[发明专利]基于里德堡原子的电场增强的调幅波接收装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于里德堡原子的电场增强的调幅波接收装置及测量方法，其通过两个激光发出的探测光和耦合光激发里德堡原子，同时施加一个强的电场作为增益电场，极大的提升原子对电场的接收灵敏度。待传输的基带信号先转换为数字信号，每一个数字信号设置一个频率，然后将这些数字信号通过不同频率的调幅方式加载到载波场中，采用电磁感应透明光谱对输出信号进行探测，通过频谱分析谱线提取出频率信号，将这些频率信号转换为相应的数字信号即可实现基带信号读出。此方法适用于任意频率的载波信号，解决了现有技术不能实现任意频率载波通讯的技术问题，且将调幅的测量转换为频率的测量，解决了传统调幅通讯易受干扰的缺陷。

技术领域

本发明涉及高灵敏调幅波接收的技术，尤其涉及一种基于里德堡原子的电场增强的调幅波接收装置及测量方法。

背景技术

无线通讯作为当今世界主要的通讯技术手段，其在航空航天、国防建设以及日常生活等领域具有重要的意义。传统的调幅通讯是将待传输基带信号通过调幅方式加载到高频载波中进行传输，然后在接收端通过解调的方式将传输的信号提取出来，但是其容易受外界的干扰，且不同频率的载波需要换用不同的接收天线。新兴的基于里德堡原子共振EIT-AT光谱的测量方法，其虽有很高得灵敏度，但只能测量与两个里德堡能级共振频率的电场，载波带宽非常窄，不能实现任意载波频率的高灵敏接收。

发明内容

为解决现有技术中基于里德堡原子共振EIT-AT光谱的测量方法存在的缺点和不足，本发明提供一种基于里德堡原子的电场增强的调幅波接收装置及测量方法。

本发明利用里德堡原子的AC stark效应，通过增益电场极大的提高里德堡原子对载波电场的接收灵敏度。并且与传统的调幅接收机或基于EIT-AT谱的调幅接收机测量幅度变化不同，本发明将调幅通讯中对信号幅度变化的测量转换为对频率的测量，可以避免外界对载波幅值信号的干扰导致读出信号的失真。所述测量方法直接基于原子参数进行测量，具有非常极高的测量精度和抗干扰性，并且由于任何频率的载波电场都会导致里德堡能级的AC stark效应，因此所述方法可实现任意频率载波的接收。

为实现本发明目的，本发明基于里德堡原子的调幅波接收装置，设计了一种基于里德堡原子的电场增强的调幅波接收装置，基于里德堡原子的电场增强的调幅波接收装置，包括有探测光发射单元、耦合光发射单元，所述探测光发射单元、耦合光发射单元分别发射出具有相同偏振方向的探测光、耦合光，在所述探测光传输线路上依次设置有铯原子样品池、光电探测器，所述耦合光从所述铯原子样品池的另一端射入进去，并与所述探测光形成反向共线传播，待传输的基带信号通过微波载波场入射到铯原子样品池中，所述探测光、耦合光的频率满足铯nD_5/2里德堡态原子阶梯型三能级系统的电磁感应透明条件所需的频率，所述探测光的频率锁定在铯原子的基态6S_1/2（F=4）到激发态6P_3/2（F'=5）的共振跃迁线上，并在第一激发态6P_3/2到里德堡能级nD_5/2共振跃迁线的附近扫描耦合光的频率时，所述光电探测器即可探测到探测光无多普勒背景的电磁感应透明光谱，所述待传输基带信号通过数字转换器转化为不同频率的数字信号并以相应频率的调幅方式加载到微波载波场中，一起入射到铯原子样品池中，所述铯原子样品池位于增益电场中，所述探测光无多普勒背景的电磁感应透明光谱在增益电场作用下会发生AC Stark频移和分裂，所述耦合光的频率锁定在铯原子的第一激发态6P_3/2（F'=5）到里德堡能级nD_5/2，磁量子数m_j=1/2，探测光和耦合光的频率都锁定后，所述光电探测器将探测到与数字信号频率相同频率的探测光无多普勒背景的电磁感应透明光谱，并将其电磁感应透明光谱接入到频谱分析仪提取出对应的频率信号，再经过PC端的分析系统将提取的频率信号转换为对应的数字信号，即可实现基带信号读出。