanej energii w postaci kwantów promieniowania; fala wymuszająca zostaje przy tym wzmocniona, gdyż do jej energii zostaje dodana energia kwantów wypromieniowanych przez wzbudzone atomy lub cząsteczki układu powracające do poprzedniego, podstawowego poziomu energ.; emitowane promieniowanie jest spójne i monochromatyczne. Pod względem rodzaju ośr. czynnego i konstrukcji rozróżnia się: a) m. gazowe (molekularne generatory i wzmacniacze), w których ogrzane cząsteczki gazu, np. amoniaku, będące dipolami elektr., uzyskują różne energie wzbudzenia; podczas przechodzenia przez separator (układ elektrod wytwarzający silne pole elektrostatyczne) cząsteczki nie wzbudzone są odchylane, a cząsteczki wzbudzone są skupiane wzdłuż osi separatora i przechodzą dalej do rezonatora; pod wpływem doprowadzonej fali elektromagnetycznych następuje tu wymuszenie emisji promieniowania; b) m. krystaliczne (kwantowe wzmacniacze paramagnet.), w których wykorzystuje się właściwości paramagnet. niektórych kryształów (najczęściej rubinu, rutylu i korundu żelazowego); wzbudzenie atomów kryształów jest możliwe przez oziębienie ich do temperatury ciekłego helu (4 K), w celu osłabienia wpływu drgań termicznych sieci krystal. na atomy paramagnet.; najczęściej stosuje się tzw. 3-poziomową metodę wzbudzania, w której atomy paramagnet. mogą mieć 3 ściśle określone poziomy energ.: minim., pośredni i maks.; w wyniku oddziaływania „pompującej” fali elektromagnetycznych, o częst. odpowiadającej różnicy energii między poziomem minim. a maks., część tych atomów zostaje wzbudzona do poziomu najwyższego; jeżeli wówczas doprowadzi się do kryształu falę elektromagnetyczną o częst. odpowiadającej różnicy energii między poziomem maks. a pośrednim, to fala taka wymusza emisję kwantów promieniowania o tej samej częst. (powoduje to silne wzmocnienie fali). M. krystaliczne stosuje się jako wstępne stopnie wzmacniające (odznaczające się bardzo małymi szumami własnymi dzięki pracy w temperaturze bliskiej 0 K), m.in. w urządzeniach radioastr., radiolokacyjnych (dalekosiężnych), w łączności kosmicznej. Pierwszy m. (amoniakalny) zbudował 1953 C.H. Townes (USA) i niezależnie 1954 N. Basow z A. Prochorowem (ZSRR); ogólną ideę urządzenia typu m. podał już 1943 (opublikowana 1954) ros. optyk W. Fabrikant. Skonstruowanie m. dało początek elektronice kwantowej.