en brintradiofrekvensudladning, det første element inde i en brintmaser.

en maser er en enhed, der producerer eller forstærker en meget intens, sammenhængende stråle af elektromagnetiske bølger, især i mikrobølgeområdet. Historisk set kom udtrykket fra forkortelsen ” Mikrobølgeforstærkning ved stimuleret Emission af stråling.”Moderne masere udsender imidlertid over en bred del af det elektromagnetiske spektrum. Charles H. Byen, der ledede teamet, der udviklede og byggede den første maser, foreslog derfor at erstatte “mikrobølgeovn” med “molekylær” i akronymet. Da masere blev udviklet til at fungere i det optiske område, de blev oprindeligt kaldt optiske masere, men det er blevet mere almindeligt at henvise til dem som lasere, hvor “l” står for “lys.”

masere producerer ekstremt skarp stråling med lav intern støj, og de tjener som højpræcisionsfrekvensreferencer. Brintmaseren er især en” atomfrekvensstandard ” og er nyttig som en form for atomur. På grund af deres høje følsomhed bruges masere også som detektorer og elektroniske forstærkere i radioteleskoper. Eksperimenterne, der først opdagede den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, anvendte en maser-forstærker. Denne stråling er blevet tilskrevet universets Big Bang-Oprindelse.

terminologi

som nævnt ovenfor blev maser oprindeligt foreslået som et akronym for “mikrobølgeforstærkning ved stimuleret emission af stråling” for at beskrive enheder, der udsendes i mikrobølgeområdet i det elektromagnetiske spektrum. Princippet om stimuleret emission er siden blevet udvidet til flere enheder og frekvenser, og så Charles H. Byes foreslog at ændre det oprindelige akronym til “molekylær forstærkning ved stimuleret emission af stråling.”

da laseren blev udviklet, skubbede byen, Arthur og deres kolleger på Bell Labs brugen af udtrykket optisk maser, men dette blev stort set opgivet til fordel for laser, opfundet af deres rival Gordon Gould. I moderne brug kaldes enheder, der udsender i røntgenstrålen gennem infrarøde dele af spektret, typisk lasere, og enheder, der udsender i mikrobølgeområdet og derunder, kaldes almindeligvis masere.Gould foreslog oprindeligt forskellige navne på enheder, der udsender i hver del af spektret, herunder grasers (gammastråle-lasere), røntgenlasere (røntgenlasere), uvasere (ultraviolette lasere), lasere (synlige lasere), irasere (infrarøde lasere), masere (mikrobølgemasere) og rasere (radiofrekvensmasere). De fleste af disse udtryk, bortset fra maser og laser, blev aldrig fanget og er blevet forældede bortset fra deres anvendelse i science fiction.

historie

i USA blev det tidligste offentlige foredrag om de principper, der ligger til grund for maser, holdt af Joseph Uber på konferencen i juni 1952 af Institute of Radio Engineers. Omkring samme tid beskrev Nikolay Basov og Aleksandr Prokhorov fra Lebedev Institut for Fysik det teoretiske grundlag for maseren på en All-Union-konference om Radiospektroskopi afholdt af USSR Academy of Sciences i maj 1952. De offentliggjorde efterfølgende deres resultater i oktober 1954.han byggede den første maser på Columbia University i 1953. Anordningen anvendte stimuleret emission i en strøm af aktiverede ammoniakmolekyler til at producere amplifikation af mikrobølger med en frekvens på 24 gigaherts. I 1960 arbejdede han med at beskrive princippet om den optiske maser, eller laser, som først blev udviklet og demonstreret af Theodore H. Maiman. For deres forskning på dette område blev byerne, Basov og Prokhorov tildelt Nobelprisen i fysik i 1964. Siden 1965 har astronomer opdaget naturlige kilder til masere i rummet.

generelle driftsprincipper

når atomer eller molekyler af et passende stof (kaldet et medium) bombarderes med fotoner med en bestemt frekvens, går de ind i en “ophidset” (højere) energitilstand og udsender fotoner med samme frekvens. I denne forstand involverer maseren “stimuleret emission” af stråling. Ved at sætte forstærkningsmediet i et resonanshulrum (eller hulrumsresonator) oprettes feedback, der kan producere stråling, der er “sammenhængende.”Elektromagnetiske bølger siges at være sammenhængende, når de formeres med samme frekvens i samme fase, og de bevæger sig i samme retning. I modsætning hertil har elektromagnetiske bølger fra de fleste andre kilder en række forskellige frekvenser, de er i forskellige faser (i forhold til hinanden), og de formeres i praktisk talt alle retninger.

radiobølger udsendt af en maser har næsten samme frekvens, og deres transmission over lange afstande er meget effektiv. I den første maser, der blev udviklet, var mediet i resonanshulrummet ammoniakgas. I dette tilfælde oscillerede ammoniakmolekylerne ved en bestemt frekvens mellem to energitilstande. For nylig er der udviklet en rubinmaser, hvor en rubinkrystal er anbragt i resonanshulen. Den dobbelte ædelgas maser er et eksempel på et ikke-polært medium i en maser.

typer af masere

nogle almindelige typer masere er noteret nedenfor. Navnene angiver mediet til stede i resonanshulen.

