[發明專利]利用雙暗態系統測量微波電場的方法

有效

• 申請號: 201710315832.6
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN106932657B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 彭延東;張仲健;汪金陵;李晨;任廷琦
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 濟南領升專利代理事務所(普通合伙) 37246
• 代理人: 王吉勇;崔苗苗

本發明公開了一種利用雙暗態系統測量微波電場的方法，由外腔半導體激光器提供激光通過二向色鏡分成探測光和耦合光，經過半波片和偏振分束器同向進入銣原子汽室；兩個半波片分別調節探測光場和耦合光場的入射光強，使得控制場探測場；將探測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原子5S_1/2(F＝2)→5P_3/2躍遷線上；倍頻激光器提供耦合光，調節耦合光在能級5P_3/2→53D_5/2共振頻率耦合；由微波模擬信號發生器提供功率可調的微波信號，耦合里德堡原子態矢53D_5/2→54P_3/2之間的躍遷，導致里德堡原子的EIT的透射峰發生分裂；用光電探測器檢測探測光的吸收特性，由透射峰線寬間距表征微波信號的電場強度。該方法能極大地壓窄透射峰線寬提高探測精度和靈敏度。

技術領域

本發明涉及一種微波電場測量方法。

背景技術

近年來，基于里德堡原子的電場測量是當前微波電場精密測量領域的研究熱點問題。由于具有大的極化率、低的電離閾值和大的電偶極距，對外部電磁場十分敏感，可以用來測量電場強度特別是微波電場強度。2012年，Sedlacek等人在銣泡中使用原子共振法進行電場測量，理論上說，用這方法可以測量小于100nm/cm的微波電場，而實驗中測量最小電場強度為8μV/cm。2016年，Simons等人在里德堡原子中利用頻率失諧法來提高探測電場的靈敏度。用頻率失諧法測量電場的敏感性是共振AT分裂法的2倍。以上測量微波電場大都采用的是四能級系統，采用的原子躍遷路徑是5S_1/2(F＝1)→5P_3/2→53D_5/2→54P_3/2，在沒有微波場的作用下，原子躍遷路徑為5S_1/2→5P_3/2→53D_5/2，這是一種級聯型電磁誘導透明(Electromagnetically induced transparency簡稱EIT)單暗態系統，加入微波場后，耦合態矢53D_5/2→54P_3/2，會使透射峰發生分裂，利用透射峰之間的間距與微波場強度之間的線性關系來實現對微波電場的測量。以上利用EIT的微波電場探測方案是基于單暗態系統，干涉效應壓窄透射峰線寬效果有限，導致測量精度和靈敏度有限。

中國專利申請CN104880614A公開了一種基于冷里德堡原子干涉儀的微波電場強度計及其測量方法，微波電場強度計包括：真空系統，用于冷卻囚禁原子以產生冷原子團，該冷原子團用于制備里德堡態以及產生干涉效應，使相干原子態產生相位差；激光器，用于產生耦合光和探測光，將真空系統中的冷原子從基態相干激發到里德堡態；光電探測器，用于探測兩束冷原子團因相干性而產生的干涉條紋；所述微波源，用于產生微波電場。微波電場強度計在相干分束與合束之間的演化過程中，讓處在里德堡態的原子團與待測微波電場作用，產生交流斯塔克效應，將待測微波電場強度與交流斯塔克產生的相位關聯起來，從而實現微波電場的精密測量。該專利申請的原理是利用微波場引起的干涉條紋位移與無微波場的條紋位移差表征微波電強度，能級結構為單電磁誘導透明(EIT)系統，其利用冷原子里德堡態相干時間長提高探測精度，但是需要復雜的冷卻裝置結構，且測量精度有限。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提出了利用雙暗態系統測量微波電場的方案。通過另一控制光場耦合輔助躍遷5S_1/2(F＝2)→5P_3/2)，形成雙暗態系統，暗態間相互作用極大地改變里德堡原子的吸收和色散特性，可極大的壓窄透射峰線寬提高探測精度。該方法可以在室溫下操作，測量精度和可調性均優于以上EIT單暗態方法。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種利用雙暗態系統測量微波電場的方法，包括以下實驗步驟：