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近期，中國科學(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、中國科學(xué)院量子光學(xué)重點實驗室成華東研究員團(tuán)隊聯(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驗演示了一個同時具有高靈敏度和高瞬時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, 對外部電磁場十分敏感，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)來測量微波電場。探測靈敏度和瞬時帶寬是里德堡微波探測的關(guān)鍵指標(biāo)，此前基于里德堡原子超外差探測技術(shù)可以獲得很高的靈敏度(55 nV cm−1 Hz−1/2)，但是其瞬時帶寬被限制在幾百千赫茲以內(nèi)。同時擁有高靈敏度和大瞬時帶寬的特性是里德堡微波電場探測研究領(lǐng)域的一項難題。
基于六波混頻技術(shù)，研究團(tuán)隊在銣里德堡原子氣室中實驗演示了一個同時實現(xiàn)高靈敏度和高瞬時帶寬的里德堡微波傳感器，在瞬時帶寬高達(dá)10.2 MHz的情況下，最高探測靈敏度可達(dá)62nVcm-1Hz-1/2。理論和實驗結(jié)果表明增強(qiáng)的高頻響應(yīng)來源于六波混頻過程產(chǎn)生的探測光負(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)工作得到了國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
圖1 里德堡微波傳感器原理(a)實驗裝置示意圖(b)(c)產(chǎn)生正負(fù)邊帶的兩個六波混頻過程
圖2 里德堡微波傳感器靈敏度(a)超外差信號與信號微波功率的關(guān)系(b)系統(tǒng)噪聲決定的靈敏度
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