매서

Maser
다른 용도는 Maser(동음이의)를 참조하십시오.
최초의 암모니아 메이저이자 발명가 찰스 H. 도시.암모니아 노즐은 박스 왼쪽에 있고 중앙에 있는 4개의 황동봉은 4극 상태 선택기이며 공명 공동은 오른쪽에 있습니다.24GHz 마이크로파는 타운즈가 조정하고 있는 수직 도파관을 통해 배출됩니다.바닥에는 진공 펌프가 있습니다.
수소 매저 내부의 첫 번째 요소인 수소 무선 주파수 방전(아래 설명 참조)

매서(/μmezzrr/, 자극방사에 의한 마이크로파 증폭의 약자)는 자극방사에 의한 증폭에 의해 간섭성 전자파를 생성하는 장치이다.첫 번째 메서는 찰스 H에 의해 지어졌다. 타운즈, 제임스 P. 1953년 컬럼비아 대학의 고든과 허버트 J. 자이거.타운즈, 니콜라이 바소프, 알렉산더 프로호로프는 매저를 이끈 이론적인 연구로 1964년 노벨 물리학상을 받았다.메이저는 원자 시계에서 시간 측정 장치로, 전파 망원경이나 우주선 통신 지상국에서는 극저소음 마이크로파 증폭기로도 사용됩니다.

현대식 메이저는 마이크로파 주파수뿐만 아니라 무선과 적외선 주파수에서도 전자파를 발생시키도록 설계될 수 있다.이러한 이유로 타운즈는 마이크로파를 약어 메서의 [1]첫 번째 단어로 분자라는 단어로 대체할 것을 제안했다.

레이저는 메이서와 같은 원리로 작동하지만 가시 파장에서 더 높은 주파수의 간섭성 방사선을 생성합니다.테이저는 1960년 테오도르 마이만이 레이저를 발명하게 된 타운즈와 아서 레오나드 숄로우의 이론적 작업에 영감을 준 레이저의 선구자였다.1957년 광학적 진동자가 처음 상상되었을 때, 그것은 원래 "광학적 진동자"라고 불렸습니다.이는 결국 "방사선의 자극적 방출에 의한 광증폭"을 위해 레이저로 변경되었다.Gordon Gould는 1957년에 이 약자를 만든 것으로 알려져 있다.

역사

이론적인 원리는 메이저의 운영을 지배하는 처음 조셉 웨버 메릴랜드 대학교 칼리지 파크 캠퍼스는 전자 관 연구 회의 6월 1952년 Ottawa,[2]에서의 요약서는 연구소 라디오 공학 전문가 그룹의 전자 Devices,[3]에 s의 6월 1953년에 게재하면서 설명되었습니다imulta1952년 5월 소련 과학 아카데미에 의해 개최된 전파 분광학 전 연합 회의에서 레베데프 물리학 연구소의 니콜라이 바소프와 알렉산더 프로호로프가 1954년 10월에 출판하였다.

독립적으로 찰스 하드 타운즈, 제임스 P. 고든과 H. J. 자이거는 1953년 콜롬비아 대학에서 최초의 암모니아 메스터를 만들었다.이 장치는 약 24.0기가헤르츠의 [4]주파수로 마이크로파를 증폭시키기 위해 에너지가 공급된 암모니아 분자의 흐름에서 자극적인 방출을 사용했다.타운즈는 후에 Arthur L. Schawlow와 함께 Theodore H. Maiman이 1960년에 최초의 작동 모델을 만든 광학 매서, 즉 [5]레이저의 원리를 설명했습니다.

1964년,[6] 자극 방출에 관한 연구로, 타운즈, 바소프, 프로호로프는 노벨 물리학상을 수상했다.

테크놀로지

메서는 1917년 알버트 아인슈타인이 제안한 자극 방출 원리에 기초하고 있다.원자가 들뜬 에너지 상태로 유도되면, 그들은 매스 매체로 사용되는 요소나 분자에 특정한 주파수로 방사선을 증폭시킬 수 있다(레이저의 매스 안에서 일어나는 것과 유사).

이러한 증폭 매체를 공진 캐비티에 넣는 것으로, 코히런트 방사선을 발생시킬 수 있는 피드백을 작성한다.

