Kvant generatorlarga va santimetr diapazonli elektromagnit to’lqinlar kuchaytirgichlariga mazerlar deyiladi.

«Mazer» termini inglizcha so’zlarning bosh harflaridan tuzilgan bo’lib, quyidagi ma’noni bildiradi: «majburiy nurlanish natijasida mikroto’lqinlar, ya’ni santimetr diapazonli elektromagnit to’lqinlarning kuchaytirilishi».

Mazerlarda so’nmaydigan elektromag­nit tebranishlar atom va molekulalarning majburiy nurlanishi hisobiga tiklab turiladi. Bu tebranishlarning chastotalari atom va molekulalarning re­zonans chastotalari bilan belgilanganidan, generatsiyalanuvchi tebranishlar barqarorligi g’oyat yuqori, tashqi omillarning barqarorlikka ta’siri esa sezilarsiz bo’ladi. Mazerlar generatsiya chastotasining yuqori barqarorligi unga fiziklar va injenerlarning e’tiborini tortdi.

Mazerlar 1955 yilda bir vaqtda va mustaqil ravishda sobiq ittifoqda N. G. Basov va A. M. Proxorov, AQShda Ch. Tauns tomonidan yaratildi.

Kvant kuchaytirish va elektromagnit to’lqinlar generatsiyasi sodir bo’ladigan aktiv muhitning turi bo’yicha mazerlar ikki tipga bo’linadi. Molekulyar dastalardan foydalaniladigan mazerlarga molekulyar generatorlar, aktiv muhit sifatida paramagnetik kristallar ishlatiladigan ikkinchi xil mazerlarga paramagnetik generatorlar va kuchaytirgichlar deyiladi.

Mazerlarda elektromagnit to’lqinlarni generatsiyalash uchun moddaning uyg’otilgan atomlari va molekulalari tashqi elektromagnit nurlanish kvanti bilan o’zaro ta’sirlashganda vujudga keluvchi majburiy elektromagnit nurlanish kvantlaridan foydalaniladi (Lazer).

Odatdagi sharoitlarda atomlar va molekulalar bir-biri bilan hamda atrof muhit bilan termodinamik muvozanatda bo’ladi. Bu hol uyg’otilgan holat energiyasi qancha yuqori bo’lsa, uyg’otilgan holatdagi atomlar va molekulalar soni shuncha kam bo’lishini bildiradi.

Majburiy nurlanishning noyob xossalaridan foydalanish imkoni vujudga kelishi uchun uyg’otilgan atomlar yoki molekulalar soni uyg’otilmaganlaridan ortiq bo’ladigan termodinamik nomuvozanat muhitni sun’iy ravishda vujudga keltirish lozim.

Molekulyar dastalarda ishlaydigan mazerlarda yoki odatda ataganlaridek, molekulyar generatorlarda bunday muhitni termodinamik muvozanatdagi molekulalar dastasidan faqat uyg’otilgan holatdagi molekulalarni ajratib olish yo’li bilan yaratiladi.

Buni amalda qanday qilinishini ammiak molekulalarida ishlaydigan mazer misolida ko’raylik.

Uzluksiz surish vositasida ≈1mm sim. ust. vakuum tutib turiladigan vakuum kameraga uzluksiz ravishda gazsimon NH₃ ammiak kiritib turiladi. Natijada kamerada intensivligi sekundiga 10¹⁸ molekula bo’lgan yo’nalgan molekulyar oqim shakllanadi. Ammiakning uyg’otilgan molekulalarini sun’iy tanlash uchun termodinamik muvozanatdagi molekulyar dastani uzunligi 10sm bo’lgan, 20-30 kV kuchlanish berilgan, kvadrupol kondensator ko’rinishida yasalgan saralovchi sistemadan o’tkaziladi. Ammiakning uyg’otilgan va uyg’otilmagan molekulalari kvadrupol kondensatordan o’tayotib, bir jinslimas elektr maydonda ortadi, uyg’otilmaganlariniki esa kamayadi. SHuning uchun bir jinslimas elektr maydondan o’tayotganda uyg’otilgan molekulalar maydonning o’z energiyalari minimal bo’ladigan sohaga o’tishga intiladi: uyg’otilgan molekulalar maydon nolga geng bo’lgan kondensator o’qida fokuslanadi, uyg’otilmaganlari esa maksimal elektr maydonli sohaga, ya’ni elektrodlarga fokuslanadi. Agar kondensator elektrodlari suyuq azot bilan sovitilsa, u holda uyg’otilmagan molekulalar ularda «muzlab» qola boshlaydi. Uyg’otilganlari esa kondensatordan erkin uchib o’tib, kondensator o’qi bo’yicha yo’nalgan tor dasta ko’rinishida fokuslanadi. Saralovchi sistemadan so’ng intensivligi sekundiga 10¹³ molekula bo’lgan dasta shakllanib, u faqat uyg’otilgan molekulalardan iborat bo’ladi. Bunday molekulyar dasta termodinamik nomuvozanatdagi aktiv muhitdan iborat bo’lib, amalda unda asosan, uyg’otilmagan holatdagi molekulalar yo’qligi sababli, kvantlar yutila olmaydi va shu bilan birga, ayni vaqtda molekulalarning uyg’otilgan holatdan asosiy holatga o’tishida elektromagnit nurlanish kvantlari spontan va majburiy chiqarilishi mumkin (Lazer).

