수소 메이저

수소 메이저()는 수소 주파수 표준으로도 알려져 있으며, 수소 원자의 고유한 특성을 사용하여 정밀 주파수 기준으로 사용되는 특정 유형의 메이저이다.

 개요 
수소 원자의 양성자와 전자는 모두 스핀을 가지고 있다. 두 스핀이 정렬되면 원자는 더 높은 에너지를 가지며, 반대 방향이면 더 낮은 에너지를 가진다. 전자의 스핀을 뒤집는 데 필요한 에너지 양은  주파수의 광자 에너지와 동일하며, 이는 수소 스펙트럼의 21 cm 선에 해당한다.

능동형과 수동형 두 가지 유형으로 구분된다. 두 유형 모두 분자 수소, 의 작은 저장 용기에서 제어된 양의 기체가 방전관으로 새어 나온다. 분자들은 방전관에서 전기 아크에 의해 개별 수소 원자로 해리된다. 이 원자 수소는 시준기와 자기 상태 선택기를 통과하여 저장 용기로 들어간다. 저장 용기는 높이 약 , 직경 약 이며, 내부는 PTFE로 코팅된 석영으로 만들어진다. 용기 표면과의 흡착, 화학적 상호작용 및 원자 상태의 교란이 크게 줄어든다. 용기와의 일관된 상호작용은 진동의 품질을 높인다. 내구성 있는 PTFE 및 용기 코팅 기술은 20년 이상의 수명을 가능하게 한다.

저장 용기는 정밀하게 가공된 구리 또는 은도금 세라믹 실린더로 만들어진 마이크로파 공진기 내부에 있다. 이 공진기는 원자의  공진 주파수에 맞춰져 있다. 솔레노이드에 의해 공동 축과 평행하게 약한 정적 자기장이 인가되어 자기 제이만 하위 레벨의 축퇴를 해제한다. 변화하는 외부 자기장이 전이선 주파수에 미치는 영향을 줄이고 전자기 간섭에 대처하기 위해 공동은 여러 겹의 차폐층으로 둘러싸여 있다.

능동형 수소 메이저에서는 공동 자체가 진동한다. 이를 위해서는 더 높은 수소 원자 밀도와 더 높은 공동 Q 인자가 필요하다. 은도금 세라믹으로 만들어진 고급 마이크로파 공동을 사용하면 이득 계수가 훨씬 높아져 더 적은 수소 원자 밀도가 필요하다. 능동형 메이저는 더 복잡하고 비싸지만 단기 및 장기 주파수 안정성이 더 좋다.

수동형 수소 메이저에서는 공동이 외부  주파수로부터 공급된다. 외부 주파수는 공동에서 최대 출력을 생성하도록 조정된다. 이를 통해 더 낮은 수소 원자 밀도와 더 낮은 공동 Q 인자를 사용할 수 있어 비용이 절감된다.

 같이 보기 
 수소 기술의 연혁

 각주 

 참고 문헌 



 외부 링크 
 Hydrogen Maser Frequency Standard - Honeywell

분류:수소 기술
분류:레이저 응용