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메이저 (광학 기기)

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목차

1. 개요

메이저는 유도 방출 원리를 이용하여 특정 주파수의 전자기파를 증폭하는 장치이다. 1950년대 초 조지프 웨버, 니콜라이 바소프, 알렉산드르 프로호로프, 찰스 타운스 등에 의해 이론적, 실제적 개발이 이루어졌으며, 레이저 개발에도 영향을 미쳤다. 최초의 메이저는 암모니아 메이저였으며, 이후 고체 메이저 등의 발전을 거쳐 2018년에는 실온 연속 발진 반도체 메이저가 개발되었다. 메이저는 원자 시계, 전파 망원경, 우주 통신 등 다양한 분야에 응용되며, 과학 연구에서도 중요한 역할을 한다.

2. 역사

메이저의 동작 원리에 대한 이론적인 연구는 1952년 조지프 웨버에 의해 발표되었다. 이는 양자역학의 응용에 기반한 것이었다. 실제 발진은 1954년 컬럼비아 대학교의 찰스 타운스 등에 의해 이루어졌다. 이는 레이저의 발명(이론: 1958년, 최초의 발진: 1960년)에 앞선 것으로, 메이저의 개발이 레이저 발명의 토대가 되었다.

"메이저(Maser)"라는 용어는 처음 도입된 이후 약간 변경되었다. 처음에는 "방사선의 유도 방출에 의한 마이크로파 증폭(microwave amplification by stimulated emission of radiation)"으로 널리 사용되었으며, 이는 전자기 스펙트럼의 마이크로파 영역에서 방출하는 장치를 설명했다.

이후 유도 방출의 원리와 개념은 더 많은 장치와 주파수로 확장되었다. 따라서 원래의 약어는 찰스 H. 타운스가 제안한 "방사선의 유도 방출에 의한 ''분자'' 증폭(molecular amplification by stimulated emission of radiation)"으로 수정되기도 했다.

레이저가 개발되었을 때, 타운스와 아서 숄로는 "광학 메이저(optical maser)"라는 용어의 사용을 밀어붙였지만, 이는 고든 굴드가 만든 "레이저(laser)"라는 용어에 밀려 대부분 사용되지 않게 되었다. 현대에는 X선에서 적외선 영역까지의 스펙트럼에서 방출하는 장치는 일반적으로 레이저라고 불리고, 마이크로파 영역 이하에서 방출하는 장치는 마이크로파 또는 다른 주파수를 방출하는지와 관계없이 일반적으로 "메이저(maser)"라고 불린다.

굴드는 원래 스펙트럼의 각 부분에서 방출하는 장치에 대해 고유한 이름을 제안했는데, 여기에는 "그레이저(grasers)" (감마선 레이저), "자저(xasers)" (X선 레이저), "유바저(uvasers)" (자외선 레이저), "레이저(lasers)" (가시광선 레이저), "아이저(irasers)" (적외선 레이저), "메이저(masers)" (마이크로파 메이저), "라저(rasers)" (RF 메이저)가 포함되었다. 그러나 이러한 용어 중 대부분은 유행하지 않았고, 현재는 "메이저"와 "레이저"를 제외하고는 모두 사용되지 않는다.

2. 1. 메이저의 발견과 초기 발전

1952년 캐나다 오타와에서 열린 전자관 연구 콘퍼런스에서 메릴랜드 대학교의 조지프 웨버가 메이저의 동작 원리에 대한 이론을 처음으로 발표했으며,[31] 1953년 6월 Transactions of the Institute of Radio Engineers Professional Group on Electron Devices에 요약본이 출판되었다.[32] 이와 거의 같은 시기인 1952년 5월, USSR 과학 아카데미 주최로 열린 All-Union Conference on Radio-Spectroscopy에서 레베데프 물리학 연구소의 니콜라이 바소프와 알렉산드르 프로호로프가 메이저 관련 연구를 발표했고, 이 내용은 1954년 10월에 최종 출판되었다.

