मेसर : आणवीय वा रेणवीय अनुस्पंदनी परिणामावर [→ अनुस्पंदन] आधारित, ⇨ सूक्ष्मतरंग कंप्रता पट्‌ट्यामध्ये (१०–१०११ हर्ट्‌झ, तरंगलांबी ०·१ ते ३० सेंमी.) कार्य करणाऱ्या मूलभूत स्वरूपाच्या विद्युत् चुंबकीय विवर्धक किंवा आंदोलक योजनेस मेसर असे म्हणतात [→ पुंज–इलेक्ट्रॉनिकी]. मेसर (maser) हे नाव या प्रयुक्तीच्या कार्याचे वर्णन करणाऱ्या microwave amplification by stimulated emission of radiation या शब्दपंक्तीमधील आद्याक्षरे घेऊन बनविण्यात आले आहे. यापेक्षा कमी कंप्रतेचा विवर्धक किंवा आंदोलक तयार करण्याकरिता इलेक्ट्रॉन नलिका किंवा ट्रॅंझिस्टर यांचा ज्याप्रमाणे वापर केला जातो [→ आंदोलक, इलेक्ट्रॉनीय विवर्धक] त्याप्रमाणे उच्च कंप्रतेसाठी या कार्याकरिता आणवीय प्रणालीचा वापर केला जातो. विद्युत् चुंबकीय संकेताचे कलासंबद्धपणे (संदेशातील तरंगांच्या कलांमध्ये–समाईक संदर्भाच्या सापेक्ष असणाऱ्या स्थितींमध्ये–एकरूपता ठेवून) विवर्धन करणाऱ्या आणवीय किंवा अन्य तऱ्हेच्या प्रणालीला मेसर ही संज्ञा लावण्याचा सध्या प्रघात आहे. मेसर विवर्धकात गोंगाटाचे (व्यत्यय आणणाऱ्या व अनिष्ट विद्युत् प्रवाहांचे वा दाबांचे) प्रमाण अतिशय कमी असते. याची संवेदनक्षमता उच्च प्रतीची असते. पूर्वापार पद्धतीचे कलासंबद्ध विवर्धक ज्या उच्च कंप्रता-मर्यादेपर्यंत कार्य करू शकतात त्यापेक्षा सु. १,००० पटींनी जास्त मूल्याची कंप्रता-मर्यादा मेसर विवर्धक गाठू शकतात.

या प्रयुक्तीमधील भौतिकीय प्रक्रियेचे स्वरूप पुढीलप्रमाणे असते : अणूच्या E1, E2 या उर्जा पातळ्या उदाहरणादाखल लक्षात घेतल्या तर E2 – E1 = hν (h – प्लांक स्थिरांक, ν– प्रारणाची कंप्रता) या सूत्राने दिलेली विद्युत् चुंबकीय उर्जा त्यावर पडली, तर तो तिचे शोषण करून उद्दी पि त होऊन खालची पातळी E1 ही सोडून E2 या वरच्या पातळीवर जातो. उद्दीपित अणू आपल्याजवळच्या अतिरिक्त उर्जेचे प्रारणाच्या स्वरूपात स्वयंस्फूर्तपणे उत्सर्जन करून (कालखंड &lt१०-६ सेकंद) परत आपली निम्नतम उर्जेची पातळी गाठू शकतो. उत्स्फूर्त उत्सर्जनाद्वारे होणारे प्रारण प्रसारण यदृच्छ स्वरूपाचे असते. विवर्धन क्रियेला ते प्रतिकूल ठरते. उद्दीपित अणूबरोबर ν कंप्रतेच्याच बाहेरून येणाऱ्या प्रारणाची परस्परक्रिया झाली, तर हा बाह्य प्रारण फोटॉन अणूला फोटॉन उत्सर्जित करण्यास उत्तेजित करतो. या क्रियेमध्ये एका फोटॉनामुळे हुबेहुब तीच तरंगलांबी, तीच मार्गक्रमण दिशा व कला असणारा फोटॉन बाहेर फेकला जातो. नव्याने निर्माण झालेला प्रत्येक फोटॉन, उत्तेजित फोटॉन उत्सर्जनास परत मदत करू शकत असल्यामुळे एका आपाती फोटॉनामुळे क्रियाशील माध्यमामध्ये एका मागून एक असे अनेक फोटॉन निर्माण होऊन त्यांचा एक शेवटी लोटच निर्माण होतो.

उत्तेजित फोटॉन उत्सर्जनाची कल्पना आइन्स्टाइन यांनी १९१६ मध्ये प्रथम पुढे मांडली. या विक्रियेवर आधारित आंदोलक बनविण्याची कल्पना सी. एच्. टाउन्स यांनी १९५१ मध्ये अमेरि केत, तर यानंतर पण स्वतंत्रपणे रशियामध्ये एन्. जी. बासव्ह व ए. एम्. प्रॉचोरॉव्ह या दोन शास्त्रज्ञांनी पुढे मांडली. या तत्त्वावर कार्य करणारा आंदोलक टाउन्स, जे. पी. गॉर्डन व एच्. जे. झायगर यांनी १९५४ मध्ये प्रथम कार्यान्वित केला. 

