中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)里德堡原子微波頻率梳譜儀
郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在基于里德堡原子的無(wú)線傳感上取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)史保森、丁冬生課題組實(shí)現(xiàn)了一種基于里德堡原子的微波頻率梳譜儀,在寬帶微波的探測(cè)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景,相關(guān)成果7月14日以“Rydberg microwave frequency comb spectrometer”為題發(fā)表在美國(guó)物理協(xié)會(huì)(APS)旗下的應(yīng)用物理期刊Physical Review Applied上。 微波測(cè)量在通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、以及天文探測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。里德堡原子具有較大的電偶極矩,它可以對(duì)微弱的電場(chǎng)具有很強(qiáng)的響應(yīng),因此可以用里德堡原子作為微波傳感器。近年來(lái),該研究方向受到廣泛關(guān)注,例如:美國(guó)陸軍研究室David H. Meyer等人展示了一個(gè)基于熱里德堡原子與平面微波波導(dǎo)耦合的原子射頻接收器和頻譜分析儀[Physical Review Applied 15, 014047 (2021)]。盡管里德堡原子傳感研究取得了重要進(jìn)展,但仍然存在一些亟待解決的問(wèn)題,比如可實(shí)時(shí)接收信號(hào)的帶寬(瞬時(shí)帶寬)受限于原子系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的弛豫時(shí)間,通常只有幾MHz,嚴(yán)重影響了該體系的實(shí)用化進(jìn)程。 在本工作中,研究團(tuán)隊(duì)基于室溫銫原子體系,利用里德堡原子對(duì)微波的混頻響應(yīng)性質(zhì),將微波頻率梳信號(hào)設(shè)置為本振信號(hào)(如圖1所示),演示了基于里德堡微波頻率梳譜儀的微波絕對(duì)頻率測(cè)量方案,目前可實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)響應(yīng)范圍為125 MHz,且有進(jìn)一步提升的空間。此外,如圖2,通過(guò)利用不同主量子數(shù)的里德堡態(tài),系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同中心頻率下具有1kHz調(diào)制帶寬信號(hào)的接收。 ![]() 圖1. (a)原子能級(jí)圖。(b)絕對(duì)頻率測(cè)量的原理圖(c)為實(shí)驗(yàn)裝置圖 ![]() |