Как объясняют
ученые, подавляющее большинство современных мазеров относится к
категории газовых излучателей - в них в качестве рабочего тела
используются атомы водорода. Такие мазеры устроены достаточно сложно и
состоят из многих дорогостоящих компонентов, из-за чего их стоимость
может доходить до сотен тысяч долларов. Попытки разработать
твердотельные излучатели не увенчались успехом - такие приборы
функционировали только при температурах, близких к абсолютному нолю, или
требовали особых условий работы.
Оксбороу и его коллеги заметили, что кристаллы из пентацена и
терфенила можно использовать для создания принципиально нового типа
мазера, который использует принцип накачки, не похожий на технику работы
классических мазеров.
"Обычные" мазеры используют трехуровневую схему накачки, открытую еще
в 1954 году Басовым, Прохоровым и Таунсом. Согласно этой схеме, рабочее
тело излучателя накачивается энергией при помощи другого источника
микроволнового излучения. В результате атомы водорода или других веществ
переходят из состояния покоя на новый энергетический уровень.
Атомы не могут долго существовать в возбужденном состоянии, из-за
чего они "перепрыгивают" на более низкий, метастабильный уровень. При
накоплении достаточного количества таких атомов происходит спонтанный и
лавинообразный переход на исходный энергетический уровень,
сопровождающийся излучением в микроволновом диапазоне.
Лазер Оксбороу и его коллег использует другой принцип - двухуровневую
систему накачки. По этой методике кристалл пентацена и терфенила
накачивается обычным оптическим лазером. Молекулы этого вещества
переходят на новый энергетический уровень, где происходит любопытное
явление - электроны в органическом кристалле переходят одновременно на
три нижних энергетических уровня.
Этот переход сопровождается синхронным излучением фотонов в
микроволновом диапазоне, что и является лучом мазера. По словам физиков,
такое устройство способно работать при комнатной температуре и внутри
магнитного поля Земли, чего не могут делать другие модели твердотельных
мазеров.
Пока изобретение Оксбороу и его коллег работает только в импульсном
режиме. С другой стороны, ученые полагают, что улучшение его конструкции
позволит таким мазерам потеснить их водородных "коллег" в
астрофизических лабораториях и в других научных учреждениях в ближайшем
будущем.
|