Presentación sobre los máseres (amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación).

1. MASER
Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Digna María González Otero
Iván Iglesias de Lama
Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao
Curso 2009/2010

2. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Aplicaciones
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
Índice
1 Introducción
2 Principio de funcionamiento
3 Tipos de máser
4 Aplicaciones
5 Aplicación práctica
6 Conclusiones
Digna González, Ivan Iglesias MASER 2/ 22

3. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Definición
Aplicaciones
Historia
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
Introducción
Definición de máser
Dispositivo que produce ondas electromagnéticas coherentes
mediante la amplificación por la emisión estimulada de
radiación.
Acrónimo de Microwave Amplification by Stimulated Emission
of Radiation.
Actualmente cubre un rango mayor de frecuencias.
Terminología: máser óptico, láser.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 3/ 22

4. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Definición
Aplicaciones
Historia
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
Historia
1916: Einstein enuncia el principio de la emisión estimulada de
radiación.
1953: Basov y Prokhrov en la URSS y Townes en EEUU
describieron el máser de forma independiente.
1954: Townes construyó el primer máser.
1964: Townes, Basov y Prokhrov recibieron el Nobel de física.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 4/ 22

5. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Características de la materia
Aplicaciones
Fenómenos físicos
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
Principio de funcionamiento
Características de la materia
Átomos y moléculas: Diferentes niveles de energía.
Se puede subir a un nivel superior absorbiendo energía y bajar
emitiendo energía.
La longitud de onda de la radiación emitida al bajar de nivel
viene determinada por la diferencia de energía entre niveles.
En equilibrio, más partículas en el nivel inferior que en el
superior.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 5/ 22

6. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Características de la materia
Aplicaciones
Fenómenos físicos
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
Principio de funcionamiento
Fenómenos físicos
Absorción: Un átomo sólo absorbe un fotón si tiene la
longitud de onda adecuada.
Emisión espontánea: Los átomos tienen tendencia a
permanecer en niveles bajos de energía. Si están en niveles
altos, bajarán por sí mismos emitiendo un fotón en el proceso.
Existen niveles metaestables en que los átomos tardan más en
bajar.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 6/ 22

7. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Características de la materia
Aplicaciones
Fenómenos físicos
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
Principio de funcionamiento
Fenómenos físicos
Emisión estimulada: Si se hace impactar un fotón contra una
molécula en su nivel alto de energía, ésta bajará emitiendo dos
fotones de la misma longitud de onda en el proceso.
Si hay muchas moléculas excitadas se produce una reacción en
cadena.
La emisión estimulada es la base del máser.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 7/ 22

8. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Características de la materia
Aplicaciones
Fenómenos físicos
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
Principio de funcionamiento
Funcionamiento del máser
Digna González, Ivan Iglesias MASER 8/ 22

9. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser Máser de rayo atómico
Aplicaciones Máseres de gas y estado sólido
Aplicación práctica Máseres astronómicos
Conclusiones
Licencia
Tipos de máser
Tipos de máser
Máser de rayo atómico
Máser de amoníaco. El primero creado. Frecuencia: 23,87 GHz.
Máser de hidrógeno. Estándar de frecuencia. Reloj atómico.
Frecuencia: 1420 MHz.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 9/ 22

10. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser Máser de rayo atómico
Aplicaciones Máseres de gas y estado sólido
Aplicación práctica Máseres astronómicos
Conclusiones
Licencia
Tipos de máser
Tipos de máser
Máser de gas
Máser de rubidio. Reloj atómico. Frecuencia: 6,834 GHz.
Máser de estado sólido
Máser de rubí. Baja temperatura de ruido. Uso en
radiotelescopios y antenas de microondas.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 10/ 22

11. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser Máser de rayo atómico
Aplicaciones Máseres de gas y estado sólido
Aplicación práctica Máseres astronómicos
Conclusiones
Licencia
Tipos de máser
Tipos de máser
Máseres astronómicos (naturales)
Digna González, Ivan Iglesias MASER 11/ 22

12. Introducción
Principio de funcionamiento
Osciladores
Tipos de máser
Relojes atómicos
Aplicaciones
Amplificadores
Aplicación práctica
Otras aplicaciones
Conclusiones
Licencia
Aplicaciones
Aplicaciones
Osciladores.
Relojes atómicos.
Amplificadores.
Otras aplicaciones
Digna González, Ivan Iglesias MASER 12/ 22

13. Introducción
Principio de funcionamiento
Osciladores
Tipos de máser
Relojes atómicos
Aplicaciones
Amplificadores
Aplicación práctica
Otras aplicaciones
Conclusiones
Licencia
Aplicaciones
Osciladores
Su uso más habitual.
A frecuencias muy altas es el único medio de obtener
radiación monocromática de gran pureza.
Frecuencia: frecuencia de resonancia de los átomos.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 13/ 22

14. Introducción
Principio de funcionamiento
Osciladores
Tipos de máser
Relojes atómicos
Aplicaciones
Amplificadores
Aplicación práctica
Otras aplicaciones
Conclusiones
Licencia
Aplicaciones
Relojes atómicos
Ancho de banda muy estrecho.
Los máseres son buenas referencias de frecuencia de alta
precisión: buenos relojes atómicos.
Máseres de amoníaco y de hidrógeno: referencias de
frecuencia.
Aplicaciones para comunicaciones vía satélite y GPS, entre
otras.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 14/ 22

15. Introducción
Principio de funcionamiento
Osciladores
Tipos de máser
Relojes atómicos
Aplicaciones
Amplificadores
Aplicación práctica
Otras aplicaciones
Conclusiones
Licencia
Aplicaciones
Amplificadores
Amplificadores de bajo nivel de ruido. Gran sensibilidad.
Alto coste, dificultades tecnológicas (baja temperatura
requerida, etc.)
Aplicaciones específicas: radioastronomía, comunicaciones vía
satélite, radiometría de microondas...
Digna González, Ivan Iglesias MASER 15/ 22

16. Introducción
Principio de funcionamiento
Osciladores
Tipos de máser
Relojes atómicos
Aplicaciones
Amplificadores
Aplicación práctica
Otras aplicaciones
Conclusiones
Licencia
Aplicaciones
Otras aplicaciones
Ciencia: investigación de las propiedades de la materia.
Otras aplicaciones en estudio.
Ejército de estados unidos: pruebas de máser como armas
disuasorias.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 16/ 22

17. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Aplicaciones
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
MASER MHM 2010
Maser MHM 2010
Único máser activo de hidrógeno con cavidad independiente.
Buena estabilidad durante largo periodo de tiempo.
Funciona a tres frecuencias diferentes.
Frecuencia (MHz) Amplitud (dBm)
5 13
10 13
100 13
Digna González, Ivan Iglesias MASER 17/ 22

18. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Aplicaciones
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
Estabilidad temporal (varianza de Allan)
Digna González, Ivan Iglesias MASER 18/ 22

19. Esquema de funcionamiento

20. Introducción
Principio de funcionamiento
Tipos de máser
Aplicaciones
Aplicación práctica
Conclusiones
Licencia
Conclusiones
Conclusiones
Dispositivo que produce ondas electromagnéticas coherentes
mediante amplificación de emisión estimulada de radiación.
Radiación monocromática, y con bajo nivel de ruido.
Aplicaciones como estándar de frecuencia (relojes atómicos) y
amplificadores de bajo nivel de ruido.
También existen máseres astronómicos en la naturaleza.
Digna González, Ivan Iglesias MASER 20/ 22

21. Licencia CC by-sa

22. MASER
Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Digna María González Otero
Iván Iglesias de Lama
Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao
Curso 2009/2010