मेसर



एक मेसर (, विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा माइक्रोवेव प्रवर्धन के लिए एक संक्षिप्त नाम) एक उपकरण है जो उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा प्रवर्धन के माध्यम से सुसंगत विद्युत चुम्बकीय तरंगो का उत्पादन करता है। पहला मेज़र 1953 में कोलंबिया विश्वविद्यालय में चार्ल्स एच. टाउन्स, जेम्स पी. गॉर्डन, और हर्बर्ट जे. ज़ीगर द्वारा बनाया गया था। टाउन्स, निकोलाई बसोव और  अलेक्जेंडर प्रोखोरोव को मेसर की ओर ले जाने वाले सैद्धांतिक काम के लिए भौतिकी में 1964 नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। मेसर्स का उपयोग परमाणु घड़ियों में समयनिर्धारक यंत्र के रूप में भी किया जाता है, और  रेडियो दूरबीन और गहन अंतरिक्ष, अंतरिक्ष यान संचार भू केंद्र में बेहद कम शोर वाले सूक्ष्मतरंग परिवर्धक के रूप में भी किया जाता है।

आधुनिक मेसरो को न केवल सूक्ष्मतरंग आवृत्तियों पर बल्कि रेडियो तरंग और अवरक्त आवृत्तियों पर विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। इस कारण से, टाउन्स ने "सूक्ष्मतरंग" को "आणविक" शब्द के साथ "मेसर" शब्द के पहले शब्द के रूप में बदलने का सुझाव दिया।

लेज़र मेसर के समान सिद्धांत पर काम करता है लेकिन दृश्यमान तरंग दैर्ध्य पर उच्च आवृत्ति सुसंगतत विकिरण उत्पन्न करता है। मेज़र लेज़र का पूर्वगामी था, टाउन्स और  आर्थर लियोनार्ड शॉलो  द्वारा प्रेरक सैद्धांतिक कार्य जिसके कारण 1960 में  थिओडोर मैमान  द्वारा लेज़र का आविष्कार किया गया था। जब सुसंगत प्रकाशीय दोलन पहली बार 1957 में कल्पना की गई थी, इसे मूल रूप से प्रकाशीय मेसर कहा जाता था। इसे अंततः विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा प्रकाश प्रवर्धन के लिए लेजर मे बदल दिया गया था। 1957 में इस संक्षिप्त नाम के निर्माण का श्रेय  गॉर्डन गोल्ड को दिया गया है।

इतिहास
मेसर के संचालन को नियंत्रित करने वाले सैद्धांतिक सिद्धांतों को पहली बार मैरीलैंड विश्वविद्यालय, कॉलेज पार्क के जोसेफ वेबर  द्वारा जून 1952 में  ओटावा  में इलेक्ट्रॉन नलिका अनुसंधान सम्मेलन में वर्णित किया गया था, जून 1953 इलेक्ट्रॉन उपकरणों पर रेडियो इंजीनियर्स प्रोफेशनल समूह के संस्थान में प्रकाशित एक सारांश के साथ, और साथ ही  लेबेदेव भौतिक संस्थान  से निकोले बसोव और अलेक्जेंडर प्रोखोरोव द्वारा, मई 1952 में  यूएसएसआर विज्ञान अकादमी  द्वारा आयोजित रेडियो-स्पेक्ट्रोदर्शी पर एक अखिल-संघ सम्मेलन में, बाद में अक्टूबर 1954 में प्रकाशित हुआ।

स्वतंत्र रूप से, चार्ल्स हार्ड टाउन्स, जेम्स पी. गॉर्डन, और एच.जे. ज़ीगर ने 1953 में कोलंबिया विश्वविद्यालय में पहला अमोनिया  मेसर बनाया। इस उपकरण ने लगभग 24.0  गीगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर सूक्ष्मतरंग के प्रवर्धन का उत्पादन करने के लिए सक्रिय अमोनिया अणुओं की एक धारा में उत्तेजित उत्सर्जन का उपयोग किया।. बाद में टाउन्स ने प्रकाशीय मेसर, या लेजर के सिद्धांत का वर्णन करने के लिए आर्थर लियोनार्ड शॉलो के साथ काम किया, जिनमें से थिओडोर हेरोल्ड मैमन ने 1960 में पहला व्यवहारिक मॉडल बनाया।

