атома. Наиболее важным и примечательным является то, что волна после ее испускания находится точно в той же фазе, что и первоначальная волна, обусловившая испускание вторичной. Это явление — наиболее

существенный момент самого принципа мазера.

Основной задачей при проектировании мазера является создание активной среды, в которой большинство атомов может быть приведено в возбужденное состояние, так что электромагнитная волна соответствующей частоты, проходящая через нее, обусловит целую лавину фотонов. Для того чтобы вынужденное излучение доминировало над поглощением, должен быть обеспечен избыток возбужденных атомов. Атомы приводятся возбужденное состояние путем впуска в систему электромагнитной энергии с длиной волны, отличающейся от наведенной волны; процесс активации называется подкачкой. Коль скоро активная среда приготовлена, она может быть заключена в зеркальный ящик или полый резонатор. Тогда волна, начавшаяся у одной из стенок ящика, будет расти по амплитуде, пока не достигнет другой стенки, где она отразится обратно, в массу возбужденных атомов. На стенках неизбежны потери вследствие неидеального отражения. Если усиление вследствие вынужденного излучения достаточно велико для перекрывания этих отражательных потерь, в ящике установится стоячая волна. В сантиметровом диапазоне нетрудно построить ящик, имеющий размеры длины волны и спроектированный таким образом, что установится волна лишь одного определенного вида. Каждый вид колебаний соответствует выходной частоте; добавочные типы колебаний обусловливают дополнительные частоты, или шум, и конкурируют с желаемым типом колебаний, отнимая энергию от источника, возбуждающего атомы.

Атомы хрома (черные кружки) в кристалле рубинового мазера закачиваются на более высокие энергетические уровни и затем вынуждаются к эмиссии фотонов, образующих мазерный луч Атомы в основном состоянии (а) поглощают фотоны (волнистые стрелки), которые накачивают их на одну из двух энергетических полос (б) Атомы отдают часть своей энергии кристаллической решетке и переходят на метастабильный энергетический уровень (в) Под действием фотонов от других атомов хрома они излучают фотоны характерной длины волны и переходят в основное состояние (г).

Магнитная система и резонатор мазера на свободных электронах.

Предложение об использовании доплеровского преобразования частоты излучения электронов-осцилляторов, перемещающихся с релятивистской поступательной скоростью породило несколько классов когерентных и квазикогерентных источников электромагнитных волн в диапазоне см. Соответствующие источники когерентного излучения – лазеры и мазеры на свободных электронах (ЛСЭ и МСЭ)- обеспечивают излучене с импульсной мощностью порядка 10000 Вт на волне 3,4 мкм и Вт на волнах от 1см до 0,4 мм. Однако ЛСЭ и МСЭ, использующие в качестве инжекторов сильноточные электронные ускорители из-за отсутствия или несовершенства систем обратной связи обладали до сих пор низкой эффективностью и низкой степенью когерентности сигнала.