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, одним из его создателей. Кроме Таунса к открытию непосредственного принципа работы квантового генератора причастны советские учёные А. М. Прохоров, Н. Г. Басов, 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».

Водородный мазер

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»[1].

Чарльз Таунс, Джеймс Гордон 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
  • 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.[2]

Использование

Мазеры служат «атомными стандартами частоты» и являются одной из многих форм атомных часов[3]. Они часто используются как микроволновые усилители с низким уровнем шума в радиотелескопах[4].

См. также

Примечания
  1. Предложение Вебера // Наука и жизнь. — 2017. — № 6. —С. 68-69
  2. Jonathan D. Breeze, Enrico Salvadori, Juna Sathian, Neil McN Alford, Christopher W. M. Kay. Continuous-wave room-temperature diamond maser (англ.) // Nature. — 2018-03. — Vol. 555, iss. 7697. — P. 493–496. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/nature25970.
  3. Мазеры, 1966, с. 412.
  4. Мазеры, 1966, с. 404.

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

Литература
  • Сигмен А. Мазеры. — М.: Мир, 1966. — 520 с.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.