यानंतर श्राव्य कंप्रता (२० ते २० हजार हर्ट्‌झ), दृश्य प्रकाशीय कंप्रतेपासून जंबुपार (दृश्य वर्णपटातील जांभळ्या रंगाच्या पलीकडील अदृश्य) कंप्रता व शेवटी क्ष-किरण कंप्रतेमपर्यंत मेसर तत्त्व वापरलेल्या अनेक प्रयुक्ती संशोधून प्रत्यक्षात आणल्या गेल्या आहेत.

द्विस्तरीय मेसर विक्रिया : मेसर विक्रिया संपन्न होण्याकरिता दोन गोष्टी आवश्यक असतात : (१) विक्रियाशील माध्यम : ज्यामध्ये उद्दीपित अणूंची संख्या सामान्य अणूंपेक्षा जास्त असते. (२) उद्दीपित अणू व फोटॉन यांमध्ये परस्परक्रिया होऊन परिणामी अणूद्वारे उत्तेजित उत्सर्जन होणे. 

प्रत्यक्षात माध्यमातील अणू व फोटॉन यांमध्ये विविध प्रकारच्या परस्परक्रिया होत असतात. मेसर प्रक्रियेचे विवेचन करताना आपणास या सर्व विक्रियांविषयीचा विचार पण साकल्याने करावा लागतो. या विक्रिया पुढील प्रकारच्या असतात : (३) निम्नतम : ऊर्जा अवस्थेतील अणू व फोटॉन यांमध्ये जर परस्परक्रिया झाली, तर त्यामुळे अणू फोटॉन उर्जेचे शोषण करून उद्दीपित होतो ही विक्रिया विवर्धनासाठी अनुकूल नसते. (४) उद्दीपित अणू स्वयंस्फूर्तपणे प्रारणाचे उत्सर्जन करुन जर निम्न अवस्थेला गेला, तर त्यामुळे विवर्धनास मदत होत नाही. अशा प्रकारच्या फोटॉन उत्सर्जनामुळे माध्यमामध्ये गोंगाटच निर्माण होताना आढळतो.

माध्यमातून गेल्यामुळे आपाती फोटॉनाचे जर विवर्धन व्हावयाचे असेल, तर विक्रिया (२) चे प्रमाण विक्रिया (३) व (४) या दोन्हीपेक्षा जास्त मूल्याचे असणे आवश्यक होते. हे प्रमाण वाढविण्याकरिता E2 या उद्दीपित अवस्थेतील अणूंची संख्या E1या अवस्थेतील अणूसंख्येपेक्षा कमी केली पाहिजे, हे स्पष्ट होते. या क्रियेस ‘समष्टि-व्यस्तता’ असे म्हणतात.

माध्यमाला योग्य कंप्रतेच्या उर्जेचा पुरवठा करून समष्टि-व्यस्तता संपन्न करता येते. या क्रियेला पंपिंग अथवा संक्रमणकारी क्रिया असे म्हणतात. ही क्रिया घडवून आणणाऱ्या साधनास पंप असे म्हणतात. कोणत्याही अणुकण समूहात परस्परक्रियेमुळे जर उष्मागतिकीय समतोल [→ उष्मागतिकी] प्रस्थापित झाला असेल आणि E1, E2 उर्जा पातळ्यांतील अनुक्रमे n1 व n2 या अणुसंख्या असतील तर त्यामधील संबंध मॅक्सवेल-बोल्टस्‌मान सूत्राप्रमाणे मिळतो. 

N2/N1 = E-(E2-E1)/KT

येथे k–बोल्टस्‌मान स्थिरांक, T– तापमान व c– स्वाभाविक लॉगरिथमाचा आधारांक [→ लॉगरिथम] आहेत. या सूत्रावरून असे दिसते की, जर तापमान T धन मूल्याचे असेल, तर E2 &gt E1 करिता n2 हे नेहमीच n1 पेक्षा कमी असते. मेसर विक्रियेकरिता n1 &lt n2 अशी परिस्थिती बाहेरून उर्जा पुरवून निर्माण केली जाते. या क्रियेला समष्टि व्यस्तता वा तापमान पर्यसन असे म्हणतात. कारण वरील सूत्राप्रमाणे अशी परिस्थिती ऋण मूल्य तापमानाकरिताच सिद्ध होऊ शकते.


