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上海光機(jī)所在里德堡微波電場(chǎng)探測(cè)研究中取得重要進(jìn)展

2024-03-28 08:54:38來(lái)源：上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 閱讀量：91 評(píng)論

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導(dǎo)讀：里德堡（Rydberg）原子是具有大的電偶極矩的高激發(fā)態(tài)原子, 對(duì)外部電磁場(chǎng)十分敏感，為此人們提出利用里德堡原子的電磁感應(yīng)透明（EIT）和Autler-Townes（AT）效應(yīng)來(lái)測(cè)量微波電場(chǎng)。

　　近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部、中國(guó)科學(xué)院量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成華東研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華東師范大學(xué)陳麗清教授課題組首次在銣里德堡原子中實(shí)驗(yàn)演示了一個(gè)同時(shí)具有高靈敏度和高瞬時(shí)帶寬的里德堡微波傳感器。相關(guān)成果以“Highly sensitive microwave electrometry with enhanced instantaneous bandwidth”為題，發(fā)表于PHYSICAL REVIEW APPLIED(Letter)。
 
　　里德堡(Rydberg)原子是具有大的電偶極矩的高激發(fā)態(tài)原子, 對(duì)外部電磁場(chǎng)十分敏感，為此人們提出利用里德堡原子的電磁感應(yīng)透明(EIT)和Autler-Townes(AT)效應(yīng)來(lái)測(cè)量微波電場(chǎng)。探測(cè)靈敏度和瞬時(shí)帶寬是里德堡微波探測(cè)的關(guān)鍵指標(biāo)，此前基于里德堡原子超外差探測(cè)技術(shù)可以獲得很高的靈敏度(55 nV cm−1 Hz−1/2)，但是其瞬時(shí)帶寬被限制在幾百千赫茲以內(nèi)。同時(shí)擁有高靈敏度和大瞬時(shí)帶寬的特性是里德堡微波電場(chǎng)探測(cè)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)難題。
 
　　基于六波混頻技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)在銣里德堡原子氣室中實(shí)驗(yàn)演示了一個(gè)同時(shí)實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高瞬時(shí)帶寬的里德堡微波傳感器，在瞬時(shí)帶寬高達(dá)10.2 MHz的情況下，最高探測(cè)靈敏度可達(dá)62nVcm-1Hz-1/2。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明增強(qiáng)的高頻響應(yīng)來(lái)源于六波混頻過(guò)程產(chǎn)生的探測(cè)光負(fù)邊帶的增強(qiáng)效應(yīng)。研究成果將推進(jìn)里德堡微波傳感技術(shù)在雷達(dá)和通信方面的應(yīng)用。
 
　　相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
 
　　圖1 里德堡微波傳感器原理(a)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(b)(c)產(chǎn)生正負(fù)邊帶的兩個(gè)六波混頻過(guò)程
 
　　圖2 里德堡微波傳感器靈敏度(a)超外差信號(hào)與信號(hào)微波功率的關(guān)系(b)系統(tǒng)噪聲決定的靈敏度
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