Eine Maser ist ein Gerät, das zusammenhängende elektromagnetische Wellen durch die Erweiterung durch die stimulierte Emission erzeugt. Historisch ist "Maser" auf die ursprüngliche, Großschrift-Akronym-MASER zurückzuführen, die "Für Mikrowellenerweiterung durch die Stimulierte Emission der Radiation" eintritt. Der Kleingebrauch ist aus der technologischen Entwicklung entstanden, die die ursprüngliche ungenaue Denotation gemacht hat, weil zeitgenössische Masern EM Wellen (Mikrowellen- und Radiofrequenzen) über ein breiteres Band des elektromagnetischen Spektrums ausstrahlen; so, der angedeutete Gebrauch des Physikers Charles H. Townes "des molekularen" Ersetzens "Mikrowelle", für die zeitgenössische Sprachgenauigkeit. 1957, als der optische zusammenhängende Oszillator zuerst entwickelt wurde, wurde er optische Maser bezeichnet, aber hat gewöhnlich Laser (Leichte Erweiterung durch die Stimulierte Emission der Radiation), das Akronym 1957 gegründeter Gordon Gould genannt.

Geschichte

Die theoretischen Grundsätze, die die Operation einer Maser beschreiben, wurden von Nikolay Basov und Alexander Prokhorov vom Institut von Lebedev für die Physik auf einer Vollvereinigungskonferenz für die Radiospektroskopie beschrieben, die von der Akademie von UDSSR von Wissenschaften im Mai 1952 gehalten ist.

Die Ergebnisse wurden nachher im Oktober 1954 veröffentlicht. Ein Vorgänger der Maser war erhöhtes Wasserstoffgerät der ersten Show, das gebaut und von Physikern Theodor V. Ionescu und Vasile Mihu 1946 geprüft ist. Unabhängig haben Charles H. Townes, J. P. Gordon und H. J. Zeiger die erste Ammoniak-Maser an der Universität von Columbia 1953 gebaut. Das Gerät hat stimulierte Emission in einem Strom von gekräftigten Ammoniak-Molekülen verwendet, um Erweiterung von Mikrowellen an einer Frequenz von 24 Gigahertz zu erzeugen.

Townes hat später mit Arthur L. Schawlow gearbeitet, um den Grundsatz der optischen Maser oder Lasers zu beschreiben, den Theodore H. Maiman zuerst 1960 demonstriert hat. Für ihre Forschung in diesem Feld Townes wurden Basov und Prokhorov dem Nobelpreis in der Physik 1964 zuerkannt.

Technologie

Die Maser basiert auf dem Grundsatz der stimulierten Emission, die von Albert Einstein 1917 vorgeschlagen ist. Als Atome in einen aufgeregten Energiestaat veranlasst worden sind, können sie Radiation an der richtigen Frequenz verstärken.

Durch das Stellen solch eines ausführlicher erläuternden Mediums in einer widerhallenden Höhle wird Feed-Back geschaffen, der zusammenhängende Radiation erzeugen kann.

Einige allgemeine Typen von Masern

• Atombalken-Masern
• Ammoniak-Maser
• Freie Elektronmaser
• Wasserstoffmaser
• Gasmasern
• Rubidium-Maser
• Masern des festen Zustands
• Rubinrote Maser
• Flüstergewölbe-Weise-Eisensaphir-Maser

Das edle Doppelbenzin eines masing Mediums, das nichtpolar ist.

Gebrauch

Masern dienen als hohe Präzisionsfrequenzverweisungen. Diese "Atomfrequenzstandards" sind eine der vielen Formen von Atomuhren. Sie werden auch als elektronische Verstärker in Radiofernrohren verwendet. Masern werden als Waffen der geleiteten Energie entwickelt.

Wasserstoffmaser

Heute ist der wichtigste Typ der Maser die Wasserstoffmaser, die zurzeit als ein Atomfrequenzstandard verwendet wird. Zusammen mit anderen Typen von Atomuhren setzen sie "Temps Atomique International" oder TAI ein. Das ist der internationale zeitliche Rahmen, der durch den Bureau International des Poids et Mesures oder BIPM koordiniert wird.

Es war Norman Ramsey und seine Kollegen, die zuerst dieses Gerät begriffen haben. Heutige Masern sind zum ursprünglichen Design identisch. Die Maser-Schwingung verlässt sich auf die stimulierte Emission zwischen zwei hyperfeinen Niveaus von Atomwasserstoff. Hier ist eine kurze Beschreibung dessen, wie sie arbeitet:

• Erstens wird ein Balken von Atomwasserstoff erzeugt. Das wird durch das Einreichen vom Benzin am Tiefdruck zu einer RF-Entladung getan (sieh das Bild auf dieser Seite).
• Der nächste Schritt ist "Zustandauswahl" — um eine stimulierte Emission zu bekommen, ist es notwendig, eine Bevölkerungsinversion der Atome zu schaffen. Das wird in einem Weg getan, der dem berühmten Strengen-Gerlach Experiment sehr ähnlich ist. Nach dem Durchführen einer Öffnung und eines magnetischen Feldes werden viele der Atome im Balken im oberen Energieniveau des faulenzenden Übergangs verlassen. Von diesem Staat können die Atome zum niedrigeren Staat verfallen und eine Mikrowellenradiation ausstrahlen.
• Eine hohe Qualitätsfaktor-Mikrowellenhöhle Grenzen die Mikrowellen und spritzt sie wiederholt in den Atom-Balken wiederein. Die stimulierte Emission erläutert ausführlicher die Mikrowellen auf jedem führen den Balken durch. Diese Kombination der Erweiterung und des Feed-Backs ist, was alle Oszillatoren definiert. Die Resonanzfrequenz der Mikrowellenhöhle wird auf die hyperfeine Struktur von Wasserstoff genau abgestimmt: 1420 405 751.768 Hz.
• Ein kleiner Bruchteil des Signals in der Mikrowellenhöhle wird in ein koaxiales Kabel verbunden und dann an einen zusammenhängenden Empfänger gesandt.
• Das Mikrowellensignal, das aus der Maser kommt, ist (einige pW) sehr schwach. Die Frequenz des Signals wird befestigt und äußerst stabil. Der zusammenhängende Empfänger wird verwendet, um das Signal zu verstärken und die Frequenz zu ändern. Das wird mit einer Reihe von phasenstarren Schleifen und einem hohen Leistungsquarzoszillator getan.

Masern von Astrophysical

Einer Maser ähnliche stimulierte Emission kommt auch in der Natur im interstellaren Raum vor, und wird oft superleuchtende Emission genannt, um es von Labormasern zu unterscheiden. Solche Emission wird von Molekülen wie Wasser (HO), hydroxyl Radikale (OH), Methanol (CHOH), formaldehyde (CHO), und Silikonmonoxyd (SiO) beobachtet. Wassermoleküle in sternbildenden Gebieten können eine Bevölkerungsinversion erleben und Radiation an 22 GHz ausstrahlen, die hellste geisterhafte Linie im Radioweltall schaffend. Einige Wassermasern strahlen auch Radiation von einer Schwingweise an 96 GHz aus.

Äußerst starke Masern, die mit aktiven galaktischen Kernen vereinigt sind, sind als Megamasern bekannt und sind bis zu eine Million Male stärker als Sternmasern.

Fachsprache

Die Bedeutung des Begriffes Maser hat sich ein bisschen seit seiner Einführung geändert. Am Anfang wurde das Akronym als "Mikrowellenerweiterung durch die stimulierte Emission der Radiation allgemein gegeben," der Geräte beschrieben hat, die im Mikrowellengebiet des elektromagnetischen Spektrums ausgestrahlt haben.

Der Grundsatz und das Konzept der stimulierten Emission sind zu mehr Geräten und Frequenzen seitdem erweitert worden. So wird das ursprüngliche Akronym manchmal, wie angedeutet, von Charles H. Townes zur "molekularen Erweiterung durch die stimulierte Emission der Radiation modifiziert." Einige haben behauptet, dass die Anstrengungen von Townes, das Akronym zu erweitern, in erster Linie auf diese Weise durch den Wunsch motiviert wurden, die Wichtigkeit von seiner Erfindung und seinem Ruf in der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu vergrößern.

Als der Laser, Townes und Schawlow entwickelt wurde und ihre Kollegen an Glockenlaboratorien den Gebrauch des Begriffes optische Maser gestoßen haben, aber das wurde für den Laser größtenteils aufgegeben, der von ihrem Rivalen Gordon Gould ins Leben gerufen ist. Im modernen Gebrauch werden Geräte, die im Röntgenstrahl durch Infrarotteile des Spektrums ausstrahlen, normalerweise Laser genannt, und Geräte, die im Mikrowellengebiet und unten ausstrahlen, werden Masern, unabhängig davon allgemein genannt, ob sie Mikrowellen oder andere Frequenzen ausstrahlen.

Gould hat ursprünglich verschiedene Namen für Geräte vorgeschlagen, die in jedem Teil des Spektrums, einschließlich grasers (Gammastrahl-Laser), xasers (Röntgenstrahl-Laser), uvasers (ultraviolette Laser), Laser (sichtbare Laser), irasers (Infrarotlaser), Masern (Mikrowellenmasern), und rasers (RF Masern) ausstrahlen. Die meisten dieser Begriffe haben nie jedoch Anklang gefunden, und alle sind jetzt (abgesondert von in der Sciencefiction) veraltet abgesehen von der Maser und dem Laser geworden.

Siehe auch

• Masern in der Sciencefiction
• Spaser
• Liste von Lasertypen

Weiterführende Literatur

• J.R. Singer, Masern, John Whiley and Sons Inc., 1959.
• J. Vanier, C. Audoin, Die Quant-Physik von Atomfrequenzstandards, Adam Hilger, Bristol, 1989.
• Cartoon Megas XLR 2005

Außenverbindungen

• arXiv.org Suche nach "Maser"
• Edle Gasmaser
• Helle Idee: Die ersten Laser
• Erfindung der Maser und des Lasers, der amerikanischen physischen Gesellschaft
• Shawlow und Townes Invent der Laser, Glockenlaboratorien