मेसर हे रेडिओ आणि सूक्ष्मतरंग कंप्रता पट्ट्यांमध्ये (Frequency bands); १००० मेगाहर्टझ् ते १०० गिगाहर्टझ् म्हणजे ०.३ ते ३० सेंमी. तरंगलांबीदरम्यान; विद्युत चुंबकीय संकेतांचे आंदोलन (Oscillation) तसेच विवर्धनाच्या (Amplification) माध्यमातून उत्सर्जन (Radiation) साध्य करणारे उपकरणात्मक तंत्रविज्ञान आहे.
मेसर ही संज्ञा या तंत्रज्ञानाच्या कार्याचे वर्णन स्पष्ट करणाऱ्या Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation या इंग्रजी शब्दपंक्तींमधील आद्याक्षरे जोडून तयार करण्यात आली आहे. १९६० च्या दशकात विद्युत चुंबकीय वर्णपटातील सूक्ष्मतरंग वर्णासंदर्भात विकसित झालेले हे तंत्रज्ञान त्यापुढील दशकात प्रकाश किरणांसाठीही विकसित झाले. प्रकाश किरणांसंदर्भात लाल, हिरव्या व निळ्या रंगांच्या प्रखर शलाका निर्माण करणारे हे तंत्रविज्ञान ‘लेसर’ म्हणून प्रचलित आहे. याखेरीज हे उपकरणात्मक तंत्रविज्ञान विद्युत चुंबकीय वर्णपटातील अवरक्त कंप्रता, नीलातीत तसेच क्ष आणि गॅमा किरणांसंदर्भातही संकेतांचे आंदोलन, विवर्धन आणि प्रसारण करण्यासाठी विकसित झाले आहे.
पार्श्वभूमी : मेसर संदर्भात उत्तेजित पुंजकण उत्सर्जनाची कल्पना आइन्स्टाइन यांनी १९१७ मध्ये सर्वप्रथम मांडली. पुढे १९५१ मध्ये या कल्पनेवर आधारित आंदोलक बनविण्याची कल्पना अमेरिकी भौतिकशास्त्रज्ञ चार्ल्स टाऊन्स (Charles Townes) यांनी मांडली. तर १९५२ मध्ये रशियातही स्वतंत्रपणे आंदोलक बनविण्याची कल्पना अलेक्झांडर प्रोखोरोव्ह (Alexander Prokhorov) आणि निकोलाय बॅसोव्ह (Nikolay Basov) यांनी मांडली. पुढच्याच वर्षी टाऊन्स, जेम्स गॉर्डन (James Gordon) आणि हर्बर्ट झिगर (Herbert Zeiger) यांनी पहिले ‘मेसर’ उपकरणात्मक तंत्रविज्ञान कार्यान्वित केले.
मेसर उपकरणाची मूलभूत रचना आणि कार्यपद्धती : मेसर उपकरणात पुढील भाग समाविष्ट असतात : (१) आंदोलने उत्पन्न करण्यासाठी आणवीय-रेणवीय घटक किंवा माध्यम म्हणजेच योग्य मेसर द्रव्य, (२) आंदोलने उत्पन्न करण्यासाठी मेसर द्रव्याला चालना देण्याकरिता विद्युत चुंबकीय ऊर्जा पुरवणारी योजना, (३) आंदोलनांचे विवर्धन आणि सस्पंदन (Resonance) साध्य करणारी प्रणाली आणि (४) सस्पंदनामुळे निर्माण झालेल्या विद्युत चुंबकीय संकेतांचे विवर्धन आणि उत्सर्जन साध्य करणारी प्रणाली. या प्रणालीतून निर्माण होणारे विद्युत चुंबकीय संकेत म्हणजे रेडिओ कंप्रता (५ ते १० मेगाहर्ट्झच्या पटीत) अथवा वेळेच्या अनुषंगाने सेंकद-मिनिटागणिक येणारे संकेत हे स्पंद (Pulse) स्वरूपात असतात.
