Mazer

Mazer ya da maser, atomların, dışarıdan uyarılması neticesinde dışarıya salınan radyasyon yardımı ile elde edilen, genliği yükseltilmiş elektromanyetik dalga. Mazer, önceleri ilk mazerin mikrodalga frekansında çalışması sebebiyle İngilizce (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) cümlesindeki kelimelerin baş harflerinin alınmasından türetilmiştir. Bugünse işitme frekansından itibaren (20 ila 20.000 saykıl/saniye), görünen ve morötesi frekanslı elektromanyetik bölgelerde dahi aynı prensip tatbik edildiğinden mazer, Molecular amplification by Stimulated Emission of Radiation olarak tarif edilmektedir. Mazer, uyarılmış radyasyon (ışın, şua) yayılımıyla mikrodalga veya moleküler dalga kuvvetlendirilmesi demektir. Cihaz, hassas olarak tayin edilmiş frekansta mikrodalga osilasyonları (titreşimleri) ve düşük gürültü seviyeli amplifikasyon (kuvvetlendirme) elde etmeyi sağlar. Bu maksatla atomların ve moleküllerin iç enerjisinden faydalanan bir amplifikatör ve osilatör grubu kullanılır. Aletin çalışmasının temel prensibi olan uyarılmış emisyon (stimulated emission), uyarılmış (aşırı enerji yüklü) haldeki bir atoma, dışarıdan eşit enerjili bir fotonun çarpması sonucu atomun aynı özellikli bir foton yayması şeklinde meydana gelir. Böylece atoma çarpan foton veya dalgalar çarptıkları uyarılmış atomlar tarafından yayılan fotonlarla kuvvetlenir. Bir mazer, gaz veya katı halde aktif bir ortamdan ibarettir. Sistem çeşitli frekanslar halinde elektromanyetik bir radyasyona maruz bırakılır. İçerideki atomların çoğu bu tesirle yüksek enerjili (uyarılmış) hale gelir. Böylece uyarılmış bir frekans meydana gelir. Aktif ortam, rezonans sağlayan bir boşlukla çevrili olduğundan, tek bir çıkış frekansına eşdeğer osilasyon modlu paralel dalgalar meydana gelir. Çok fazla çeşitli, koherent ve tek renk ışık elde etmek amacıyla oluşturulan optik düzenekler mazerdir. Bunların optik frekanslarda çalışanlarına optik mazer veya lazer adı verilir. Birkaç milimetreden daha uzun dalga boyları için rezonatör olarak metal bir kutu kullanılır. Bu kutunun boyutu titreşim modlarından yalnızca biri atomların yaymış oldukları ışınımların frekanslarıyla çalışacak biçimde belirlenir, kutuda yalnızca bir ses frekansında rezonansa uğramış gibi belirli bir mikro dalga frekansında rezonansa gelir.
Mazer dalgaları oldukça kararlı ve monokromatik (aynı frekans ve fazda) olduğu için astronomi ve uzay haberleşmesinde, gürültü seviyesi olmayan yükselticiler olarak kullanılırlar. Mazerde dalga rezonans sistemi, atom enerji seviyelerinden istifade edilerek çalıştığı için, dalga boyları çok küçük olmasına rağmen imal edilmesi mümkündür. Halbuki aynı frekansta mevcut hiçbir manyetik dalga rezonatörü yapılamaz. Çünkü rezonatör yapımı dalga boyu büyüklüğü ile sınırlıdır. Mazer dalga boyu 1 mm'den çok küçüktür. Klasik metotlarla elde edilen en yüksek frekansa (daha doğrusu en küçük dalga boyuna) sahip rezonatör radar cihazlarında kullanılmaktadır.
