MASER

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Masers à gaz ou à vapeur

Par suite de la faible densité atomique dans les gaz ou les vapeurs, la puissance de saturation des masers à gaz amplificateurs est limitée à quelque 10-12 ou 10-10 watt. Leur largeur de bande est très étroite et ils sont difficilement accordables sur une gamme de fréquences étendue. Ils ne présentent donc pas d'intérêt particulier pour les radiocommunications. En revanche, ils peuvent être utilisés comme étalons de fréquence, ou comme spectromètres pour l'étude des atomes ou des molécules assurant l'émission induite.

On peut facilement transformer ces amplificateurs en auto-oscillateurs, en permettant au champ électromagnétique créé par l'émission induite d'entretenir cette émission. Cette rétroaction s'effectue dans une cavité résonante à faibles pertes. En tant qu'oscillateurs, les masers à gaz présentent une pureté spectrale extrêmement élevée ; ils peuvent être utilisés avantageusement comme analyseurs de spectre ou comme étalons de fréquence.

Pour obtenir l'auto-oscillation, on produit, par seconde, une différence de population supérieure à une valeur de seuil ns qui s'exprime, en unités S.I., par la relation simplifiée suivante :

où μ0 est la perméabilité magnétique du vide (μ0 = 4 π . 10-7) ; V, le volume de la cavité résonnante ; Q, son facteur de qualité ; μ, l'élément de matrice de la transition ; T0, le temps d'interaction de l'atome ou de la molécule avec le champ électromagnétique ; et η, le coefficient de remplissage de la cavité par le milieu actif.

La demi-largeur de la raie d'oscillation d'un maser est donnée par :

où Δν est la demi-largeur de la transition et P la puissance fournie par le milieu actif.

Dans le cas typique d'un maser à hydrogène, à une température T voisine de 300 kelvins, on a Δν = 0,5 Hz, P = 5 . 10-13 W et donc Δνosc = 1,3 . 10-8 Hz. Ce résultat montre le haut degré de monochromaticité de l'oscillation maser.

Oscillateur à hydrogène

Dessin : Oscillateur à hydrogène

Dessin

Oscillateur maser à hydrogène. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Si la fréquence d'accord de la cavité νc n'est pas égale à celle de la transition ν0, alors la fréquence d'oscillation subit [...]


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Oscillateur à hydrogène

Oscillateur à hydrogène
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Amplificateur à trois niveaux

Amplificateur à trois niveaux
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Écrit par :

  • : directeur de recherche au C.N.R.S.
  • : directeur de recherche au C.N.R.S., directeur du laboratoire de l'horloge atomique de l'université de Paris-XI, Orsay

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Pour citer l’article

Maurice ARDITI, Claude AUDOIN, « MASER », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 24 novembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/maser/