Войти
Первый прототип аммиачного мазера и изобретатель Чарльз Х. Таунс. Форсунка для аммиака находится в коробке слева, четыре латунных стержня в центре - это переключатель состояния квадруполя, а резонансная полость - справа. Выход микроволн на 24 ГГц через вертикальный волновод, который Таунс настраивает. Внизу - вакуумные насосы. 
Водородный радиочастотный разряд, первый элемент в водородном мазере (см. Описание ниже) Мазера ( / м eɪ г ər /, акроним для микроволнового усиления при вынужденном испускании излучения) представляет собой устройство, которое производит когерентные электромагнитные волны через усиление с помощью индуцированного излучения. Первый мазер был построен Чарльзом Х. Таунсом, Джеймсом П. Гордоном и Гербертом Дж. Зейгером в Колумбийском университете в 1953 году. Таунс, Николай Басов и Александр Прохоров были удостоены Нобелевской премии по физике 1964 года за теоретические работы, ведущие к созданию мазера. Мазеры используются в качестве устройства отсчета времени в атомных часах и в качестве сверхмалошумящих СВЧ- усилителей в радиотелескопах и наземных станциях связи космических кораблей.
Современные мазеры могут быть разработаны для генерации электромагнитных волн не только на микроволновых частотах, но также на радиочастотах и инфракрасных частотах. По этой причине Чарльз Таунс предложил заменить слово «микроволновая печь» словом «молекулярный» в качестве первого слова в аббревиатуре « мазер».
Лазера работает по тому же принципу, как мазера, но дает более высокую частотную когерентное излучение в видимом диапазоне. Мазер был предшественником лазера, вдохновив на теоретические работы Таунса и Артура Леонарда Шавлова, которые привели к изобретению лазера в 1960 году Теодором Майманом. Когда в 1957 году впервые представили когерентный оптический генератор, он первоначально назывался «оптическим мазером». В конечном итоге это было изменено на лазер для «усиления света за счет вынужденного излучения излучения». Гордону Гулду приписывают создание этого акронима в 1957 году.
Теоретические принципы, регулирующие работу мазера, были впервые описаны Джозефом Вебером из Университета Мэриленда, Колледж-Парк, на конференции по исследованию электронных трубок в июне 1952 года в Оттаве, с кратким изложением, опубликованным в июньском 1953 году в журнале Transactions of the Institute of Radio Engineers. Профессиональная группа по электронным приборам и одновременно Николай Басов и Александр Прохоров из Физического института им. П.Н. Лебедева на Всесоюзной конференции по радиоспектроскопии, проведенной Академией наук СССР в мае 1952 года, впоследствии опубликованная в октябре 1954 года.
Независимо от этого Чарльз Хард Таунс, Джеймс П. Гордон и Х. Дж. Зейгер построили первый мазер на аммиаке в Колумбийском университете в 1953 году. В этом устройстве использовалось стимулированное излучение в потоке заряженных молекул аммиака для усиления микроволн с частотой около 24,0 гигагерц. Позже Таунс работал с Артуром Л. Шавловым, чтобы описать принцип действия оптического мазера, или лазера, первую рабочую модель которого Теодор Х. Майман создал в 1960 году.
За свои исследования в области вынужденного излучения Таунс, Басов и Прохоров были удостоены Нобелевской премии по физике в 1964 году.
Мазер основан на принципе вынужденного излучения, предложенном Альбертом Эйнштейном в 1917 году. Когда атомы были переведены в возбужденное энергетическое состояние, они могут усиливать излучение с частотой, зависящей от элемента или молекулы, используемых в качестве мазевой среды (аналогично тому, что происходит в лазерной среде).
Помещая такую усиливающую среду в резонатор, создается обратная связь, которая может производить когерентное излучение.
В 2012 году группа исследователей из Национальной физической лаборатории и Имперского колледжа в Лондоне разработал твердотельный мазер, который работает при комнатной температуре с использованием оптической накачкой, пентаценовой -легированный р-терфениле в среде усилителя. Он давал импульсы мазерного излучения длительностью несколько сотен микросекунд.
В 2018 году исследовательская группа из Имперского колледжа Лондона и Университетского колледжа Лондона продемонстрировала непрерывную мазерную генерацию с использованием синтетических алмазов, содержащих дефекты в виде вакансий азота.
Мазеры служат в качестве высокоточных эталонов частоты. Эти «атомные стандарты частоты» - одна из многих форм атомных часов. Мазеры также использовались в качестве малошумящих микроволновых усилителей в радиотелескопах, хотя они в значительной степени были заменены усилителями на основе полевых транзисторов.
