мікрохвильового аналога лазера

Британські вчені розробили новий тип мазера – мікрохвильового аналога лазера на основі твердотільних компонентів, здатний працювати при кімнатній температурі, що дозволить використовувати такі прилади для далекого зв’язку в космосі, в роботі радіотелескопів на Землі і для інших цілей, йдеться в статті, опублікованій в журналі Nature.

Перші мазери, джерела когерентного мікрохвильового випромінювання, були паралельно створені в 1954 році радянськими фізиками Олександром Прохоровим і Миколою Басовим, а також їх американським колегою Чарльзом Таунсом. За цей винахід вчені отримали Нобелівську премію по фізиці в 1964 році. Мазери застосовуються в радіозв’язку, радіоастрономії, радіолокації, а також в якості генератора стабільних частот.

Група фізиків під керівництвом Марка Оксбороу (Mark Oxborrow) з Національної фізичної лабораторії в Теддінгтоні (Великобританія) розробила перший прототип мазера на основі твердотільних компонентів, вивчаючи оптичні та квантові властивості кристалів з органічної речовини – сполуки пентацена і терфенила.

Як пояснюють вчені, переважна більшість сучасних мазерів відноситься до категорії газових випромінювачів – в них в якості робочого тіла використовуються атоми водню. Такі мазери влаштовані досить складно і складаються з багатьох дорогих компонентів, з-за чого їх вартість може доходити до сотень тисяч доларів. Спроби розробити твердотільні випромінювачі не увінчалися успіхом – такі прилади функціонували тільки при температурах, близьких до абсолютного нуля, або вимагали особливих умов роботи.

Оксбороу і його колеги помітили, що кристали з пентацена і терфенила можна використовувати для створення принципово нового типу мазера, який використовує принцип накачування, не схожий на техніку роботи класичних мазерів.

“Звичайні” мазери використовують трирівневу схему накачування, відкриту ще у 1954 році Басовим, Прохоровим і Таунсом. Згідно з цією схемою, робоче тіло випромінювача накачується енергією за допомогою іншого джерела мікрохвильового випромінювання. В результаті атоми водню або інших речовин переходять зі стану спокою на новий енергетичний рівень.

Атоми не можуть довго існувати в збудженому стані, з-за чого вони “перестрибують” на більш низький, метастабільний рівень. При накопиченні достатньої кількості таких атомів відбувається спонтанний і лавиноподібний перехід на вихідний енергетичний рівень, що супроводжується випромінюванням в мікрохвильовому діапазоні.

Лазер Оксбороу і його колег використовує інший принцип – дворівневу систему накачування. За цією методикою кристал пентацена і терфенила накачується звичайним оптичним лазером. Молекули цієї речовини переходять на новий енергетичний рівень, де відбувається цікаве явище – електрони в органічному кристалі одночасно переходять на три нижніх енергетичних рівня.

Цей перехід супроводжується синхронним випромінюванням фотонів в мікрохвильовому діапазоні, що і є променем мазера. За словами фізиків, такий пристрій здатний працювати при кімнатній температурі і всередині магнітного поля Землі, чого не можуть робити інші моделі твердотільних мазерів.

Поки винахід Оксбороу і його колег працює тільки в імпульсному режимі. З іншого боку, вчені вважають, що поліпшення його конструкції дозволить таким мазерам потіснити їх водневих “колег” в астрофізичних лабораторіях і в інших наукових установах в найближчому майбутньому.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *