利用里德堡原子混频器在射频波段实现分辨率优于 1 Hz 的弱电场探测
量子物理
2019-03-26 v1 原子物理
摘要
由于里德堡原子在 500 MHz-1 THz 频率范围内具有强偶极矩，它们已被用于测量射频（RF）电（E）场。为此，在 Autler-Townes（AT）区间内使用电磁诱导透明（EIT），使得检测到的电场强度与 AT 分裂成正比。然而，对于弱电场，AT 峰值分离变得无法分辨，从而限制了最小可检测电场。在此，我们展示了将里德堡原子用作 RF 混频器，在远低于 AT 区间的情况下进行弱电场探测，其频率分辨能力优于 1 Hz。实验中使用了入射到充满铯原子的蒸汽池中的两个电场。一个频率为 19.626000 GHz 的电场驱动 34D_(5/2)->5P_(3/2) 里德堡跃迁并作为本振（LO），另一个感兴趣的信号电场频率为 19.626090 GHz。在 LO 存在的情况下，里德堡原子自然地将 Sig 场下变频为 90 kHz 的中频（IF）信号。该 IF 信号通过里德堡蒸汽表现为探测激光强度的振荡，并可通过光电二极管和锁相放大器轻松检测。在本文使用的配置中，检测到了低至约 46 mV/m +/-2 mV/m 的电场强度。此外，与 Sig 强度相等且相距 0.1 Hz 的邻近电场可以被分辨，且没有任何泄漏进入锁相信号。对于相距 1 Hz 且比 Sig 高达 +60 dB 的信号，泄漏进锁相信号的部分可保持在 -3 dB 以下。
引用
@article{arxiv.1903.09712,
title = {Weak Electric-Field Detection with Sub-1 Hz Resolution at Radio Frequencies Using A Rydberg Atom-Based Mixer},
author = {Joshua A. Gordon and Matthew T. Simons and Abdulaziz H. Haddab and Christopher L. Holloway},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.09712},
year = {2019}
}