Tarihçe
İlk mazer rezonatörü (osilatör de denir) Charles H. Townes, James Gordon ve Herbert Zeiger tarafından 1954 senesinde yapıldı. Bu mazerde amonyak gazının özel frekansından istifade edildi. İlk mazerde metal çubuklardan yapılmış silindirik bir kafes içerisinde eksen boyunca yol alan bir molekülden yararlanılmaktaydı. Amonyak moleküllerinin bu demetteki uyarılan durumda olanları, sırası ile bir artı bir eksi yüklü olacak şekilde dizilmiş çubukların oluşturduğu elektrik alan etkisiyle, uyarılmamış durumdakilerden ayrılır ve rezonatördeki küçük bir deliğe doğru kayar. İlk mazerin çıkış gücü çok düşüktü (1 mikrowattan küçük) fakat amonyak amonyak moleküllerinin belirlemiş olduğu ışınım dalga boyu sabitti bu dalga boyuyla denetlenen bir saat ancak birkaç yüzyılda 1 saniyelik hata yapacak doğrulukta çalışmaktaydı. Azot atomu amonyak molekülünde (NH3) hidrojen atomları arasında 24.000 MHz ile titreşir. Bu frekansla titreşen amonyak molekülleri, havasız elektrostatik bir ortamdan geçirilirken aynı frekansta titreşen amonyak molekülleri bir hüzme şeklinde rezonatöre gelir. Rezonatör de enerji seviyelerindeki değişmelerle foton üretimine sebep olur. Bu fotonlar aynı fazda, aynı frekansta mikrodalgalar halinde titreşirler. Mikrodalga, rezonatörden dalga kılavuzu ile alınarak yayınlanır. Katı mazerler çok geniş olan frekans bandındaki radyo dalgalarının yükseltilmesinde kullanılır.
Kullanıldığı yerler
Mazerin kullanıldığı en önemli saha haberleşmedir. Haberleşmede karşılaşılan en büyük sıkıntı haberleşme kanallarının sınırlandırılmış olmasıdır. Böyle bir haberleşme trafiğinde yayınların birbirine müdahale etmemesi için, mikrodalga (yüksek frekans) kullanılması gerekir. Mazer bu tür haberleşme için çok uygundur. Mikrodalga ile yayında, yayın yapan istasyonla alıcının birbirini görmesi lazımdır. Bu bakımdan ara istasyonlara ihtiyaç vardır. Dünya etrafında yörüngede bulunan uydular, ara istasyon vazifesi yaparlar. 1962 senesinde yörüngeye oturtulan Telstar uydusu bu vazifeyi icra etmektedir. Telstar 3700-4200 ve 5925-6425 MHz bandlarında mazer yayını alır ve yükselterek yayınlar. Radyoastronomide Venüsün yayınladığı çok zayıf radyo dalgalarının ölçülmesinde ve bununla da gezegenin sıcaklığına ilişkin bilgi sahibi olunmada mazer kullanılır.
Mazerin kullanıldığı bir saha da, uzaya fırlatılan araçların göndereceği bilgiler içindir. Uzay aracı çok küçük ve mesafe çok uzak olduğu için mikrodalga vericisinin hem küçük hem de yaptığı yayının gürültüsüz olarak alınması gereklidir. Mazer bu maksada mükemmel cevap verir. 1964 senesinde 383.180 km mesafedeki ay yüzeyinden Ranger VII ay modülünün gönderdiği TV yayınları ile 1965 senesinde 215.740.000 km mesafedeki Mars yüzeyinden Mariner IV'ün gönderdiği çok net resim yayınları, mazer ile sağlanmıştır. Bu kadar uzak mesafeden optik ve radyo dalgaları ile TV ve resim yayını mümkün değildir.
Mazer yayını ile uzaydaki gazların cinslerini tespit etmek mümkündür. Bu maksatla hidrojen atomu ile 1421 MHz'de çalışan hidrojen mazeri yapılmıştır. Alçak basınçlı rubidyum buharı içeren mazer de frekans standardı kullanılır. Bu mazerde boşluk ile çevrelenmiş saydam göze içerisinde tutulmakta olan rubidyum buharına bir rubidyum lambasından elde edilmiş olan ve uygun filtrelerden geçirilen ışık düşürülür. Düşürülen ışığın etkisi ile uyarılmış atomlar frekanslı dalga yayarlar.