이와는 별도로, 찰스 하드 타운스, 제임스 P. 고든, H. J. 자이거는 1953년 컬럼비아 대학교에서 최초의 암모니아 메이저를 개발하였다. 이 장치는 약 24.0 기가헤르츠 주파수의 극초단파 증폭을 위해 에너지가 공급된 암모니아 분자 흐름에서 발생하는 유도 방출을 이용했다.[33] 이후 타운스는 아서 레너드 숄로와 함께 ''광학 메이저'' 또는 ''레이저''의 원리를 설명했으며,[5] 시어도어 메이먼이 1960년에 최초로 작동하는 레이저 모델을 만들었다.

타운스, 바소프, 프로호로프는 유도 방출 분야 연구 공로를 인정받아 1964년 노벨 물리학상을 공동 수상했다.[6]

최초의 메이저는 암모니아 메이저였다. 이후 1958년에 루비 결정 메이저, 1960년에 수소 메이저가 개발되었다.

2. 2. 메이저 기술의 발전과 응용

메이저 작동의 이론적 원리는 1952년 6월 오타와에서 열린 전자관 연구 회의에서 메릴랜드 대학교의 조셉 웨버에 의해 처음으로 설명되었으며,[2] 요약본은 1953년 6월 전파 기술자 협회 전자 장치 전문 그룹의 거래에 게재되었다.[3] 같은 시기 니콜라이 바소프와 레베데프 물리 연구소의 알렉산더 프로호로프도 1952년 5월 소련 과학 아카데미가 주최한 "전 연합 라디오 분광학 회의"에서 관련 내용을 발표했으며, 이 내용은 1954년 10월에 출판되었다.

1953년 컬럼비아 대학교의 찰스 타운스, 제임스 P. 고든, H. J. 자이거는 최초의 암모니아 메이저를 독립적으로 제작했다. 이 장치는 에너지화된 암모니아 분자 흐름에서 유도 방출을 사용하여 약 24.0 기가헤르츠의 주파수에서 마이크로파를 증폭했다.[4] 이후 타운스는 아서 레너드 숄로와 함께 ''광학 메이저'' 또는 ''레이저''의 원리를 설명했으며,[5] 시어도어 메이먼이 1960년에 최초의 작동 모델을 만들었다.

타운스, 바소프, 프로호로프는 유도 방출 분야의 연구로 1964년 노벨 물리학상을 수상했다.[6] 조지프 웨버는 1952년 양자역학을 응용한 메이저 이론 연구를 발표했고, 찰스 타운스 등은 1954년 최초로 메이저 발진에 성공했다. 메이저 개발은 1958년 레이저 이론과 1960년 최초 발진으로 이어지는 등 레이저 발명의 토대가 되었다.

최초의 발진은 암모니아 메이저로 이루어졌다. 이후 1958년 루비 결정 메이저, 1960년 수소 메이저가 개발되었다.

이러한 발견들은 전자기파 공학 기술의 비약적인 발전을 가져왔고, 원자 시계와 극히 고정밀의 주파수 카운트 기술 발전에도 기여했다.

2002년 일본 연구자들은 레이저로 펜타센을 첨가한 유기 결정을 여기시켜 메이저 발진 가능성을 제안했다. 2012년 영국 물리학 연구소 연구팀은 펄스 모드에서 실온 발진에 성공했고, 2018년 3월 임페리얼 칼리지 런던 연구팀은 반도체 메이저의 실온 연속 발진에 성공했다.

2. 3. 21세기 메이저 기술의 발전: 실온 작동 메이저

2012년, 국립 물리 연구소(영국)(National Physical Laboratory)와 임페리얼 칼리지 런던 연구팀은 광학적으로 펌핑된 펜타센이 도핑된 p-터페닐을 증폭 매질로 사용하여 실온에서 작동하는 고체 메이저를 개발했다.[8][9][10] 이 장치는 수백 마이크로초 동안 지속되는 메이저 방출 펄스를 생성했다.

2018년, 임페리얼 칼리지 런던과 유니버시티 칼리지 런던 연구팀은 질소-공극 중심 결함을 포함하는 합성 다이아몬드를 사용하여 연속파 메이저 발진을 시연했다.[11][12]

3. 작동 원리

메이저는 레이저와 유사하게 지향성과 단파장성이 매우 높다. 이러한 특성 덕분에 첨단 과학 분야에서 핀 포인트 가열 장치나 분자 구조 해석 등에 활용된다. 또한 메이저는 마이크로파용 전자관이나 반도체 소자보다 잡음이 훨씬 적다.