मेसर विक्रिया संपन्न होण्याकरिता उद्दीपित अवस्थेत अणूचा आयुष्यकाल हा पुरेसा मोठा असावा लागतो. नाहीतर या अवस्थेतील अणू फोटॉनाबरोबर परस्परक्रिया करण्याआधीच स्वयंस्फूर्तपणे निम्नतम अवस्थेत जाण्याची शक्यता राहते. हा आयुष्यकाल अणूच्या विशिष्ट गुणधर्मावर अवलंबून रहात असल्यामुळे मेसर कार्याकरिता काही ठराविक द्रव्येच (व त्यांच्या काही विवक्षित उर्जा पातळ्याच) उपयुक्त का असतात या विषयीचा खुलासा मिळतो. फोटॉन व अणू यांमध्ये मेसर पुष्टिदायक परस्परक्रिया होण्यासाठी जो विभाग मेसरमध्ये असतो तो ⇨ विवर अनुस्पंदक या स्वरूपात असून त्याच्या दोन्ही बाजूंच्या भिंती परावर्तक असतात. त्यामुळे फोटॉन या विभागात पुढे-मागे सतत फेऱ्या घालतो व त्यामुळे अणूमध्ये इष्ट उत्तेजित उत्सर्जन होण्याची संभाव्यता वाढते.

वरील विवेचनावरून कोणत्याही मेसर प्रयुक्तीमध्ये पुढील तीन विभाग आवश्यक असतात. हे स्पष्ट होते : (१) योग्य मेसर द्रव्य व पंप योजना : ज्यामुळे माध्यमाला विद्युत् चुंबकीय उर्जा पुरविली जाऊन त्यामध्ये तापमान पर्यसन घडवून आणले जाते (२) क्रियाशील माध्यम विभाग : ज्यामध्ये समष्टि-व्यस्तता असते (३) परस्परक्रिया विभाग : ज्यामध्ये फोटॉन व अणू यांमध्ये परस्परक्रिया होऊन मेसर क्रिया स्पष्ट होते.

आ. १. अमोनिया मेलरचे कार्य : (अ) रचना (१) भट्‌टीत तापविल्यामुळे अमोनिया रेणू गतिमान होऊन रेणवीय शलाकेच्या स्वरुपात बाहेर पडतात (उच्च उर्जा पातळी E2 मधील रेणू निम्न उर्जा पातळी E1 मधील रेणू अनुक्रमे पोकळ व भरीव टिंबांनी दर्शविले आहेत), (२) नैकविध विद्युत् क्षेत्र योजनेद्वारे E2 अवस्थेतील रेणू संकेंद्रित होतात, (३) विवर अनुस्पंदक, (४) सूक्ष्मतरंग उर्जा प्रदान मार्ग (आ) नैकविध विद्युत् क्षेत्र योजना.

मेसर विवर्धकामध्ये समष्टि–व्यस्तता झाल्यामुळे विवर्धन होते हे जरी खरे असले, तरी विवर अनुस्पंदकामध्ये प्रारण प्रेषण किंवा प्रारणाचे त्यामधील द्रव्यकणांच्या द्वारे शोषण, यांसारख्या क्रियांमुळे त्याच वेळी विद्युत् चुंबकीय उर्जेचा क्षय पण होत असतो. याप्रकारे होणाऱ्या उर्जाक्षयाचे प्रमाणे जर बरेच मोठे असेल, तरी ही प्रयुक्ती निव्वळ विवर्धक म्हणूनच कार्य करू शकते. याउलट प्रयुक्तीमध्ये जेव्हा विद्युत् चुंबकीय उर्जा निर्मितीची त्वरा वरील सर्व प्रकारे होणाऱ्या उर्जेच्या क्षयत्वरेपेक्षा जास्त होते, तेव्हा विवर अनुस्पंदकात घडणाऱ्या पुनःप्रदाय क्रियेमुळे (प्रदान संकेताचा काही भाग आदान संकेताला देण्याच्या क्रियेमुळे) प्रदान संकेताचा परमप्रसर (स्थिर स्थितीपासून होणारे कमाल स्थानांतरण) सारखा वाढत जाऊन शेवटी मेसरचे आंदोलकात रूपांतरण होते. नवीन विद्युत् चुंबकीय उर्जा निर्मितीशेवटी पंप योजनेद्वारा मेसरला पुरविलेल्या ऊर्जात्वरेवर अवलंबून राहील हे उघड आहे. आधुनिक काळात मेसर-सम विक्रियेचा उपयोग करून क्ष-किरण लेसर [→ लेसर] निर्माण करण्यात यश आले आहे. यामध्ये पंप म्हणून अणुकेंद्रीय विस्फोटाचा उपयोग केला जातो. यामुळे द्रव्य अणूला एवढ्या मोठ्या प्रमाणात उर्जा पुरविली जाते की, त्यापासून क्ष-किरण लेसर कार्यान्वित केला जाऊन त्यापसून लेसर शलाका बाहेर पडतात. या तत्त्वाचा उपयोग युद्धोपयोगी लेसर अस्त्रामध्ये केला जातो.

द्विस्तरीय मेसर : ऐतिहासिक दृष्ट्या अमोनिया द्विस्तरीय मेसर हा प्रथम संशोधिला गेला. आ. १ मध्ये याची मूलभूत रचना दाखविली आहे.

