[发明专利]一种测量微波相位的装置和方法

权利要求书

1.一种测量微波相位的装置，其特征在于，所述装置包括：里德堡原子微波电场传感器、辐射单元、塞曼调制单元和测量单元；

所述里德堡原子微波电场传感器，用于将探测光和耦合光在铷原子蒸汽池中相向传播，形成里德堡原子的电磁感应透明，在施加微波电场后所述电磁感应透明发生Autler-Townes分裂，通过所述探测光在所述电磁感应透明的共振位置的透过率变化测量所述微波电场的强度变化；

所述辐射单元，用于将待测微波电场和参考微波电场分别辐射到所述铷原子蒸汽池上实现干涉，得到所述待测微波电场和所述参考微波电场干涉的拍频信号，其中，所述待测微波电场和所述参考微波电场的频率相近；

所述塞曼调制单元，用于提供交流参考磁场信号作用于所述铷原子蒸汽池，所述交流参考磁场信号用于作用于原子周期地改变原子能级，其中，所述交流参考磁场信号的频率与所述拍频信号的频率相同；

所述测量单元，用于通过固定所述交流参考磁场信号的相位，改变所述待测微波电场的相位，获取对应的所述拍频信号的峰峰值，结合塞曼调制下拍频信号的峰峰值与对应微波电场的相位之间的关系，得到所述待测微波电场的相位。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述里德堡原子微波电场传感器还包括：声光调制器和锁相放大器，所述声光调制器用于将所述耦合光的强度进行正弦周期调制后发送到所述锁相放大器中作为参考信号，通过所述锁相放大器提高测量所述探测光信号的信噪比。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐射单元包括两个微波天线，所述两个微波天线用于将待测微波电场和参考微波电场分别辐射到所述铷原子蒸汽池上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述交流参考磁场信号的相位与所述拍频信号的相位相同时，所述拍频信号的峰峰值变为原来的两倍，当所述交流参考磁场信号的相位与所述拍频信号的相位相反时，所述拍频信号的峰峰值变为原来的一半，或更小。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述塞曼调制单元包括：一对亥姆霍兹线圈，线圈的中心轴与所述耦合光和所述探测光重合，线圈的中心放置有所述铷原子蒸汽池，且所述一对亥姆霍兹线圈的尺寸远大于所述铷原子蒸汽池的尺寸。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合光为480nm的激光，所述探测光为780nm的激光。

7.一种测量微波相位的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100、将探测光和耦合光在铷原子蒸汽池中相向传播，形成里德堡原子的电磁感应透明，在施加微波电场后所述电磁感应透明发生Autler-Townes分裂，通过所述探测光在所述电磁感应透明的共振位置的透过率变化测量所述微波电场的强度变化；

S200、将待测微波电场和参考微波电场分别辐射到所述铷原子蒸汽池上实现干涉，得到所述待测微波电场和所述参考微波电场干涉的拍频信号，其中，所述待测微波电场和所述参考微波电场的频率相近；

S300、提供交流参考磁场信号作用于所述铷原子蒸汽池，所述交流参考磁场信号用于作用于原子周期地改变原子能级，其中，所述交流参考磁场信号的频率与所述拍频信号的频率相同；

S400、通过固定所述交流参考磁场信号的相位，改变所述待测微波电场的相位，获取对应的所述拍频信号的峰峰值，结合塞曼调制下拍频信号的峰峰值与对应微波电场的相位之间的关系，得到所述待测微波电场的相位。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述S200包括：

通过两个微波天线将待测微波电场和参考微波电场分别辐射到所述铷原子蒸汽池上实现干涉，得到所述待测微波电场和所述参考微波电场干涉的拍频信号。