Maser nedir

MASER [mazer] i. ve sıf. (ing. Microwave Amplifier by Stimulated Emission of Radiations kelimelerinin ilk harfleri). Uyarılmış elektromagnetik ışıma ile çalışan çok kısa dalga yükselteci (osilatör olarak da kullanılabilir).

— ansİkl. Bir maser’de, paramagnetik bir maddenin atomlaıı veya molekülleri yüksek ve kararsız bir enerji seviyesine getirilir. O andan itibaren girişe uygulanan zayıf bir işaret, fazla enerjinin özel bir dalga boyu üstünden ışıma yoluyle yayılmasına yolaçar. Maserlerin gazlı veya katı maddeli, rezonans boşluklu ve âdi dalgalı diye bilinen türleri vardır.

Maserler hemen hemen hiç fon gürültüsü yapmadığından çok zayıf işaretlerin yükseltilmesine elverişlidir; bu sebeple uzaydan gelen dalgaların çok fazla yükseltilmesini sağlayarak radyo-astronomide büyük yararlar sağlar.

Maserlerin çalışma ilkesi indüklenmiş veya uyarılmış yayılma olayına dayanır; yani, uyarılmış durumda bulunan ve W2—W1

V12 = –

h

frekansındaki (Wı, atomun başka bir durumuna tekabül eden ve W2’den küçük olan enerji seviyesi, h Planck sabitidir) bir elektromagnetik dalganın etkisinde olan atom- j larm foton üretimine dayanır.

Atomlardan yayılan hvıt enerji seviyesindeki fotonlar, gelen dalga ile aynı doğrultu-j da yayılan ve aynı fazla titreştiği için onu 1 şiddetlendiren bir elektromagnetik dalga J meydana getirir. Einstein teorik sebeplerden j hareketle daha 1917’de bu olayın temel ka-j nunlarinı verdi ve indüklenmiş yayımla bi-J rim zamanda meydana gelen fotonların nil sayısının, Wt üst enerji seviyesine ulaşmış! atomların N2 sayısıyle ve frekanslı elek-1 tromagnetik dalgaların u enerji yoğunluğu| ile orantılı olduğunu gösterdi.

Fakat bu olay, normal şartlarda daha c-J nemli şu iki olayla maskelendiği için praj tik olarak incelenemedi:

1. yukarıdaki yayılımın aksine V12: m =1 Bu Nt fazları aynı olmayan ve her doğrul! tuda dalgalar üreten kendiliğinden yayılıml Birim zaman içinde kendiliğinden yayılarl fotonların m sayısı W2 üst enerji seviyesini

de bulunan atomların N* sayısı (veya W* durumunda toplanma) ile orantılıdır: ns = AN2;

2. Wa üst enerji seviyesine geçmek için, Wı alt enerji seviyesinde bulunan atomlar tarafından gelen fotonların soğurulması. Birim zamanda soğurulan n» foton sayısı, Wı enerji seviyesândeki atomların Nı sa-yısıyle (Wı durumunda toplaşma) ve gelen elektromagnetik dalganın u enerji yoğunluğu ile orantılıdır: na — B’u Nı.

Kesin bir incelemede, iki enerji seviyesinin istatistik ağırlıkları da hesaba katılmalıdır; bu ikisi eşit olarak kabul edilebilir, bu durumda nı’de B ve n»’da B’ orantı katsayılarının eşit olduğu gösterilir.

