Masery

Maser ( Microwave Aplification by Simulated Emission of Radiation ) – elektronowy przyrząd kwantowy, generujący lub wzmacniający spójne fale elektromagnetyczne w zakresie mikrofalowym. Działanie masera polega na :

· Doprowadzeniu układu ( atomów lub jonów ) o skwantowanych poziomach energetycznych do takiego stanu energetycznego, aby przeważały w nim elementy wzbudzone, tj. znajdujące się na wyższym poziomie energetycznym ( a więc zdolne do wymuszonej emisji promieniowania ); uzyskuje się to przez dostarczenie do układu energii z obcego źródła w procesie tzw. Pompowania;

· Doprowadzeniu na wejście układu słabej fali elektromagnetycznej wymuszającej ( symulującej ) wyzwalanie zmagazynowanej energii w postaci kwantów promieniowania; fala wymuszająca zostaje przy tym wzmocniona, gdyż do tej energii zostaje dodana energia kwantów wypromieniowanych przez wzbudzone atomy lub cząstki układu powracające do poprzedniego, podstawowego poziomu energetycznego; emitowane promieniowanie jest spójne i monochromatyczne.

Ze względu na rodzaj ośrodka czynnego i konstrukcję rozróżnia się:

a) Masery gazowe ( molekularne generatory i wzmacniacze), w których podgrzane cząstki gazu, np. amoniaku, będące dipolami elektrycznymi, 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 elektromagnetycznej następuje tu wymuszenie emisji promieniowania; pierwsze masery amoniakowe zbudowano w 1954r.;

b) Masery krystaliczne ( kwantowe wzmacniacze paramagnetyczne), w których uzyskuje się właściwości paramagnetyczne niektórych kryształów ( najczęściej rubinu, rutylu i korundu żelazowego ); wzbudzenie atomów kryształów umożliwia się przez obniżenie ich do temperatury ciekłego helu ( 4 O K ) w celu oddzielenia atomów paramagnetycznych od wpływu drgań termicznych sieci krystalicznej oraz przez poddanie działaniu silnego stałego pola magnetycznego; najczęściej stosuje się tzw. trójpoziomową metodę wzbudzania, w której atomy paramagnetyczne mogą wykazywać trzy ściśle określone poziomy energetyczne: minimalny, pośredni i maksymalny; w wyniku oddziaływania „pompującej” fali elektro magnetycznej o częstotliwości odpowiadającej różnicy energii między poziomem minimalnym a maksymalnym część tych atomów zostaje wzbudzona do poziomu najwyższego; jeżeli wówczas doprowadzi się do kryształu falę elektromagnetyczną o częstotliwości odpowiadającej różnicy między poziomem maksymalnym a pośrednim, to fala taka wymusza emisję kwantów promieniowania o tej samej częstotliwości ( powoduje to silne wzmocnienie fali ). Masery krystaliczne stosuje się jako wstępne stopnie wzmacniające ( odznaczające się bardzo małymi szumami własnymi dzięki pracy w temperaturze bliskiej 0O K ) w urządzeniach radiolokacyjnych ( dalekosiężnych ), w łączności satelitarnej itp.











Schemat masera:

a) amoniakowego ( 1- zbiornik par amoniaku; 2- źródło gorących par amoniaku; 3- przesłona; 4- separator kwadrupolowy; 5- wnęka rezonansowa; 6- falowód; 7- korpus chłodzony; 8- ciekły azot; 9- strumień par amoniaku; 10- sygnał wyjściowy; 11- do pompy próżniowej)

b) krystalicznego parametrycznego ( 1- ciekły azot; 2- ciekły hel; 3- naczynie Dewara; 4- wnęka rezonansowa z kryształem parametrycznym; 5- nabiegunniki elektromagnesu; 6- sygnał wejściowy; 7- sygnał wyjściowy; 8- dopływ energii pompującej)

c) krystalicznego ( rubinowego ) o fali bieżącej ( 1- rubin; 2- linia opóźniająca; 3- rubin czerwony; 4- przekładka korundowa; 5- falowód z energią pompującą; 6- sprzęgacz z układem koaksjalnym; 7- sygnał wejściowy; 8- sygnał wyjściowy )