Šanghajski inštitut za optiko in natančne stroje (SIPM) je dosegel pomemben napredek pri Rydbergovih raziskavah zaznavanja mikrovalovnega električnega polja

Pred kratkim je ekipa raziskovalca Chenga Huadonga iz Oddelka za vesoljsko in astronavtično lasersko tehnologijo in sisteme Šanghajskega inštituta za optično natančnost in mehanske raziskave (SIPM) Kitajske akademije znanosti (CAS) in ekipa prof. Chen Liqinga iz East China Normal University (ECNU) je prvič eksperimentalno demonstriral Rydbergov mikrovalovni senzor z visoko občutljivostjo in visoko prehodno pasovno širino v rubidijevih Rydbergovih atomih. Rezultati so bili objavljeni kot "Visoko občutljiva mikrovalovna elektrometrija z izboljšano trenutno pasovno širino" v PHYSICAL REVIEW APPLIED (prispevek je bil objavljen v PHYSICAL REVIEW APPLIED (Letter).
Rydbergovi atomi so visoko vzbujeni atomi z velikimi električnimi dipolnimi momenti, ki so zelo občutljivi na zunanja elektromagnetna polja. Iz tega razloga je bilo predlagano merjenje mikrovalovnih električnih polj z uporabo prosojnosti elektromagnetne indukcije (EIT) in Autler-Townesovih (AT) učinkov Rydbergovih atomov. Občutljivost zaznavanja in trenutna pasovna širina sta ključna kazalca Rydbergovega mikrovalovnega zaznavanja. Prej je bilo mogoče doseči visoko občutljivost (55 nV cm?1 Hz?1/2) na podlagi Rydbergovega atomskega EIT, vendar je bila trenutna pasovna širina omejena na nekaj sto kilohercev. Hkratna visoka občutljivost in velika trenutna pasovna širina sta izziv na področju raziskav zaznavanja mikrovalovnega električnega polja v Ridburgu.
Na podlagi tehnike šestvalovnega mešanja je raziskovalna skupina eksperimentalno prikazala mikrovalovni senzor Rydberg v Rydbergovi atomski plinski komori z rubidijem, ki hkrati dosega visoko občutljivost in visoko trenutno pasovno širino z največjo občutljivostjo zaznavanja 62 nVcm-1Hz{ {3}}/2 pri trenutni pasovni širini do 10,2 MHz. Teoretični in eksperimentalni rezultati kažejo, da izboljšan visokofrekvenčni odziv izvira iz izboljšanega učinka negativnega stranskega pasu zaznane svetlobe, ki jo ustvari šestvalovni mešalni proces. Rezultati raziskave bodo pospešili uporabo Rydbergove tehnologije mikrovalovnega zaznavanja v radarju in komunikaciji.
Povezano delo podpirajo Nacionalna naravoslovna fundacija Kitajske in drugi programi.

Slika 1 Princip Rydbergovega mikrovalovnega senzorja (a) Shematski diagram eksperimentalne postavitve
(b) (c) Dva šestvalovna procesa mešanja, ki ustvarjata pozitivne in negativne stranske pasove

Slika 2 Občutljivost Rydbergovega mikrovalovnega senzorja (a) Super-eksotropni signal v primerjavi z močjo mikrovalovnega signala (b) Občutljivost, določena s šumom sistema