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《基于里德堡原子的電場測量》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、物理學(xué)報ActaPhys．Sin．Vo1．64，No．16(2015)160702專題：量子精密計量與操控基于里德堡原子的電場測量術(shù)黃巍)梁振濤)杜炎雄)顏輝)十朱詩亮)2){1)(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣東省量子調(diào)控工程與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州510006)2)(南京大學(xué)物理學(xué)院，固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210093)(2015年3月l1日收到；2015年5月12日收到修改稿)里德堡原子具有大的極化率、低的場電離閾值和大的電偶極矩，對外部電磁場十分敏感，可以用來測量電場強(qiáng)度特別是微波電場的強(qiáng)度．利用里德堡原子的量子干涉效應(yīng)(電磁誘導(dǎo)透明和Autler—Townes
2、效應(yīng))測量微波電場強(qiáng)度的靈敏度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)采用偶極天線測量微波電場的靈敏度．此外，里德堡原子電場計可以溯源到標(biāo)準(zhǔn)物理量，不需要額外校準(zhǔn)；采用玻璃探頭，對待測電場干擾少；靈敏度也不依賴于探頭的物理尺寸．同時，該電場計還可以實(shí)現(xiàn)對微波電場的偏振方向的測量，實(shí)現(xiàn)亞波長和近場區(qū)域電場成像與測量．通過選擇不同的里德堡能級，可以實(shí)現(xiàn)1—500GHz超寬頻段范圍內(nèi)微波電場強(qiáng)度的測量．主要綜述基于里德堡原子的電場精密測量研究，詳細(xì)介紹了里德堡原子電場計的原理與實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，并簡單討論了其發(fā)展方向．關(guān)鍵詞：里德堡原子，電場計，電磁誘導(dǎo)透明，Autler—Townes效應(yīng)PACS：07．50．Ls，32．80
3、．Rm，42．62．Fi，37．10．DeDOI：10．7498／aps．64．160702代表性的工作包括“原子蠟燭”，一種將電場強(qiáng)度穩(wěn)定到原子拉比頻率的系統(tǒng)【，引．對于K波段的微1引言波電場測量，則在高分辨率的天氣雷達(dá)和衛(wèi)星通信由于原子體系具有可重復(fù)、精確和穩(wěn)定等優(yōu)方面有著重要應(yīng)用；同時，微波電場測量還可以應(yīng)點(diǎn)，基于原子體系已經(jīng)建立了多種測量標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)用到生物醫(yī)學(xué)方面的小尺度生物成像．展了多種測量技術(shù)，例如，測量原子躍遷頻率用一直以來，測量微波電場均采用偶極天線，如作時間和長度的標(biāo)準(zhǔn)，原子鐘的測量精度已經(jīng)優(yōu)圖1所示．這種傳統(tǒng)的方法有很多不足之處[9]．11于10-1[1]．在磁場測
4、量方面也取得了驚人的進(jìn)步，需要校準(zhǔn)，為了校準(zhǔn)一個探頭，需要將這個探頭放目前原子磁力計的靈敏度已經(jīng)達(dá)到frI、Hz—i／2[2-6】：在一個已知場強(qiáng)的電場里，但是要知道這個已知電同時，基于原子體系的電場測量，特別是微波電場場的大小又需要用到一個被校準(zhǔn)過的探頭；2)測量測量技術(shù)也得到了迅速發(fā)展．這些新技術(shù)已經(jīng)在基微波電場時，探頭的長度一般要小于微波波長，探本物理常數(shù)的測量甚至全球定位系統(tǒng)中得到了廣頭的靈敏度受限于偶極子的長度；3)金屬探頭會泛應(yīng)用．電場的精確測量有很多重要的應(yīng)用，如精對待測電場產(chǎn)生干擾；4)能探測到的最小電場強(qiáng)確地測量微波電場可以用來穩(wěn)定微波源的幅度，從度約為1mV／cm
5、，但不確定度很大，通常用于探測而可以精確測定固體材料在微波波段的光學(xué)性質(zhì)．5—10mV／cm量級的電場．除了偶極探頭外，也有{國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號：11474107，11125417)、廣東省自然科學(xué)杰出青年基金(批準(zhǔn)號：2014A030306012)、廣東省高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計劃(批準(zhǔn)號：Yq2013050)、廣州市珠江科技新星(批準(zhǔn)號：2014010)、教育部長江學(xué)者創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(批準(zhǔn)號：IRT1243)、廣東省普通高校青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目、華南師范大學(xué)青年教師科研培育基金(批準(zhǔn)號：14KJ04)和華南師范大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金(批準(zhǔn)號：2014ssxm121資助的課題．十通信
6、作者．E-mail：yanhui~scnu．edu．a(chǎn)nl通信作者．E-mail：slzhunju@163．com@2015中國物理學(xué)會ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．咖hy．a(chǎn)c．c佗160702—1物理學(xué)報ActaPhys．Sin．Vo1．64，No．16(2015)160702國內(nèi)的一些研究組也在靜電場對里德堡原3．1微波電場測量標(biāo)準(zhǔn)的提高子的Stark效應(yīng)方面做了很多的研究，例如測量了鋇原子高激發(fā)里德堡態(tài)的Stark譜，以及氫原子測量微波電場的基本概念和校準(zhǔn)儀器依照的和銫原子的里德堡態(tài)受電場作用Stark效應(yīng)的影標(biāo)準(zhǔn)，最早由Hertz在19
7、世紀(jì)80年代提出[28]．測響[17-22】．這種用里德堡原子Stark效應(yīng)測量靜電量微波電場依照的標(biāo)準(zhǔn)是用標(biāo)準(zhǔn)天線和標(biāo)準(zhǔn)場場的方法雖然能夠達(dá)到~20DV／crn的精確度，但的方法得到的[29,30】．對于高達(dá)40GHz的場，用來是由于探測里德堡原子時需要采用場電離的方式，校準(zhǔn)的電場強(qiáng)度最小值約為1mV／cm．目前探場電離后原子的里德堡態(tài)已經(jīng)被破壞，因此無法做測微波電場所依照的標(biāo)準(zhǔn)是基于光學(xué)手段測量到連續(xù)測量．而且一般來說，場電離探測里德堡原由天線轉(zhuǎn)換的電