메이저의 파장을 줄이려면 공진기를 소형화해야 하는데, 이는 공진기 내 분자 수 감소와 손실 증가를 야기하여 기존 방식의 한계로 지적되었다. 레이저보다 먼저 실현되었음에도 불구하고, 극저온 유지, 자기 차폐, 강력한 자기장 등의 제약 조건과 상온에서 작동하는 소형 경량 발진원의 개발 지연으로 인해 특수 용도에 한정되어 널리 보급되지 못했다. 그러나 최근 상온 발진이 보고되면서 보급 확대가 기대된다.

3. 1. 주요 구성 요소

메이저는 1917년 알베르트 아인슈타인이 제안한 유도 방출 원리에 기반한다. 원자가 여기된 에너지 상태로 유도되면, 메이징 매체로 사용된 원소 또는 분자에 특정한 주파수에서 방사선을 증폭할 수 있는데, 이는 레이저의 레이저 매체에서 발생하는 현상과 유사하다. 이러한 증폭 매체를 공진 공동에 넣음으로써 결맞는 복사를 생성할 수 있는 피드백이 생성된다.

레이저와 마찬가지로 반전 분포를 사용하여 전자기파를 발생(발진)시킨다. 고체 메이저에서는 상자성 공명에 의한 원자의 방출을 직접 이용하며, 적절한 캐리어를 봉입한 캐비티(공진통) 내에 마이크로파를 조사하여 캐리어의 공진으로 발생하는 특정 파장의 코히어런트한 마이크로파를 추출함으로써 얻을 수 있다.

포논을 증폭·발진시킨 포논 메이저도 존재한다. 예를 들어 1963년에 초저온으로 만든 크롬(Cr) 이온 함유 루비에 마이크로파로 펌핑을 하여 초음파를 발진시키는 실험이 성공했다.

진공관에 의한 발진으로 주파수를 높이려고 하면 공진 공동을 파장에 따라 소형화해야 한다. 그 때문에 제곱 세제곱 법칙에 의해 단위 체적당 표면적이 상대적으로 증가하므로, 발진에 필요한 충분한 플라즈마를 유지할 수 없게 되어 진공관에 의한 고주파화에는 한계가 있다.

메이저는 원자를 여기시켜 기저 상태로 돌아갈 때의 유도 방출을 이용하여 발진하거나, 사이클로트론 공명을 이용하여 발진한다. 또한, 가속기에서 가속된 전자를 위글러를 통과시켜 굴곡시킬 때 방출되는 전자기파를 이용하기도 한다.[28]

4. 종류

메이저는 사용되는 물질 및 발진 방식에 따라 여러 종류로 나뉜다.


  • '''원자빔 메이저''': 암모니아 메이저, 자유 전자 메이저, 수소 메이저 등이 있다.
  • '''기체 메이저''': 루비듐 메이저 등이 있다.[7]
  • '''고체 메이저''': 루비 메이저, 속삭이는-갤러리 모드 철-사파이어 메이저 등이 있다. 고체 메이저는 안정적인 발진으로 잡음이 적지만, 과거에는 극저온 냉각이 필요했다. 최근에는 실온 연속 발진이 보고되고 있다.[26]
  • '''이중 불활성 기체 메이저''': 메이징 매질의 이중 불활성 기체는 무극성이다.[7]
  • '''기타''': 액체 염료 및 화학 레이저, 사이클로트론 공명을 이용한 메이저, 포논 메이저 등이 있다.


1963년에는 초저온 상태의 크롬(Cr) 이온 함유 루비에 마이크로파 펌핑을 통해 초음파를 발진시키는 포논 메이저 실험이 성공했다.

4. 1. 원자빔 메이저

수소 메이저


수소 메이저는 원자 주파수 표준으로 사용된다. 다른 종류의 원자 시계와 함께, 이들은 국제 원자시 표준("Temps Atomique International" 또는 프랑스어로 "TAI")을 구성하는 데 기여한다. 이것은 국제 도량형국에서 조정하는 국제 시간 척도이다.[7] 노먼 램지와 그의 동료들은 처음으로 시간 표준으로서 메이저를 구상했다. 더 최근의 메이저는 원래 설계와 실질적으로 동일하다. 메이저 진동은 원자 수소의 두 초미세 에너지 준위 사이의 유도 방출에 의존한다.

