F4110
Čpavkový maser
Gordona a Townese
Brno, 12.6. 2013 Jakub Rozbořil
MASARYKOVA UNIVERZITA
PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA
Čpavek jako dvouhladinový systém
Možnost tunelování vede k rozštěpení degenerovaných
hladin z důvodu parity stavů.
Rozdíl energií rozštěpených hladin 0,79 cm-1, odpovídající
frekvence 23,8 GHz – mikrovlnná oblast
|ψ↑>|ψ↓>
(|ψ↓> + |ψ↑>) /√2
(|ψ↓> - |ψ↑>) /√2
Dvouhladinový systém a elmg. záření
Absorpce
Spontánní emise
Stimulovaná emise
Zesílení světla stimulovanou emisí
Převládá tedy absorpce a dochází ke snížení intenzity záření
Navozením inverzní populace, tj. Na<Nb, převládne stimulovaná emise
a dochází k zesílení.
Inverzní populaci je třeba obnovovat.
V rovnovážném stavu se populace hladin
řídí Boltzmanovým rozdělením
E
ab eNN ∆−
⋅= β
Konstrukce maseru - 1954
Zdroj dává směs molekul NH3 se zhruba stejnou populací hladin
V nehomogenním poli kvadrupólových elektrod jsou molekuly
v základním stavu vypuzeny
Inverzní populace v rezonátoru je udržována průtokově, klystron
zajišťuje budící záření
Výsledky experimentu
• Zesílení mikrovlnného signálu
• Při průtoku nad kritickou hodnotou systém fungoval jako
generátor, zářil i bez stimulace vnějším polem
• Velmi ostrá čára – šířka 2kH při 23,8 GHz, záření koherentní
• Mimořádně malý šum
• Nobelova cena 1964
• Později přechod k trojhladinovému
systému – snazší kontinuální provoz,
průtok nahrazen čerpáním
• Odtud již vývoj pokračuje
směrem k laserům
Děkuji za pozornost