Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) boekt belangrijke vooruitgang in Rydberg-onderzoek naar elektrische velddetectie in microgolven

Onlangs hebben een team van onderzoeker Cheng Huadong van het Department of Space and Astronautical Laser Technology and Systems, Shanghai Institute of Optical Precision and Mechanical Research (SIPM) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), en een team van prof. Chen Liqing van East China Normal University (ECNU) heeft voor het eerst experimenteel een Rydberg-microgolfsensor gedemonstreerd met zowel een hoge gevoeligheid als een hoge transiënte bandbreedte in rubidium Rydberg-atomen. De resultaten werden gepubliceerd als "Hooggevoelige microgolfelektrometrie met verbeterde momentane bandbreedte" in PHYSICAL REVIEW APPLIED (Het artikel werd gepubliceerd in PHYSICAL REVIEW APPLIED (Brief).
Rydberg-atomen zijn sterk aangeslagen atomen met grote elektrische dipoolmomenten, die zeer gevoelig zijn voor externe elektromagnetische velden. Om deze reden is voorgesteld om elektrische microgolfvelden te meten door gebruik te maken van de elektromagnetische inductietransparantie (EIT) en Autler-Townes (AT) effecten van Rydberg-atomen. Detectiegevoeligheid en onmiddellijke bandbreedte zijn de belangrijkste indexen van Rydberg-microgolfdetectie. Voorheen kon een hoge gevoeligheid (55 nV cm?1 Hz?1/2) worden verkregen op basis van het Rydberg-atoom EIT, maar de momentane bandbreedte was beperkt tot een paar honderd kilohertz. De gelijktijdige hoge gevoeligheid en grote onmiddellijke bandbreedte vormen een uitdaging op het gebied van onderzoek naar elektrische velddetectie door microgolven in Ridburg.
Op basis van de mengtechniek met zes golven heeft het onderzoeksteam experimenteel een Rydberg-microgolfsensor gedemonstreerd in een rubidium Rydberg-atoomgaskamer die tegelijkertijd een hoge gevoeligheid en een hoge momentane bandbreedte bereikt, met een maximale detectiegevoeligheid van 62 nVcm-1Hz{ {3}}/2 met een onmiddellijke bandbreedte van maximaal 10,2 MHz. Theoretische en experimentele resultaten laten zien dat de verbeterde hoogfrequente respons voortkomt uit het versterkende effect van de negatieve zijband van het gedetecteerde licht dat wordt gegenereerd door het zes-golfmengproces. De onderzoeksresultaten zullen de toepassing van Rydberg-microgolfdetectietechnologie in radar en communicatie bevorderen.
Het gerelateerde werk wordt ondersteund door de National Natural Science Foundation of China en andere programma's.

Fig. 1 Principe van de Rydberg-microgolfsensor (a) Schematisch diagram van de experimentele opstelling
(b) (c) Twee mengprocessen met zes golven die positieve en negatieve zijbanden genereren

Afb. 2 Gevoeligheid van de Rydberg-microgolfsensor (a) Super-exotroop signaal versus signaalmicrogolfvermogen (b) Gevoeligheid bepaald door systeemruis