[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

摘要

本发明公开了一种基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置和方法，采用里德堡原子的电磁感应透明光谱作为探测手段，对调幅微波作用下的AT分裂光谱进行了测量，实现了基于原子的调幅微波的量子天线和通讯接收仪，实现调制信号的直接读出，不需要进行传统的调制解调，克服了传统微波通讯接收端需要采用解调方式的缺点。量子天线对电场没有干扰，装置十分简便，易于实现微型化，适于广泛推广。

主权项

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nS1/2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nS1/2到另一个相邻里德堡态n’P1/2的频率间隔相等，此时微波场耦合相邻的两个里德堡能级nS1/2和n’P1/2，电磁感应透明光谱将发生Autler‑Townes分裂(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Ec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mAM(t)；微波作为载波，表示为Eccos(wct)，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EAM(t)可表示为EAM(t)＝EcmAM(t)cos(wct)  (2)通过调幅的方式将调制信号mFM(t)加载到微波上，微波场的幅值将按照调制信号发生变化，wc为微波的频率，调幅后微波场的强度Ec(t)表示为Ec(t)＝EcmAM(t)  (3)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Ec，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Ec(t)，进一步计算得到mAM(t)＝Ec(t)/Ec，即可得到调制信号。