通过光学同调和射频频谱检测探测 Rydberg 原子传感器的带宽与灵敏度
量子物理
2026-03-13 v1 原子物理
摘要
Rydberg 原子基于传感器允许进行 SI 可追溯测量，并在通信和雷达技术领域显示出前景。本文我们利用 Rydberg 染光斑电磁感应透明性（EIT）光谱学方法，研究了 Rydberg 原子传感器在氢化锂蒸发管中的带宽和灵敏度。我们采用射频（RF）频谱检测技术结合光学同调 setup 来扩展 Rydberg 传感器在灵敏度和带宽之间的可实现范围。虽然 Rydberg 传感器的带宽受限于原子穿过时间和耦合场的 Rabi 频率，但通过减小光束尺寸来实现更高带宽认为会因 EIT 信号强度减小而牺牲灵敏度。使用光学同调检测，我们演示了在保持灵敏度的同时实现了 8 MHz 的响应带宽。此外，我们使用 Rydberg 传感器接收数字通信信号并呈现误差矢量幅度（EVM）测量，作为符号速率和 Rydberg 传感器带宽的函数。我们进一步将传感器性能与传统 RF mixer 进行比较。我们确立，Rydberg 传感器在接收纯音调时的带宽与在接收调制信号时的带宽并不相同。这一差异源于符号在频域中的展开，导致信噪比（SNR）降低以及随调制信号总范围的噪声累积。
引用
@article{arxiv.2509.20632,
title = {Probing Bandwidth and Sensitivity in Rydberg Atom Sensing via Optical Homodyne and RF Heterodyne Detection},
author = {Dixith Manchaiah and Stone Oliver and Samuel Berweger and Christopher L. Holloway and Nikunjkumar Prajapati},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.20632},
year = {2026}
}