메이저 작동 방식은 다음과 같다.

  • 먼저, 원자 수소 빔이 생성된다. 이것은 낮은 압력의 가스를 고주파 전파 방전(이 페이지의 그림 참조)에 노출시켜 수행된다.
  • 다음 단계는 "상태 선택"이다. 유도 방출을 얻기 위해서는 원자의 반전 분포를 생성해야 한다. 이것은 슈테른-게를라흐 실험과 매우 유사한 방식으로 수행된다. 조리개와 자기장을 통과한 후 빔의 많은 원자가 레이저 발진 전이의 상위 에너지 준위에 남게 된다. 이 상태에서 원자는 하위 상태로 붕괴되어 약간의 마이크로파 복사를 방출할 수 있다.
  • 높은 Q 팩터 (품질 계수) 마이크로파 공진기는 마이크로파를 가두어 원자 빔으로 반복적으로 재주입한다. 유도 방출은 빔을 통과할 때마다 마이크로파를 증폭시킨다. 이러한 증폭과 피드백의 조합은 모든 발진기를 정의하는 요소이다. 마이크로파 공진기의 공진 주파수는 수소의 초미세 에너지 전이 주파수인 1,420,405,752 헤르츠에 맞춰져 있다.[15]
  • 마이크로파 공진기의 신호 중 작은 일부분은 동축 케이블에 연결된 다음 일관된 무선 수신기로 전송된다.
  • 메이저에서 나오는 마이크로파 신호는 매우 약하며, 몇 피코와트에 불과하다. 신호의 주파수는 고정되어 있고 ''극도로'' 안정적이다. 일관된 수신기는 신호를 증폭하고 주파수를 변경하는 데 사용된다. 이것은 일련의 위상 고정 루프와 고성능 석영 발진기를 사용하여 수행된다.

원자를 여기시켜 기저 상태로 돌아갈 때의 유도 방출을 이용하여 발진한다.

4. 2. 기체 메이저


  • 암모니아 메이저
  • 자유 전자 메이저
  • 수소 메이저
  • 루비듐 메이저[7]

4. 3. 고체 메이저

이득 매질이 고체인 메이저는 안정적인 발진을 하기 때문에 잡음이 적지만, 이전에는 극저온으로 냉각해야 했다. 최근, 실온에서의 연속 발진이 보고되고 있다.[26] 이전에는 분자 결정을 사용하여 실온 메이저가 개발되었지만, 열적 특성과 기계적 특성이 비교적 열악하여 펄스 모드로만 작동할 수 있었다.[29]

  • '''루비 메이저'''
  • '''속삭이는-갤러리 모드 철-사파이어 메이저'''


2012년, 국립 물리 연구소와 임페리얼 칼리지 런던의 연구팀은 광학적으로 펌핑된 펜타센이 도핑된 p-터페닐을 증폭 매질로 사용하여 실온에서 작동하는 고체 메이저를 개발했다.[8][9][10] 이 장치는 수백 마이크로초 동안 지속되는 메이저 방출 펄스를 생성했다.

2018년, 임페리얼 칼리지 런던과 유니버시티 칼리지 런던의 연구팀은 질소-공극 중심 결함을 포함하는 합성 다이아몬드를 사용하여 연속파 메이저 발진을 시연했다.[11][12]

레이저와 마찬가지로 반전 분포를 사용하여 전자기파를 발생(발진)시킨다. 고체 메이저에서는 상자성 공명에 의한 원자의 방출을 직접 이용하며, 적절한 캐리어를 봉입한 캐비티(공진통) 내에 마이크로파를 조사하여 캐리어의 공진으로 발생하는 특정 파장·코히어런트한 마이크로파를 추출함으로써 얻을 수 있다.

2018년 3월에 임페리얼 칼리지 런던의 연구팀이 반도체 메이저의 실온 연속 발진에 성공했다. 현 시점에서는 캐리어 주입에 의한 직접 발진이 아닌 다이아몬드 질소-공극 중심을 녹색 반도체 레이저로 여기시켜 간접적으로 발진시키고 있다. 이전에는 절대 영도 부근에서의 발진이었지만, 실온에서 연속 발진이 가능해짐에 따라 광범위한 응용이 기대된다.

