Techniklexikon

Wasserstoffmaser

Atom- und Molekülphysik, ein Atomstrahl-Maser, der auf Grund seiner exzellenten Frequenzstabilität Dn / n £ 10^-15 über eine Zeitdauer von t = 1 h in vielen Bereichen für mittlere bis lange Messzeiten (1 s bis 10⁴ s) als Frequenzstandard eingesetzt wird, u.a. findet er Anwendung in der irdischen und interplanetaren Navigation.

Der erste Wasserstoffmaser wurde von N.F. Ramsey und Mitarbeitern in den frühen sechziger Jahren realisiert (siehe Abb.1). Die Besetzungsinversion wird durch einen Hexapol-Permanentmagneten erreicht, der nur H-Atome im Zustand F = 1 in einer Speicherkammer fokussiert. Die Kammer befindet sich im Zentrum eines Hohlraumresonators, der auf den  Hyperfeinübergang (F = 1, m = 0) ® (F = 0, m = 0) bei 1420,405 MHz eingestimmt ist. Die Wasserstoffatome bleiben für über eine Sekunde in der Kammer gespeichert. Das Innere der Kammer ist teflonbeschichtet, um die Wechselwirkung der H-Atome mit den Wänden und damit die Möglichkeit einer Zustandsänderung bei einer Kollision mit der Wand zu minimieren. Die Resonanzlinie des obigen Hyperfeinübergangs ist äusserst schmal, da dieser ein magnetischer Dipolübergang mit einer Lebensdauer von 1 s ist.

Wasserstoffmaser: Schematischer Aufbau; WQ: Wasserstoffatomquelle, HM: Hexapolmagnet, QZ: Quarzzelle mit Teflonschicht, HH: abgestimmter Hochfrequenzhohlraum, HF: HF-Schleife zum Nachweis.