ಮೇಸರ್

ಮೇಸರ್ ಎಂದರೆ ಅನುರಣಿತ ಪರಮಾಣುವಿಕ ಇಲ್ಲವೆ ಆಣವಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿಯ ಉದ್ದೀಪನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಅಲೆಗಳ ಸಂಗತ ಪ್ರವರ್ಧನೆಗಾಗಲಿ ಉತ್ಪಾದನೆಗಾಗಲಿ ಬಳಸುವಂಥ ಸಾಧನ. ಇಂಗ್ಲೀಷಿನ Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation ಎಂಬ ಪದಗಳ ಮೊದಲಕ್ಷರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ಟಂಕಿಸಿರುವ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ರೂಪ MASER ಎಂಬ ಹೆಸರನ್ನು ಈ ಸಾಧನಕ್ಕೆ ನೀಡಿದೆ. ಇದನ್ನು ಅಭಿವರ್ಧಿಸಿದವರು ಅಮೆರಿಕದ ಚಾರ್ಲ್ಸ್ ಎಚ್. ಟೌನ್ಸ್ ಮತ್ತು ಆತನ ಸಹೋದ್ಯೋಗಿಗಳು (1960). ಸ್ಥೂಲವಾಗಿ ಅರ್ಥೈಸುವುದಾದರೆ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ತರಂಗಗಳು ಪ್ರಚೋದಿತಗೊಂಡು ಉತ್ಸರ್ಜಿತವಾಗುವ ವಿಕಿರಣಗಳಿಂದ ವರ್ಧಿಸುವುದು ಇಲ್ಲಿಯ ತತ್ತ್ವ. ಈ ತತ್ತ್ವವನ್ನು ಮೊದಲಿಗೆ (1951) ಅಮೆರಿಕ ಮತ್ತು ರಷ್ಯದ ಭೌತ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಪ್ರತ್ಯೇಕವಾಗಿ ಆವಿಷ್ಕರಿಸಿದ್ದರು. ಈ ಉಪಕರಣ ದೃಢವಲ್ಲದ, ಸಮಗ್ರ ಪರಮಾಣು ಇಲ್ಲವೆ ಅಣುಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಅಲೆಗಳಿಂದ ಪ್ರಚೋದಿಸಿ ತನ್ನದೆ ಆವರ್ತಾಂಕ ಮತ್ತು ಅವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಅಧಿಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಉತ್ಸರ್ಜಿಸುವಂತೆ ಪ್ರಚೋದಿತ ಅಲೆಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವುದು. ಇದರಿಂದ ಸುಸುಂಗತ ಪ್ರವರ್ಧನೆ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಇದರ ವಿಸ್ತೃತ ಪದದಲ್ಲಿ ವಿವರಿಸಿರುವಂತೆ ಮೇಸರ್ ಕೇವಲ ಸೂಕ್ಷ್ಮತರಂಗಗಳಿಗೆ ಮಾತ್ರ ಸೀಮಿತವಾಗಿಲ್ಲ. ಇದು ಶ್ರವಣಾವರ್ತಾಂಕದಿಂದ (ಆಡಿಯೋ ಫ್ರೀಕ್ವೆನ್ಸಿ) ಅತಿರಕ್ತ ಆವರ್ತಾಂಕಗಳವರೆಗೆ ವ್ಯಾಪಿಸಿದೆ. ಮೇಸರ್ ಬಗೆಯ ಪ್ರವರ್ಧಕಗಳು ಮತ್ತು ಆಂದೋಲಕಗಳು ಕೆಲವು ವೇಳೆ ಅಣು ಅಥವಾ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಲವಿಜ್ಞಾನವನ್ನು ಆಧರಿಸಿ ರೂಪುಗೊಂಡಿವೆ ಎಂದು ಹೇಳುವುದುಂಟು. ಏಕೆಂದರೆ ಇದರ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಅಣುಗಳ ಮಟ್ಟದಲ್ಲೇ ಇರುವುದರಿಂದ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಅಭಿಜಾತ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳಿಂದ (ಕ್ಲಾಸಿಕಲ್ ರಿಯೊರೀಸ್) ವಿವರಿಸುವುದು ಸಾಧ್ಯವಾಗದೆ ಕೇವಲ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದಿಂದ ಮಾತ್ರ ವಿವರಿಸಬಹುದಾಗಿದೆ.

