基于里德堡原子EIT-AT效應(yīng)的微波電場測量.pdf

1、本文提出一種新的方法來測量微波電場，這種測量手段能夠?qū)⑼卣箿y量頻帶，將測量溯源至基本的物理常數(shù)，方便攜帶并能夠?qū)崿F(xiàn)電場傳感器的自我校準。這種方法是基于處于激發(fā)態(tài)的里德堡原子與射頻場的相互作用，由于EIT-AT效應(yīng)微波場引起了里德堡態(tài)的能級分裂，我們通過分析探測到的分裂來分析微波電場。實際上，置于蒸氣室中的堿金屬原子作為一種將微波電場強度測量轉(zhuǎn)換為光頻測量的傳感器，將微波電場的強度測量轉(zhuǎn)換為光頻的測量。我們展示了用一個小的原子蒸氣室能夠測

2、量不同波段不同頻率的微波電場，選取堿金屬原子（本文中使用銣和銫）作為探測介質(zhì)，用微波場耦合不同的里德堡態(tài)來證明這種方法的寬頻特性。我們測量了Autler-Townes分裂寬度與微波功率的關(guān)系，同時測量了微波電場在原子蒸氣池中的分布。利用時域有限積分電磁計算方法對微波電場空間分布進行了數(shù)值模擬進而驗證方法的正確性。
　　本文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　一、介紹了里德堡原子以及EIT-AT效應(yīng)的概念、特點以及研究進展。對比

3、傳統(tǒng)的微波電場測量存在的缺點和不足，闡述了基于里德堡原子的EIT-AT效應(yīng)探測微波電場的優(yōu)越性以及潛在的應(yīng)用價值。
　　二、詳細介紹了基于里德堡原子的EIT-AT效應(yīng)探測微波電場的基本原理，簡要說明原子躍遷偶極矩的計算。
　　三、介紹了本實驗的實驗裝置，并選取銫和銣的里德堡原子，對毫米波和厘米波的微波場分別進行了測量，測量出EIT-AT分裂間隔和微波源輸出功率的關(guān)系，并將微波電場強度的實驗值與標定值對比，描繪出微波場在原子蒸

4、氣池中的分布，分析了新的方法探測微波電場存在的不確定度。
　　本文的創(chuàng)新之處包括：
　　1.本文基于里德堡原子的EIT-AT效應(yīng)分別進行了厘米波和毫米波電場測量。與傳統(tǒng)的微波測量方法進行了比對，測量結(jié)果的不確定度在5％以下。
　　2.實現(xiàn)了微波電場空間特征分布的高分辨率成像，空間分辨率可以達到100微米。
　　3.與傳統(tǒng)的微波測量技術(shù)相比，新的測量方法有自校準、便攜等特點，并且打破了傳統(tǒng)傳感器的材料和尺寸等因素對