一种微波通讯装置及方法

1.本发明涉及微波信号接收技术领域，特别是涉及一种微波通讯装置及方法。


背景技术：

2.微波通讯已成为日常生活、军事活动以及航空航天等领域进行通讯的主要手段。传统的微波通讯是基于偶极天线对微波信号进行接收实现的。但是传统微波通讯方法会受到探测灵敏度的限制，其最小可感应的微波强度约为1mv/cm，难以接收极其微弱的载波信号，导致难以实现超远距离的传输。而且传统微波通讯方法对于不同频段的载波信号，需要使用不同的接收天线来接收，增加了操作复杂性，提高了工业生产成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种微波通讯装置及方法，以实现微弱载波信号的接收，实现微波通讯。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种微波通讯装置，包括：
6.第一激光发射器，用于发射探测光；
7.反射镜，设置在所述第一激光发射器的出射光路上，用于反射所述探测光；
8.第二激光发射器，用于发射耦合光；
9.双色镜，设置在所述第二激光发射器的出射光路上，用于反射所述耦合光；
10.微波信号接收器，设置在所述探测光和所述耦合光的反射光路上，用于将所述探测光和所述耦合光耦合激发碱金属原子，得到里德堡原子；所述微波信号接收器为充有碱金属原子的绝缘介质蒸汽池；所述微波信号接收器还用于接收待调制微波信号；
11.第一微波源，设置在所述微波信号接收器一侧，用于发出第一微波，所述第一微波作用在所述微波信号接收器上，减弱所述里德堡原子的电磁感应透明光谱信号，得到减弱后的电磁感应透明光谱信号；
12.第二微波源，设置在所述微波信号接收器一侧或另一侧，用于发出第二微波，所述第二微波作用在所述微波信号接收器上与所述第一微波信号产生拍频，使所述减弱后的的电磁感应透明光谱信号产生正弦振荡，得到正弦振荡信号；
13.光电探测器，设置在所述双色镜的透射光路上，用于接收所述双色镜透射的透射信号；所述透射信号为通过振幅或者频率调制的方式加载在所述第二微波上的待调制微波信号和所述正弦振荡信号的叠加信号；
14.解调器，设置在所述光电探测器远离所述双色镜的一侧，用于对所述透射信号进行解调，实现微波通讯。
15.可选地，所述双色镜透射所述探测光。
16.可选地，所述探测光的频率锁定在所述碱金属原子的基态到第一激发态的共振跃迁线上；所述耦合光耦合所述碱金属原子的第一激发态和里德堡态的跃迁；所述探测光和
所述耦合光的频率满足所述碱金属原子的里德堡原子阶梯型三能级系统电磁感应透明的条件。
17.可选地，所述第一微波源发出微波的频率等于所述里德堡态与其相邻的里德堡态的频率差；所述第二微波源发出微波的频率不等于所述第一微波源发出微波的频率。
18.可选地，所述基态为6s
1/2
，f＝4，所述第一激发态为6p
3/2
，f
′
＝5，所述里德堡态为ns
1/2
/nd
5/2,3/2
。
19.可选地，所述第二微波源发出微波的频率范围为1ghz-1000ghz。
20.可选地，所述探测光的波长为852nm，所述耦合光的波长为510nm。
21.可选地，所述第一微波源的输出功率使所述里德堡原子阶梯型三能级产生的at分裂峰间隔等于所述电磁感应透明光谱信号的线宽。
22.可选地，所述碱金属原子为铯原子。
23.一种微波通讯方法，包括：
24.利用探测光和耦合光激发绝缘介质蒸汽池中的碱金属原子，得到里德堡原子；
25.使用第一微波作用在所述绝缘介质蒸汽池上，减弱所述里德堡原子的电磁感应透明光谱信号，得到减弱后的电磁感应透明光谱信号；
26.使用第二微波作用在所述绝缘介质蒸汽池上，使所述减弱后的电磁感应透明光谱信号产生正弦振荡，得到正弦振荡信号；
27.将通过振幅或者频率调制的方式加载在所述第二微波上的待调制微波信号和所述正弦振荡信号进行叠加得到透射信号；
28.对所述透射信号进行解调，实现微波通讯。
29.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
30.本发明公开了一种微波通讯装置及方法，包括：第一激光发射器，用于发射探测光；反射镜，设置在所述第一激光发射器的出射光路上，用于反射所述探测光；第二激光发射器，用于发射耦合光；双色镜，设置在所述第二激光发射器的出射光路上，用于反射所述耦合光；微波信号接收器，设置在所述探测光和所述耦合光的反射光路上，用于将所述探测光和所述耦合光耦合激发碱金属原子，得到里德堡原子；所述微波信号接收器还用于接收待调制微波信号；所述微波信号接收器为充有碱金属原子的绝缘介质蒸汽池；第一微波源，设置在所述微波信号接收器一侧，用于发出第一微波，所述第一微波作用在所述微波信号接收器上，减弱所述里德堡原子的电磁感应透明光谱信号，得到减弱后的电磁感应透明光谱信号；第二微波源，设置在所述微波信号接收器一侧或另一侧，用于发出第二微波，所述第二微波作用在所述微波信号接收器上与所述第一微波信号产生拍频，使所述减弱后的的电磁感应透明光谱信号产生正弦振荡，得到正弦振荡信号；光电探测器，设置在所述双色镜的透射光路上，用于接收所述双色镜透射的透射信号；所述透射信号为通过振幅或者频率调制的方式加载在所述第二微波上的待调制微波信号和所述正弦振荡信号的叠加信号；解调器，设置在所述光电探测器远离所述双色镜的一侧，用于对所述透射信号进行解调，实现微波通讯。