ಮೇಸರ್ ಪ್ರವರ್ಧಕಗಳು ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಅತೀಕಡಿಮೆ ಗದ್ದಲ ಹೊಂದಿದ್ದು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ತರಂಗಗಳ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಮೊತ್ತದ ವಿಕಿರಣಗಳನ್ನು ಸಮಗ್ರ ಮತ್ತು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಪ್ರವರ್ಧಿಸುವಂಥ ಸಾಧನಗಳಾಗಿವೆ. ಅಲೆಯ ಅವಸ್ಥೆ ಹಾಗೂ ಶಕ್ತಿ ಎರಡನ್ನೂ ಪ್ರವರ್ಧಿಸಬಹುದೆಂಬ ಅನಿಶ್ಚಿತ ತತ್ತ್ವ ಹಾಕಿರುವ ಮಿತಿಗೆ ಬಲು ಹತ್ತಿರವಾಗುತ್ತದೆ ಈ ಸಾಧನ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ ಅಡಕವಾಗಿರುವ ಕಡಿಮೆ ಗದ್ದಲ ಮೇಸರ್ ಆಂದೋಲಕಗಳನ್ನು ಸಂಕೀರ್ಣ ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣು ಕಂಪನಕ್ಕೆ ಹೊಂದುವಂತೆ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ಏಕವರ್ಣದ ಅಲೆಯಂತೆ ಮಾಡಿ ಆವರ್ತಾಂಕ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿರುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣುಗಳು ವ್ಯಾಪಕ ಆವರ್ತಾಂಕ ವ್ಯಾಪ್ತಿ ಮತ್ತು ಅತಿ ಹ್ರಸ್ವ ತರಂಗ ದೂರಗಳವರೆಗೆ ಅನುರಣಗಳನ್ನೂ ಪ್ರವರ್ಧನೆಯನ್ನೂ ಹೊಂದಿರುವುದು ಸಾಧ್ಯವಿರುವುದರಿಂದ ಮೇಸರುಗಳನ್ನು ಅತಿರಕ್ತ ಅಥವಾ ದೃಗ್ಗೋಚರ ತರಂಗ ದೂರಗಳಲ್ಲಿ ಮಂಡಲ ವಸ್ತುಗಳ ಹಳೆಯ ಪ್ರರೂಪಗಳು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗದ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿ, ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಬಳಸುವುದಿದೆ.

