Як працює мікрохвильовий мазер

Як працює мікрохвильовий мазер

Слово лазер і принцип дії цього пристрою відомі людям. Близьке за звучанням слово мазер відомо набагато менше. Воно є абревіатурою з перших букв слів англійського визначення Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, що означає посилення мікрохвиль за допомогою вимушеного випромінювання. Тобто на відміну від лазера, що випускає світло, близький за конструкцією мазер випускає мікрохвильові пучки.


Вперше такий пристрій було розроблено радянськими та американськими фізиками в 1954 році. Згодом, вчені А. Прохоров, Н. Басов і Ч. Таунс були удостоєні за це Нобелівської премії.

Довгий час мазер не знаходив практичного застосування, оскільки для його роботи були потрібні жорсткі умови: вакуум і дуже низька температура (близька до абсолютного нуля). До того ж навіть за таких умов потужність мазера була набагато нижчою за потужність лазера. Однак нещодавно фізики з Британської національної фізичної лабораторії розробили модель мазеру, який може працювати при кімнатній температурі і тиску.

Їхня робота ґрунтувалася на дослідженні вчених з Японії, які наприкінці 20-го століття проводили досліди, опромінюючи лазером органічне з 'єднання пентацен. Вони виявили, що під впливом лазерних променів молекули речовини можуть працювати, як мазер. Оскільки японських дослідників цікавило інше питання (розсіювання нейтронів), вони не надали значення виявленому феномену. Британці ж, знайшовши опис цих експериментів, вирішили додати пентацен до іншої органічної речовини, щоб отримати кристали, схожі на ті, які використовуються в лазерах. Після серії невдач кристали необхідної форми і кольори були виділені. Дослідники вставили їх у прозорі сапфірові кільця, після чого, помістивши конструкцію в резонатор, опромінювали лазером. Отриманий результат перевершив найсміливіші очікування. Лазерний промінь привів молекули пентацену в збуджений (нестабільний) стан. При зворотному переході молекул у стабільний стан утворився потік мікрохвиль у вигляді променя, який за інтенсивністю незмірно перевершував промені, що генеруються колишніми моделями мазера. Отриманий сигнал був у сто мільйонів разів потужнішим, ніж у існуючих мазерів, - говорив фізик Марк Оксборроу, під керівництвом якого проводилися ці експерименти. Пристрій, отриманий британцями, виключно перспективний, хоч і вимагає великих зусиль з доопрацювання. Зараз мазер Оксборроу генерує лише дуже короткочасні імпульси, причому широкого діапазону хвиль. Якщо вдасться змусити його працювати постійно, до того ж у більш вузькому хвильовому діапазоні, мазер знайде дуже широке застосування в різних галузях науки і техніки.