测量微波场强的装置和测量微波场强的方法与流程

本技术涉及微波通信和量子精密测量，具体而言，涉及一种测量微波场强的装置和测量微波场强的方法、电子设备及非瞬时性计算机可读存储介质。

背景技术：

1、不同于传统金属天线利用电子集体振荡形成的电流感知微波电场的方法，里德堡原子能够通过耦合空间中的微波电场，使电场的强度信息通过量子相干效应传递至光场上，实现微波电场的光学读取与探测，具有测量灵敏度高、可溯源至基本物理常数、抗电磁干扰等优良特性。

2、基于里德堡原子的测量方法通常包括基于电磁感应透明光谱（eit）的autler-townes分裂（at分裂）方法、基于eit共振峰透射方法、以及原子超外差方法等。其中，基于eit共振峰透射方法适用于待测的微波场强不足以产生at分裂时使用。在该测量方法中，因为电场强度较小，eit光谱上无法显示出明显的at分裂，但是，eit光谱在电场作用时，会出现明显的透射峰强度下降的现象。因此，可以通过测量eit透射峰的强度变化来获取电场强度的信息。

3、现有的利用eit共振峰透射光谱测量电场强度的方法，为了到达良好的测量效果，一般选用电偶极矩较大的偶极共振跃迁，由于里德堡初态通常为s态或d态，依据原子的偶极跃迁选择定则，参与微波跃迁的两个里德堡能级的轨道量子数不同（通常为s-p耦合，或d-p耦合，d-f耦合），在利用偶极跃迁测量电场强度时，待测微波与这两个相邻的里德堡能级产生相互作用时，微波会使两个共振的里德堡能级发生非均匀展宽，但是在偶极共振跃迁的微波功率所致的里德堡能级展宽中，里德堡初态和末态展宽的效果不同，因此，导致微波与原子的耦合效率降低，进而影响了测量效果。

技术实现思路

1、本技术提出一种测量微波场强的装置和测量微波场强的方法、电子设备及非瞬时性计算机可读存储介质，以抑制当微波与相邻的两个里德堡能级产生相互作用时，里德堡能级产生的非均匀展宽。

2、根据本技术的一方面，提出一种测量微波场强的装置，其特征在于，包括：原子气室，所述原子气室内含有碱金属原子蒸汽；激光单元，配置成发射出激光到所述原子气室内，用以将所述碱金属原子从基态激发到里德堡初态，从而生成电磁感应透明信号；多个微波信号源，配置成发射出不同频率的微波场，并辐射到所述原子气室中，以使所述电磁感应透明信号发生变化；其中，所述多个微波信号源包括第一微波信号源和第二微波信号源，所述第一微波信号源配置成发射出第一微波场，以所述第一微波场作为载波，将调制信号加载到所述载波上，并辐射至所述原子气室中，以使所述里德堡初态发生微波偶极跃迁并跃迁到里德堡末态，以及以使所述里德堡初态和所述里德堡末态发生共振；所述第二微波信号源配置成发射出第二微波场，并辐射至所述原子气室中，以使所述里德堡初态或所述里德堡末态产生电四极跃迁，从而抑制所述里德堡初态或所述里德堡末态在发生所述共振时产生的能级非均匀展宽效应。

3、根据一些实施例，所述里德堡初态和所述里德堡末态为相邻的里德堡能级。

4、根据一些实施例，所述激光单元包括：第一激光器，配置成发射出第一激光到所述原子气室内，用以将所述碱金属原子从基态激发到第一激发态；第二激光器，配置成发射出第二激光到所述原子气室内，用以将所述碱金属原子从所述第一激发态激发到所述里德堡初态。

5、根据一些实施例，所述装置还包括第一二向色镜和第二二向色镜，其中：所述第一二向色镜配置成将所述第一激光器发出的第一激光经所述第一二向色镜反射后入射到所述原子气室内；所述第二二向色镜配置成将所述第二激光器发出的第二激光经所述第二二向色镜反射后入射到所述原子气室内，其中，所述第一激光和所述第二激光在所述原子气室内基本共线。