Atomic beam masers

• ammoniak maser
• Hydrogen maser

Gas masers

• Rubidium maser

Solid State masers

• Ruby maser.

Hydrogen maser

en hydrogen maser.

i dag er den vigtigste type maser hydrogenmaseren, som giver et skarpt og konstant oscillerende signal. Det er baseret på overgange i atomhydrogen, der forekommer med en frekvens på 1421 Megaherts. Denne maser bruges som en atomfrekvensstandard. Sammen med andre typer atomure udgør de “Temps Atomic International” eller TAI. Dette er den internationale tidsskala, som koordineres af Bureau International des Poids et Mesures, eller BIPM.

det var Norman Ramsey og hans kolleger, der først indså denne enhed. Dagens masere er identiske med det oprindelige design. Maser-oscillationen er afhængig af stimuleret emission mellem to hyperfine niveauer af atomhydrogen.

Sådan fungerer det

Følgende er en kort beskrivelse af, hvordan en brintmaser fungerer.

• for det første produceres en stråle af atomhydrogen ved at udsætte hydrogengas ved lavt tryk for en radiofrekvensudladning. (Se boksen nederst i diagrammet til højre.)

• det næste trin er kendt som “tilstandsvalg.”For at få en stimuleret emission er det nødvendigt at skabe en befolkningsinversion af atomerne—det vil sige, at de fleste atomer skal være i den ophidsede energitilstand (snarere end i en lavere energitilstand). Dette gøres på en måde svarende til det berømte Stern-Gerlach-eksperiment. Efter at have passeret gennem en blænde og et magnetfelt, er mange af atomerne i strålen tilbage i det øvre energiniveau af laserovergangen. Fra denne tilstand kan atomerne henfalde til den lavere energitilstand og udsende en vis mikrobølgestråling.

• en højkvalitets faktor mikrobølgehulrum begrænser mikrobølgerne og genindsætter dem gentagne gange i atomstrålen. Den stimulerede emission forstærker mikrobølgerne på hver passage gennem strålen. Denne kombination af forstærkning og feedback definerer alle oscillatorer. Resonansfrekvensen af mikrobølgehulen er 1420 405 751.768 HS, som er nøjagtigt indstillet til den hyperfine struktur af hydrogen.

• en lille brøkdel af signalet i mikrobølgehulen kobles til et koaksialkabel og sendes til en sammenhængende modtager.

• mikrobølgesignalet, der kommer ud af maseren, er meget svagt i kraft (nogle få picovatter)). Frekvensen af signalet er fast, men ekstremt stabil. Den sammenhængende modtager bruges til at forstærke signalet og ændre frekvensen. Dette gøres ved hjælp af en række faselåste sløjfer og en højtydende kvartsoscillator.

astrofysiske masere

stimuleret mikrobølge-og radiobølgeemission observeres i astronomi, og dette kaldes normalt “masing”, selv i mangel af den resonante feedback, der ville være nødvendig for en ægte maser. Teknisk kaldes denne form for stimuleret emission superradiant emission, og det er tæt forbundet med lasing og masing. En sådan emission observeres fra molekyler såsom vand (H2O), hydroksyl radikaler (OH), methanol (CH3OH), formaldehyd (CH2O) og silicium kulilte (SiO).

Maser-lignende stimuleret emission forekommer også i naturen i interstellært rum. Vandmolekyler i stjernedannende områder kan gennemgå en befolkningsinversion og udsende stråling ved 22 g, hvilket skaber den lyseste spektrallinje i radiouniverset. Nogle vandmassere udsender også stråling fra en vibrationstilstand ved 96 gange.

Se også

• ammoniak
• Elektromagnetisk spektrum
• brint
• Laser
• lys
• mikrobølgeovn
• optik

noter

• Keating, Michael P. 2002. Geometrisk, fysisk og visuel optik. Boston: Heinemann. ISBN 0750672625.
• sanger, J. R. 1959. Masers. – Viley.
• Taylor, Nick. 2000. LASER: opfinderen, nobelpristageren og den trediveårige patentkrig. Ny York: Simon & Schuster. ISBN 0684835150.
• Vanier, J. Og C. Audoin. 1989. Kvantefysikken af Atomfrekvensstandarder. Philadelphia: A. Hilger. ISBN 9780852744338.

Credits

ny verdens encyklopædi forfattere og redaktører omskrev og afsluttede artiklen i overensstemmelse med den nye verdens encyklopædi standarder. Denne artikel overholder vilkårene i Creative Commons CC-by-sa 3.0 License (CC-by-sa), som kan bruges og formidles med korrekt tilskrivning. Kredit forfalder i henhold til vilkårene i denne licens, der kan henvise til både bidragydere fra Den Nye Verdens encyklopædi og de uselviske frivillige bidragydere fra . For at citere denne artikel skal du klikke her for en liste over acceptable citeringsformater.Historien om denne artikel, da den blev importeret til ny verdens encyklopædi:

• historie om “Maser”

Bemærk: nogle begrænsninger kan gælde for brug af individuelle billeder, der er separat licenseret.