수소 메이저 (Hydrogen Maser)

단기간에 놀라운 정밀도를 보이는 원자시계

USNO 의 수소 메이저

수소 메이저는 상용으로 판매되고 있는 주파수 표준기중 가장 고가의 장비이다. 메이저 (Maser)는 Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation의 줄임말로 ‘유도방출에 의한 마이크로파 증폭’을 나타내며 증폭되는 마이크로파 주파수는 수소 원자의 공진주파수인 1,420,405,752 Hz가 된다.

수소메이저는 수소 기체를 자석을 통과시켜 정해진 에너지 준위에 있는 수소 기체만 걸러낸후 구형의 저장구에 입사시킨다. 이 구 안에서 일부 수소는 낮은 에너지 상태로 떨어지며 1,420,405,752 Hz의 마이크로파를 발생시킨다. 이 마이크로파는 다른 수소들을 자극하여 더 많은 수소들이 마이크로파를 발생시키도록 유도하여 저장구에는 마이크로파가 축적된다. 저장구를 둘러싼 공진기는 이 마이크로파 정보를 얻어내 정확한 주파수와 시계를 만드는데 이용된다. 수소 메이저는 세슘 원자시계보다 단기 안정도가 더 우수한 특성을 나타낸다. 하지만 수 일간 측정을 하게 되면 세슘 원자 시계보다 안정도가 떨어진다. 현재 시간주파수 연구실은 2대의 수소메이저를 보유하고 있다.