몇 가지 일반적인 유형

  • 원자선 매이저
  • 가스메이저
    • 루비듐마세르
    • 액체 염료 및 화학 레이저
  • 솔리드 스테이트 매이저
  • 듀얼 노블 가스 메이저([7]무극성 메싱 매체의 듀얼 노블 가스)

21세기의 발전

2012년 국립물리연구소와 임페리얼 칼리지 런던 연구팀은 광학펌프 펜타센 도프 p-터페닐을 증폭매체로 [8][9][10]사용해 실온에서 작동하는 고체 메서를 개발했다.그것은 수백 마이크로초 동안 지속되는 매저 방출 펄스를 생성했다.

2018년에는 임페리얼 칼리지 런던과 유니버시티 칼리지 런던 연구팀이 질소 공허 [11][12]결함이 포함된 합성 다이아몬드를 이용해 연속파 매저 진동을 시연했다.

사용하다

메이저는 고정밀 주파수 기준 역할을 합니다.이러한 "원자 주파수 표준"은 원자 시계의 많은 형태 중 하나입니다.전파 망원경에서 저소음 마이크로파 증폭기로도 사용되었지만, 이들은 대부분 [13]FET에 기반한 증폭기로 대체적으로 대체되었다.

1960년대 초, 제트 추진 연구소는 심우주 [14]탐사선으로부터 수신한 S-밴드 마이크로파 신호의 초저소음 증폭 기능을 제공하는 메스터를 개발했습니다.이 메서는 깊이 냉장된 헬륨을 사용하여 증폭기를 4 켈빈의 온도로 냉각시켰습니다.증폭은 12.0기가헤르츠 클라이스트론으로 루비 빗을 자극함으로써 이루어졌다.초기에는 수소를 냉각시키고 불순물을 제거하는 데 며칠이 걸렸다.냉동은 2단계 공정으로 지상에 대형 Linde 유닛이 있고 안테나 내부에 크로스헤드 압축기가 있습니다.최종 주입은 21MPa(3,000psi)에서 150μm(0.006인치) 마이크로미터로 조정 가능한 입구를 통해 챔버에 주입되었습니다.차가운 하늘을 바라보는 전체 시스템 소음 온도(마이크로파 대역의 2.7 켈빈)는 17 켈빈이었다. 이것은 매우 낮은 소음 수치를 보여 주었다. Mariner IV 우주 탐사선은 무선 송신기의 출력 전력이 15 와트밖에 되지 않았음에도 불구하고 화성에서 지구로 정지된 사진을 보낼 수 있었다. 따라서 수신된 총 신호 전력은 고작 15 와트였다.-169 데시벨(밀리 와트(dBm)에 대해서).

수소 메자

주요 기사:수소 메자
수소 분쇄기.

수소 메서는 원자 주파수 표준으로 사용됩니다.다른 종류의 원자 시계와 함께, 이것들은 국제 원자 시간 표준("Temps Atomique International")을 구성하는 데 도움이 됩니다.이것은 국제측량국에 의해 조정된 국제시간 척도이다.Norman Ramsey와 그의 동료들은 처음에 매머를 타이밍 기준으로 생각했다.더 최근의 메이저는 원래 디자인과 실질적으로 동일합니다.메저 진동은 원자 수소의 두 초미세 에너지 수준 사이의 자극 방출에 의존합니다.

다음은 그 구조에 대한 간단한 설명입니다.

  • 우선 원자 수소 빔을 생성한다.이는 저압의 가스를 고주파 전파 방전에 투과함으로써 이루어집니다(이 페이지의 그림 참조).
  • 다음 단계는 "상태 선택"입니다. 자극적인 방출을 얻기 위해서는 원자의 인구 반전을 만들어야 합니다.이것은 Stern-Gerlach 실험과 매우 유사한 방식으로 수행됩니다.구멍과 자기장을 통과한 후 빔 내의 많은 원자가 레이싱 천이의 상위 에너지 레벨에 남는다.이 상태에서 원자는 낮은 상태로 붕괴되어 마이크로파 방사선을 방출할 수 있다.
  • 고Q계수(품질계수) 마이크로파 캐비티는 마이크로파를 가둬 원자빔에 반복적으로 재주입한다.자극된 방출은 빔을 통과하는 각 경로의 마이크로파를 증폭시킵니다.이러한 증폭과 피드백의 조합이 모든 오실레이터를 정의합니다.마이크로파 공동의 공진 주파수는 수소의 초미세 에너지 전환 주파수(1,420,405,752 헤르츠)[15]에 맞춰 조정됩니다.
  • 마이크로파 캐비티 내 신호의 소량이 동축 케이블에 결합되어 코히런트 무선 수신기에 송신된다.
  • 메이저에서 나오는 마이크로파 신호는 매우 약해서 몇 피코와트 정도 됩니다.신호의 주파수는 고정되어 있으며 매우 안정적입니다.간섭성 수신기는 신호를 증폭하고 주파수를 변경하는 데 사용됩니다.이는 일련의 위상 잠금 루프와 고성능 석영 오실레이터를 사용하여 수행됩니다.

