Maser, dispositif qui produit et amplifie un rayonnement électromagnétique principalement dans la région des micro-ondes du spectre. Le maser fonctionne selon le même principe de base que le laser (dont le nom est formé de l’acronyme de « amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ») et partage nombre de ses caractéristiques. Le premier maser a été construit par le physicien américain Charles H. Townes et ses collègues en 1953. Le nom est un acronyme dérivé de « amplification micro-onde (ou moléculaire) par émission stimulée de rayonnement »

Un oscillateur maser nécessite une source d’atomes ou de molécules excités et un résonateur pour stocker leur rayonnement. L’excitation doit forcer plus d’atomes ou de molécules dans le niveau d’énergie supérieur que dans le niveau inférieur, afin que l’amplification par émission stimulée prédomine sur l’absorption. Pour des longueurs d’onde de quelques millimètres ou plus, le résonateur peut être une boîte métallique dont les dimensions sont choisies de manière à ce qu’un seul de ses modes d’oscillation coïncide avec la fréquence émise par les atomes ; en d’autres termes, la boîte résonne à cette fréquence particulière, tout comme une timbale résonne à une fréquence audio particulière. Les pertes d’un tel résonateur peuvent être rendues assez faibles, de sorte que le rayonnement peut être stocké suffisamment longtemps pour stimuler l’émission des atomes successifs lorsqu’ils sont excités. Ainsi, tous les atomes sont forcés d’émettre de manière à augmenter cette onde stockée. La sortie est obtenue en permettant à une partie du rayonnement de s’échapper par un petit trou dans le résonateur.

Le premier maser utilisait un faisceau de molécules d’ammoniac qui passait le long de l’axe d’une cage cylindrique de tiges métalliques, les tiges alternées ayant une charge électrique positive et négative. Le champ électrique non uniforme des tiges triait les molécules excitées des molécules non excitées, concentrant les molécules excitées à travers un petit trou dans le résonateur. La puissance de sortie était inférieure à un microwatt (10-6 watt), mais la longueur d’onde, déterminée principalement par les molécules d’ammoniac, était si constante et reproductible qu’elle pouvait être utilisée pour contrôler une horloge qui ne gagnerait ou ne perdrait pas plus d’une seconde en plusieurs centaines d’années. Ce maser peut également être utilisé comme amplificateur de micro-ondes. Les amplificateurs maser ont l’avantage d’être beaucoup plus silencieux que ceux qui utilisent des tubes à vide ou des transistors, c’est-à-dire qu’ils ajoutent très peu de bruit au signal amplifié. Les signaux très faibles peuvent donc être utilisés. Le maser à ammoniac n’amplifie qu’une bande de fréquences très étroite et n’est pas accordable, cependant, de sorte qu’il a été largement supplanté par d’autres types, tels que les masers à rubis à l’état solide.