포논을 증폭·발진시킨 포논 메이저도 존재한다. 예를 들어 초저온으로 만든 크롬(Cr) 이온 함유 루비에 마이크로파로 펌핑을 하여 초음파를 발진시키는 실험이 1963년에 성공했다.

4. 4. 기타 메이저


  • 원자빔 메이저
  • * 암모니아 메이저
  • * 자유 전자 메이저
  • * 수소 메이저
  • 기체 메이저
  • * 루비듐 메이저
  • 액체 염료 및 화학 레이저
  • 고체 메이저
  • * 루비 메이저
  • * 속삭이는 갤러리 모드 철-사파이어 메이저
  • 이중 불활성 기체 메이저 (메이징 매질의 이중 불활성 기체는 무극성이다.[7])
  • 사이클로트론 공명을 이용하여 발진하는 메이저. 가속기에서 가속된 전자를 위글러를 통과시켜 굴곡시킬 때 방출되는 전자기파를 이용한다.[28]

5. 응용 분야

메이저는 고정밀 주파수 기준이나 전파 망원경의 저잡음 마이크로파 증폭기로 사용되었으나, 현재는 FET 기반 증폭기로 대체되었다.[13] 1960년대 초 제트 추진 연구소는 심우주 탐사선과의 통신을 위해 메이저를 개발하기도 했다.[14]

메이저는 레이저처럼 지향성과 단파장성이 높아 핀 포인트 가열 장치나 분자 구조 해석에 사용된다. 또한 마이크로파용 전자관이나 반도체 소자보다 훨씬 저잡음 특성을 가진다. 그러나 극저온 유지, 자기 차폐, 강력한 자기장 등의 제약 조건 때문에 상온에서 사용 가능한 소형 발진원 실용화가 늦어져 레이저만큼 널리 보급되지는 못했다. 최근에는 상온 발진이 보고되어 보급이 기대된다.

5. 1. 과학 연구

메이저는 고정밀 주파수 기준 역할을 하는 "원자 주파수 표준"의 일종으로, 다양한 형태의 원자 시계 중 하나이다.[13] 전파 망원경에서 저잡음 마이크로파 증폭기로 사용되기도 했지만, 현재는 FET 기반 증폭기로 대체되었다.[13]

1960년대 초, 제트 추진 연구소는 심우주 탐사선에서 수신한 S 밴드 마이크로파 신호의 초저잡음 증폭을 위해 메이저를 개발했다.[14] 이 메이저는 증폭기를 4,000의 온도로 냉각하기 위해 깊이 냉각된 헬륨을 사용했으며, 12GHz 클라이스트론으로 루비 빗살을 여기시켜 증폭을 달성했다. 초기에는 수소 선에서 불순물을 냉각하고 제거하는 데 며칠이 소요되었다.

냉각은 2단계 과정으로 이루어졌으며, 지상에는 대형 린데 장치가, 안테나 내부에는 크로스헤드 압축기가 있었다. 최종 주입은 3000psi에서 약 0.02cm 마이크로미터 조절 가능한 챔버 입구를 통해 이루어졌다. 전체 시스템 잡음 온도는 차가운 하늘(마이크로파 대역에서 2,700)을 바라볼 때 17,000이었다. 이는 마리너 4호 우주 탐사선이 화성에서 지구로 사진을 보낼 수 있을 정도로 낮은 잡음 지수를 제공했는데, 무선 송신기의 출력 전력이 15W에 불과하여 수신된 총 신호 전력은 -169 데시벨(dBm)에 불과했기 때문이다.

수소 메이저는 원자 주파수 표준으로 사용된다.[15] 다른 종류의 원자 시계와 함께 국제 원자시 표준(TAI)을 구성하는 데 기여하며, 이는 국제 도량형국에서 조정하는 국제 시간 척도이다. 노먼 램지와 그의 동료들이 처음으로 시간 표준으로서 메이저를 구상했으며, 최근의 메이저는 원래 설계와 실질적으로 동일하다. 메이저 진동은 원자 수소의 두 초미세 에너지 준위 사이의 유도 방출에 의존한다.