천체물리학적 매이저

주요 기사:천체물리학적 메자

메저와 같은 자극 방출은 성간 우주로부터 자연에서도 관찰되어 왔으며, 종종 그것을 실험실 메저와 구별하기 위해 "초방사성 방출"이라고 불립니다.이러한 방출은 물(HO2), 수산기(•OH), 메탄올(CHOH3), 포름알데히드(HCHO), 일산화규소(SiO) 등의 분자에서 관찰된다.별 형성 지역의 물 분자는 인구 반전을 겪을 수 있으며 약 22.0GHz의 속도로 방사선을 방출하여 전파 우주에서 가장 밝은 스펙트럼 선을 형성합니다.일부 워터메이저는 96GHz의 [16][17]주파수로 회전 천이에서 방사선을 방출하기도 합니다.

활동 은하핵과 연관된 매우 강력한 매저는 메가마사로 알려져 있으며, 별의 매저보다 백만 배 더 강력합니다.

용어.

매서라는 용어의 의미는 그것이 도입된 이후 조금씩 바뀌었다.처음에 약어는 일반적으로 "방사선의 자극 방출에 의한 마이크로웨이브 증폭"으로 불리며, 이는 전자기 스펙트럼의 마이크로파 영역에서 방출되는 장치를 기술했다.

이후 자극 방출의 원리와 개념은 더 많은 장치와 주파수로 확장되었습니다.따라서 찰스 H가 제안한 대로 원래의 약자가 수정되기도 한다.타운즈,[1] "방사선 방출에 의한 분자 증폭"을 위해.어떤 사람들은 이런 식으로 약자를 확장하려는 타운스의 노력은 주로 그의 발명품과 과학계에서 [18]그의 명성을 높이려는 욕망에서 비롯되었다고 주장했다.

레이저가 개발되었을 때, 타운즈, 숄로우와 벨 연구소의 동료들은 광학식 메서라는 용어를 사용하라고 촉구했지만, 이것은 그들의 경쟁자인 고든 [19]굴드에 의해 만들어진 레이저를 위해 대부분 포기되었다.현대의 사용법에서 스펙트럼의 적외선 부분을 통해 X선을 방출하는 장치는 일반적으로 레이저라고 불리며, 마이크로파 영역과 그 이하에서 방출하는 장치는 마이크로파 또는 다른 주파수를 방출하는지에 관계없이 일반적으로 메이저라고 불립니다.

Gould는 원래 그래저(감마선 레이저), 엑스레이저(X선 레이저), 유저(자외선 레이저), 레이저(가시 레이저), 지우개(적외선 레이저), 매저(마이크로웨이브 매저), 그리고 레이저(RF 매저)를 포함한 스펙트럼의 각 부분에서 방출하는 장치에 대해 구별된 이름을 제안했다.하지만, 이러한 용어들의 대부분은 통용되지 않았고, 이제는 매저와[citation needed] 레이저를 제외하고 모두 구식이 되었다.

대중문화에서

토호의 고질라 프랜차이즈에서 일본 자위대(JSDF)와 다른 군사 조직은 격분한 해주와 싸우기 위해 탱크, 고정 무기 배치소, 항공기에 장착된 유도 에너지 무기 형태의 메이저를 사용하는 경우가 많다.메카고질라의 수많은 반복은 또한 그들의 무기의 일부로 메자를 사용한다.

