Астрофизический мазер — это естественный источник вынужденного излучения спектральных линий , обычно в микроволновой части электромагнитного спектра . Это излучение может возникнуть в молекулярных облаках , кометах , планетных атмосферах , звездных атмосферах или в различных других условиях межзвездного пространства .
Подобно лазеру , излучение мазера является стимулированным ( или затравленным ) и монохроматическим, имеющим частоту , соответствующую разнице энергий между двумя квантово-механическими уровнями энергии частиц в усиливающей среде, которые были накачаны в нетепловую популяцию . распределение . Однако встречающиеся в природе мазеры не имеют резонансной полости , созданной для земных лабораторных мазеров. Излучение астрофизического мазера происходит за один проход через усиливающую среду и поэтому обычно не имеет пространственной когерентности и чистоты мод , ожидаемых от лабораторного мазера.
Из-за различий между искусственными и природными мазерами часто утверждается [1] , что астрофизические мазеры не являются «настоящими» мазерами, поскольку в них отсутствуют полости колебаний. Однако различие между лазерами на основе генератора и однопроходными лазерами намеренно игнорировалось лазерным сообществом в первые годы существования этой технологии. [2]
Это фундаментальное языковое несоответствие привело к использованию других парадоксальных определений в этой области. Например, если усиливающая среда (неориентированного) лазера представляет собой затравленное, но неколеблющееся излучение, говорят, что он излучает усиленное спонтанное излучение или ASE . Этот ASE рассматривается как нежелательный или паразитный (некоторые исследователи добавляют к этому определению наличие недостаточной обратной связи или неудовлетворенного порога генерации ): то есть пользователи желают, чтобы система вела себя как лазер. Излучение астрофизических мазеров на самом деле представляет собой ASE, но иногда его называют сверхизлучением , чтобы отличить его от лабораторного явления. Это только усугубляет путаницу, поскольку оба источника являются сверхизлучающими. В некоторых лабораторных лазерах, таких как однократный проход через ступень Ti:Sapph с регенеративным усилением , физика напрямую аналогична усиленному лучу в астрофизическом мазере. [ нужна цитата ]
Кроме того, практические пределы использования m для обозначения микроволнового излучения в мазере применяются по-разному. Например, когда изначально разрабатывались лазеры в видимой части спектра, их называли оптическими мазерами. [3] Чарльз Таунс утверждал, что m означает «молекула» , поскольку энергетические состояния молекул обычно обеспечивают масинговый переход. [4] В этом духе некоторые [ кто? ] используют термин « лазер» для описания любой системы, использующей электронный переход, и термин « мазер » для описания системы, использующей вращательный или колебательный переход, независимо от выходной частоты. Некоторые астрофизики используют термин иразер для описания мазера, излучающего на длине волны в несколько микрометров , [5] хотя сообщество оптиков называет подобные источники лазерами . Термин «тазер» использовался для описания лабораторных мазеров в терагерцовом режиме [6] , хотя астрономы могли бы называть эти субмиллиметровые мазеры , а лабораторные физики обычно называют их газовыми лазерами или, в частности, спиртовыми лазерами в отношении типа усиления. Сообщество электротехников обычно ограничивает использование слова « микроволновая печь » частотами примерно от 1 до 300 ГГц ; то есть длины волн от 30 см до 1 мм соответственно. [ нужна цитата ]