Ein Maser ist eine dem Laser ähnliche Technologie. Wenn ein Laser ein gerichtetes Energiewerkzeug oder eine Waffe ist, die auf Lichtverstärkung durch die stimulierte Emission von Strahlung basiert, verwendet ein Maser stattdessen Mikrowellenverstärkung oder elektromagnetische Felder anstelle von kohärenten Lichtstrahlen, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Das Konzept hinter dem Maser wurde 1953 erstmals vom US-Physiker Charles Townes entwickelt, basiert jedoch auf einem früheren Verständnis der Prinzipien der stimulierten Emission von Strahlung, das 1917 von Albert Einstein aufgestellt wurde. Die Technologie wurde bei der Entwicklung extrem präziser Uhren verwendet , in der astronomischen Forschung und findet Verwendung in potentiellen Waffenanwendungen.
Atomare Strahlmaser verwenden normalerweise eine Form von Gas, die in einer Kammer in einen angeregten Zustand geladen wird, wodurch dieses Gas Strahlung emittiert, die von einem Resonator gespeichert wird, wo sie später durch eine kleine Öffnung aus der Kammer geleitet wird. Der von Townes entwickelte Maser war ein Ammoniak-Maser und seine Stromerzeugung war mit 0.00001 Watt sehr gering. Der von ihm erzeugte Energiestrahl war jedoch so präzise, dass er als äußerst genaue Uhr nützlich war, die Hunderte von Jahren auf die Sekunde genau anzeigen konnte.
Wenn der Maser auf einem Gas basiert, wechselwirkt er nur entlang eines schmalen Frequenzbereichs, der für das Gas charakteristisch ist. Dies kann ihn jedoch zu einem sehr präzisen Verstärker in Forschungsbereichen machen, die ein solches Gas untersuchen. Der Wasserstoff-Maser ist sehr effektiv bei der Verstärkung und Messung schwacher Signale im Weltraum in der Radioastronomie. Der Wasserstoff-Maser wurde auch als eine Art Atomuhr verwendet, die genauer ist als die auf Ammoniak basierende, und Modelle ab 2011 sind in der Lage, in mehr als 100,000 Jahren Aufzeichnung keine Sekunde an fehlerhafter Zeitmessung zu verlieren oder zu gewinnen.
Wenn eine Verstärkung von Strahlungs- oder Funkwellensignalen über ein Band unterschiedlicher Frequenzen erforderlich ist, wird ein Festkörper-Maser verwendet. Ein Beispiel dafür ist der Rubin-Maser, der auf Prinzipien basiert, die auch ein Rubin-Laser verwendet. Der Rubinkristall wird in Gegenwart eines Magnetfelds angeregt, um ein untersuchtes Signal auf eine bestimmte Frequenz abzustimmen, und interagiert gut mit sehr schwachen Signalen. Dies gibt Rubin-Masern ideale Anwendungen für die Verstärkung von Signalen, die von weit entfernten Raumsonden zu anderen Planeten oder Satelliten, die in einem Bruchteil einer Entfernung zum Mond kreisen, wie geosynchrone Satelliten, zur Erde zurückgesendet werden. Ein solcher Maser wurde auch verwendet, um von Planeten wie der Venus emittierte Radiowellen zu messen, um die chemische Zusammensetzung seiner Atmosphäre und seine Temperatur zu untersuchen.
Andere Arten von in der Forschung häufig verwendeten Masern sind die Rubidium- und Mikrowellen-Varianten. Der Rubidium-Maser basiert auf Gas und verwendet eine verdampfte Form des silberweißen metallischen Elements. Es ist ein nützliches Laborwerkzeug beim optischen Pumpen, bei dem Elektronen in einem Atom in einen bekannten Quantenzustand angeregt werden, damit sie untersucht werden können. Mikrowellen-Maser werden in der kosmologischen Forschung verwendet, um die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung im Weltraum zu untersuchen, die als Ergebnis der frühen Expansion des Universums entstanden ist. Dies ist als Forschungsgebiet der Mikrowellen-Radiometrie bekannt.