Obraz6 (110)

co odpowiada długości fali 1,24 cm i częstości 23 870 MHz. Jest to obszar mikrofalowy. Przez dobranie odpowiedniego rozmiaru komory staje się ona wnęką rezonansową dla emitowanego promieniowania. Jeśli teraz jedna cząsteczka przejdzie ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego, można oczekiwać wymuszenia następnego przejścia. Ponieważ na początku wszystkie cząsteczki były w stanie wzbudzonym, proces ten mógł szybko rozwinąć się do pokaźnych rozmiarów. Kiedy cząsteczki wzbudzone zamieniły się już w cząsteczki absorbujące, wtedy aby podtrzymać emisję fotonów wprowadzono nowe wzbudzone cząsteczki. Tak więc, wnęka „śpiewała” promieniowaniem mikrofalowym jak grająca piszczałka organowa. Był to generator.

Opisany wyżej maser ma wiele godnych uwagi własności. Jedną z nich jest stabilność. Częstość drgań uwarunkowana jest naturą samej cząsteczki amoniaku. Wzbudzone cząsteczki amoniaku są nierozróżnialne. Wszystkie emitują promieniowanie o tej samej częstości. Za pomocą technik elektronicznych generator ten może sterować częstością wolniejszego generatora. Szereg takich generatorów o coraz mniejszej częstości prowadzi do generatora niskiej częstości, który tyka jak zegar, lecz jego stabilność oparta jest na cząsteczkach amoniaku. Taki zegar nazywa się „zegarem atomowym”, a jego dokładność jest taka, że nie pospieszy się ani nie opóźni o więcej niż jedną sekundę na 1000 lat. Podczas gdy maser gazowy jest znakomitym, stabilnym generatorem promieniowania, inny typ, mianowicie maser o budowie opartej na ciele stałym lepiej działa jako wzmacniacz promieniowania.

Najpospolitszym maserem opartym na ciele stałym jest maser rubinowy. Rubin jest zasadniczo czystym tlenkiem glinowym zabarwionym na czerwono wskutek małej domieszki chromu. Właśnie ten chrom jest aktywnym atomem w maserze. Kiedy rubin znajduje się w stałym polu magnetycznym, chrom ma wiele poziomów energetycznych, z których trzy przedstawione są schematycznie na rysunku 11-22. W stanie rów-

t sygnał ł
poi	ipa

Rys. 11-22 Podstawowy układ poziomów energetycznych masera rubinowego

nowagi termicznej liczba atomów w każdym z trzech stanów określona jest rozkładem Boltzmanna, co graficznie przedstawiono na rysunku ll-23(a). Rubin naświetlany jest fotonami pochodzącymi ż zewnętrznego źródła, którego częstość (energia) odpowiada różnicy energii E₃—E_x. Powoduje to przejścia absorpcyjne ze stanu E_x do metatrwałego stanu E_a i następnie przejścia wymuszone ze stanu E_z do stanu E_x. Mimo że te przejścia są wymuszone, nie mają one znaczenia dla akcji maserowej. Skutkiem tych przejść jest, jak widzieliśmy, dążenie do wyrównania obsadzeń stanów E_x i E₃. Jak to przedstawiono na rysunku 1 l-23(b), obsadzenie stanu E_z (koncentracja atomów w tym stanie) zasadniczo pozostaje niezmienione. Pompowanie optyczne atomów ze stanu J§| do stanu E_z powoduje