[发明专利]一种基于里德堡原子的量子天线调频波接收装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于里德堡原子的量子天线调频波接收装置和方法，采用里德堡原子的电磁感应透明光谱作为探测手段，对调频微波作用下的AT分裂光谱进行测量，实现了基于原子的量子天线调频波接收，可以形成量子通讯接收仪，直接读出调制信号，不需要庞大的天线和解调电路，克服了传统微波通讯接收端需要庞大的天线和采用解调方式的缺点；探头对电场没有干扰，装置十分简便，易于实现微型化，适于广泛推广。

技术领域

本发明涉及微波调频领域，特别是涉及一种基于里德堡原子的量子天线调频波接收装置和方法。

背景技术

微波通讯已经成为目前主要的通讯手段之一，其在社会生活、科学研究和军事等领域具有重大的意义。传统的调频微波通讯是把待传输的信号通过调制载波频率的方式加载到微波上，然后在接收端通过天线喇叭接收调频波，并经过调制解调的方式将所传输的信号提取出来，但是解调的过程中会导致传输的信号失真，同时接收天线喇叭和解调电路极大的依赖于载波频率。对于不同频率的微波通讯，接收端需要采用不同的探头进行接收。

发明内容

本发明主要为解决现有问题的不足之处而提供一种基于里德堡原子的量子天线调频波接收装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于里德堡原子的量子天线调频波接收装置，包括：量子天线调频波接收端、第一激光光源、第二激光光源、高反射率反射镜、双色镜、光电探测器、数据采集系统和微波源；

其中，第一激光光源发出第一激光作为探测光，经过高反射率反射镜从量子天线调频波接收端的第一端入射；第二激光光源发出第二激光作为耦合光，耦合光通过双色镜从量子天线调频波接收端的第二端入射，第一激光和第二激光在量子天线调频波接收端内的光路相对重叠；高反射率反射镜和双色镜的正面与水平面成45度夹角，光电探测器和数据采集系统设置于双色镜另一端；其中，所述量子天线调频波接收端为装有铯原子蒸气的玻璃铯泡；

在量子天线调频波接收端内，作为耦合光的第二激光的频率在铯原子的第一激发态与里德堡态nS_1/2共振跃迁线附近扫描，通过光电探测器探测得到无多普勒背景的电磁感应透明光谱；

在无频率调制时，微波源产生的微波场的频率与里德堡态nS_1/2到另一个相邻里德堡态n’P_1/2的频率间隔相等，此时微波场耦合相邻的两个里德堡能级nS_1/2和n’P_1/2，电磁感应透明光谱将发生Autler-Townes分裂(AT分裂)变成两个峰，获取两个峰之间的频率间隔，作为微波耦合两个里德堡能级的拉比频率；

待传输信号作为调制信号m_FM(t)；微波作为载波，表示为E_ccos(2πf_ct)，其中，f_c为与两个里德堡能级nS_1/2和n’P_1/2共振的微波频率；通过调频的方式将调制信号m_FM(t)加载到微波上，经过调频后微波频率相对于共振微波频率的失谐量δf由调制信号m_FM(t)引起，公式表示为

δf＝m_FM(t) (1)

微波场的频率将按照调制信号发生变化，微波频率的失谐导致AT分裂的两个峰的高度发生变化；将光电探测器探测到的信号输入到数据采集系统中，对AT分裂的两个峰的高度进行实时测量，并实时计算出两峰的相对高度差，F＝(H1-H2)/(H1+H2)；其中，H1和H2为两个峰的高度；

通过测量的AT分裂的频率间隔得到微波耦合两个里德堡能级的拉比频率Ω_MW，同时得到AT分裂峰的相对高度差F随调制信号的变化，计算微波频率的失谐量δf随时间的变化

即可直接读出调制信号。