मेसर उपकरणातून उत्सर्जित होणात्या विद्युत चुंबकीय संकेतांचा उपयोग आणवीय कंप्रता मानक (Atomic frequency standard) अथवा या अनुषंगाने कंप्रता मानक आणि समयपालन (Time keeping) यंत्रणा यांमध्ये केला जातो. तसेच चुंबकीय क्षेत्राचे मापन, संदेशवहन यंत्रणा, रेडिओ खगोलशास्त्रात देखील या संकेतांचा उपयोग होतो. यांतील समयपालन यंत्रणा ही संदेशवहन (Communication), आंतरजालीय (Internet) प्रणाली आणि या प्रणालीतून होणारे विविध व्यवहार, (उदा., आर्थिक, प्रवास किंवा नोंदणी-आरक्षणे), कृत्रिम उपग्रहांच्या माध्यमातून साध्य होत असलेली उपयोजने (उदा., सुदूर संवेदन, हवामान निरीक्षणे-नोंदी इत्यादी), संरक्षण क्षेत्रातील यंत्रणा तसेच वैज्ञानिक संशोधनात वेळेचा क्लिष्ट अथवा अचूक संदर्भ ठेवण्यासाठी वापरली जाते.
याखेरीज विश्वातील काही खगोलीय घटकांच्या माध्यमातूनही मेसरसदृश विद्युत चुंबकीय संकेतांच्या उत्सर्जनाचा आविष्कार साध्य होतो. हा अविष्कार विविध खगोलशास्त्रीय शाखांमध्ये (उदा., रेडिओ खगोलविज्ञान) अभ्यासला जातो. मेसर तंत्रज्ञानाची कार्यपद्धती आ. १ मध्ये दिली आहे.
मेसर तंत्रविज्ञानातील भौतिकीय प्रक्रियेचे स्वरूप पुढीलप्रमाणे असते. अणूच्या E1 आणि E2 ऊर्जा पातळ्या उदाहरणादाखल घेतल्या,
तर E1 — E2 = h ν (येथे h = प्लांकचा स्थिरांक, ν = प्रारणाची कंप्रता)
या सूत्राने दिलेली विद्युत चुंबकीय ऊर्जा त्यावर पडली, तर तो अणू उर्जेचे शोषण करत उत्तेजित होऊन खालची E1 सोडून E2 च्या पातळीवर जातो. उत्तेजित अणू आपल्याजवळच्या अतिरिक्त ऊर्जेचे प्रारणाच्या स्वरूपात स्वयंस्फूर्तपणे उत्सर्जन करून पुन्हा आपली निम्नतम ऊर्जेची पातळी गाठतो. ही ऊर्जा म्हणजे अत्यल्प मूल्य असलेला कण अथवा पुंजकण (Photon) होय. उत्स्फूर्त उत्सर्जनातून निर्माण होणारे हे उर्जेचे प्रारण प्रसारण यदृच्छ रीतीने घडून आलेले असते.
या प्रारणाच्याच तरंगलांबीएवढे प्रारण जर बाह्य ठिकाणाहून अणूवर पडले तर या दोन प्रारणांची परस्परक्रिया होते. बाह्य प्रारणरूपी ऊर्जा ज्या कंप्रतेची असेल, बरोबर त्याच कंप्रतेची किंवा तरंगलांबीची ऊर्जा बाहेर पडून तिचे उत्सर्जन घडून येते. नव्याने निर्माण होत असलेली ऊर्जा अणूच्या उत्तेजनास पुन:पुन्हा उपयुक्त ठरू शकत असल्यामुळे एकाच पडणाऱ्या ऊर्जेमुळे क्रियाशीलतेचे सातत्य राहते. तंत्रविज्ञानात हा आविष्कार ‘सस्पंदन’ म्हणून ओळखला जातो.
दैनंदिन व्यवहारात ध्वनिक्षेपकाच्या निकट ध्वनिसंवेदक ठेवला, तर एका क्षणी तीव्र किंवा कर्कश आवाज येतो, हा प्रकारही एक प्रकारचे सस्पंदन असते.
