基于平顶激光束的原子超外差接收机噪声分析
量子物理
2024-03-20 v2 原子物理
摘要
由于其理论灵敏度受量子噪声限制，基于里德伯原子的无线电波传感有潜力以更高灵敏度取代传统同类设备，近年来发展迅速。然而，作为最灵敏的原子无线电波传感器，原子超外差接收机缺乏详尽的噪声分析以铺就其达成理论灵敏度之路。本工作中，我们定量研究了原子接收机的噪声功率谱随原子数的关系，其中原子数通过调节平顶激发激光束直径精确控制。结果表明，在激发光束直径小于等于 2 mm 且读出频率大于 70 kHz 的实验条件下，原子接收机灵敏度仅受量子噪声限制，而在其他条件下受经典噪声限制。然而，该原子接收机实验所达的量子投影噪声限制灵敏度远不及理论灵敏度。这是因为所有参与光-原子相互作用的原子均会贡献噪声，但仅其中参与无线电波跃迁的一部分能提供有价值信号。同时，理论灵敏度的计算假定噪声与信号由等量原子贡献。本工作对使原子接收机灵敏度达至终极极限至关重要，并在量子精密测量中具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2303.06421,
title = {Noise analysis of the atomic superheterodyne receiver based on flat-top laser beams},
author = {Zheng Wang and Mingyong Jing and Peng Zhang and Shaoxin Yuan and Hao Zhang and Linjie Zhang and Liantuan Xiao and Suotang Jia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.06421},
year = {2024}
}