메이저 작동 방식은 다음과 같다.

  • 낮은 압력의 수소 가스를 고주파 전파 방전에 노출시켜 원자 수소 빔을 생성한다.
  • 슈테른-게를라흐 실험과 유사하게 조리개와 자기장을 통과시켜 원자의 반전 분포를 생성한다. 빔의 많은 원자가 레이저 발진 전이의 상위 에너지 준위에 남게 되고, 이 상태에서 하위 상태로 붕괴하며 마이크로파 복사를 방출한다.
  • 높은 Q 팩터(품질 계수) 마이크로파 공진기는 마이크로파를 가두어 원자 빔으로 반복 재주입하여 유도 방출을 통해 마이크로파를 증폭시킨다. 증폭과 피드백의 조합은 모든 발진기를 정의하는 요소이다. 마이크로파 공진기의 공진 주파수는 수소의 초미세 에너지 전이 주파수인 1,420,405,752 헤르츠에 맞춰져 있다.[15]
  • 마이크로파 공진기의 신호 중 작은 일부분은 동축 케이블을 통해 일관된 무선 수신기로 전송된다.
  • 메이저에서 나오는 마이크로파 신호는 매우 약하며(몇 피코와트 수준), 주파수는 고정되어 있고 ''극도로'' 안정적이다. 일관된 수신기는 신호를 증폭하고 주파수를 변경하는 데 사용되며, 일련의 위상 고정 루프와 고성능 석영 발진기를 사용하여 수행된다.


성간 공간에서도 메이저와 유사한 유도 방출이 관측되며, 이를 "초방사 방출"이라고 한다. 이러한 방출은 물(H2O), 수산화 라디칼(•OH), 메탄올(CH3OH), 포름알데히드(HCHO), 일산화 규소(SiO), 카보디이미드(HNCNH)와 같은 분자에서 관측된다.[16] 별 형성 지역의 물 분자는 역전 분포를 겪을 수 있으며 약 에서 방사선을 방출하여 전파 우주에서 가장 밝은 스펙트럼 선을 생성한다. 일부 물 메이저는 96GHz의 주파수에서 회전 전이로부터 방사선을 방출하기도 한다.[17][18]

활동 은하핵과 관련된 매우 강력한 메이저는 메가메이저로 알려져 있으며, 별 메이저보다 최대 100만 배 더 강력하다.

메이저는 레이저처럼 지향성 및 단파장성이 높아 첨단 과학용 핀 포인트 가열 장치나 분자 구조 해석에 사용된다. 또한 마이크로파용 전자관이나 반도체 소자보다 훨씬 저잡음이다. 그러나 공진기 소형화에 따른 손실 증가로 인해 기존 방식에는 한계가 있었다. 메이저는 레이저보다 먼저 실현되었지만, 극저온 유지, 자기 차폐, 강력한 자기장 등의 제약 조건으로 인해 용도가 특수 분야에 한정되어 보급이 늦어지고 있다. 최근 상온 발진이 보고되어 보급이 기대된다.

5. 2. 우주 통신

메이저는 전파 망원경에 사용되는 저잡음 마이크로파 증폭기로 활용되기도 하였으나, FET 기반 증폭기로 대체되었다.[13]

1960년대 초, 제트 추진 연구소는 심우주 탐사선에서 수신한 S 밴드 마이크로파 신호의 초저잡음 증폭을 위해 메이저를 개발했다.[14] 이 메이저는 증폭기를 4,000의 온도로 냉각하기 위해 깊이 냉각된 헬륨을 사용했다. 증폭은 12.0 기가헤르츠 클라이스트론으로 루비 빗살을 여기시킴으로써 달성되었다. 초기에는 수소 선에서 불순물을 냉각하고 제거하는 데 며칠이 걸렸다.

냉각은 2단계 과정으로 이루어졌는데, 지상에는 대형 린데 장치가 있었고, 안테나 내부에는 크로스헤드 압축기가 있었다. 최종 주입은 3000psi에서 약 0.02cm 마이크로미터 조절 가능한 챔버 입구를 통해 이루어졌다. 전체 시스템 잡음 온도는 차가운 하늘(마이크로파 대역에서 2,700)을 바라볼 때 17,000이었다. 이는 마리너 4호 우주 탐사선이 화성에서 지구로 사진을 보낼 수 있을 정도로 낮은 잡음 지수를 제공했는데, 무선 송신기의 출력 전력이 15W에 불과했고, 수신된 총 신호 전력은 -169 dBm에 불과했기 때문이다.