Molekulyar generatorning uchinchi zarur elementi (dasta manbai va saralovchi sistemadan tashqari) - uyg’otilgan molekula asosiy holatga o’tayotganda chiqaradigan elektromagnit nurlanish chastotasiga sozlangan rezonans chastotali yuqori sifatli hajmi rezonatordir. Rezonatorning sifati qancha yuqori bo’lsa, rezonatorda rezonans chastotasida uyg’otilgan elektromagnit tebranishlar shuncha uzoq vaqt so’nmaydi. Rezonatorga uchib kiruvchi uyg’otilgan molekulalar oqimi biror kritik kattalikdan ortiq bo’lib qolganda majburiy chiqarish natijasida vujudga keluvchi elektromagnit nurlanish rezonatorda yig’ila boshlaydi va bu bilan majburiy chiqarishni yanada kuchaytira boradi. SHu protsess tufayli uyg’ongan molekulalar kamaya, uyg’onmaganlari esa ko’paya boradi, majburiy chiqarish intensivligi to’yinishga yeta boshlaydi. Bu to’yinish rezonator chiqarish joyida uyg’ongan va uyg’onmagan holatdagi molekulalar sonining tenglashuviga hamda rezonatorda elektromagnit nurlanish quvvatining to’yinishiga mos keladi.

Rezonatorda majburiy chiqarish intensivligi o’sa boshlaydigan kritik kattalik sekundiga 10¹³ molekuladan iborat oqimga mos keladi.

Ammiak molekulyar generatorning elektromagnit nurlanish chastotasi 23870MGs (to’lqin uzunligi λ≅1,27 sm) ga teng, generatsiya chizngi chastotasining chegaraviy nyasbiy barqarorligi ν/&nuΔ∼10¹³ kattalikka yetishi mumkin.

Amalda bu qiymatga erishib bo’lmaydi va odatda chastota barqarorligi ~10^-11 dan ortmaydi. Ammiak mazer generatsiyalaydigan elektromagnit tebranishlar chastotasining barqarorligi yuqoriligi undan aniq vaqt xizmatida chastota standarti sifatida foydalanish imkonini beradi. Ammiak lazer chastotasi bo’yicha barqarorlangan soatlarning xatoligi bir necha ming yillar uchun 1sni tashkil etadi.

Vodorod atomlarida ishlaydigan mazer katta nurlanish monoxromatikligiga egadir. Uning tuzilishi ko’p jihatdan ammiak molekulalarida ishlaydigan mazerga o’xshaydi.

Vodorod mazerning to’lqin uzunligi 21sm ga teng kattalikni tashkil etadi, chastotaning aniq qiymati esa v*= 1 420 405 751.7860±0.0046 Gts. Bu kattalikning nisbiy xatoligi juda kichik:≃3•10^-12, shu sababdan vodorod mazerdan chastota standarti sifatida ham foydalaniladi.

Vodorod mazerning asosiy kamchiligi kichik nurlanish quvvati bo’lib, u ammiak mazer quvvatidan minglarcha marta kichikdir.

Qattiq jismli mazerlardan ko’pincha stantimetr diapazonli to’lqin uzunligidagi to’lqin elektromagnit nurlanish kuchaytirgichlari sifatida foydalaniladi. Bu mazerlardagi aktiv muhit ikkita rezonans chastotaga - nakachka nurlanish chastotasiga va kuchaytirish chastotasiga ega bo’lgan rezonatorda joylashtirilgan kristalldan (rubin kristalli mazerlar eng ko’p tarqalgan) iborat bo’ladi. Kristallda sathlarniki invers band qilinishiga kristallning to’lqin uzunligi to’lqin kuchaytirish to’lqin uzunligidan kichik bo’lgan nakachka elektromagnit nurlanishini yutishi natijasida erishiladi. Paramagnitik kvant kuchaytirgichlar deb ham ataladigan qattiq jismli mazerlarning eng asosiy xususiyati shundaki, ularda kristallni rezonator bilan birgalikda doimiy magnit maydoniga joylashtirish orqali sun’iy yaratiladigan sathlarda invers band qilishga erishiladi. Sathlar orasidagi masofa to’la ravishda tashqi magnit maydon kattaligi bilan belgilanadi. Odatda, paramagnitik kuchaytirgichlar 1 dan 100 smgacha to’lqin uzunliklar diapazonida ishlatiladi.

Paramagnitik kvant kuchaytirgichlarning eng muhim xossasi shovqin darajasi g’oyat past, ya’ni boshqa printsiplarda ishlaydigan eng yaxshi kuchaytirgichlardagi shovqinlarga nisbatan 100 marta kichik bo’lishidir. Paramagintik kuchaytirgichlar radioastronomiya va radiolokatsiyada zaif radiosignallari kuchaytirishda keng qo’llaniladi.

Mazerlar fan va texnika tarakqiyotida muhim rol o’ynaydi. Ular yordamida amaliyotda birinchi marta majburiy nurlanishning noyob xossalaridan elektromagnit tebranishlarii generatsiyalaщda foydalanish mumkin bo’ldi. Ular asosida kvant, chastota standartlar yaratildi.

Mazerlar kvant elektronika davrini ochdi. Mazerlar printsipi asosida tez orada dastlabki yorug’lik kvant generatorlari - lazerlar yaratildi.