ಮೇಸರ್‌ನ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ

ಪ್ರತಿಯೊಂದು ವಸ್ತುವಿನ ಪರಮಾಣುವಿನಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ವಿವಿಧ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿದ್ದು ಶಕ್ತಿಯ ವಿವಿಧ ಮಟ್ಟಗಳಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ. ಬಲು ಕಡಿಮೆ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿದ್ದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಮೊತ್ತದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊರಗಡೆಯಿಂದ ಒದಗಿಸಿದಾಗ ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಮೇಲ್ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಏರುತ್ತವೆ. ಒದಗುವ ಶಕ್ತಿ E = hy ಎಂದಾಗುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ E = ಶಕ್ತಿ, h = ಪ್ಲಾಂಕನ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, y = ಆವರ್ತಾಂಕ; ಹೀರಿಕೊಂಡ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಆವರ್ತಾಂಕ ಬಹಳ ಹೊತ್ತು ಇಟ್ಟುಕೊಳ್ಳುವುದಿಲ್ಲ. ಕೇವಲ ಮೈಕ್ರೊಸೆಕೆಂಡ್ ಅವಧಿಯಲ್ಲಿ ಅದನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ಬಿಡುಗಡೆಗೊಂಡ ಶಕ್ತಿ ಕೂಡ ಮೂಲ ಆವರ್ತಾಂಕದಷ್ಟೇ ಇರುತ್ತದೆ. ಮೇಲ್ಮಟ್ಟದಿಂದ ಕೆಳಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಜಿಗಿದಾಗ ಬಿಡುಗಡೆಯಾಗುವ ಶಕ್ತಿ ಇವೆರಡು ಮಟ್ಟಗಳ ಶಕ್ತಿಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ (E₂ - E₁ = hy) ಸಮವಾಗುತ್ತದೆ. (E₂ = ಮೇಲ್ಮಟ್ಟದ ಶಕ್ತಿ E₁ = ಕೆಳಮಟ್ಟದ ಶಕ್ತಿ). ಈ ರೀತಿ ಅಲೆಯ ಪಾರವನ್ನು ಸುಸಂಗತವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು. ಬೋಲ್ಟ್‌ಮನ್ ವಿತರಣಾಸೂತ್ರದ ರೀತ್ಯ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಕಣಗಳಿಗಿಂತ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊರಸೂಸುವ ಕಣಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿ ಇರುವುದರಿಂದ ಇಲ್ಲಿ ಒಟ್ಟಾರೆ ಪ್ರವರ್ಧನೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಮೇಸರ್‌ಗಳ ಬಗೆಗಳು

ಮೇಸರುಗಳಲ್ಲಿ ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಬಗೆಗಳುಂಟು.

ಅನಿಲ ಮೇಸರ್

ಈ ಬಗೆಯ ಮೇಸರಿನಲ್ಲಿ ಮೊತ್ತ ಮೊದಲಿಗೆ ಅಮೋನಿಯ ಅನಿಲವನ್ನು ಬಳಸಲಾಯಿತು. ಅನಂತರ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮತ್ತು ಸೀಸಿಯಮ್‌ಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಯಿತು. ಅಮೋನಿಯ ಅನಿಲವನ್ನು ಒಂದು ಸಣ್ಣ ರಂಧ್ರದ ಮೂಲಕ ಬರುವಂತೆ ಮಾಡಿ ಅದನ್ನು ನಿರ್ದ್ರವ್ಯ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ ಕಳುಹಿಸುತ್ತಾರೆ. ಅಸಮ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಹಾಯದಿಂದ ಕೆಳಮಟ್ಟದಲ್ಲಿರುವ ಮೇಲ್ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿರುವ ಕಣಗಳನ್ನು ಅವು ಅಕ್ಷದಿಂದ ದೂರದಲ್ಲಿ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸುವಂತಾಗಿಸಿ ಮೇಲ್ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿರುವ ಕಣಗಳನ್ನು ಅಕ್ಷದ ಕಡೆಗೆ ಬಾಗುವಂತೆ ಮಾಡಿ ಇವನ್ನು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ತರಂಗ ಅನುರಣನ ಬಿಲದ ಮೂಲಕ ಹಾಯಿಸಿದಾಗ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಅಣುಗಳು ತಮ್ಮ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರವರ್ಧನೆಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ದುರದೃಷ್ಟವಶಾತ್ ಅಮೊನಿಯ ಮೇಸರಿನ ಕಾರ್ಯ ನಡೆಸುವ ಆವರ್ತಾಂಕ ಬಲು ಕಡಿಮೆ ಇದ್ದುದರಿಂದ ಘನಸ್ಥಿತಿ ಮೇಸರಿನ ನಿರ್ಮಾಣಕ್ಕೆ ಅವಕಾಶವಾಯಿತು.

