Що таке мікрохвильової мазер
Мазер являє собою пристрій, що виробляє послідовні електромагнітні хвилі. Вперше його винайшли фізики з СРСР і США Микола Басов, Олександр Прохоров і Чарльз Таунс в 1954 р За це вони були удостоєні Нобелівської премії.
Ранні моделі працювали за рахунок трирівневої системи накачування, коли джерело мікрохвильового випромінювання накачує енергією робоче тіло випромінювача. Внаслідок цього атоми водню та інші переходять на новий енергетичний рівень зі стану спокою. Це супроводжується випромінюванням в мікрохвильовому діапазоні.
Мазер, на відміну від лазера, випускає концентровані мікрохвильові пучки, а не світло. Відношення потужності корисного сигналу до потужності шуму у мазера менше, що є перевагою. Однак за потужністю він поступався лазеру.
По суті більшість мазерів досі представляли собою газові випромінювачі, де атоми водню використовуються як робоче тіло. Але вартість таких пристроїв дуже висока, оскільки вони робляться з безлічі дорогих компонентів. Для роботи мазера потрібні були близькі до абсолютного нуля температури і вакуум. Тому протягом довгого часу він мало застосовувався.
Пізніше Марк Оксборроу з іншими британськими вченими винайшли мікрохвильовий квантовий генератор на основі твердотільних компонентів. Він створений на основі кристалів з пентацена, працює при кімнатній температурі і відрізняється компактними розмірами. Розробники вважають, що його можна застосовувати в радіолокації і космічного зв`язку, а також для створення квантових комп`ютерів і радіотелескопів нового покоління.
Сигнал цього пристрою у багато разів потужніший сигналу звичайного мазера. Тепер вчені працюють над тим, щоб змусити його не просто виробляти окремі короткі імпульси, а працювати постійно. Також необхідно звузити охоплюється діапазон довжин хвиль в цілях додаткового посилення.
Даний мазер працює за рахунок дворівневої системи накачування: кристал терфеніл і пентацена накачується оптичним лазером. Молекули кристала переходять на новий енергетичний рівень, в результаті синхронно випромінюються фотони в мікрохвильовому діапазоні.
Рада 2: Як працює мікрохвильової мазер
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 нижча за потужність лазера. Однак нещодавно фізики з Британської національної фізичної лабораторії розробили модель мазера, який може працювати при кімнатній температурі і тиску.
Їх робота грунтувалася на дослідженні вчених з Японії, які в кінці 20-го століття проводили досліди, опромінюючи лазером органічна сполука 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 іншого органічній речовині, щоб отримати кристали, схожі на ті, які використовуються в лазерах. Після серії невдач кристали необхідної форми і кольору були виділені. Дослідники вставили їх в прозорі сапфірові кільця, після чого, помістивши утворилася конструкцію в резонатор, опромінили лазером. Отриманий результат перевершив найсміливіші очікування.
Лазерний промінь привів молекули пентацена в порушену (нестабільний) стан. При зворотному переході молекул в стабільний стан утворився потік мікрохвиль у вигляді променя, який за інтенсивністю незмірно перевершував промені, генеровані колишніми моделями мазера. «Отриманий сигнал був в сто мільйонів разів могутніше, ніж у існуючих мазерів», - говорив фізик Марк Оксборроу, під керівництвом якого проводилися ці експерименти. Пристрій, отримане британцями, виключно перспективно, 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 в більш вузькому хвильовому діапазоні, мазер знайде дуже широке застосування в самих різних областях науки і техніки.
