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
[править | править код]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
[править | править код]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
[править | править код]- 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
[править | править код]В 2018 году группа исследователей из Имперского колледжа в Лондоне сообщила о твердотельном мазере, который работает при комнатной температуре.[4]
Использование
[править | править код]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
[править | править код]- Космический мазер
- Разер — источник когерентного излучения рентгеновского диапазона
- Гиротрон - мазер на циклотронном резонансе.
Примечания
[править | править код]- ↑ J. P. Gordon, H. J. Zeiger, and C. H. Townes. Molecular Microwave Oscillator and New Hyperfine Structure in the Microwave Spectrum of NH₃ (англ.) // Phys. Rev. — 1954. — Vol. 95, no. 1. — P. 282—284.
- ↑ Н. Г. Басов, А. М. Прохоров. Применение молекулярных пучков для радиоспектроскопического изучения вращательных спектров молекул // ЖЭТФ. — 1954. — Т. 27, вып. 4. — С. 431—438.
- ↑ Предложение Вебера Архивная копия от 11 июня 2017 на Wayback Machine // Наука и жизнь. — 2017. — № 6. —С. 68-69
- ↑ 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. Архивировано 9 ноября 2020 года.
- ↑ Мазеры, 1966, с. 412.
- ↑ Мазеры, 1966, с. 404.
Ссылки
[править | править код]- Мазер в Энциклопедическом словаре юного физика.
- Мазер. Физика от А… до Я…. Дата обращения: 22 апреля 2014. Архивировано из оригинала 8 мая 2014 года.
Литература
[править | править код]- Сигмен А. Мазеры. — М.: Мир, 1966. — 520 с.
 | Для улучшения этой статьи желательно:
|