या मेसरचे कार्य पुढीलप्रमाणे होते : भट्टीत तापविल्यामुळे अमोनियाचे बरेच रेणू उत्तेजित होतात.E1 व  E2 या उर्जा-अवस्थांतील  रेणू निर्वा तामध्ये रेणवीय शलाकेच्या स्वरूपात बाहेर येतात [→ रेणवीय शलाका]. या भागातील उच्च निर्वातामुळे उत्तेजित रेणूचे उष्मीय आघाताद्वारे निःक्षोभन होण्याची संभाव्यता अल्प असते. आ.१ (आ) मध्ये दाखविलेल्या योजनेप्रमाणे गजांवर अनुक्रमेविरुद्ध प्रकारची विद्युत् वर्चसे (दाब) लावली असल्यामुळे त्यायोगे आ.१ मधील विभाग (२) मध्ये एक नैकविध (एकसारखे नसलेले) विद्युत् क्षेत्र प्रस्थापित होते. यामधून रेणवीय शलाका गेली असता तीमधील उच्च उर्जा (E2) धारक रेणू अक्षाजवळ केंद्रित केले जातात, तर कमी उर्जा (E1) धारक रेणू अक्षापासून दूर लोटले जातात. अक्षाजवळच्या शलाकेमध्ये समष्टि-व्यस्तता निर्माण होते. हे रेणू जेव्हा ν (E2 – E1 = hν) या कंप्रतेला मेलित केलेल्या (जुळविलेल्या) विवर अनुस्पंदकात जातात तेव्हा त्यामध्ये हे रेणू उद्दीपित उत्सर्जन करतात व त्यामुळे आंदोलने निर्माण होतात. आंदोलने निर्माण होण्याकरिता खालील अटीची पूर्तता व्हावी लागते, असे दाखविले गेले आहे.

येथे n2 व n1 यांना पूर्वीचाच अर्थ आहे, h – प्लांक स्थिरांक, μ – रेणवीय द्विध्रुवी परिवल [→ रेणवीय भौतिकी], Q –विवर अनुस्पंदकाचा Q– गुणांक (अनुस्पंदनाची तीव्रता दर्शविणारा गुणांक → इलेक्ट्रॉनीय मापन), V– विवर अनुस्पंदकाचे घनफळ, Δν – अनुस्पंदनी कंप्रता रुंदी. प्रदान सूक्ष्मतरंग संकेत ⇨तरंग मार्गदर्शकाच्या साहाय्याने प्रयुक्तीच्या बाहेर मिळविला जातो. या मेसरमध्ये उच्च उर्जा अवस्थेत असणाऱ्या अमोनिया रेणूंची संख्या कमी असल्यामुळे आंदोलकाची कार्यशक्ती फार कमी असते. अमोनिया मेसरच्या कार्यकारी कंप्रता-कक्ष २४,००० मेगॅहट्‌र्झ ± ३– ५ किलोहर्ट्‌झ अशा अरुंद असल्यामुळे या प्रयुक्तीचा उपयोग विवर्धक म्हणून न होता मानक (प्रमाणभूत) आंदोलक म्हणून होतो.


समचुंबकीय घन-अवस्था मेसर : स्फटिक जालकामध्ये असलेल्या समचुंबकीय (चुंबकीय क्षेत्रात ठेवले असता क्षेत्राला समांतर दिशेत व त्याच्या प्रमाणात चुंबकीकरण होणाऱ्या) आयनांवर (विद्युत् भारित अणूंवर वा रेणूंवर) बाहेरून चुंबकीय क्षेत्र लावले असता त्यांना विद्युत् चुंबकीय उर्जेचा संचय करता येतो. आधुनिक भौतिकीप्रमाणे कोणत्याही अणूच्या किंवा आयनाच्या एकाच उर्जा पातळीमध्ये जर दोन इलेक्ट्रॉन सामावयाचे असतील, तर त्यांची परिवलने [अंगभूत परिवलन परिबल → अणुकेंद्रीय व आणवीय परिबले] एकाच मूल्याची पण विरुद्ध दिशेची असली पाहिजेत, असे दाखविता येते. अशा इलेक्ट्रॉनांना युग्मित इलेक्ट्रॉन असे म्हणतात. युग्मित इलेक्ट्रॉनांमुळे आयनाला प्राप्त होणारे परिणामी चुंबकीय परिबल शून्य मूल्याचे असते. उर्जा पातळीत जर एकच इलेक्ट्रॉन असेल, तर त्यास अयुग्मित इलेक्ट्रॉन असे म्हणतात. त्यामुळे आयनाला चुंबकीय परिबल प्राप्त होते. अशा आयनावर जर बाहेरून चुंबकीय क्षेत्र H लावले, तर त्यामुळे त्याच्या सदिश परिबलाला (m)दोनच दिक्‌विन्यास शक्य असतात.

या अवस्थेत परिबल व चुंबकीय क्षेत्र दिशा समांतर असतात. या अवस्थेमध्ये आयनाची उर्जा कमी (E1) मूल्याची असते. दुसऱ्या परिस्थितीमध्ये सदिश परिबल चुंबकीय क्षेत्राला प्रतिसमांतर (समांतर परंतु विरुद्ध दिशा असलेले) असते   (m ↑ ↓ H) व या अवस्थेत आयनाची उर्जा जास्त मूल्याची (E2) असते. या दोन उर्जा पातळ्यांचा उपयोग करुन मेसर बनविला, तर त्याचे अभिलक्षण कंप्रता मूल्य हे चुंबकीय क्षेत्राच्या मूल्यानुसार बदलेल, हे लक्षात ठेवण्याजोगे आहे. कारण E1 व E2 यांची मूल्ये निव्वळ आयनाच्या विशिष्ट गुणधर्मावर अवलंबून राहत नाहीत.

