[發明專利]一種基于里德堡原子的量子天線調頻波接收裝置和方法

有效

• 申請號: 201810512324.1
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108809341B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 焦月春;趙建明
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H04B1/16
• 分類號: H04B1/16;H04B10/50;H04B10/516;H04B10/70
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明公開了一種基于里德堡原子的量子天線調頻波接收裝置和方法，采用里德堡原子的電磁感應透明光譜作為探測手段，對調頻微波作用下的AT分裂光譜進行測量，實現了基于原子的量子天線調頻波接收，可以形成量子通訊接收儀，直接讀出調制信號，不需要龐大的天線和解調電路，克服了傳統微波通訊接收端需要龐大的天線和采用解調方式的缺點；探頭對電場沒有干擾，裝置十分簡便，易于實現微型化，適于廣泛推廣。

技術領域

本發明涉及微波調頻領域，特別是涉及一種基于里德堡原子的量子天線調頻波接收裝置和方法。

背景技術

微波通訊已經成為目前主要的通訊手段之一，其在社會生活、科學研究和軍事等領域具有重大的意義。傳統的調頻微波通訊是把待傳輸的信號通過調制載波頻率的方式加載到微波上，然后在接收端通過天線喇叭接收調頻波，并經過調制解調的方式將所傳輸的信號提取出來，但是解調的過程中會導致傳輸的信號失真，同時接收天線喇叭和解調電路極大的依賴于載波頻率。對于不同頻率的微波通訊，接收端需要采用不同的探頭進行接收。

發明內容

本發明主要為解決現有問題的不足之處而提供一種基于里德堡原子的量子天線調頻波接收裝置和方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種基于里德堡原子的量子天線調頻波接收裝置，包括：量子天線調頻波接收端、第一激光光源、第二激光光源、高反射率反射鏡、雙色鏡、光電探測器、數據采集系統和微波源；

其中，第一激光光源發出第一激光作為探測光，經過高反射率反射鏡從量子天線調頻波接收端的第一端入射；第二激光光源發出第二激光作為耦合光，耦合光通過雙色鏡從量子天線調頻波接收端的第二端入射，第一激光和第二激光在量子天線調頻波接收端內的光路相對重疊；高反射率反射鏡和雙色鏡的正面與水平面成45度夾角，光電探測器和數據采集系統設置于雙色鏡另一端；其中，所述量子天線調頻波接收端為裝有銫原子蒸氣的玻璃銫泡；

在量子天線調頻波接收端內，作為耦合光的第二激光的頻率在銫原子的第一激發態與里德堡態nS_1/2共振躍遷線附近掃描，通過光電探測器探測得到無多普勒背景的電磁感應透明光譜；

在無頻率調制時，微波源產生的微波場的頻率與里德堡態nS_1/2到另一個相鄰里德堡態n’P_1/2的頻率間隔相等，此時微波場耦合相鄰的兩個里德堡能級nS_1/2和n’P_1/2，電磁感應透明光譜將發生Autler-Townes分裂(AT分裂)變成兩個峰，獲取兩個峰之間的頻率間隔，作為微波耦合兩個里德堡能級的拉比頻率；

待傳輸信號作為調制信號m_FM(t)；微波作為載波，表示為E_ccos(2πf_ct)，其中，f_c為與兩個里德堡能級nS_1/2和n’P_1/2共振的微波頻率；通過調頻的方式將調制信號m_FM(t)加載到微波上，經過調頻后微波頻率相對于共振微波頻率的失諧量δf由調制信號m_FM(t)引起，公式表示為

δf＝m_FM(t) (1)

微波場的頻率將按照調制信號發生變化，微波頻率的失諧導致AT分裂的兩個峰的高度發生變化；將光電探測器探測到的信號輸入到數據采集系統中，對AT分裂的兩個峰的高度進行實時測量，并實時計算出兩峰的相對高度差，F＝(H1-H2)/(H1+H2)；其中，H1和H2為兩個峰的高度；

通過測量的AT分裂的頻率間隔得到微波耦合兩個里德堡能級的拉比頻率Ω_MW，同時得到AT分裂峰的相對高度差F隨調制信號的變化，計算微波頻率的失諧量δf隨時間的變化

即可直接讀出調制信號。