प्रेरित उत्सर्जन के क्षेत्र में उनके शोध के लिए, टाउन्स, बसोव और प्रोखोरोव को 1964 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

प्रौद्योगिकी
मेसर 1917 में अल्बर्ट आइंस्टीन  द्वारा प्रस्तावित उत्तेजित उत्सर्जन के सिद्धांत पर आधारित है। जब परमाणुओं को एक उत्तेजित ऊर्जा अवस्था में प्रेरित किया गया, तो वे विशेष रूप से उस तत्व या अणु के लिए आवृत्ति पर विकिरण को बढ़ा सकते हैं जिसका उपयोग मासिंग माध्यम के रूप में किया जाता है।( लेजर में लेसिंग माध्यम में होता है)।

इस तरह के एक प्रवर्धक माध्यम को अनुनादी गुहा में डालकर, प्रतिक्रिया बनाई जाती है जो सुसंगतता उत्पन्न कर सकती है।

कुछ सामान्य प्रकार

 * परमाणु किरण मासर्स
 * अमोनिया मेसर
 * मुक्त इलेक्ट्रॉन मेसर
 * हाइड्रोजन मेसर
 * गैस मासर्स
 * रूबिडियम मेसर
 * तरल डाई और रासायनिक लेजर
 * ठोस अवस्था मासर्स
 * रूबी मासेर
 * फुसफुसा-गैलरी प्रणाली लौह-नीलम मेसर
 * दोहरी नोबल गैस मेसर (एक मासिंग माध्यम की दोहरी नोबल गैस जो अध्रुवीय है। )

21वीं सदी के घटनाक्रम
2012 में, राष्ट्रीय विज्ञान संबंधी प्रयोगशाला और इंपीरियल कॉलेज लंदन  की एक शोध समूह ने एक ठोस-अवस्था मेसर विकसित किया। जो परिवर्धक माध्यम के रूप मे वैकल्पिक रूप से उत्तेजित पेंटासीन-डॉप्ड पी-टेरफेनिल का उपयोग करके कमरे के तापमान पर संचालित होता है।. इसने कुछ सौ माइक्रोसेकंड तक चलने वाले मेसर उत्सर्जन के स्पंद का उत्पादन किया।

2018 में, इंपीरियल कॉलेज लंदन और विश्वविद्यालय कॉलेज लंदन की एक शोध समूह ने  नाइट्रोजन-असारता अभाव वाले कृत्रिम हीरे का उपयोग करके सतत-तरंग मेसर दोलन का प्रदर्शन किया।

उपयोग
मासर्स उच्च परिशुद्धता आवृत्ति संदर्भ के रूप में कार्य करते हैं। ये परमाणु आवृत्ति मानक परमाणु घड़ियों के कई रूपों में से एक हैं। रेडियो दूरबीन में मासर्स का उपयोग कम शोर वाले सूक्ष्मतरंग परिवर्धक के रूप में भी किया गया था, हालांकि इन्हें बड़े पैमाने पर फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर  के आधार पर परिवर्धकों द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है।