या प्रकारचा मेसर फॉस्फरस अपद्रव्ययुक्त सिलिकॉनाचा स्फटिक वापरून सिद्ध करता येतो. स्फटिकामध्ये अयुग्मित इलेक्ट्रॉनामुळे चुंबकीय परिबल निर्माण होत असते. क्वार्ट्‌झ स्फटिकात अशा प्रकारची विक्रिया त्यावर न्यूट्रॉनांचा भडिमार करून संपन्न करता येते. बाह्य  चुंबकीय क्षेत्राच्या उपस्थितीत −२००° ते −२७०° से. यांमधील योग्य तापमानाच्या शीतनकाच्या द्वारे स्फटिक थंड केला असता सिलिकॉन आयनांचे बहुतांश इलेक्ट्रॉन नीच उर्जा अवस्थेत आणले जातात. नंतर त्यांवर सूक्ष्मतरंगाचा शक्तिशाली उर्जास्पंद टाकून त्यामधील बहुतांश इलेक्ट्रॉन काही अल्पकाळाकरिता वरच्या उर्जा अवस्थेमध्ये नेले जातात. त्यामुळे त्यांमध्ये समष्टि-व्यस्तता निर्माण होते व ही अल्पजीवी अवस्था स्पंद लावल्यापासून सु. एक मिनिटापर्यंत टिकते. या कालखंडातच प्रयुक्ती आयाती सूक्ष्मतरंग संकेताचे विवर्धन करू शकते किंवा आंदोलक म्हणून काम करू शकते. भिन्न पदार्थांमध्ये या कार्यकारी कालखंडाचे मूल्य निरनिराळे असते. क्वार्ट्‌झमध्ये हा कालखंड काही सहस्त्रांश सेकंद एवढाच असतो.

आयनाच्या अयुग्मित इलेक्ट्रॉनावर फक्त बाह्य चुंबकीय क्षेत्रच कार्य करीत नसून, त्याच्या समीप स्फटिकामध्ये असणाऱ्या आयनांच्यामुळे निर्माण झालेल्या चुंबकीय क्षेत्राचाही त्यावर परिणाम होत असतो. स्फटिकात निरनिराळ्या ठिकाणी असणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांवरील कार्यकारी चुंबकीय क्षेत्राचे मूल्य बदलत असल्यामुळे घन-आयनाकरिता असलेला अनुस्पंदी प्रतिसाद कंप्रता पट्टा अरुंद नसून तो प्रत्यक्षात बराच रुंद असतो.

त्रिस्तरी घन-अवस्था मेसर : द्विस्तरी मेसरमध्ये त्याच दोन ऊर्जा पातळ्यांचा पंपिंगकरिता व नंतर मेसर कार्याकरिता वापर करण्यात येत असल्यामुळे या दोन क्रिया खंडित स्वरूपात एकामागून एक अशा कालक्रमात कराव्या लागतात. मेसरचे कार्य अखंडितपणे करून घ्यावयाचे असेल, तर त्याकरिता त्रिस्तरी योजना वापरावी लागते.

या प्रकारच्या मेसरमध्ये वापरावयाच्या द्रव्य आयनाला तीन किंवा अधिक उर्जा पातळ्या असाव्या लागातात. हे आयन जर दुसऱ्या योग्य द्रव्याच्या स्फटिकात अपद्रव्य म्हणून घातले, तर त्याच्या उर्जा पातळ्यांत बहुविधता येऊ शकते. स्फटिकातील अणूच्या वा आयनाच्या संरचनेमुळे जी स्थानिक विद्युत् किंवा चुंबकीय क्षेत्रे निर्माण होतात त्यांचा प्रभाव अपद्रव्य आयनावर होऊन, श्टार्क व झीमान परिणामांप्रमाणे त्याच्या उर्जा पातळ्यांचे विभाजन होते [→ अणुकेंद्रीय व आणवीय परिबले].

माणकामधील (रूबीमधील) क्रोमियम आयनाच्या उर्जा पातळ्यांचा उपयोग त्रिस्तरी मेसर कार्याकरिता करण्याची संकल्पना एन्.ब्लोएम्बरगेन यांनी १९५६ मध्ये प्रथम मांडली. या प्रकारचा मेसर एच्.ई.डी.स्कोव्हील, जी.फेहर व एच्. सायडेल यांनी १९५७ मध्ये कार्यान्वित करून दाखविला.

आ. २. मध्ये एका विशिष्ट माणिक स्फटिकामधील क्रोमियम आयन ऊर्जा पातळ्या (बाह्य चुंबकीय क्षेत्र ३,९०० ओर्स्टेड असताना) दाखविल्या आहेत.

