[发明专利]一种连续频率的原子微波混频装置及方法

权利要求书

1.一种连续频率的原子微波混频装置，其特征在于，包括碱金属原子气室、由共面波导组成的微波电路、接收天线、增益放大器、第一直流偏置、第二直流偏置、第一信号源、第二信号源、第一接头、第二接头、第三接头、碱金属原子、探测光与耦合光；

所述共面波导水平放置，置于碱金属原子气室底部；

所述第一接头的一端连接共面波导的上表面，另一端分别连接第一直流偏置与增益放大器；

所述第二接头的一端连接共面波导的背面，另一端连接第二直流偏置；

所述第三接头一端连接共面波导的上表面，另一端连接输出混频场的导线；

第一信号源产生和发出第一本振场；第二信号源产生和发出第二本振场；

接收天线将接收到的信号场由增益放大器放大后与两束本振场通过第一接头传输到共面波导中；

第一直流偏置、第二直流偏置用于消除碱金属原子气室内的噪声环境，其中第一直流偏置作用于共面波导上表面，第二直流偏置作用于共面波导的背面，通过两个直流偏置创造碱金属原子气室内零环境的直流场；

探测光与耦合光打入碱金属原子气室，激光光束经过共面波导上表面，最后混频场由连接第三接头的导线输出。

2.根据权利要求1所述的连续频率的原子微波混频装置，其特征在于，所述共面波导为背敷金属共面波导，包括介质基片和三条导带；介质基片的上表面为接地带和一条金属导带，背面为薄的一层接地带；所述上表面的金属导带为中心带，中心带用于发射射频信号，共面波导传播的是TEM波，没有截止频率；

所述中心带的另一侧设置有第一接头、第二接头和第三接头，第一接头的一端分别连接上表面的接地带和金属导带；第二接头的一端连接背面的接地带，第三接头的一端分别连接上表面的接地带和金属导带。

3.根据权利要求2所述的连续频率的原子微波混频装置，其特征在于，所述共面波导上表面的接地带与中心带之间有细小的间隔，用于激光光束从间隔上下穿过。

4.根据权利要求2所述的连续频率的原子微波混频装置，其特征在于，所述共面波导上表面的接地带与中心带两者间距为3mm。

5.根据权利要求1所述的连续频率的原子微波混频装置，其特征在于，所述第一接头、第二接头和第三接头为弯SMA接头。

6.一种连续频率的原子微波混频方法，其特征在于，包括：

通过耦合光和探测光将碱金属原子气室中的碱金属原子从基态相干激发到里德堡态，将探测光与耦合光调至合适的失谐量δ₁₂、δ₂₃，使其达到双光子共振条件；

接着两束激光光束沿着共面波导的上表面反向传播，并通过共面波导上表面中的接地带与中心带之间，由此激发气室内的里德堡原子；

通过接收天线将接收到的信号场由增益放大器放大后，与两束本振场通过接头传输到共面波导中；第一直流偏置和第二直流偏置用于消除里德堡原子周围的噪声环境，其中第一直流偏置作用于共面波导上表面，第二直流偏置作用于共面波导的背面，通过两个直流偏置创造碱金属原子气室内零环境的直流场；

通过里德堡原子混频器，将共面波导发射出的两束本振场与一个放大后的信号场混频后，第一本振场耦合里德堡能级3和4态，第二本振场耦合里德堡能级4和5态，产生EIT峰分裂，通过调节失谐Δ的大小来实现连续频率的测量；

通过探测器，检测探测光的信号；再由已知电场定标并推导出斜率|κ₀|，最后通过计算得到信号场拉比频率、电场强度及相位信息。

7.根据权利要求6所述的连续频率的原子微波混频方法，其特征在于，将探测光与耦合光调至合适失谐量抵消AC stark平移，其中Ω_L为本振场的拉比频率，两束本振场的拉比频率大小相等，并通过本振场与信号场耦合里德堡能级，形成一个五能级里德堡EIT系统。