[发明专利]一种基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置和方法

权利要求书

1.一种基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置，其特征在于，包括：量子天线调幅波接收端(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)从量子天线调幅波接收端(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)从量子天线调幅波接收端(1)的第二端入射，第一激光和第二激光在量子天线调幅波接收端(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，所述量子天线调幅波接收端(1)为装有铯原子蒸气的玻璃铯泡；

在量子天线调幅波接收端(1)内，第二激光的频率在铯原子的第一激发态与里德堡态nS_1/2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；

微波源(8)产生的微波场发出的微波频率与里德堡态nS_1/2到另一个相邻里德堡态n’P_1/2的频率间隔相等，此时微波场耦合相邻的两个里德堡能级nS_1/2和n’P_1/2，电磁感应透明光谱将发生AT分裂变成两个峰，两个峰之间的频率间隔f与微波场的电场强度E_c满足：

其中为约化的普朗克常量，为原子的微波跃迁偶极矩；

待传输信号作为调制信号m_AM(t)；微波作为载波，表示为E_ccos(w_ct)，通过调幅的方式将传输信号加载到微波上，则经过调幅的微波电场E_AM(t)可表示为

E_AM(t)＝E_cm_AM(t)cos(w_ct)

通过调幅的方式将调制信号m_FM(t)加载到微波上，微波场的幅值将按照调制信号发生变化，w_c为微波的频率，调幅后微波场的强度E_c(t)表示为

E_c(t)＝E_cm_AM(t)

微波场幅度随调制信号的变化导致AT分裂的大小也发生变化，将探测器(6)探测到信号输入到数据采集系统(7)中，实时测量AT分裂的大小；

通过测量AT分裂的大小，得到无调制时的微波电场强度E_c，再通过测量AT分裂的大小随调制信号的变化，计算微波场强度的变化E_c(t)，进一步计算得到m_AM(t)＝E_c(t)/E_c，即可得到调制信号。

2.根据权利要求1所述的基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置，其特征在于，第一激光的波长为852nm，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；第二激光波长为510nm，作为耦合光耦合铯原子的第一激发态6P_3/2，F’＝5与某一里德堡态nS_1/2。

3.根据权利要求2所述的基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置，其特征在于，所述第一激光和第二激光的频率满足铯nS_1/2里德堡原子阶梯型三能级系统电磁感应透明的条件。

4.根据权利要求3所述的基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置，其特征在于，微波场的微波频率耦合相邻的两个里德堡能级nS_1/2和n’P_1/2，使得铯原子从里德堡原子阶梯型三能级系统变成四能级系统。

5.根据权利要求1所述的基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置，其特征在于，所述微波的频率范围为1GHz-1000GHz，传输信号为任意波形的调制信号，数据采集系统的采集速率高于基带信号的调制频率。