Шанхайський інститут оптики та точного машинобудування (SIPM) досягає важливих успіхів у дослідженні мікрохвильового електричного поля Rydberg

Нещодавно команда дослідника Чен Хуадуна з Департаменту космічних і астронавтичних лазерних технологій і систем Шанхайського інституту оптичної точності та механічних досліджень (SIPM) Китайської академії наук (CAS) і команда професора Чень Ліціна з Східнокитайський педагогічний університет (ECNU) вперше експериментально продемонстрував мікрохвильовий датчик Рідберга з високою чутливістю та високою пропускною здатністю перехідних процесів в атомах Рідберга рубідію. Результати були опубліковані як «Високочутлива мікрохвильова електрометрія з розширеною миттєвою смугою пропускання» у PHYSICAL REVIEW APPLIED (статтю опубліковано в PHYSICAL REVIEW APPLIED (Letter).
Атоми Рідберга - це високозбуджені атоми з великими електричними дипольними моментами, які дуже чутливі до зовнішніх електромагнітних полів. З цієї причини було запропоновано вимірювати мікрохвильові електричні поля, використовуючи прозорість електромагнітної індукції (EIT) і ефекти Аутлера-Таунса (AT) атомів Рідберга. Чутливість виявлення та миттєва пропускна здатність є ключовими показниками мікрохвильового детектування Rydberg. Раніше високу чутливість (55 нВ см?1 Гц?1/2) можна було отримати на основі EIT атома Рідберга, але миттєва смуга пропускання була обмежена кількома сотнями кілогерц. Одночасна висока чутливість і велика миттєва смуга пропускання є проблемою в області досліджень виявлення мікрохвильового електричного поля в Рідбурзі.
На основі техніки шестихвильового змішування дослідницька група експериментально продемонструвала мікрохвильовий датчик Рідберга в рубідієвій атомній газовій камері Рідберга, який одночасно забезпечує високу чутливість і високу миттєву смугу пропускання з максимальною чутливістю виявлення 62 нВ см-1Гц{ {3}}/2 із миттєвою смугою пропускання до 10,2 МГц. Теоретичні та експериментальні результати показують, що покращений високочастотний відгук походить від ефекту посилення негативної бічної смуги виявленого світла, створеного процесом шестихвильового змішування. Результати дослідження сприятимуть застосуванню технології мікрохвильового зондування Rydberg у радіолокації та зв’язку.
Відповідна робота підтримується Національним фондом природничих наук Китаю та іншими програмами.

Рис. 1 Принцип мікрохвильового датчика Рідберга (а) Схема експериментальної установки
(b) (c) Два шестихвильові процеси змішування, що створюють позитивні та негативні бічні смуги

Рис. 2 Чутливість мікрохвильового датчика Рідберга (а) Суперекзотропний сигнал проти мікрохвильової потужності сигналу (б) Чутливість визначається шумом системи