近期，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部、中国科学院量子光学重点实验室成华东研究员团队联合华东师范大学陈丽清教授课题组首次在铷里德堡原子中实验演示了一个同时具有高灵敏度和高瞬时带宽的里德堡微波传感器。相关成果以“Highly sensitive microwave electrometry with enhanced instantaneous bandwidth”为题，发表于PHYSICAL REVIEW APPLIED(Letter)。
里德堡(Rydberg)原子是具有大的电偶极矩的高激发态原子, 对外部电磁场十分敏感，为此人们提出利用里德堡原子的电磁感应透明(EIT)和Autler-Townes(AT)效应来测量微波电场。探测灵敏度和瞬时带宽是里德堡微波探测的关键指标，此前基于里德堡原子超外差探测技术可以获得很高的灵敏度(55 nV cm−1 Hz−1/2)，但是其瞬时带宽被限制在几百千赫兹以内。同时拥有高灵敏度和大瞬时带宽的特性是里德堡微波电场探测研究领域的一项难题。
基于六波混频技术，研究团队在铷里德堡原子气室中实验演示了一个同时实现高灵敏度和高瞬时带宽的里德堡微波传感器，在瞬时带宽高达10.2 MHz的情况下，最高探测灵敏度可达62nVcm-1Hz-1/2。理论和实验结果表明增强的高频响应来源于六波混频过程产生的探测光负边带的增强效应。研究成果将推进里德堡微波传感技术在雷达和通信方面的应用。
相关工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。
图1 里德堡微波传感器原理(a)实验装置示意图(b)(c)产生正负边带的两个六波混频过程
图2 里德堡微波传感器灵敏度(a)超外差信号与信号微波功率的关系(b)系统噪声决定的灵敏度
