基于里德堡原子的微波全信息测量

介绍了里德堡原子微波电场传感器的工作原理,阐述了基于里德堡原子测量微波电场强度、相位、极化、频率等信息的技术特点,分析了基于里德堡原子的微波全信息测量的研究现状,探讨了当前绝对自校准测量和连续宽带高灵敏测量面临的困难,指出可以通过外场调控实现测量灵敏度提升和宽带连续频率测量;并可通过各种调制及解调手段简化相位、极化的测量和读取。分析了在热原子系统中利用多光子激发消除多普勒展宽以及采用冷原子消除多普勒展宽对于提升微波测量灵敏度的潜在优势,提出未来可利用里德堡原子的高轨道角动量态、强关联等特性进一步提升里德堡原子微波电场传感器性能。     

基于里德堡原子孔径的电场测量与微波传感研究

近年来,里德堡原子在微波测量领域的应用逐渐崭露头角,成为了量子精密测量领域的研究热点。相较于传统微波传感技术,里德堡原子体系展现出了更高的灵敏度、更强的抗干扰能力以及独特的量子可溯源性。这些优势使得里德堡原子在微波测量中具有巨大的潜力。尽管里德堡原子体系具有诸多优势,但其复杂的能级结构和与电磁波的多样相互作用给工程应用带来了挑战。目前,基于里德堡原子的“原子孔径”传感技术在传统微波传感领域的应用仍处于初级阶段,有着巨大的提升空间。为了充分发挥里德堡原子在微波测量中的优势,并解决其在实际应用中的局限性,在总结前期研究成果的基础上,探讨了里德堡原子体系在当前电磁波收发体制中的应用前景。随着技术的不断进步,里德堡原子有望在更广泛的频段内实现精确测量,为无线通信、雷达探测等领域提供有力支持。     

基于里德堡原子的微波相移测量

基于里德堡原子的微波量子精密测量技术由于其高灵敏度、高分辨、宽带宽且可直接溯源至基本物理常数等优势,已在微波量子计量、通信、成像等领域展现出广阔的应用前景.通过提出一种基于里德堡原子的微波相移测量方法,利用热里德堡原子光谱实现对本振(LO)微波场与待测(SIG)微波场的外差探测,得到了相移与待测微波场相移相同的中频(IF)探测信号;然后利用锁相放大算法对探测信号进行处理,得到探测信号相对同频参考信号的相位差;最后,利用位移台在待测微波信号中引入相移,比较位移前后的相位差测量结果,实现了 6.92 GHz微波信号相移的测量.对相移测量结果进行线性拟合,得到该频率的微波传播常数,与理论计算结果的相对误差约为0.2％,验证了这种全光学微波相移测量方法的可行性,并为微波量子精密测量技术在通信雷达等领域的应用奠定了基础.     

基于铷里德堡原子的频率可调谐微波电场测量

基于里德堡原子的能级调控特性实现了微波电场连续调谐测量。用铷原子气室作为微波电场传感器同时去感知待测微波场和调谐微波场,利用强调谐场对里德堡原子能级精细调节实现了待测场共振频率的同步改变,从而拓展了现有单频点微波测量的频率响应范围。在与68P3/2→66D5/2跃迁共振的调谐场作用下,利用测量的AT分裂光谱的幅值差来确定待测场共振频点的调谐变化,最终使共振的6.916GHz待测场的共振频率的调谐范围从原有的30MHz极限拓宽至150MHz,为微波电场的量子计量及拓展应用奠定技术基础。     

基于里德堡原子的电场传感技术

概述了基于里德堡原子的电场传感技术的基本原理,分析了里德堡原子电场测量具有的高灵敏度、宽频、可溯源至国际单位制（International System of Units, SI）、高空间分辨力等优势。讨论了激光参数、探测器噪声、环境电磁场干扰等因素对里德堡原子场强测量灵敏度与测量频率响应带宽的影响,介绍了频率调制、重泵浦、参数优化等提高场强测量灵敏度的方式,并阐述了单辅助场原子外差法、双辅助五能级外差法等提升测量频率响应带宽的方法。探讨了里德堡原子电场传感技术在计量、通信、雷达、成像等方面的应用情况,指出应通过优化原子气室结构、设计高性能光电探测器、提升光学腔性能等方式进一步提高里德堡原子电场测量灵敏度;应深入研究里德堡原子电场测量的不确定度来源,并对里德堡原子传感器进行全面的测试和表征;应开展里德堡原子电场测量相关装置的小型化、工程化设计研究,从而进一步提升里德堡原子电场测量技术的实际应用性能。     