허구의 스파이 기술 TV 시리즈인 에일리어스에서 "서곡"이라는 제목의 시즌 3 에피소드 7은 중국 정부가 만든 매서 시제품에 대해 이야기했다.이 에피소드에서 CIA 요원들은 범죄 조직인 더 커맨트와 중국 정부의 노력에 맞서 중국식 매서 운영체제를 도용하고 매서 장치 자체를 파괴했다.메서기를 파괴하는 것은 중국 정부 암살 프로그램의 일환으로 방위 위성에 메서기를 탑재하려는 노력을 방해할 것이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Townes, Charles H. (1964-12-11). "Production of coherent radiation by atoms and molecules - Nobel Lecture" (PDF). The Nobel Prize. p. 63. Archived (pdf) from the original on 2020-08-27. Retrieved 2020-08-27. We called this general type of system the maser, an acronym for microwave amplification by stimulated emission of radiation. The idea has been successfully extended to such a variety of devices and frequencies that it is probably well to generalize the name - perhaps to mean molecular amplification by stimulated emission of radiation.
  2. ^ 미국물리학회 구술사 인터뷰 웨버
  3. ^ Mario Bertolotti (2004). The History of the Laser. CRC Press. p. 180. ISBN 978-1420033403.
  4. ^ Gordon, J. P.; Zeiger, H. J.; Townes, C. H. (1955). "The Maser—New Type of Microwave Amplifier, Frequency Standard, and Spectrometer". Phys. Rev. 99 (4): 1264. Bibcode:1955PhRv...99.1264G. doi:10.1103/PhysRev.99.1264.
  5. ^ Schawlow, A.L.; Townes, C.H. (15 December 1958). "Infrared and Optical Masers". Physical Review. 112 (6): 1940–1949. Bibcode:1958PhRv..112.1940S. doi:10.1103/PhysRev.112.1940.
  6. ^ "The Nobel Prize in Physics 1964". NobelPrize.org. Retrieved 2020-08-27.
  7. ^ Harvard University 물리학과, Dual Noble Gas Maser
  8. ^ Brumfiel, G. (2012). "Microwave laser fulfills 60 years of promise". Nature. doi:10.1038/nature.2012.11199. S2CID 124247048.
  9. ^ Palmer, Jason (16 August 2012). "'Maser' source of microwave beams comes out of the cold". BBC News. Archived from the original on July 29, 2016. Retrieved 23 August 2012.
  10. ^ 마이크로파 레이저가 60년의 가능성을 실현하다
  11. ^ Liu, Ren-Bao (March 2018). "A diamond age of masers". Nature. 555 (7697): 447–449. Bibcode:2018Natur.555..447L. doi:10.1038/d41586-018-03215-3. PMID 29565370.
  12. ^ 과학자들은 세계 최초의 연속 실온 고체 메자(phys.org)에 다이아몬드를 사용한다.
  13. ^ "Low Noise Amplifiers – Pushing the limits of low noise". National Radio Astronomy Observatory (NRAO).
  14. ^ Macgregor S. Reid, ed. (2008). "Low-Noise Systems in the Deep Space Network" (PDF). JPL.
  15. ^ "Time and Frequency From A to Z: H". Archived from the original on 2010-05-14. Retrieved 2012-12-31.
  16. ^ Neufeld, David A.; Melnick, Gary J. (1991). "Excitation of Millimeter and Submillimeter Water Masers in Warm Astrophysical Gas". Atoms, Ions and Molecules: New Results in Spectral Line Astrophysics, ASP Conference Series (ASP: San Francisco). 16: 163. Bibcode:1991ASPC...16..163N.
  17. ^ Tennyson, Jonathan; et al. (March 2013). "IUPAC critical evaluation of the rotational–vibrational spectra of water vapor, Part III: Energy levels and transition wavenumbers for H216O". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 117: 29–58. Bibcode:2013JQSRT.117...29T. doi:10.1016/j.jqsrt.2012.10.002.
  18. ^ Taylor, Nick (2000). LASER: The inventor, the Nobel laureate, and the thirty-year patent war. New York: Simon & Schuster. ISBN 978-0-684-83515-0.
  19. ^ Taylor, Nick (2000). LASER: The inventor, the Nobel laureate, and the thirty-year patent war. New York: Simon & Schuster. pp. 66–70. ISBN 978-0-684-83515-0.

추가 정보

  • 1959년 J.R. 싱어, 메이서스, 존 와일리와 선즈 주식회사.
  • J. 바니어, C.Audoin, The Quantum Physics of Atomic Frequency Standards, Adam Hilger, Bristol, 1989.

외부 링크

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