Мазер, созданный Марком Оксбороу и коллегами
ОКО ПЛАНЕТЫ > Новости науки и техники > Шаг к общению с инопланетянами
Шаг к общению с инопланетянами16-08-2012, 12:52. Разместил: Редакция ОКО ПЛАНЕТЫ |
«Шаг к общению с инопланетянами»Создан твердотельный мазер (аналог лазера, излучающий не в оптике, а в радиодиапазоне), работающий при комнатной температуре Мазер, созданный Марком Оксбороу и коллегами
ТЕКСТ: Николай Городецкий
ФОТО: Courtesy of NPL Оптическим лазерам вскоре составят конкуренцию микроволновые мазеры. Создан твердотельный мазер, работающий при комнатной температуре – устройство, которое найдет широкое применение как минимум в космической связи и радиолокации. Все знают, что лазер излучает в оптическом диапазоне, хотя далеко не каждый скажет, что лазер является квантовым генератором(см. врез). Под термином «квантовый генератор» подразумеваются источники электромагнитного излучения, работающие на основе вынужденного излучения атомов и молекул. Вынужденное излучение – это генерация нового фотона при переходе квантовой системы(атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние(меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней. Созданный фотон имеет ту же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон(который при этом не поглощается) и оба фотона являются когерентными. Слово«лазер» представляет собой акроним от английской фразы light amplification by stimulated emission of radiation – усиление света посредством вынужденного излучения. Если же такой генератор излучает микроволны(то есть длина волны его излучения равна не нескольким тысячам ангстрем, как у оптического излучения(1 ангстрем = 10-10 метра), а нескольким сантиметрам), то такой генератор называется мазер(«усиление микроволн с помощью вынужденного излучения» – microwave amplification by stimulated emission of radiation). С этим диапазоном также знаком каждый из нас: микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева тел в микроволновых печах, а микроволновое излучение малой интенсивности используется для спутниковой связи, в сотовых телефонах и для передачи информации через WiFi или Bluetooth.
Сразу после создания мазеров считалось, что они являются изобретением человека. Но буквально через год после вручения Прохорову, Басову и Таунсу Нобелевской премии астрономы обнаружили, что некоторые из далёких галактик работают как исполинские мазеры. В огромных газовых облаках, размером в миллиарды километров, возникают условия
Рукотворные мазеры используются в технике(в частности, в космической связи и в радиолокации), в физических исследованиях, а также как квантовые генераторы стандартной частоты. Однако лазеры получили гораздо большее применение. Основная причина этого состоит в том, что современные мазеры являются газовыми излучателями, и в качестве рабочего тела в них используются атомы водорода. Такие мазеры состоят из большого количества сложных и довольно дорогих частей, а их стоимость может достигать нескольких сотен тысяч долларов. Все предыдущие попытки создать более дешевые твердотельные излучатели оказались неудачными: такие приборы требовали особых условий работы, как, например, температуры, близкой к абсолютному нулю, вакуума или определенного значения магнитного поля. Но теперь успеха добилась группа физиков под руководством Марка Оксбороу из Национальной физической лаборатории в Теддингтоне(Великобритания). Изучая оптические и квантовые свойства кристаллов из органического вещества – соединения двух углеводородов, пентацена и терфенила – ученые заметили, что такие кристаллы можно использовать для создания принципиально нового типа мазера, который использует принцип накачки, не похожий на технику работы классических мазеров. Методика Оксбороу и коллег описана в статье в журнале Nature и представляет собой двухуровневую систему накачки. Сначала кристалл пентацена и терфенила накачивается обычным оптическим лазером. Молекулы этого вещества переходят на новый энергетический уровень, где электроны в органическом кристалле переходят одновременно на три нижних энергетических уровня. Этот переход сопровождается когерентным излучением фотонов в микроволновом диапазоне, что и является лучом мазера. По словам авторов разработки, такое устройство способно работать при комнатной температуре и внутри магнитного поля Земли, чего не могут делать другие модели твердотельных мазеров.
«Полвека мазер был забытым бедным родственником лазера. Наше изобретение поможет мазеру быть востребованным в промышленности и среди потребителей», – говорит Марк Оксбороу. Первоочередная задача исследователей – заставить работать свой мазер в непрерывном режиме. Сейчас устройство излучает лишь отдельные импульсы продолжительностью доли секунды. Еще одна задача – найти другие материалы, помимо пентацена и терфенила, которые также можно было бы использовать в создании твердотельного мазера, работающего при комнатной температуре. В комментарии Аарона Бланка из Техниона (Израильский институт технологий в Хайфе), который в журнале Nature сопровождает публикацию Оксбороу и коллег, говорится, что их разработку«можно рассматривать как первый шаг на пути к созданию космических коммуникаций, с помощью которых мы могли бы разговаривать с инопланетянами». Вернуться назад |