Шанхайский институт оптики и точного машиностроения (SIPM) добился важного прогресса в исследованиях по обнаружению микроволнового электрического поля Ридберга

Недавно группа исследователей Ченг Хуадун из Департамента космических и астронавтических лазерных технологий и систем Шанхайского института оптической точности и механических исследований (SIPM) Китайской академии наук (CAS) и группа профессора Чэнь Лицина из Восточно-Китайский педагогический университет (ECNU) впервые экспериментально продемонстрировал ридберговский микроволновый датчик с высокой чувствительностью и высокой пропускной способностью в переходных процессах на атомах рубидия Ридберга. Результаты были опубликованы как «Высокочувствительная микроволновая электрометрия с расширенной мгновенной полосой пропускания» в журнале PHYSICAL REVIEW APPLIED (статья была опубликована в журнале PHYSICAL REVIEW APPLIED (Letter).
Атомы Ридберга — это высоковозбужденные атомы с большими электрическими дипольными моментами, которые очень чувствительны к внешним электромагнитным полям. По этой причине было предложено измерять микроволновые электрические поля, используя эффекты прозрачности электромагнитной индукции (EIT) и Аутлера-Таунса (AT) ридберговских атомов. Чувствительность обнаружения и мгновенная полоса пропускания являются ключевыми показателями микроволнового обнаружения Ридберга. Раньше высокую чувствительность (55 нВ см?1 Гц?1/2) можно было получить на основе ЭИП ридберговского атома, но мгновенная полоса пропускания была ограничена несколькими сотнями килогерц. Одновременная высокая чувствительность и большая мгновенная полоса пропускания являются проблемой в области исследований по обнаружению микроволнового электрического поля в Ридбурге.
На основе метода шестиволнового смешения исследовательская группа экспериментально продемонстрировала микроволновый датчик Ридберга в атомной газовой камере Рубидия Ридберга, который одновременно обеспечивает высокую чувствительность и широкую мгновенную полосу пропускания с максимальной чувствительностью обнаружения 62 нВсм-1Гц{ {3}}/2 с мгновенной полосой пропускания до 10,2 МГц. Теоретические и экспериментальные результаты показывают, что улучшенный высокочастотный отклик возникает из-за эффекта усиления отрицательной боковой полосы обнаруженного света, генерируемого процессом шестиволнового смешивания. Результаты исследования будут способствовать применению технологии микроволнового зондирования Ридберга в радиолокации и связи.
Соответствующая работа поддерживается Национальным фондом естественных наук Китая и другими программами.

Рис. 1 Принцип работы ридберговского микроволнового датчика (а) Принципиальная схема экспериментальной установки
(б) (в) Два процесса шестиволнового смешения, генерирующие положительные и отрицательные боковые полосы

Рис. 2 Чувствительность микроволнового датчика Ридберга (а) Суперэкзотропный сигнал в зависимости от мощности СВЧ сигнала (б) Чувствительность определяется шумом системы