[發(fā)明專利]利用雙暗態(tài)系統(tǒng)測(cè)量微波電場(chǎng)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710315832.6
• 申請(qǐng)日: 2017-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN106932657B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭延?xùn)|;張仲健;汪金陵;李晨;任廷琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R29/12
• 分類號(hào): G01R29/12
• 代理公司: 濟(jì)南領(lǐng)升專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37246
• 代理人: 王吉勇;崔苗苗

1.一種利用雙暗態(tài)系統(tǒng)測(cè)量微波電場(chǎng)的方法，其特征是，所述雙暗態(tài)系統(tǒng)是在四能級(jí)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，加以輔助能級(jí)態(tài)矢5S_1/2(F＝2)耦合態(tài)矢5P_3/2構(gòu)成五能級(jí)系統(tǒng)，從而形成雙暗態(tài)系統(tǒng)，具體方法包括以下在室溫條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)步驟：

1)由外腔半導(dǎo)體激光器提供780nm的激光先通過(guò)二向色鏡分成兩束光一束作為探測(cè)光，另一束作為耦合光，它們分別經(jīng)過(guò)半波片和偏振分束器同向進(jìn)入銣原子汽室；

2)兩個(gè)半波片分別調(diào)節(jié)探測(cè)光場(chǎng)和耦合光場(chǎng)的入射光強(qiáng)，使得耦合場(chǎng)探測(cè)場(chǎng)；

3)將探測(cè)光鎖定在銣里德堡原子5S_1/2(F＝1)→5P_3/2躍遷線上，將控制光鎖定在銣里德堡態(tài)原子5S_1/2(F＝2)→5P_3/2躍遷線上；

4)倍頻激光器提供波長(zhǎng)為480nm耦合光，調(diào)節(jié)480nm耦合光在能級(jí)5P_3/2→53D_5/2共振頻率耦合；

5)由微波模擬信號(hào)發(fā)生器提供頻率范圍10kHz-10GHz且功率可調(diào)的微波信號(hào)，耦合里德堡原子53D_5/2→54P_3/2之間的躍遷，導(dǎo)致里德堡原子的電磁誘導(dǎo)透明系統(tǒng)的透射峰發(fā)生分裂；

6)最后用光電探測(cè)器檢測(cè)探測(cè)光的吸收特性，由透射峰線寬間距表征微波信號(hào)的電場(chǎng)強(qiáng)度；

上述實(shí)驗(yàn)方法的理論模擬如下：

由密度矩陣，在旋轉(zhuǎn)波近似的情況下求得線性極化率χ⁽¹⁾：

N是原子數(shù)密度，為1.4×10²⁷m^-3，λ_p是探測(cè)光場(chǎng)的波長(zhǎng)，為780nm，Δ_p是探測(cè)場(chǎng)躍遷的失諧量，Ω_p是探測(cè)場(chǎng)的拉比頻率，Ω_c1、Ω_c2分別是780nm控制光、480nm耦合光的拉比頻率Ω_c1＝Ω_c2＝10GHz，γ₄₁是態(tài)矢5P_3/2到態(tài)矢5S_1/2(F＝1)的衰減速率，Γ₄₁自發(fā)輻射的衰減速率，i代表虛數(shù)符號(hào)，Ω_rf代表微波源的拉比頻率；

通過(guò)上述函數(shù)關(guān)系，得到極化率隨射頻場(chǎng)的吸收色散關(guān)系；

通過(guò)大量模擬數(shù)據(jù)，關(guān)于射頻場(chǎng)與透射峰線寬間距關(guān)系，擬合成一條曲線，從曲線看出透射峰線寬間距與微波信號(hào)角頻率成正比例關(guān)系，五能級(jí)系統(tǒng)微波電場(chǎng)計(jì)可探測(cè)頻譜范圍10kHz-10GHz電場(chǎng)，為了直觀的顯示透射峰線寬間距與微波信號(hào)角頻率成線性關(guān)系，選取頻譜范圍0.1GHz-1GHz測(cè)量，且Ω_rf＝1.4Δf，E_RF代表微波電場(chǎng)強(qiáng)度，η是普朗克常量，大小為1.054571628×10^-34J·s，是里德堡態(tài)躍遷矩陣元，大小為3611ea₀，e為電子電荷，a₀是玻爾半徑，Δf代表透射峰線寬間距，用此方程關(guān)系式求得微波電場(chǎng)強(qiáng)度，算出五能級(jí)系統(tǒng)微波電場(chǎng)計(jì)探測(cè)電場(chǎng)靈敏度是四能級(jí)系統(tǒng)的7.3倍，理論探測(cè)的最小電場(chǎng)1nm/cm,是四能級(jí)系統(tǒng)的100倍，經(jīng)驗(yàn)證，該理論模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。

2.如權(quán)利要求1所述的利用雙暗態(tài)系統(tǒng)測(cè)量微波電場(chǎng)的方法，其特征是，所述步驟1)中的探測(cè)光的偏振為垂直偏振，耦合光的偏振為水平偏振。