[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于里德堡原子的量子天线调频波接收装置，其特征在于，包括：量子天线调频波接收端(1)、第一激光光源(2)、第二激光光源(3)、高反射率反射镜(4)、双色镜(5)、光电探测器(6)、数据采集系统(7)和微波源(8)；其中，第一激光光源(2)发出第一激光作为探测光，经过高反射率反射镜(4)从量子天线调频波接收端(1)的第一端入射；第二激光光源(3)发出第二激光作为耦合光，耦合光通过双色镜(5)从量子天线调频波接收端(1)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(1)内的光路相对重叠；所述高反射率反射镜(4)和双色镜(5)的正面与水平面成45度夹角，光电探测器(6)和数据采集系统(7)设置于双色镜(5)另一端；其中，所述量子天线调频波接收端(1)为装有铯原子蒸气的玻璃铯泡；在量子天线调频波接收端(1)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nS1/2共振跃迁线附近扫描，通过光电探测器(6)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(8)产生的微波场的频率与里德堡态nS1/2到另一个相邻里德堡态n’P1/2的频率间隔相等，此时微波场耦合相邻的两个里德堡能级nS1/2和n’P1/2，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mFM(t)；微波作为载波，表示为Eccos(2πfct)，其中，fc为与两个里德堡能级nS1/2和n’P1/2共振的微波频率；通过调频的方式将调制信号mFM(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mFM(t)引起，公式表示为δf＝mFM(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(6)探测到的信号输入到数据采集系统(7)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ΩMW，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。