6、根据一些实施例，所述碱金属原子为铯原子；所述第一激光器发出波长为852nm的第一激光，所述第一激光将所述铯原子由基态6s1/2激发至第一激发态6p3/2；所述第二激光器发出波长为509nm的第二激光，所述第二激光将所述第一激发态6p3/2激发至里德堡初态，所述里德堡初态包括ns1/2或np3/2或n’d3/2或nd5/2或(n+1)p3/2或n’s1/2，其中，n为主量子数。

7、根据一些实施例，所述装置还包括光电探测器，配置成收集所述电磁感应透明信号，并将收集的所述电磁感应透明信号转化为电信号。

8、根据一些实施例，所述装置还包括频谱分析仪器，所述频谱分析仪器用于测量所述电信号的信号强度。

9、根据一些实施例，所述第一微波信号源将所述调制信号以调幅、调频或调相的方式加载到所述载波上。

10、根据一些实施例，所述调制信号包括正弦波调制信号、三角波或方波。

11、根据本技术的一方面，提出一种使用如前任一所述的装置测量微波场强的方法，包括：利用所述激光单元发生出不同频率的激光，从而将所述原子气室中的碱金属原子从基态激发到里德堡初态，以生成电磁感应透明信号；利用所述第一微波信号源发射出第一微波场，以所述第一微波场作为载波，将调制信号加载到所述载波上，并辐射至所述原子气室中，以使所述里德堡初态发生微波偶极跃迁并跃迁到里德堡末态，以及以使所述里德堡初态和所述里德堡末态发生共振；利用所述第二微波信号源发射出第二微波场，并辐射至所述原子气室中，以使所述碱金属原子从里德堡初态或所述里德堡末态产生电四极跃迁微波，从而抑制所述里德堡初态或所述里德堡末态在发生所述共振时产生的能级非均匀展宽效应，以使所述电磁感应透明信号发生变化。

12、根据一些实施例，所述里德堡初态和所述里德堡末态为相邻的里德堡能级。

13、根据一些实施例，所述激光单元包括第一激光器和第二激光器，利用所述激光单元发生出不同频率的激光，从而将所述碱金属原子从基态激发到里德堡初态，以生成电磁感应透明信号，包括：通过所述第一激光器发射出第一激光到所述原子气室内，用以将所述碱金属原子从基态激发到第一激发态；通过所述第二激光器发射出第二激光到所述原子气室内，用以将所述碱金属原子从所述第一激发态激发到所述里德堡初态。

14、根据一些实施例，所述装置还包括第一二向色镜和第二二向色镜，所述方法还包括：通过所述第一二向色镜将所述第一激光器发出的第一激光经所述第一二向色镜反射后入射到所述原子气室内；通过所述第二二向色镜将所述第二激光器发出的第二激光经所述第二二向色镜反射后入射到所述原子气室内，其中，所述第一激光和所述第二激光在所述原子气室内基本共线。

15、根据一些实施例，所述碱金属原子为铯原子，所述方法进一步包括：通过所述第一激光器发出波长为852nm的第一激光，所述第一激光将所述铯原子由基态6s1/2激发至第一激发态6p3/2；通过所述第二激光器发出波长为509nm的第二激光，所述第二激光将所述第一激发态6p3/2激发至里德堡初态，所述里德堡初态包括ns1/2或np3/2或n’d3/2或nd5/2或(n+1)p3/2或n’s1/2，其中，n为主量子数。

16、根据一些实施例，所述装置还包括光电探测器，所述方法进一步包括：通过所述光电探测器收集经过所述电磁感应透明信号，并将收集的所述电磁感应透明信号转化为电信号。

17、根据一些实施例，所述装置还包括频谱分析仪器，所述方法进一步包括：通过所述频谱分析仪器测量所述电信号的信号强度。

18、根据一些实施例，所述方法进一步包括：将所述调制信号以调幅、调频或调相的方式加载到所述载波上。

19、根据一些实施例，所述调制信号包括正弦波调制信号、三角波或方波。

20、根据本技术的实施例，通过引入四极跃迁微波缀饰里德堡能级，从而抑制其非均匀展宽以提高测量灵敏度。

21、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。