[发明专利]基于里德堡原子量子相干效应的射频电场频率的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于里德堡原子量子相干效应的射频电场频率的测量方法。

背景技术

射频电场频率的精确测量在通讯以及军事科技等领域具有重大的意义。现有的射频电场频率的测量方法是利用一个标准频率的振荡源或者利用射频场谐振腔的自然频率与待测信号的频率进行比较；但是标准频率的振荡源和谐振腔的自然频率都需要进行测量校准，校准过程存在一定的误差，这使得测量的不确定度增加，难以实现射频电场频率的精确测量，而且校准会带来额外的费用。

发明内容

本发明的目的是解决现有的射频电场频率测量方法存在的测量误差大、难以实现精确测量的技术问题，提供一种基于里德堡原子量子相干效应的射频电场频率的测量方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于里德堡原子量子相干效应的射频电场频率的测量方法，包括如下步骤：

(a)将装有碱金属原子蒸气的玻璃铯泡作为原子样品池，在原子样品池的两侧分别设有高反射率反射镜和双色镜，在双色镜的外侧设有光电探测器；

(b)第一激光光源发出探测光，将探测光的频率锁定在碱金属原子基态到第一激发态的共振跃迁线上，探测光经高反射率反射镜从原子样品池的一端入射到原子样品池中，穿过原子样品池的探测光经双色镜入射到光电探测器上进行探测；

(c)第二激光光源发出耦合光，耦合光经双色镜从原子样品池的另一端入射到原子样品池中，与探测光在原子样品池中反向共线传播，耦合光耦合碱金属原子的第一激发态与里德堡能级nS_1/2态或nD_5/2，3/2态；

(d)第二激光光源在碱金属原子的第一激发态到里德堡能级nS_1/2态或nD_5/2，_3/2态的共振跃迁线附近扫描耦合光的频率，使光电探测器探测到无多普勒背景的电磁感应透明光谱；

(e)将测量射频电场频率的装置放置于待测射频电场中，在待测射频电场的作用下，(d)步骤中所述的电磁感应透明光谱产生射频边带，边带谱线出现的位置满足如下公式：

式中，为约化的普朗克常量；ω_ν,N为产生N级射频边带所需的激发光频率；W_ν表示EIT主峰出现的位置；ω_RF为待测射频电场的频率；N为边带级数，N为偶数；

测量边带谱线与EIT主峰W_ν位置之间的频率间隔，再除以其对应的边带级数N，即测得待测射频电场的频率。

进一步地，所述碱金属原子为铯原子；探测光的频率锁定在铯原子的基态6S_1/2，F＝4到第一激发态6P_3/2，F’＝5的共振跃迁线上；在铯原子的第一激发态6P_3/2，F’＝5到里德堡能级nS_1/2态或nD_5/2，3/2态的共振跃迁线附近扫描耦合光的频率。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于原子能级参数测量射频场频率的方法，利用里德堡原子量子相干效应，通过测量待测射频电场作用下产生的边带谱线与EIT(电磁感应透明)主峰之间的频率间隔，从而获得射频电场的频率；本发明是直接基于原子能级参数进行的测量，测量过程可以溯源到基本物理常数，可以利用原子参数进行自校准，对待测电场没有干扰，不依赖于外界的测量标准；本发明具有非常高的测量精度和自校准特性，克服了现有的射频电场频率测量方法存在的测量误差大、难以实现精确测量的技术问题，整个方法实现起来十分简单，易于推广应用。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是实现本发明所述的基于里德堡原子三能级系统电磁感应透明的双光子共振激发示意图；

图3是本发明基于射频电场调制的里德堡能级示意图；

图中：λc为耦合光的波长，λp为探测光的波长，ω_RF为待测射频电场的频率。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

本实施例中的一种基于里德堡原子量子相干效应的射频电场频率的测量方法，包括如下步骤：