  

 आ. २. एका विशिष्ट माणिक स्फटिकातील क्रोमियम आयन उर्जा पातळ्या.

या मेसरकरिता २३,१०० कंप्रतेचा संक्रमणकारी संकेत E1 देऊन आणि E2 या उर्जा पातळ्यांमध्ये समष्टि-व्यस्तता निर्माण केली जाते. स्फटिकाभोवती हीलियम द्रव (तापमान ४° के.) शीतनक म्हणून वापरल्यामुळे प्रस्थापित समष्टि-व्यस्तता उष्मीय आघाताद्वारे विचलित होत नाही. संक्रमणकारी क्रियेची क्षमता चांगली असेल, तर E1 व E2 या अवस्थांतील आयनांच्या संख्या जवळजवळ सारख्या मूल्याच्या होऊ शकतात. अशा परिस्थितीमध्ये E3 व E2 या पातळ्यांच्या बाबतीत समष्टि-व्यस्तता प्रस्थापित होते. तिचा उपयोग करून

ν32 = E3-E2 / h या कंप्रतेकरिता मेसर आंदोलक किंवा विवर्धक कार्यन्वित करता येतो. वरील सूत्रात ν32 या राशीला निश्चित एक मूल्य असून मेसरमध्ये वापरलेल्या घटक द्रव्यानुसार ती एक ठराविक रुंदीचा कंप्रता पट्‌टा दर्शविते. प्रयुक्तीची कंप्रता बाह्य चुंबकीय क्षेत्रानुसार बदलत असल्यामुळे हिचा उपयोग आंदोलकाऐवजी विवर्धक म्हणून जास्त होतो. बाह्य चुंबकीय क्षेत्रातील बदलामुळे कंप्रतेतील बदल २·८ मेगॅहर्ट्‌झ प्रती ओर्स्टेड या प्रमाणात होत असल्यामुळे या प्रयुक्तीचा उपयोग मेलित विवर्धक म्हणून कोणत्याही इष्ट कंप्रतेसाठी करता येतो. 

आ. ३ मध्ये त्रिस्तरी माणिक मेसर विवर्धकाची मूलभूत रचना व कार्य दाखविले आहे.


यात ॲल्युमिनियम ट्राय-ऑक्साइडामध्ये क्रोमियम अपद्रव्य (प्रमाण» ०·०१%) असलेला माणकाचा स्फटिक (१) बाह्य चुंबकीय क्षेत्रात (२) ठेवलेला असतो. संक्रमणकारी तरंगाची उर्जा स्फटिकाला मिळाल्यामुळे (३) त्यामधील आयनांची उर्जा वाढते. माणकाच्या स्फटिकामधून बाहेर पडणाऱ्या सूक्ष्मतरंगांजवळची उर्जा कमी होते (४) अशा परिस्थितीत माणकाच्या स्फटिकावर सूक्ष्मतरंग संकेत आदान केला (५) तर त्याचे विवर्धन होते (६).

एका प्रातिनिधिक माणिक विवर मेसर विवर्धकाकरिता कार्यकारी प्रचलांची (दिलेल्या विशिष्ट परिस्थितीत विशिष्ट स्थिर मूल्ये असणाऱ्या राशींची) मूल्ये खाली दिली आहेत.

संक्रमणकारी संकेत कंप्रता = २३·५ गिगॅहर्ट्‌झ. 

मेसरचे तापमान = १·४° के. 

विवर्धन कंप्रता पल्ला = ३०० मेगॅहर्ट्‌झ ते १०० गिगॅहर्ट्‌झ.

लाभांक (प्रदान शक्ती व आदान शक्ती यांचे गुणोत्तर म्हणजेच संकेत शक्तीत झालेली वाढ)= २० डेसिबेल (कंप्रता = ३,००० मेगॅहर्ट्‌झ).

कंप्रतापट्टा रुंदी = ६०० मेगॅहर्ट्‌झ.

गोंगाट (समतुल्य) तापमान = ५° के.

हायड्रोजन मेसर : एच्.एम्. गोल्डेनबर्ग, डी. क्लेप्नर व एन्.एफ्. रॅमसे यांनी १९६० साली आणवीय हायड्रोजन शलाकेमध्ये १,४२१ मेगॅहर्ट्‌झ कंप्रतेची मेसर आंदोलने मिळतात, हे दाखविले. अणुकेंद्रीय व इलेक्ट्रॉनीय चुंबकीय परिबल सदिश एकमेकांशी समांतर व प्रतिसमांतर झाल्यामुळे या वायूमध्ये उर्जा पातळ्या निर्माण होतात. विशिष्ट चुंबकीय क्षेत्रे लावून या दोन उर्जा अवस्थांतील अणू एकमेकांपासून अलग करून त्याद्वारे समाष्टि-व्यस्तता निर्माण केली जाते. या प्रयुक्तीतील कंप्रताकक्षा अत्यंत अरुंद असल्यामुळे हिचा उपयोग विवर्धक म्हणून न करता आंदोलक म्हणून केला जातो.

