微波的发射和接收

查尔斯·哈德·汤斯课题研究雷达技术涉及到微波的发射和接收,而微波是指频谱介于红外和无线电波之间的电磁波

在哥伦比亚大学,汤斯以最全面的方式孜孜不倦地致力于这个课题

汤斯渴望有一种产生高强度微波的器件

通常的器件只能产生波长较长的无线电波,若打算用这种器件来产生微波,器件结构的尺寸就必须极小,以致于无实际实现的可能性

1951年的一个早晨,汤斯坐在华盛顿市一个公园的长凳上等待饭店开门,以便去进早餐

这时他突然想到,如果用分子,而不用电子线路,不是就可以得到波长足够小的无线电波吗?分子具有各种不同的振动形式,有些分子的振动正好和微波波 段范围的辐射相同

问题是如何将这些振动转变为辐射

就氨分子来说,在适当的条件下,它每秒振动24,000,000,000次,因此有可能发射波长为1.25厘米的微波

他设想通过热或电的方法,把能量泵入氨分子中,使它们处于“激发“状态

然后,再设想办法使这些受激的分子处于具有和氨分子的固有频率相同的微波束中——这个微波束的能量可以是很微弱的

一个单独的氨分子就会受到这一微波束的作用,以同样波长的数波形式放出它的能量,这一能量对继而作用于另一个氨分子,使它也放出能量

这个很微弱的入射微波束相当于立脚点对一场雪崩的促发作用,最后就会产生一个很强的微波束

最初用来激发分子的能量就全部转变为一种特殊的辐射

汤斯在公园的长凳上思考了所有这一切,并把一些要点记录在一只用过的信封的反面

(科学史上又一件带浪漫色彩的事实!)1953年12月,汤斯和他的学生终于制成了按上述原理工作的一个装置,产生了所需要的微波束

这个过程被称为“受激辐射微波放大”

按其英文的首字母缩写为M.A.S.E.R,并由之造出了单“maser”(脉泽)(这样的单词称为首字母缩写词,在技术语中越来越普遍使用)

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