Мазер

Ма́зер (англ. maser) — квантовый генератор, излучающий когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона (микроволны). Его название — сокращение фразы «Усиление микроволн с помощью вынужденного излучения» (microwave amplification by stimulated emission of radiation) — было предложено в 1954 году американцем Ч. Таунсом^[1], одним из его создателей. Кроме Таунса к открытию непосредственного принципа работы квантового генератора причастны советские учёные А. М. Прохоров, Н. Г. Басов^[2], а также американцы Дж. Вебер, Д. Гордон и Г. Цейгер. В 1964 году Прохорову, Басову и Таунсу была присуждена Нобелевская премия по физике «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию осцилляторов и усилителей, основанных на принципе лазера — мазера».

Изначально, после изобретения, считалось, что мазер — чисто человеческое творение, однако позже астрономы обнаружили, что некоторые астрономические объекты работают как мазеры. В огромных газовых облаках, размером в миллиарды километров, возникают условия для генерации, а источником накачки служит космическое излучение.

Мазеры используются в технике (в частности, в космической связи), в физических исследованиях, а также как квантовые генераторы стандартной частоты.

История

Теоретические принципы работы мазера описали Н. Г. Басов и А. М. Прохоров из ФИАН на Всесоюзной конференции по радиоспектроскопии, проведённой АН СССР в мае 1952 года, а также Джозеф Вебер из Мэрилендского университета на конференции «Electron Tube Research Conference» в июне 1952 года в Оттаве, с последующим опубликованным исследованием в июне 1953 года в журнале «Transaction of the Institute of Radio Engineers Professional Group on Electron Devices»^[3].

Чарльз Таунс, Джеймс Гордон^[англ.] и H. J. Zeiger построили первый мазер, работающий на аммиаке, в Колумбийском университете в 1953 году. Данное устройство использует вынужденное излучение в потоке возбужденных молекул аммиака для усиления микроволн на частоте около 24 ГГц. 

Таунс позже работал с Артуром Шавловым, описывая принцип оптического квантового генератора, или лазера. В результате исследований Теодор Майман создал первую рабочую модель в 1960 году.

Технология

Мазер основан на принципе вынужденного излучения, предложенном Альбертом Эйнштейном в 1917 году. Когда атомы возбуждены, они могут усиливать излучение на частоте, определенной для элемента или молекулы, которые используются в качестве среды (по аналогии с тем, что происходит в среде генерации в лазере).

Поставив такую усиливающую среду в резонансной полости, создаем обратную связь, которая может производить когерентное излучение.

Наиболее распространенные типы

• Атомные мазеры
  • Аммиачный мазер
  • Мазер на свободных электронах
  • Водородный мазер
• Газовые мазеры
  • Рубидиевый мазер
• Твердотельные мазеры
  • Рубиновый мазер
  • Железо-сапфировый мазер с модами шепчущей галереи
• Мазер на двойном благородном газе

Мазер в двадцать первом веке

В 2018 году группа исследователей из Имперского колледжа в Лондоне сообщила о твердотельном мазере, который работает при комнатной температуре.^[4]

Использование

Мазеры служат «атомными стандартами частоты» и являются одной из многих форм атомных часов^[5]. Они часто используются как микроволновые усилители с низким уровнем шума в радиотелескопах^[6].

См. также

• Космический мазер
• Разер — источник когерентного излучения рентгеновского диапазона
• Гиротрон - мазер на циклотронном резонансе.

Примечания

Ссылки

• Мазер в Энциклопедическом словаре юного физика.
• Мазер  (неопр.). Физика от А… до Я…. Дата обращения: 22 апреля 2014. Архивировано из оригинала 8 мая 2014 года.

Литература

• Сигмен А. Мазеры. — М.: Мир, 1966. — 520 с.

Эта страница в последний раз была отредактирована 20 мая 2024 в 23:54.