里德堡原子微波调幅信号解调系统原子汽室高灵敏工作点分析

作     者：喻强 饶睿坚 吴金云 张引发 

作者机构：国防科技大学信息通信学院 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：07[理学] 070203[理学-原子与分子物理] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金专项项目(62341126) 国防科技大学基金(YJKT-RC-2112),(ZBZH-ZH-2311) 

主　　题：里德堡原子 调幅信号 跃迁偶极矩 拉比频率 透射率 

摘      要：本文中,我们研究了基于里德堡原子的微波调幅信号解调系统中原子汽室的高灵敏工作点与耦合光、微波、里德堡原子能级参数之间的关系。首先,为了描述在解调微波调幅信号过程中,原子汽室对调幅微波中基带信号的敏感程度,我们定义了原子汽室增益系数,它是原子汽室的透射率对微波电场强度幅值的一阶导数的绝对值,并推导得到了原子汽室增益系数的理论表达式。第二,通过数值仿真和理论分析得到,当里德堡原子能级固定并且频率零失谐条件下,通过调整耦合光和微波载波的电场强度,原子汽室增益系数会出现极大值,此时原子汽室处于高灵敏工作点。第三,在微波处于C波段范围内,原子汽室频率零失谐并且原子主量子数小于70的条件下,通过数值仿真计算得到,C波段微波对应的所有|3,|4能级参数和对应的原子汽室增益系数的极值,并且分析了影响原子汽室增益系数的因素;为实现原子汽室处于高灵敏工作点提供理论依据。仿真表明,在微波C波段,当133Cs的|1,|2,|3,|4能级分别为6S1/2,6P3/2,60D3/2,61P1/2,零失谐条件下,微波频率为4.03012GHz,耦合光和微波载波电场强度分别为3.929343×104V/m和2.144006×10-4V/m时,1cm长的原子汽室增益系数有最大值1688.2m/V。