HYPERFRÉQUENCES

Le fonctionnement des masers est fondé sur la création d'un milieu amplifiant les micro-ondes qui le traversent. Ce milieu amplifiant est obtenu par le phénomène d'émission stimulée dans un système d'atomes dont les populations ont été inversées. L'énergie correspondant aux hyperfréquences par la relation E = hf est de l'ordre de 10^-5 eV. Pour trouver les états dont les énergies propres diffèrent de cet ordre de grandeur, il faut faire appel aux transitions entre les sous-niveaux de Zeeman des corps paramagnétiques produits par la présence d'un champ magnétique extérieur. Les corps utilisés sont tous obtenus par diffusion aléatoire d'un ion paramagnétique dans une matière monocristalline : alumine (saphir), émeraude, rutile, tungstate de calcium.

Deux techniques de réalisation des masers sont utilisées. Pour les masers à cavité, le milieu amplifiant est placé dans une cavité à micro-onde, ce qui a l'inconvénient de réduire la bande passante d'amplification. Pour réaliser les masers à ondes progressives, on allonge artificiellement le parcours de l'onde dans le matériau en utilisant des modes d'ondes lentes dans des structures où la vitesse de groupe de l'onde est réduite. On peut ainsi obtenir des bandes passantes de l'ordre de 50 MHz. Le maser qui a équipé les stations terminales d'Andover et de Pleumeur-Bodou, construit dans les années 1960 par les Bell Laboratories est représenté schématiquement sur la figure.

Maser à cavité

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Schéma simplifié d'un maser à cavité. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Maser à ondes progressives : projet Telstar

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Structure du maser à ondes progressives des stations au sol du projet Telstar. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les masers ne sont actuellement employés que pour les télécommunications spatiales, la détection spatiale et la radioastronomie, où ils sont concurrencés par les amplificateurs paramagnétiques à diode et par les amplificateurs à transistors à faible bruit. Pour d'autres applications, leur très faible température de bruit est souvent inutile, quand les bruits supplémentaires parasites captés par l'antenne sont très supérieurs à celui du récepteur ; c'est le cas de la plupart des radars, des systèmes de communications classique [...]