1960 के दशक की शुरुआत में, धारा संचालक शक्ति प्रयोगशाला ने गहन अंतरिक्ष अन्वेषक से प्राप्त एस बैंड सूक्ष्मतरंग संकेतक  के अत्यंत-निम्न-रव परिवर्धन प्रदान करने के लिए एक मेसर विकसित किया। इस मेसर ने परिवर्धक को 4  केल्विन के तापमान तक ठंडा करने के लिए बेहद प्रशीतित हीलियम का इस्तेमाल किया। 12.0 गीगाहर्ट्ज़  केलिस्ट्रान के साथ रूबी खोज को उत्तेजक बनाकर प्रवर्धन प्राप्त किया गया था। प्रारंभिक वर्षों में, हाइड्रोजन लाइनों से अशुद्धियों को ठंडा करने और हटाने में कई दिन लगते थे। प्रशीतन जमीन पर एक बड़ी लिंडे इकाई के साथ दो चरणों वाली प्रक्रिया थी, और एंटीना के भीतर एक केंद्रशीर्षक संपीडक था। अंतिम अन्तःक्षेपण  3000 psi पर 150 माइक्रोंन(0.006इंच) माइक्रोमीटर-समायोज्य प्रविष्टि के माध्यम से कक्ष मे था। शीत आकाश को देखते हुए सम्पूर्ण निकाय का रव तापमान (सूक्ष्मतरंग बैंड में 2.7 केल्विन) 17 केल्विन था; इसने इतना कम शोर वाला आंकड़ा दिया कि  मेरिनर IV अंतरिक्ष जांच मंगल से वापस पृथ्वी पर तस्वीरें भेज सकती है, यहाँ तक की इसके  रेडियो संचारक की निर्गत शक्ति केवल 15  वाट थी, और इसलिए प्राप्त कुल संकेतक शक्ति एक  मिलीवाट (डीबीएम) के संबंध में केवल -169  डेसिबल थी।

हाइड्रोजन मेसर
हाइड्रोजन मेसर का उपयोग परमाणु आवृत्ति मानक के रूप में किया जाता है। अन्य प्रकार की परमाणु घड़ियों के साथ, ये  अंतर्राष्ट्रीय परमाणु समय  मानक (फ्रेंच मे टेम्प्स एटॉमिक इंटरनेशनल या टीएआई ) बनाने में मदद करते हैं। यह अंतर्राष्ट्रीय समय पैमाना है जिसे  अंतर्राष्ट्रीय बाट और माप ब्यूरो  द्वारा समन्वित किया जाता है।  नॉर्मन रैमसे  और उनके सहयोगियों ने पहली बार मेसर को एक समय के मानक के रूप में माना था। हाल के मासर्स व्यावहारिक रूप से उनके मूल डिजाइन के समान हैं। मेसर दोलन परमाणु हाइड्रोजन की दो  अति सूक्ष्म ऊर्जा स्तरों के बीच उत्तेजित उत्सर्जन पर निर्भर करते हैं।

यहां एक संक्षिप्त विवरण दिया गया है कि वे कैसे काम करते हैं:


 * सबसे पहले, परमाणु हाइड्रोजन का एक पुंज उत्पन्न होता है। यह उच्च-आवृत्ति वाले रेडियो तरंग निर्वहन के लिए कम दबाव पर गैस जमा करके किया जाता है (इस पृष्ठ पर चित्र देखें)।
 * अगला चरण अवस्था प्रवरण है - कुछ उत्तेजित उत्सर्जन प्राप्त करने के लिए, परमाणुओं का जनसंख्या व्युत्क्रम बनाना आवश्यक है। यह इस तरह से किया जाता है जो दृढ़ -गेरलाच प्रयोग के समान ही है। एक छिद्र और एक चुंबकीय क्षेत्र से गुजरने के बाद, बीम के कई परमाणु लेसिंग संक्रमण के ऊपरी ऊर्जा स्तर में रह जाते हैं। इस अवस्था से, परमाणु निम्न अवस्था में क्षय कर सकते हैं और कुछ सूक्ष्मतरंग विकिरण उत्सर्जित कर सकते हैं।
 * एक उच्च क्यू कारक  (गुणवत्ता कारक)  सूक्ष्मतरंग गुहा  सूक्ष्मतरंग को सीमित करता है और उन्हें बार-बार परमाणु बीम में पुन: अंतःक्षेप करता है। उत्तेजित उत्सर्जन बीम के माध्यम से प्रत्येक दशा पर सूक्ष्मतरंग को बढ़ाता है। परिवर्धक और प्रतिक्रिया  का यह संयोजन सभी दोलन को परिभाषित करता है। सूक्ष्मतरंग गुहिका की  अनुनाद आवृत्ति हाइड्रोजन 1,420,405,752 हर्ट्ज़ के अति सूक्ष्म ऊर्जा संक्रमण की आवृत्ति के अनुरूप होती है।
 * सूक्ष्मतरंग गुहिका में सिग्नलका एक छोटा सा अंश एक समाक्षीय केबल में जोड़ा जाता है और फिर एक सुसंगत रेडियो अभिग्राही को भेजा जाता है।
 * मेसर से निकलने वाला सूक्ष्मतरंग सिग्नल कुछ  पिकोवाट से बहुत कमजोर होता है, संकेत की आवृत्ति निश्चित और अत्यंत स्थिर  होती है। सुसंगत अभिग्राही का उपयोग सिग्नल को बढ़ाने और आवृत्ति को बदलने के लिए किया जाता है। यह चरण-बंद लूपों की एक श्रृंखला और एक उच्च प्रदर्शन  क्वार्ट्ज दोलन का उपयोग करके किया जाता है।

