[發明專利]一種提高微波電場幅度測量靈敏度的裝置和方法

有效

• 申請號: 202110301585.0
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113138312B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 賈鳳東;謝鋒;張劍;劉修彬;張懷宇;鐘志萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學;清華大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;楊方

1.一種提高微波電場幅度測量靈敏度的裝置，其特征在于，所述裝置包括：里德堡原子微波電場傳感器、調制單元和分析單元；

所述里德堡原子微波電場傳感器，用于將探測光和耦合光在銣原子蒸汽池中相對傳播并嚴格重合，形成里德堡原子的電磁感應透明，在施加微波源產生的待測微波電場后發生Autler-Townes分裂，在對所述探測光的頻率進行線性掃描后得到EIT-AT分裂光譜；

所述調制單元，用于調制所述待測微波電場的幅度，得到所述EIT-AT分裂光譜的色散信號，所述色散信號用于表征所述待測微波電場幅度的大小；

所述分析單元，用于分析不同微波強度下的EIT-AT分裂光譜與對應的色散信號，確定微波電場幅度測量的靈敏度。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述里德堡原子微波電場傳感器包括：光電探測器、喇叭天線和聲光調制器；

所述光電探測器位于所述銣原子蒸汽池正下方，用于接收穿過所述銣原子蒸汽池的所述探測光；

所述喇叭天線，用于將所述待測微波電場作用于所述銣原子蒸汽池；

所述聲光調制器，用于對所述探測光的頻率進行線性掃描，得到EIT-AT分裂光譜。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述探測光的波長為780nm，作用于銣原子的能級1和能級2，光強為60μW，光斑直徑為800μm，偏振為線偏振光；

所述耦合光的波長為480nm，作用于銣原子的能級2和能級3，光強為50mW，光斑直徑為900μm，偏振為線偏振光；

所述待測微波電場的頻率為14.2GHz，作用于銣原子的能級3和能級4，偏振為線偏振。

4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述探測光和所述耦合光的偏振通過偏振片調節。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述調制單元包括：信號發生器和鎖相放大器；

所述信號發生器，用于產生TTL信號，幅度調制所述微波源的輸出功率；

所述鎖相放大器，用于接收幅度調制后的EIT-AT分裂光譜，將所述TTL信號作為參考信號進行調制解調，得到所述EIT-AT分裂光譜的色散信號。

6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述調制單元具體用于：通過改變所述微波源的輸出功率測量不同微波電場強度下的EIT-AT分裂光譜，在不同輸出功率下，幅度調制得到對應的色散信號，通過所述色散信號中的兩個過零點的點之間的距離表征所述待測微波電場幅度的大小。

7.一種提高微波電場幅度測量靈敏度的方法，其特征在于，所述方法包括：

S100、將探測光和耦合光在銣原子蒸汽池中相對傳播并嚴格重合，形成里德堡原子的電磁感應透明，在施加微波源產生的待測微波電場后發生Autler-Townes分裂，在對所述探測光的頻率進行線性掃描后得到EIT-AT分裂光譜；

S200、調制所述待測微波電場的幅度，得到所述EIT-AT分裂光譜的色散信號，所述色散信號用于表征所述待測微波電場幅度的大小；

S300、分析不同微波強度下的EIT-AT分裂光譜與對應的色散信號，確定微波電場幅度測量的靈敏度。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，S100包括：

通過光電探測器接收穿過所述銣原子蒸汽池的所述探測光；

通過喇叭天線將所述待測微波電場作用于所述銣原子蒸汽池；

通過聲光調制器對所述探測光的頻率進行線性掃描，得到EIT-AT分裂光譜。

9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，S200包括：

通過信號發生器產生TTL信號，幅度調制所述微波源的輸出功率；

通過鎖相放大器接收幅度調制后的EIT-AT分裂光譜，將所述TTL信號作為參考信號進行調制解調，得到所述EIT-AT分裂光譜的色散信號。