基于里德堡原子的电场测量

《基于里德堡原子的电场测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．64，No．16(2015)160702专题：量子精密计量与操控基于里德堡原子的电场测量术黄巍)梁振涛)杜炎雄)颜辉)十朱诗亮)2){1)(华南师范大学物理与电信工程学院，广东省量子调控工程与材料重点实验室，广州510006)2)(南京大学物理学院，固体微结构物理国家重点实验室，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极化率、低的场电离阈值和大的电偶极矩，对外部电磁场十分敏感，可以用来测量电场强度特别是微波电场的强度．利用里德堡原子的量子干涉效应(电磁诱导透明和Autler—Townes

2、效应)测量微波电场强度的灵敏度远高于传统采用偶极天线测量微波电场的灵敏度．此外，里德堡原子电场计可以溯源到标准物理量，不需要额外校准；采用玻璃探头，对待测电场干扰少；灵敏度也不依赖于探头的物理尺寸．同时，该电场计还可以实现对微波电场的偏振方向的测量，实现亚波长和近场区域电场成像与测量．通过选择不同的里德堡能级，可以实现1—500GHz超宽频段范围内微波电场强度的测量．主要综述基于里德堡原子的电场精密测量研究，详细介绍了里德堡原子电场计的原理与实验进展，并简单讨论了其发展方向．关键词：里德堡原子，电场计，电磁诱导透明，Autler—Townes效应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“原子蜡烛”，一种将电场强度稳定到原子拉比频率的系统【，引．对于K波段的微1引言波电场测量，则在高分辨率的天气雷达和卫星通信由于原子体系具有可重复、精确和稳定等优方面有着重要应用；同时，微波电场测量还可以应点，基于原子体系已经建立了多种测量标准并发用到生物医学方面的小尺度生物成像．展了多种测量技术，例如，测量原子跃迁频率用一直以来，测量微波电场均采用偶极天线，如作时间和长度的标准，原子钟的测量精度已经优图1所示．这种传统的方法有很多不足之处[9]．11于10-1[1]．在磁场测

4、量方面也取得了惊人的进步，需要校准，为了校准一个探头，需要将这个探头放目前原子磁力计的灵敏度已经达到frI、Hz—i／2[2-6】：在一个已知场强的电场里，但是要知道这个已知电同时，基于原子体系的电场测量，特别是微波电场场的大小又需要用到一个被校准过的探头；2)测量测量技术也得到了迅速发展．这些新技术已经在基微波电场时，探头的长度一般要小于微波波长，探本物理常数的测量甚至全球定位系统中得到了广头的灵敏度受限于偶极子的长度；3)金属探头会泛应用．电场的精确测量有很多重要的应用，如精对待测电场产生干扰；4)能探测到的最小电场强确地测量微波电场可以用来稳定微波源的幅度，从度约为1mV／cm

5、，但不确定度很大，通常用于探测而可以精确测定固体材料在微波波段的光学性质．5—10mV／cm量级的电场．除了偶极探头外，也有{国家自然科学基金(批准号：11474107，11125417)、广东省自然科学杰出青年基金(批准号：2014A030306012)、广东省高等学校优秀青年教师培养计划(批准号：Yq2013050)、广州市珠江科技新星(批准号：2014010)、教育部长江学者创新团队(批准号：IRT1243)、广东省普通高校青年创新人才项目、华南师范大学青年教师科研培育基金(批准号：14KJ04)和华南师范大学研究生科研创新基金(批准号：2014ssxm121资助的课题．十通信

6、作者．E-mail：yanhui~scnu．edu．anl通信作者．E-mail：slzhunju@163．com@2015中国物理学会ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．咖hy．ac．c佗160702—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．64，No．16(2015)160702国内的一些研究组也在静电场对里德堡原3．1微波电场测量标准的提高子的Stark效应方面做了很多的研究，例如测量了钡原子高激发里德堡态的Stark谱，以及氢原子测量微波电场的基本概念和校准仪器依照的和铯原子的里德堡态受电场作用Stark效应的影标准，最早由Hertz在19

7、世纪80年代提出[28]．测响[17-22】．这种用里德堡原子Stark效应测量静电量微波电场依照的标准是用标准天线和标准场场的方法虽然能够达到~20DV／crn的精确度，但的方法得到的[29,30】．对于高达40GHz的场，用来是由于探测里德堡原子时需要采用场电离的方式，校准的电场强度最小值约为1mV／cm．目前探场电离后原子的里德堡态已经被破坏，因此无法做测微波电场所依照的标准是基于光学手段测量到连续测量．而且一般来说，场电离探测里德堡原由天线转换的电