मेसर तंत्रविज्ञानात सस्पंदनातून सतत रीतीने उगम झालेल्या कंप्रतेचे म्हणजेच तरंगलांबीचे विवर्धन केले जाते. विवर्धन म्हणजे कंप्रतेचे आयाम म्हणजेच एक प्रकारे शक्ती (Magnitude) वाढवले जातात. विवर्धित कंप्रता दोन ठिकाणी विभागून एका अग्राद्वारे, पुन्हा बाह्य प्रारण निर्माण करणाऱ्या योजनेसाठी संदर्भ म्हणून वापरली जाते. या संदर्भामुळे ही योजना ठराविक कंप्रतेची विद्युत चुंबकीय ऊर्जा मेसर द्रव्याला चालना देण्यासाठी मिळते. यामुळे मेसर द्रव्यातूनही ठराविक कंप्रतेचेच प्रारण निर्माण होत राहते. कार्याच्या अनुषंगाने एकमेकांशी बंदिस्त केली जाणारी ही तांत्रिक अटकळ ‘लॉक्ड लूप’ म्हणून ओळखली जाते. या तांत्रिक अटकळीमुळेच कंप्रतेचा सतत आणि स्थिर रीतीने उगम होऊन त्यामध्ये प्रदीर्घ काळ सातत्य राहते.
विवर्धित कंप्रतेचे दुसरे अग्र विविध उद्देशासांठी प्रसारणाच्या माध्यमातून किंवा थेट प्रकारे जोडणी करून वापरले जाते. शिवाय या कंप्रतेच्या मोजमापांसाठी कंप्रता मापक, या उपकरणांसाठी विद्युत पुरवठा करणारी यंत्रणा, सर्व घटकांसाठी योग्य तापमान राखणारी यंत्रणा, या सगळ्या प्रणालींच्या एकत्रित जोडणीतून ‘मेसर’ हे उपकरणात्मक तंत्रविज्ञान आकाराला येते.
मेसर तंत्रविज्ञानाचे प्रकार : विद्युत चुंबकीय संकेतांचे आंदोलन निर्माण करण्यासाठी वापरण्यात येणारी वेगवेगळ्या अवस्थेतील मूलद्रव्ये तसेच तांत्रिक बांधणी किंवा संरचनेनुसारही मेसर तंत्रविज्ञानाचे विविध प्रकार आहेत.
मेसर तंत्रविज्ञानाची वैशिष्ट्ये : मेसर तंत्रविज्ञान क्लिष्ट स्वरूपाचे असून हे उपकरण कार्यरत केल्यानंतर अत्यल्प कालावधीत स्थिरावणे आणि प्रदीर्घ कालावधीसाठी स्थिर स्वरूपात कार्यरत राहणे हे मेसरसाठी महत्त्वाचे गुणधर्म असतात. म्हणजे मेसर उपकरणाद्वारे मिळणारे विद्युत चुंबकीय संकेत अथवा वेळेचा सेकंद-मिनिटागणिक असलेला स्पंद, उपकरण कार्यरत झाल्यानंतर अवघ्या काही सेकंदात अत्युच्च स्थिर रीतीने संकेत किंवा स्पंद उत्सर्जित करू लागतात. तसेच पुढे प्रदीर्घ कालखंडासाठी म्हणजे कित्येक हजारो वर्षांसाठी कंप्रतेत किंवा स्पंदामध्ये बदल न करता अचूक पद्धतीने कार्यरत राहते. किंबहुना याच गुणधर्मांसाठी मेसर तंत्रविज्ञान आकाराला आले आहे.
पहा : अमोनिया द्विस्तरीय मेसर; घन अवस्था मेसर; वैश्विक मेसर; स्ट्राँशियम टिटॅनेट मेसर; हायड्रोजन मेसर.
समीक्षक : दीपलक्ष्मी नितुरे