유도 방출에 의해 마이크로파를 발진하는 메가메이저 등 "메이저 천체"가 우주에 존재하며, 관측 대상이 되고 있다.

5. 3. 기타 응용

메이저는 고정밀 주파수 기준 역할을 한다. 이러한 "원자 주파수 표준"은 다양한 형태의 원자 시계 중 하나이다. 메이저는 또한 전파 망원경에 사용되었지만, FET 기반 증폭기로 대체되었다.[13]

1960년대 초, 제트 추진 연구소는 심우주 탐사선에서 수신한 S 밴드 마이크로파 신호의 초저잡음 증폭을 제공하기 위해 메이저를 개발했다.[14] 이 메이저는 증폭기를 4,000의 온도로 냉각하기 위해 깊이 냉각된 헬륨을 사용했다. 초기에는 수소 선에서 불순물을 냉각하고 제거하는 데 며칠이 걸렸다.

메이저는 레이저와 마찬가지로 매우 지향성 및 단파장성이 높다. 지향성이 높기 때문에 첨단 과학용 핀 포인트 가열 장치 등에 사용되는 경우가 있다. 또한 분자 구조의 해석에도 이용된다. 메이저는 마이크로파용 전자관이나 마이크로파용 반도체 소자보다 훨씬 저잡음이다. 메이저는 레이저보다 먼저 실현되었지만, 용도는 특수한 용도에 한정되어 있으며, 보급은 레이저에 미치지 못한다. 그 이유는 장치를 극저온으로 유지해야 하거나, 자기 차폐가 필요하거나, 강력한 자기장이 필요하기 때문이며, 상온에서 사용할 수 있는 소형 경량의 발진원 실용화가 늦어지고 있기 때문이다. 최근 상온에서의 발진이 보고되어 보급이 기대된다.

6. 대중문화 속의 메이저

영화나 게임 등의 작품에는 메이저의 이름을 딴 무기 등이 등장한다. 단, 작품 속 효과나 설정 원리는 실제 메이저와 다른 경우가 많다.


  • 프랑켄슈타인의 괴수 산다 대 가이라 및 그 후의 고질라 시리즈: 메이저를 공격에 전용한 "메ー'''사''' 살수 광선차" 등 다양한 메이저 병기가 등장한다.
  • 초전자 바이오맨: 바이오로보의 필살기(검술)는 "슈퍼 메이저"라고 불린다.
  • 기동전사 건담: 등장하는 모빌 슈트인 고크, 족크에는 "포논 메이저포"라는 명칭의 무장이 장비되어 있으며, 이후 시리즈에도 동명의 무장을 장비한 모빌 슈트가 몇몇 등장한다.
  • 파이널 판타지 VIII: "메이저 아이"라는 공격 기술이 존재한다.
  • 삼사라 나가: 패밀리 컴퓨터용 비디오 게임이다. 주인공이 장비할 수 있는 최강의 공격력을 가진 무기로서 "메이저 포"가 등장하며, 정밀 기기라고 설명된다.
  • 시공의 패자 Sa・Ga3: 게임보이용 게임이다. 뇌속성 데미지를 주는 무기로서 "메이저 포"가 존재한다.
  • Marathon 시리즈: 서드파티 시나리오 "Rubicon"에서 "단기 메이저"라는 무기가 등장한다. 메이저의 특징대로 발사되어도 궤적이 보이지 않고, 위력이 높은 병기가 된다.
  • 마법과고교의 열등생: 진동 현상에 관여하는 마법을 잘하는 등장인물이 "포논 메이저"를 발생시키는 마법을 사용한다.
  • 판타시 스타 천년기의 끝에: 등장하는 안드로이드의 내장 무기에 "포논 메이저"가 존재한다.


단, 근년의 작품에서는 "(초고출력의) 마이크로파 조사"라는 명칭이 일반적이다.

참조

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