ಘನಸ್ಥಿತಿ ಮೇಸರ್

ಇಲ್ಲಿ ಅನುಕಾಂತೀಯ ವಸ್ತುಗಳ ಪರಮಾಣುಗಳಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುವುದಿದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಇಂಥ ಮೇಸರುಗಳಲ್ಲಿ ಕೆಂಪು ಮಾಣಿಕ್ಯವನ್ನು (ರೂಬಿ) ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವುದಿದೆ. ಸಿಲಿಕ ವಸ್ತುವಿಗೆ (Al₂O₃) ಸ್ವಲ್ಪ ಕ್ರೋಮಿಯಮ್‌ನ್ನು ಸೇರಿಸಿದರೆ ಅದು ಕೆಂಪು ಮಾಣಿಕ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಅನುಕಾಂತತ್ವ ಗುಣ ಮಾತ್ರ ಹೊಂದಿದ್ದು ಅಲ್ಪ ಕಾಂತತ್ವದಿಂದೊಡಗೂಡಿರುತ್ತದೆ. ನೇರ ವಿದ್ಯುತ್‌ನಲ್ಲೂ ಇದರ ಪರಮಾಣುಗಳು ಪ್ರಚೋದನೆಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ರಾಮನ್ ಮೇಸರಿನಲ್ಲಿ ಫೆರ‍್ರೊಕಾಂತತ್ವ ಹೊಂದಿರುವ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಪ್ರಕಾಶೀಯ ಮತ್ತು ಅತಿರಕ್ತ ಮೇಸರ್

ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗಗಳ ಪ್ರವರ್ಧನೆಗಾಗಿ ಮೇಸರಿನ ತತ್ತ್ವದ ಮೇಲೆ ಆಧರಿಸಿರುವಂಥದು. ಇದು ಪ್ರಕಾಶೀಯ ಮತ್ತು ಅತಿರಕ್ತ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯವೆಸಗುತ್ತದೆ.

ಉಪಯೋಗಗಳು

ಮೇಸರುಗಳಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ಗದ್ದಲ ಮತ್ತು ಗರಿಷ್ಠ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆ ಇರುವುದರಿಂದ ಮೇಸರ್ ಪ್ರವರ್ಧಕಗಳನ್ನು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ರೇಡಿಯೋ ಖಗೋಳವಿಜ್ಞಾನ, ಸೂಕ್ಷ್ಮ ತರಂಗ ರೇಡಿಯೊಮೆಟ್ರಿ, ಅಧಿಕ ದೂರದ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯ ರೇಡಾರ್, ಸೂಕ್ಷ್ಮ ತರಂಗ ದೂರಸಂಪರ್ಕ ಸಾಧನಗಳ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂಕೇತ ಮತ್ತು ಅಭಿಗ್ರಹಣೆ ಪತ್ತೆ ಮಾಡುವಲ್ಲಿ ಉಪಯೋಗಿಸುವುದಿದೆ. ಜೊತೆಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ವಿಕಿರಣಗಳ ಸೂಕ್ಷ್ಮಪ್ರವರ್ಧನೆ ಮತ್ತು ಪತ್ತೆ ಹಚ್ಚುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಸಂಶೋಧನಾ ಸಾಧನವಾಗಿಯೂ ಮೇಸರ್ ಬಳಕೆಯಾಗುತ್ತಿದೆ.

ಹೆಚ್ಚಿನ ಓದಿಗೆ

J.R. Singer, Masers, John Whiley and Sons Inc., 1959.
J. Vanier, C. Audoin, The Quantum Physics of Atomic Frequency Standards, Adam Hilger, Bristol, 1989.

ಹೊರಗಿನ ಕೊಂಡಿಗಳು

The Feynman Lectures on Physics Vol. III Ch. 9: The Ammonia Maser
arXiv.org search for "maser"
"The Hydrogen Maser Clock Project". Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Archived from the original on 2006-10-10.
Bright Idea: The First Lasers Archived 2014-04-24 ವೇಬ್ಯಾಕ್ ಮೆಷಿನ್ ನಲ್ಲಿ.
Invention of the Maser and Laser, American Physical Society
Shawlow and Townes Invent the Laser, Bell Labs