वैश्विक मेसर : नवतारे [→ नवताराव अतिदीप्त नवतारा] ज्यामध्ये उपस्थित असतात अशा अभ्रिकेच्या (अवकाशातील वायू व धूळ यांनी बनलेल्या धुरकट ढगासारख्या पुंजक्याच्या) जवळ असणाऱ्या वायुमेघापासून मेसर प्रारण नैसर्गिक रीत्या उत्सर्जित केले जाते असे आढळते. याकरिता आवश्यक असणारी संक्रमणकारी क्रिया तेथे असलेल्या अवरक्त (दृश्य वर्णपटांतील तांबड्या रंगाच्या अलीकडील अदृश्य) प्रारणामुळे संपन्न होत असावी, असा अंदाज करण्यात आला आहे. १,६६५ मेगॅहर्ट्‌झ कंप्रतेचा सूक्ष्मतरंग संकेत मृग नक्षत्रातील अभ्रिकेपासून १९६५ मध्ये प्रथम मिळाला.

आकाशगंगेमध्ये असे उत्सर्जन करणारे सु. २०० मेसर उद्‌गम सापडले तर इतरत्र आणखी दहा मिळाले आहेत. या उद्‌गमांचे आकारमान १०१३-१०१५ सेंमी. एवढे असावे व त्यांमधील हायड्रोजन रेणूची घनफळ घनता १०/सेंमी. असावे असे अनुमान करण्यात आले आहे. आधुनिक काळात अमेरिकेतील एम्.जे.क्लॉसेन व त्यांचे सहकारी यांना ⇨  रेडिओ दूरदर्शकाच्या साह्याने निरीक्षण करीत असताना एम ८२ या दीर्घिकेमध्ये (तारामंडळामध्ये) प्रचंड कार्यशक्ती प्रेषित करणाऱ्या मेसरचा शोध लागला. सूर्य जेवढी प्रारण उर्जा उत्सर्जित करीत असतो त्यापेक्षा हा मेसर कित्येक शतक पटीने जास्त प्रारण उर्जा प्रेषित करीत असतो. आश्चर्य करण्याजोगती गोष्ट म्हणजे ही सर्व उर्जा जलबाष्पाच्या १·३ सेंमी. या एका तरंगलांबीच्या विद्युत्‌ चुंबकीय तरंगामध्ये उत्सर्जित होताना आढळते.

मेसर प्रयुक्तीचे उपयोग : विवर्धक : मेसर विवर्धक उच्च कंप्रता पट्‌ट्याकरिता कार्य करतात. त्यांची संवेदनक्षमता उच्च प्रतीची असते. विवर्धन कलासंबद्धपणे होते व त्यामध्ये गोंगाटाचे प्रमाण अत्यल्प असते (उदा., सामान्य सूक्ष्मतरंग विवर्धकामध्ये हे मूल्य २,१००° के. एवढे असेल, तर हे प्रमाणे मेसर विवर्धकामध्ये ५° के. पेक्षा कमी असेल).

आंदोलक : योग्य द्रव्यांची मेसर कार्याकरिता निवड करण्यात आली (विशेषतः वायू), तर मेसर आंदोलकाची कंप्रता अतिशय अरुंद अशा पट्‌ट्यात स्थिर राहते म्हणून त्याचा उपयोग मानक आंदोलक म्हणून करता येतो.

संदेशवहन : सूक्ष्मतरंगाची कंप्रता रेडिओ तरंगाच्या कंप्रतेपेक्षा खूप जास्त मूल्याची असल्यामुळे तीद्वारे अधिक माहिती प्रसारित करता येते (उदा., दूरचित्रवाणी संकेतातील माहितीचे प्रमाण जास्त असल्यामुळे त्याच्या प्रसारणाकरिता सूक्ष्मतरंगाचा उपयोग संदेशवहनाकरिता केला जातो). अशा प्रणालीमधील ग्राही मंडलामध्ये मेसर विवर्धकाचा उपयोग बऱ्याच वेळा केला जातो (उदा., रेडिओ दूरदर्शक).

अवकाश-अन्वेषक यान : शुक्र, मंगळ इ. ग्रहांवरील भौतिकीय परिस्थितीचे ज्ञान मिळविण्याकरिता त्याकडे अवकाश–अन्वेषक याने पाठविली जातात. यानाला मिळालेली माहिती पृथ्वीकडे पाठविण्याकरिता सूक्ष्मतरंग हे माध्यम म्हणून वापरले जाते. या ग्रहांची अंतरे पृथ्वीपासून पुष्कळ जास्त असल्यामुळे त्यांपासून पुरेसा शक्तिशाली संकेत पृथ्वीपर्यंत येऊन पोहोचण्याकरिता, यानावरील तरंग प्रेषक केंद्राची शक्ती जास्तीत जास्त असणे आवश्यक होते. प्रेषक केंद्र यानाने वाहून न्यावयाचे असल्यामुळे त्याच्या वजनावर एक नैसर्गिक मर्यादा येते. त्यामुळे ग्राही मंडलात मेसर विवर्धक ठेवून त्याची संवेदनक्षमता जास्तीत जास्त करण्याचा पर्यायी मार्ग स्वीकारला जातो.

