maser

Den første maseren ble bygd av amerikaneren C. H. Townes i 1954. Den er forløperen til laseren, som opererer på samme måte som maseren, men i det infrarøde, synlige og ultrafiolette bølgelengdeområdet. I 1964 fikk Townes sammen med Nikolay Basov og Alexander Prokhorov Nobelprisen i fysikk for deres arbeid innen kvanteelektronikk som muliggjorde konstruksjonen av maseren.

Et medium (slik som en gass eller et fast stoff) kan beskrives ved at atomene eller molekylene befinner seg i en av flere mulige diskrete tilstander på bestemte energinivåer. Vekselvirkning mellom den elektromagnetiske strålingen og mediet kan skje ved at mediet, uten ytre påvirkning, går fra en tilstand med høy energi til en tilstand med lav energi, mens det avgir (emitterer) elektromagnetisk stråling (spontan emisjon).

Mediet kan også bli påvirket av et elektromagnetisk felt til å gå fra en energitilstand til en annen med lavere (høyere) energi, mens det emitterer (absorberer) stråling. Dette kalles stimulert emisjon (stimulert absorpsjon). Frekvensen f av strålingen er gitt ved

f = ΔE/h,

der ΔE er energidifferansen for overgangen, og h er Plancks konstant.

Dersom det i mediet finnes flere atomer eller molekyler i nivåer med høy energi enn i nivåer med lav energi, vil stimulert emisjon dominere. Dette fører til at den elektromagnetiske strålingen blir forsterket når den passerer gjennom mediet. For å oppnå dette, må energi tilføres mediet. I ammoniakkmaseren skjer dette ved at bestemte molekyler som befinner seg på et høyt energinivå, skilles ut. I faststoffmaseren tilføres ofte energien ved bestråling med en frekvens som er høyere enn frekvensen hvor forsterkning skal skje.

Dersom maseren skal være en strålingskilde (oscillator), innesluttes det aktive medium i en mikrobølgeresonator. Den spontant emitterte strålingen vil da forsterkes ved stimulert emisjon, slik at et stående strålingsfelt vil bygge seg opp i resonatoren. Dette feltet kan så utnyttes.

Når maser brukes som mikrobølgegenerator, er det genererte elektromagnetiske feltet karakterisert som monokromatisk, med meget liten støy. Når maser brukes som forsterker, utmerker den seg som meget støysvak, men den har relativt liten båndbredde.

Maseren benyttes til å forsterke mikrobølger i spesielt følsomme radarsystemer, ved radioastronomi og i visse typer kommunikasjonssystemer. Den benyttes også i atomklokker og i mikrobølgespektroskopi.

• laser
• mikrobølger
• elektromagnetisk stråling