[发明专利]一种基于里德堡原子的瞬时测频方法和系统

说明书

本申请涉及一种基于里德堡原子的瞬时测频方法和系统。该方法包括：构建双通道里德堡原子态测频结构，包括两个紧密排列激发态不同的里德堡原子气室、第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块和信号处理器；采用特定波长的激光照射两个里德堡原子气室，将内部的原子激发至里德堡态；待测微波信号穿过两个里德堡原子气室，通过检测照射至两个光电探测器的探测光强度变化，得到第一响应值和第二响应值；采用数据采集模块采集第一响应值和第二响应值，并传输到信号处理器；信号处理器根据接收的两个相应值进行频率解算，根据解算结果采用查表法，得到瞬时测频结果。该方法可实现未知信号幅频解耦，具备瞬时测频能力。

技术领域

本申请涉及量子微波探测技术领域，特别是涉及一种基于里德堡原子的瞬时测频方法和系统。

背景技术

基于里德堡原子的微波探测技术利用两束特定波长、共轴相向传输、功率适当的空间光（耦合光和探测光）将气室内的原子激发至里德堡态，通过测量电磁场对激光电磁诱导透明（Electromagnetically induced transparency, EIT）谱线的干扰获取电磁信息，突破了传统电磁感知体制的物理限制，具有系统尺寸小、灵敏度高、可测量频带宽等诸多优势，在通信、成像、计量等领域展现出极大应用潜力，目前已实现对电磁场幅度、极化、相位以及波形等特性的测量。

瞬时频率测量技术(IFM，instantaneousfrequencymeasurement)是指在脉冲持续的短周期内对被测信号的频率进行快速测量的技术。

基于里德堡原子的微波探测技术具有宽带、高灵敏、可溯源的电磁测量能力，对于不同频率具有不同极化率（或跃迁偶极矩），同时据研究表明当前原子的电磁响应时间可达10ns量级，因此具备进行微波瞬时测频的潜力。

目前，通过施加本地微波场构建超外差结构并进行本地场频率扫描，或通过激光扫描并利用EIT分裂的不对称性可以进行一定精度的微波场频率测量，然而通过扫描微波场频率或激光波长的方法不具备瞬时性，无法进行瞬时测频。同时，由于里德堡原子传感系统基于量子微波相干效应进行电磁场的测量，待测场的幅度和频率特征均对激光EIT谱线存在影响，因此当进行未知信号接收时，原子探测系统无法分别分辨电磁波幅度和频率对输出光功率的影响，也即无法实现幅频解耦，因此导致系统失效。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于里德堡原子的瞬时测频方法和系统。该方法可实现未知信号幅频解耦，具备瞬时测频能力。

一种基于里德堡原子的瞬时测频方法，所述方法包括：

构建双通道里德堡原子态的测频结构；所述测频结构包括两个紧密排列、激发态不同的里德堡原子气室，第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块以及信号处理器。

采用特定波长的激光照射里德堡原子气室，将内部的原子激发至里德堡态；待测微波信号穿过第一个里德堡原子气室，通过检测照射至第一光电探测器的探测光强度变化，得到第一响应值；同时待测微波信号穿过第二个里德堡原子气室，通过检测照射至第二光电探测器的探测光强度变化，得到第二响应值。

采用数据采集模块分别采集所述第一响应值和所述第二响应值，并传输到信号处理器中。

所述信号处理器根据所述第一响应值和所述第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果。

在其中一个实施例中，激光包括：探测光和耦合光；两个所述里德堡原子气室是经过先验标定后的原子气室；先验标定的具体步骤包括：

固定探测光频率，扫描耦合光频率，当存在一微波信号频率满足某一能级跃迁条件时，得到探测光的EIT谱线，将所述耦合光频率锁定在EIT峰值处。