रेडिओ ज्योतिषशास्त्र : १९५८ मध्ये एल्‌.ई. ऑलसप, जे.ए. गिऑर्डमेन, सी.एच्. मायर आणि सी.एच्. टाउनट्‌स यांनी रेडिओ दूरदर्शकाच्या साहाय्याने शुक्र आणि गुरू या ग्रहांच्या पृष्ठभागाच्या तापमानाचे मापन केले. या कार्याकरिता त्यांनी मेसर विवर्धकाचा उपयोग केला होता. आकाशगंगेतील व आकाशगंगेच्या बाहेरील मेसर उद्‌गमांपासून मिळणाऱ्या हायड्रोजन आणवीय प्रारणाचा अभ्यास करून तेथील हायड्रोजन वायूची विपुलता, त्याचे तापमान, त्याची गती यांविषयीची माहिती याच प्रकारे मिळविली गेली आहे.

मर्यादित सापेक्षता सिद्धांताकरिता निकष : मर्यादित सापेक्षता सिद्धांत [→ सापेक्षता सिद्धांत] मायकेलसन-मॉर्ली यांच्या ज्या प्रयोगावर आधारित आहे तो प्रयोग जे. पी. सेंडरहोल्म व टाउन्स यांनी १९५९ साली परत अमोनिया मेसरच्या साहाय्याने संपन्न करुन मायकेलसन-मॉर्ली यांच्या निष्कर्षाला बळकटी दिली. या प्रयोगातील संवेदनक्षमता इतकी उच्च होती की, त्यामध्ये पृथ्वीच्या कक्षीय परिभ्रमणी वेगाच्या हजारपटींनी कमी मूल्याचा वेग त्यामध्ये अचूकपणे मोजला गेला असता.


कंप्रता मानक व कालमापक : प्रमाणभूत आंदोलकाच्या संप्रतेचे स्थायीकरण करण्याकरिता सामान्यपणे क्वॉर्ट्‌झ स्फटिकाचा उपयोग केला जातो. अशा आंदोलनाची कंप्रता काळानुसार अत्यल्प प्रमाणात थोडा बदल दाखविते व त्यामुळे त्याचे काही काळानंतर अंशन परिक्षण करणे (कंप्रता दर्शक अंश बरोबर आहेत की नाहीत हे तपासणे) जरूर होते. हायड्रोजन किंवा अमोनिया मेसरचा या कार्याकरिता मानक आंदोलक म्हणून सध्या उपयोग केला जातो.

अणूच्या उर्जा पातळ्या काळानुसार बदलत नाहीत. त्यांची मूल्ये फार मोठ्या प्रमाणात स्थिर राहतात. या गुणधर्माचा उपयोग सिझियम आणवीय घड्याळामध्ये केला जातो [→ आणवीय कालमापक]. या कार्याकरिता हायड्रोजन मेसर जास्त उपयोगी ठरतो कारण याच्या कंप्रतेची स्थिरता जास्त उच्च प्रतीची असते.

चुंबकीय क्षेत्राचे मापन : पाण्यातील हायड्रोजनाचे अणुकेंद्रीय चुंबकीय परिबल व त्याच अणूमधील इलेक्ट्रॉनामुळे निर्माण होणारे परिबल यांमध्ये युग्मन होत असल्यामुळे इलेक्ट्रॉन परिवहन अनुस्पंदन ज्यामुळे होते असे कंप्रता तरंग बाहेरून अणूंवर टाकले असता अणुकेंद्रीय उर्जा पातळ्यांमध्ये समष्टि-व्यस्तता निर्माण होते. बाह्य चुंबकीय क्षेत्राचा उपयोग करून या उर्जा पातळ्यांद्वारे मेसर आंदोलने उत्तेजित करता येतात. मेसर कंप्रता बाह्य चुंबकीय क्षेत्राप्रमाणे बदलत असल्यामुळे या कंप्रतेचे मापन करून चुंबकीय क्षेत्र मूल्य मिळवावयाची संवेदनक्षम पद्धत ए. अब्रागाम, जे. काँब्रिसान व आय्.सॉलोमन यांनी प्रथम वापरली. कमी मूल्याच्या चुंबकीय क्षेत्राकरिता ही पद्धत विशेष उपयुक्त अशी ठरते.

पहा : घन अवसथा भौतिकी पुंज-इलेक्ट्रॉनिकी लेसर.

संदर्भ : 1. Gordon, J. P. The Maser, Scientific American, December, 1958.

           2. Klein, H. A. Lasers and Masers, Philadelphia, 1963.

           3. Morgan, J. Masers in the Nuclei of Galaxies, Nature, 26 July, 1984.

           4. Siegman, A. E. Microwave Solid State Masers, New York, 1964.

           5. Siegman, A. E. Introduction to Lasers and Masers, New York, 1971.

चिपळोणकर, व.त्रिं. भवाळकर, दि.दे.