基于里德堡原子的微波功率精密测量

提出一种基于里德堡原子量子相干效应的功率测量新方法。将装有铷蒸气的低电磁扰动原子气室置于特定的导波系统中,基于里德堡原子量子相干效应将对导波电场测量转化为对原子吸收光谱的探测,利用功率和导波电场的解析量化关系,实现一种全新的可溯源至普朗克常数的微波功率测量。在10.22GHz频率处与传统功率测量进行比较,-40dBm至-20dBm的功率范围内两者平均偏差为0.08dB(1.86%)。这种全新的微波功率量子测量方法具有灵敏度高、动态范围大、测量不确定度小等优势,有望形成新一代可直接溯源至国际单位制(SI)的微波功率基准。     

Yb原子里德堡态的寿命特性

采用激光两步激发使Yb原子在待测里德堡态实现布居．用廷迟脉冲场电离方法测定了6sns和6sns系列部分里德堡态的寿命，并与理论计算值作了比较．实验结果与理论计算结果基本符合．     

基于囚禁离子的微波频标研究进展

微波频标在卫星导航、精密计量、电力、通信等众多领域得到广泛应用,发挥了不可或缺的重要作用。近些年,国际上多家科研单位都在开展新型微波频标的研究,其中基于囚禁离子的微波频标具有高性能和小型化等优势,成为倍受关注的新一代微波频标。本文综述了离子阱微波频标的国内外研究现状,介绍了Penning阱和Paul阱两种常见离子阱的工作原理,以及¹⁹⁹Hg⁺,¹¹³Cd⁺,¹⁷¹Yb⁺等离子微波频标的研究动机、应用领域、技术方案和实现的技术指标。最后,本文对离子阱微波钟在守时钟、星载钟等方面的应用前景进行了展望。     

空气中微波击穿电场的计算

本文采用扩散控制的微波击穿模型,计算了低气压空气的微波击穿电场.为获得简单而直观的计算方法,利用了直流场中的气体放电基本参量,给出了微波击穿电场的计算过程.通过合理的数学处理,推导出计算微波击穿电场的简单公式.计算结果显示,微波击穿电场与气压的关系呈现出典型的帕邢曲线,即在某个气压时击穿电场最小.最低击穿电场及其对应的气压,也以简单公式的形式在文中给出.用简单公式计算出的击穿电场与文献的实验结果基本符合,表明简单公式是正确的.在此基础上,探讨了影响击穿电场的因素.结果表明,等效直流电场和电子平均温度均与微波频率无关,它们均是气压与特征扩散长度乘积的函数.微波击穿电场并不是气压与特征扩散长度乘积的函数,而是分别受气压、微波频率、特征扩散长度的影响.频率越高,击穿电场越大.特征扩散长度越大,击穿场强越小.     

微波封闭溶样原子吸收法快速测铜

实验确定了原子吸收快速测定矿物中铜的方法。实验表明,称取矿样0．3g于聚丙烯溶样杯中,经HNO2除硫后,采用HN03-H2O2-NH4HF2溶剂,在微波场内照射3min,即可将矿样完全分解,在EHNO3介质中,以原子吸收法测定铜。     

Switching enhancement and suppression of four-wave mixing via a dressing field

The switch between the enhancement and suppression of the four-wave mixing (FWM) process in an electromagnetically induced transparency (EIT) window via quantum interference has been demonstrated experimentally. The enhancement and suppression of the FWM signal, as well as the EIT window, switch with a change in the probe detuning. Also, by controlling the powers of the dressing and probe fields, the enhancement and suppression of the FWM signal can be switched and an optimized enhancement can be obtained. Such a switch of the enhancement and suppression of the FWM signal intensity can find potential applications in optical switches, optical communication and quantum information processes.     

Polarization-selective photonic band gap induced by electromagnetically induced transparency

A tripod-type system driven by a weak linearly polarized probe light and a π-polarized standing-wave control light is studied. The results show that double photonic band gaps (PBGs) can be obtained at two different frequencies due to Zeeman splitting induced by an external magnetic field. This allows us to selectively manipulate the σ_± components of the probe light, which exhibits polarization selective features. These peculiar features can be employed to devise schemes for a polarization beam splitter and polarization selective routing. Furthermore, the dependence of the gap position on the magnetic field provides an additional control of the PBGs structure. Thus, double tunable PBGs can be achieved.