Rydberg原子传感器强度检测与劈裂检测的检测能力比较
信号处理
2025-09-24 v1
摘要
Rydberg原子量子接收机被视为新型射频测量手段，其对宽频段的高灵敏度使其在通信接收领域极具吸引力。然而，其独特的物理特性支持两种基本的信号读出方案：基于强度的检测和基于劈裂的检测。前者通过激光强度测量电场，后者利用Autler-Townes劈裂。本文系统地分类并建模了现有的信号读出方法，将其归入这两种范式。随后，我们推导了每种检测方式的最大似然估计流程及相应的Cramér-Rao下界（CRLB）。通过对CRLB的分析，我们为两种读出方案提出了增强灵敏度并最小化估计方差的策略：在具有最大斜率幅值的区域采集数据。尽管该方法已在基于强度的检测中（如超外差方案）得到实现，但其在基于劈裂的检测中的应用仍未被探索。实施非均匀频率扫描，结合在具有最大峰值斜率的区域进行优先采样，以及我们提出的最大似然劈裂估计方法，相比传统的多项式拟合实现了显著降低的估计方差。比较分析揭示了两类检测方案的最优检测性能。这项工作也有助于提升微波校准的准确性。数值结果表明，基于我们提出的最大似然估计方法，这两种基本信号读出方法均实现了更低的估计方差。
引用
@article{arxiv.2509.18753,
title = {Detection Capability Comparison Between Intensity Detection and Splitting Detection for Rydberg-Atomic Sensors},
author = {Hao Wu and Xinyuan Yao and Rui Ni and Chen Gong and Kaibin Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.18753},
year = {2025}
}