खगोल भौतिक मेसर
अंतरातारकीय अंतरिक्ष से प्रकृति में मेसर जैसा उत्तेजित उत्सर्जन भी देखा गया है, और इसे प्रयोगशाला मेसर्स से अलग करने के लिए प्रायः इसे उत्तमदीप्तिमान उत्सर्जन कहा जाता है। ऐसा उत्सर्जन जैसे -पानी (H2O.), हाइड्रॉकसिल  रेडिकल (OH),  मेथनॉल  (CH3OH),  फॉर्मलाडेहाइड (HCHO), और  सिलिकॉन मोनोऑक्साइड  (SiO2), और कार्बोडायनामाइड(HNCNH) अणुओ से देखा जाता है।  तारकीय निर्माण वाले क्षेत्रों में पानी के अणु जनसंख्या के उलट हो सकते हैं और लगभग 22.0  गीगा हर्ट्ज़ पर विकिरण उत्सर्जित कर सकते हैं, जिससे रेडियो ब्रह्मांड में सबसे चमकीला विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम बन सकता है। कुछ पानी मासर्स 96 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर क्वांटम घूर्णक मॉडल से विकिरण भी उत्सर्जित करते हैं।

सक्रिय आकाशगंगा-विषयक नाभिक से जुड़े अत्यधिक शक्तिशाली मेसर, मेगामेसर के रूप में जाने जाते हैं और तारकीय मेसरों की तुलना में दस लाख गुना अधिक शक्तिशाली होते हैं।

शब्दावली
मेसर शब्द का अर्थ इसके परिचय के बाद से थोड़ा बदल गया है। प्रारंभ में परिवर्णी शब्द को विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा सूक्ष्मतरंग प्रवर्धन के रूप में सार्वभौमिक रूप से दिया गया था, जो विद्युत चुम्बकीय तरंग के सूक्ष्मतरंगीय क्षेत्र में उत्सर्जित उपकरणों का वर्णन करता है।

प्रेरित उत्सर्जन के सिद्धांत और अवधारणा को तब से अधिक उपकरणों और आवृत्तियों तक बढ़ा दिया गया है। इस प्रकार, मूल परिवर्णी शब्द को कभी-कभी संशोधित किया जाता है, जैसा कि चार्ल्स एच. टाउन्स द्वारा सुझाया गया है, विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा आणविक प्रवर्धन के लिए कुछ लोगों ने दावा किया है कि इस तरह से संक्षिप्त नाम का विस्तार करने के टाउन्स के प्रयास मुख्य रूप से उनके आविष्कार के महत्व को बढ़ाने की इच्छा और वैज्ञानिक समुदाय में उनकी प्रतिष्ठा से प्रेरित थे।