В начале 1960-х годов Лаборатория реактивного движения разработала мазер, обеспечивающий сверхмалошумящее усиление микроволновых сигналов S-диапазона, полученных от зондов дальнего космоса. В этом мазере использовался глубоко охлажденный гелий для охлаждения усилителя до температуры 4 кельвина. Усиление достигалось за счет возбуждения рубиновой гребенки клистроном с частотой 12,0 гигагерц. В первые годы на охлаждение и удаление примесей из водородных линий уходили дни. Охлаждение представляло собой двухэтапный процесс с большой установкой Linde на земле и компрессором крейцкопфа внутри антенны. Окончательная закачка производилась под давлением 21 МПа (3000 фунтов на квадратный дюйм) через регулируемый микрометром вход в камеру размером 150 мкм (0,006 дюйма). Шумовая температура всей системы при взгляде на холодное небо (2,7 кельвина в микроволновом диапазоне) составляла 17 кельвинов. Это дало такой низкий коэффициент шума, что космический зонд Mariner IV мог отправлять неподвижные изображения с Марса обратно на Землю, даже несмотря на то, что выходная мощность его радиопередатчика составляла всего 15 Вт, и, следовательно, общая мощность принятого сигнала составляла всего -169 децибел с относительно милливатта (дБм).
Водородный мазер. Водородный мазер используется в качестве атомного эталона частоты. Вместе с другими видами атомных часов они составляют Международный стандарт атомного времени («Temps Atomique International» или «TAI» по-французски). Это международная шкала времени, согласованная Международным бюро мер и весов. Норман Рэмси и его коллеги впервые задумали мазер как эталон времени. Более поздние мазеры практически идентичны своей оригинальной конструкции. Мазерные колебания основаны на вынужденном излучении между двумя уровнями сверхтонкой энергии атомарного водорода. Вот краткое описание того, как они работают:
Мазероподобное стимулированное излучение также наблюдалось в природе из межзвездного пространства, и его часто называют «сверхизлучательным излучением», чтобы отличить его от лабораторных мазеров. Такое излучение наблюдается от таких молекул, как вода (H 2 O), гидроксильные радикалы ( • OH ), метанол (CH 3 OH), формальдегид (HCHO) и монооксид кремния (SiO). Молекулы воды в областях звездообразования могут подвергаться инверсии населенности и испускать излучение на частоте около 22,0 ГГц, создавая самую яркую спектральную линию во вселенной радиосвязи. Некоторые водные мазеры также испускают излучение вращательного перехода с частотой 96 ГГц.
Чрезвычайно мощные мазеры, связанные с активными галактическими ядрами, известны как мегамазеры и до миллиона раз мощнее звездных мазеров.
Значение термина мазер немного изменилось с момента его появления. Первоначально аббревиатура была широко известна как «усиление микроволн путем вынужденного испускания излучения», которое описывало устройства, излучающие в микроволновом диапазоне электромагнитного спектра.
С тех пор принцип и концепция стимулированного излучения были распространены на большее количество устройств и частот. Таким образом, первоначальная аббревиатура иногда модифицируется, как предложил Чарльз Х. Таунс, на « молекулярное усиление путем стимулированного излучения излучения». Некоторые утверждали, что попытки Таунса расширить аббревиатуру таким образом были в первую очередь мотивированы желанием повысить важность своего изобретения и его репутацию в научном сообществе.
Когда был разработан лазер, Таунс, Шавлоу и их коллеги из Bell Labs продвинули использование термина « оптический мазер», но от него отказались в пользу лазера, придуманного их соперником Гордоном Гулдом. В современном использовании устройства, которые излучают в рентгеновских лучах через инфракрасные участки спектра, обычно называются лазерами, а устройства, которые излучают в микроволновом диапазоне и ниже, обычно называются мазерами, независимо от того, излучают ли они микроволны или другие частоты.
Гулд первоначально предложили различные имена для устройств, которые излучают в каждой части спектра, в том числе гразеров ( гамма - лазеры), xasers (рентгеновские лазеры), uvasers ( ультрафиолетовые лазеры), лазеры ( видимые лазеры), irasers ( инфракрасные лазеры), мазеры (микроволновые мазеры) и rasers ( RF- мазеры). Однако большинство этих терминов так и не прижились, и все они (кроме научной фантастики) устарели, за исключением мазера и лазера.
Во франшизе « Годзилла » Японские силы самообороны (JSDF) часто используют вымышленные мазерные танки в тщетных попытках защитить Японию от Годзиллы и других кайдзю.
