Maser, dispositivo che produce e amplifica la radiazione elettromagnetica principalmente nella regione delle microonde dello spettro. Il maser funziona secondo lo stesso principio di base del laser (il cui nome è formato dall’acronimo di “amplificazione della luce per emissione stimolata di radiazione”) e condivide molte delle sue caratteristiche. Il primo maser fu costruito dal fisico americano Charles H. Townes e dai suoi colleghi nel 1953. Il nome è un acronimo derivato da “amplificazione a microonde (o molecolare) per emissione stimolata di radiazione”
Un oscillatore maser richiede una fonte di atomi o molecole eccitati e un risonatore per immagazzinare la loro radiazione. L’eccitazione deve forzare più atomi o molecole nel livello energetico superiore che in quello inferiore, affinché l’amplificazione per emissione stimolata predomini sull’assorbimento. Per lunghezze d’onda di pochi millimetri o più, il risonatore può essere una scatola di metallo le cui dimensioni sono scelte in modo che solo uno dei suoi modi di oscillazione coincida con la frequenza emessa dagli atomi; cioè, la scatola è risonante alla particolare frequenza, proprio come un tamburo da cucina è risonante a qualche particolare frequenza audio. Le perdite di un tale risonatore possono essere rese abbastanza piccole, in modo che la radiazione possa essere immagazzinata abbastanza a lungo da stimolare l’emissione dagli atomi successivi quando sono eccitati. Così, tutti gli atomi sono costretti ad emettere in modo tale da aumentare questa onda immagazzinata. L’uscita è ottenuta permettendo ad alcune radiazioni di uscire attraverso un piccolo foro nel risonatore.
Il primo maser usava un fascio di molecole di ammoniaca che passava lungo l’asse di una gabbia cilindrica di barre di metallo, con barre alternate con carica elettrica positiva e negativa. Il campo elettrico non uniforme delle aste smistava le molecole eccitate da quelle non eccitate, focalizzando le molecole eccitate attraverso un piccolo foro nel risonatore. L’uscita era meno di un microwatt (10-6 watt) di potenza, ma la lunghezza d’onda, essendo determinata principalmente dalle molecole di ammoniaca, era così costante e riproducibile che poteva essere usata per controllare un orologio che avrebbe guadagnato o perso non più di un secondo in diverse centinaia di anni. Questo maser può anche essere usato come amplificatore di microonde. Gli amplificatori maser hanno il vantaggio di essere molto più silenziosi di quelli che usano tubi a vuoto o transistor; cioè, aggiungono pochissimo rumore al segnale che viene amplificato. Si possono quindi utilizzare segnali molto deboli. Il maser ammoniaca amplifica solo una banda molto stretta di frequenze e non è sintonizzabile, tuttavia, in modo che è stato ampiamente sostituito da altri tipi, come i maser rubino allo stato solido.