जब लेजर विकसित किया गया था, तो बेल लैब्स में टाउन्स और आर्थर शॉलो और उनके सहयोगियों ने प्रकाशीय मेसर शब्द के उपयोग को आगे बढ़ाया, लेकिन यह बड़े पैमाने पर लेजर के पक्ष में छोड़ दिया गया था, जिसे उनके प्रतिद्वंद्वी गॉर्डन गोल्ड द्वारा अंकित किया गया था। आधुनिक उपयोग में, तरंग के अवरक्त भागों के माध्यम से एक्स-रे में उत्सर्जित होने वाले उपकरणों को आमतौर पर लेज़र कहा जाता है, और सूक्ष्मतरंग क्षेत्र और विकिरण में उत्सर्जित होने वाले उपकरणों को आमतौर पर मेसर कहा जाता है, हालांकि वे सूक्ष्मतरंग या अन्य आवृत्तियों का उत्सर्जन करते हों।

गोल्ड ने मूल रूप से उन उपकरणों के लिए अलग-अलग नाम प्रस्तावित किए जो स्पेक्ट्रम के प्रत्येक भाग में उत्सर्जित होने वाले उपकरणों के लिए अलग अलग नामों का प्रस्ताव रखा था, जिनमें ग्रासर ( गामा किरण लेजर), एक्स-रे लेजर), यूवासर्स ( पराबैंगनी लेजर), लेजर (दृश्यमान प्रकाश लेजर), इरेज़र (इन्फ्रारेड लेजर),मेसर्स (सूक्ष्मतरंग मेसर), और रेसर्स ( आकाशवाणी आवृति मेसर्स ) सम्मिलित है। हालाँकि, इनमें से अधिकांश शब्द कभी नहीं लिए गए, और सिवाय मेसर और लेजर को छोड़कर सभी अब (विज्ञान इतिवृत के अलावा) अप्रचलित हो गए हैं।.

लोकप्रिय संस्कृति में
तोहों द्वारा गॉडजिला विशेष अधिकार मे, जापान आत्मरक्षा बल (जेएसडीएफ) और अन्य सैन्य संगठन प्रायः उग्र काइजू से निपटने के प्रयास में टैंकों, स्थिर हथियार विस्थापन और विमानों पर लगे  निर्देशित-ऊर्जा हथियार के रूप में मासर्स का उपयोग करते हैं।  मेचागोडज़िला  के कई पुनरावृत्तियों में भी अपने शस्त्रागार के हिस्से के रूप में मासर्स का उपयोग किया जाता है।

काल्पनिक गुप्तचर-तकनीक टीवी श्रृंखला अन्यनाम मे, सीजन 3 के एपिसोड 7 शीर्षक  प्रस्तावना  मे चीनी सरकार द्वारा बनाए गए एक मेसर प्रतिमान के बारे में बात की गई थी। इस प्रकरण में, CIA एजेंटों को आपराधिक संगठन प्रतिज्ञा पत्र और चीनी सरकार के प्रयासों का मुकाबला करना था, चीनी मेसर संचालन प्रणाली की चोरी करके और मेसर यंत्र को ही नुकसान पहुंचना। चीनी मंत्रालय के हनन कार्यक्रम के हिस्से के रूप में मेजर को तोड़फोड़ करने से रक्षा उपग्रह पर एक बड़े पैमाने पर प्रभावशाली प्रदर्शन को आयोजित करने के प्रयासों को प्रतिबंधित किया जा सकेगा।

यह भी देखें

 * स्पैसर
 * लेजर प्रकारों की सूची
 * लेजर
 * एक्स-रे लेजर
 * गामा-रे लेजर ( धीरे से छूना )
 * ध्वनि लेजर (सोनिक लेजर)

अग्रिम पठन

 * 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.

बाहरी संबंध

 * arXiv.org search for "maser"
 * Noble gas Maser
 * Bright Idea: The First Lasers
 * Invention of the Maser and Laser, American Physical Society
 * Shawlow and Townes Invent the Laser, Bell Labs
 * Shawlow and Townes Invent the Laser, Bell Labs