[發明專利]基于里德堡原子量子相干效應的射頻電場頻率的測量方法

在審

• 申請號: 201710261673.6
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107121593A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 焦月春;趙建明;賈鎖堂
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02;G01R29/08
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司)14105
• 代理人: 雷立康

技術領域

本發明涉及一種基于里德堡原子量子相干效應的射頻電場頻率的測量方法。

背景技術

射頻電場頻率的精確測量在通訊以及軍事科技等領域具有重大的意義。現有的射頻電場頻率的測量方法是利用一個標準頻率的振蕩源或者利用射頻場諧振腔的自然頻率與待測信號的頻率進行比較；但是標準頻率的振蕩源和諧振腔的自然頻率都需要進行測量校準，校準過程存在一定的誤差，這使得測量的不確定度增加，難以實現射頻電場頻率的精確測量，而且校準會帶來額外的費用。

發明內容

本發明的目的是解決現有的射頻電場頻率測量方法存在的測量誤差大、難以實現精確測量的技術問題，提供一種基于里德堡原子量子相干效應的射頻電場頻率的測量方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于里德堡原子量子相干效應的射頻電場頻率的測量方法，包括如下步驟：

(a)將裝有堿金屬原子蒸氣的玻璃銫泡作為原子樣品池，在原子樣品池的兩側分別設有高反射率反射鏡和雙色鏡，在雙色鏡的外側設有光電探測器；

(b)第一激光光源發出探測光，將探測光的頻率鎖定在堿金屬原子基態到第一激發態的共振躍遷線上，探測光經高反射率反射鏡從原子樣品池的一端入射到原子樣品池中，穿過原子樣品池的探測光經雙色鏡入射到光電探測器上進行探測；

(c)第二激光光源發出耦合光，耦合光經雙色鏡從原子樣品池的另一端入射到原子樣品池中，與探測光在原子樣品池中反向共線傳播，耦合光耦合堿金屬原子的第一激發態與里德堡能級nS_1/2態或nD_5/2，3/2態；

(d)第二激光光源在堿金屬原子的第一激發態到里德堡能級nS_1/2態或nD_5/2，_3/2態的共振躍遷線附近掃描耦合光的頻率，使光電探測器探測到無多普勒背景的電磁感應透明光譜；

(e)將測量射頻電場頻率的裝置放置于待測射頻電場中，在待測射頻電場的作用下，(d)步驟中所述的電磁感應透明光譜產生射頻邊帶，邊帶譜線出現的位置滿足如下公式：

式中，為約化的普朗克常量；ω_ν,N為產生N級射頻邊帶所需的激發光頻率；W_ν表示EIT主峰出現的位置；ω_RF為待測射頻電場的頻率；N為邊帶級數，N為偶數；

測量邊帶譜線與EIT主峰W_ν位置之間的頻率間隔，再除以其對應的邊帶級數N，即測得待測射頻電場的頻率。

進一步地，所述堿金屬原子為銫原子；探測光的頻率鎖定在銫原子的基態6S_1/2，F＝4到第一激發態6P_3/2，F’＝5的共振躍遷線上；在銫原子的第一激發態6P_3/2，F’＝5到里德堡能級nS_1/2態或nD_5/2，3/2態的共振躍遷線附近掃描耦合光的頻率。

本發明的有益效果是：本發明提供了一種基于原子能級參數測量射頻場頻率的方法，利用里德堡原子量子相干效應，通過測量待測射頻電場作用下產生的邊帶譜線與EIT(電磁感應透明)主峰之間的頻率間隔，從而獲得射頻電場的頻率；本發明是直接基于原子能級參數進行的測量，測量過程可以溯源到基本物理常數，可以利用原子參數進行自校準，對待測電場沒有干擾，不依賴于外界的測量標準；本發明具有非常高的測量精度和自校準特性，克服了現有的射頻電場頻率測量方法存在的測量誤差大、難以實現精確測量的技術問題，整個方法實現起來十分簡單，易于推廣應用。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構示意圖；

圖2是實現本發明所述的基于里德堡原子三能級系統電磁感應透明的雙光子共振激發示意圖；

圖3是本發明基于射頻電場調制的里德堡能級示意圖；

圖中：λc為耦合光的波長，λp為探測光的波長，ω_RF為待測射頻電場的頻率。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步說明。

本實施例中的一種基于里德堡原子量子相干效應的射頻電場頻率的測量方法，包括如下步驟：