Im Englischen ist das Wort Maser eine Abkürzung für den Ausdruck "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation", was übersetzt "Mikrowellenverstärkung mit stimulierter Strahlung" bedeutet. In seiner Wirkung ähnelt es einem Laser, arbeitet jedoch im Mikrowellenbereich.
Ein Maser ist ein Gerät, das aufeinanderfolgende elektromagnetische Wellen erzeugt. Es wurde erstmals 1954 von den Physikern aus der UdSSR und den USA Nikolai Basov, Alexander Prokhorov und Charles Townes erfunden. Dafür erhielten sie den Nobelpreis.
Frühe Modelle arbeiteten mit einem dreistufigen Pumpsystem, bei dem eine Mikrowellenquelle Energie in das Arbeitsfluid des Emitters pumpt. Infolgedessen bewegen sich Wasserstoffatome und andere aus einem Ruhezustand auf ein neues Energieniveau. Damit einher geht Strahlung im Mikrowellenbereich.
Ein Maser emittiert im Gegensatz zu einem Laser eher konzentrierte Mikrowellenstrahlen als Licht. Das Verhältnis der Nutzsignalleistung zur Rauschleistung des Masers ist geringer, was von Vorteil ist. Es war jedoch einem Laser in der Leistung unterlegen.
Tatsächlich waren die meisten Maser bisher Gasemitter, bei denen Wasserstoffatome als Arbeitsmedium verwendet werden. Die Kosten für solche Geräte sind jedoch sehr hoch, da sie aus vielen teuren Komponenten bestehen. Für den Betrieb des Masers waren Temperaturen und ein Vakuum nahe dem absoluten Nullpunkt erforderlich. Daher wurde es lange Zeit wenig genutzt.
Später erfanden Mark Oxborrow und andere britische Wissenschaftler einen Mikrowellen-Quantengenerator, der auf Festkörperkomponenten basiert. Es basiert auf Pentacen-Kristallen, arbeitet bei Raumtemperatur und hat eine kompakte Größe. Die Entwickler glauben, dass es in der Radar- und Weltraumkommunikation eingesetzt werden kann sowie um Quantencomputer und Radioteleskope der nächsten Generation zu bauen.
Das Signal dieses Gerätes ist um ein Vielfaches stärker als das Signal eines herkömmlichen Masers. Jetzt arbeiten Wissenschaftler daran, dass es nicht nur einzelne kurze Impulse erzeugt, sondern ständig arbeitet. Es ist auch notwendig, den abgedeckten Wellenlängenbereich für eine zusätzliche Verstärkung einzuengen.
Dieser Maser wird von einem zweistufigen Pumpsystem angetrieben: Ein Terphenylkristall und Pentacen werden von einem optischen Laser gepumpt. Die Kristallmoleküle bewegen sich auf ein neues Energieniveau, dadurch werden synchron Photonen im Mikrowellenbereich emittiert.
