基于相位解调的 Rydberg EIT 低频场外差探测

最近，量子传感研究的快速进展表明，Rydberg 原子在成为低频场的高精度厘米级天线方面具有巨大潜力。为了利用 Rydberg 原子实现高效可靠的低频场探测，我们设计、实现并分析了一种特殊但低成本且可扩展的方法，该方法基于嵌入在典型双光子基态-Rydberg 跃迁条件下的电磁感应透明（EIT）的外差过程。我们的方法不依赖于观察 Rydberg 原子对光的吸收变化，而是聚焦于低频场通过 Rydberg EIT 机制对探测激光诱导的相位调制效应，并利用解调过程精确提取信号。我们方法的一般原理适用于电场和磁场，甚至有可能在同一装置中实现两种功能的结合。特别地，我们在实验上演示了两种情况下的完整操作周期。在低频电场的测量中，我们发现原子间的 Rydberg 偶极-偶极相互作用诱导了具有不同角动量的 Rydberg 态的线性叠加，从而产生了对应于线性 Stark 效应特征的一阶响应。由于 Rydberg 原子与电场具有优异的耦合强度，我们的结果表明，我们的方法有望在未来达到适用于实际任务的高精度性能。