1454’te amerikalı fizikçi Townes ilk defa indüklenmiş yayılım olayının diğer iki o~ laydan daha üstün olabileceği şartları gerçekleştirmeyi düşündü:

1. nı>n5 yani Bw>A’yı elde etmek için atomları etkileyen dalganın u enerji yoğunluğunun çok yüksek olması gerekliydi; bu şart, atomları bir rezonans boşluğuna yerleştirerek sağlanabildi. Çok kısa dalgalar (radar dalgalan) genellikle dalga* kılavuzu denen dikdörtgen kesitli uzun madenî tüplerde yayılır; eğer dalga kılavuzları dizisine, incelenen dalga frekansının fonksiyonu olarak boyutları titizlikle ayarlanan madenî bir kutu eklenirse, bu kutu içinde dalganın genliğinde büyük bir artış olduğu görülür. Bu kutu veya rezonans boşluğu, gelen dalganınkinden çok yüksek bir u enerji yoğunluğu depolar ve böylece aranılan şart, yani indüklenmiş yayılımın kendiliğinden yayılıma üstünlüğü gerçek leşir. (Gelen dalganın boşluktaki bu kuvvetlenişi, teknik anlamda bir yükselme değildir, çünkü kullanan için eldeki enerji miktarında bir artış olmamıştır.)

2. nı > ua’yı elde etmek için, Nz>Nı şartını (B—B’ olduğu unutulmamlıdir) gerçekleştirmek gerekir; yani en yüksek W2 seviyesindeki atomlar Wı alt seviyesindekilerden daha çok olmalıdır. Halbuki normal şartlarda, Boltzmann’ın istatistik kanunu, ısıl dengede, en alçak seviyelerde daima en çok atomun toplaşmış olduğunu gösterir. O zaman ısıl dengeyi bozmak vc toplaşmaların yerlerini değiştirmek gerekir. Bunun için a-tomları durumlarına göre seçmek ve deney sırasında yalnız Wa üst seviyesindeki atomları almak imkânı veren atom püskürtme metoduna veya çift rezonans deneylerinde kullanılan çeşitli pompalama metotlarına başvurulur. (Bk. rezonans ve optik pompalama.) Townes’in yaptığı ilk ma-serde atom püskürtme metodu uygulandı. [Toplaşmaların yerlerinin değiştirilmesi e~ sasına dayanan bir sistemi belirtmek için sık sık «negatif sıcaklık» deyimi kullanı-

N. W*-W, lir, çünkü — ~ üstel ——–Boltzmann

N* kT

formülünde Wt – Wı, pozitif olduğu zaman negatif bir miktarla T mutlak sıcaklığının yer değiştirmesi şartıyle N?>Nt elde edilebilir.! (1) ve (2) şartlar aynı zamanda gerçekleştirildiğinde kendiliğinden yayılan fotonlannın ve soğurulmuş fotonların indüklenmiş yayılım fotonlar ından daha az olduğu görülür ve indüklenmiş yayılım fotonları yardımıyle atomların enerjisi, gelen dalgaya aktarılır Böylece dalga haline geçirilen enerjide artış olur ve gelen dalgada gerçek bir yükselme meydana gelir. Bu tür maser yükselteçler ve «gürültü»lerinin zayıf oluşu ve çok iyi frekans seçicilikleriyle dikkati çeker. Bu bakımdan, çok kısa dalgaları (rad-yoteleskoplaria incelemede, yıldızların yaydığı dalgalar veya televizyon dalgalarında, uyduların alıp yaydığı dalgalar) alan büyük alıcı antenler de kullanılır.

Fakat, çıkışta ürettiği elektrik gerilıminin bir kısmı girişe yeniden verilirse yükselteçlerin elektrikli osilatör durumuna dönüştüğü de bilinmektedir. Bundan dolayı büyük kazançlı bir yükselteçte bile bu olayı önlemek ve çıkış ile giriş arasında küçük bir parazit bağlantısı sebebiyle kendiliğinden salınım yapmasına engel olmak zordur. Eğer maser yükseltecin kazancı büyükse o da osilatör durumuna düşer; yani boşlukta, atomların bir durumdan başka duruma geçmesiyle, frekansında bir elektromagnetik dalga üretir. özellikle atom saat’lerinin yapımında kullanılan son derece dengeli frekansta osilatörler bu şekilde yapılır,

Yorum yazın