31.本发明采用里德堡原子与微波作用时产生的电磁感应透明光谱信号作为探测手段，通过第一微波源和第二微波源在微波信号接收器上产生拍频，使里德堡原子的电磁感应透明光谱信号产生正弦振荡，得到正弦振荡信号。通过探测加载到第二微波上的待调制
信号和正弦振荡信号即可实现微弱载波信号的接收，实现微波通讯。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例提供的微波通讯装置的结构图；
34.图2为本发明实施例提供的里德堡原子三能级系统能级示意图；
35.图3为本发明实施例提供的第一信号比较图；
36.图4为本发明实施例提供的第二信号比较图。
37.符号说明：1-微波信号接收器，2-第一激光发射器，3-第二激光发射器，4-反射镜，5-双色镜，6-光电探测器，7-解调器，8-第一微波源，9-第二微波源。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的是提供一种微波通讯装置及方法，以实现微弱载波信号的接收，实现微波通讯。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.图1为本发明实施例提供的微波通讯装置的结构图，微波通讯装置包括：
42.第一激光发射器2，用于发射探测光。
43.反射镜4，设置在第一激光发射器2的出射光路上，用于反射探测光。
44.第二激光发射器3，用于发射耦合光。
45.双色镜5，设置在第二激光发射器3的出射光路上，用于反射耦合光。其中，双色镜5透射探测光。
46.微波信号接收器1，设置在探测光和耦合光的反射光路上，用于将探测光和耦合光耦合激发碱金属原子，得到里德堡原子。微波信号接收器1为充有碱金属原子的绝缘介质蒸汽池。其中碱金属原子为铯原子。微波信号接收器1还用于接收待调制微波信号。
47.第一微波源8，设置在微波信号接收器1一侧，用于发出第一微波，第一微波作用在微波信号接收器1上，减弱里德堡原子的电磁感应透明光谱信号，得到减弱后的磁感应透明光谱信号。
48.第二微波源9，设置在微波信号接收器1另一侧，用于发出第二微波，第二微波作用在微波信号接收器1上与第一微波信号产生拍频，使减弱后的磁感应透明光谱信号产生正弦振荡，得到正弦振荡信号。在一个具体实施例中，第二微波源9还可以和第一微波源8设置在微波信号接收器1同侧。
49.光电探测器6，设置在双色镜5的透射光路上，用于接收双色镜5透射的透射信号。透射信号为通过振幅或者频率调制的方式加载在第二微波上的待调制微波信号和正弦振荡信号的叠加信号。
50.解调器7，设置在光电探测器6远离双色镜5的一侧，用于对透射信号进行解调，实现微波通讯。
51.优选地，探测光的波长为852nm，频率锁定在碱金属原子的基态6s
1/2
，f＝4到第一激发态的共振跃迁线上。耦合光的波长为510nm，耦合光耦合碱金属原子的第一激发态6p
3/2
，f
′
＝5和一里德堡态的跃迁，其中里德堡态为ns
1/2
/nd
5/2,3/2
。探测光和耦合光的频率满足碱金属原子的里德堡原子阶梯型三能级系统电磁感应透明的条件。图2为本发明实施例提供的里德堡原子三能级系统能级示意图。
52.优选地，第一微波源8发出微波的频率等于里德堡态与其相邻的里德堡态的频率差。第二微波源9发出微波的频率不等于第一微波源发出微波的频率，范围为1ghz-1000ghz。
53.优选地，第一微波源8的输出功率使里德堡原子阶梯型三能级产生的at分裂峰间隔等于电磁感应透明光谱信号的线宽。
54.本技术原理如下：
55.第一激光发射器2发射探测光经反射镜4反射，未设置双色镜5时，探测光的反射光会被微波信号接收器1吸收。设置双色镜5时，第二激光发射器3发射的耦合光经双色镜5反射，耦合光的反射光和探测光的反射光会在微波信号接收器1重合并耦合，由于双色镜5可以透射探测光，因此透射后的探测光便被光电探测器接收。
56.探测光的频率锁定在碱金属原子的基态6s
1/2
，f＝4到第一激发态的共振跃迁线上。耦合光耦合碱金属原子的第一激发态6p
3/2
，f
′
＝5和一里德堡态的跃迁，其中里德堡态为ns
1/2
/nd
5/2,3/2
。探测光和耦合光的频率满足碱金属原子的里德堡原子阶梯型三能级系统电磁感应透明的条件。因此，耦合光的反射光和探测光的反射光会激发微波信号接收器1中的碱金属原子，得到里德堡原子。
57.第一微波源8发出微波的频率与里德堡态r＝ns
1/2
/nd
5/2,3/2
到另一个相邻的里德堡态r’＝n’p
3/2
/
,1/2
的频率间隔相等。此时第一微波源8的作用使得里德堡原子的电磁感应透明光谱发生at(autler-townes)分裂，导致电磁感应透明光谱减弱，使得光电探测器6能探测到信号。
58.与此同时，第二微波源9发出相对第一微波具有一定失谐量δf的第二微波作用在微波信号接收器1上，与第一微波信号产生拍频，使得里德堡原子感受到的微波为第一微波信号加上一个频率为δf，幅值为第二微波强度的正弦振荡信号。里德堡原子作为量子拍频器直接将频率为δf的正弦振荡信号读出并被光电探测器6探测。此时，对待调制信号进行调幅或调频，探测到的频率为δf的正弦振荡信号的幅值或者频率会发生变化，采用同频δf的参考信号对发生变化的δf的正弦振荡信号进行解调，或者用锁相环进行解调，即可获得调制的信号，实现微波通讯。图3为本发明实施例提供的第一信号比较图，是通过调幅方式加载到微弱微波场的音频信号与本装置读取的信号比较图。图4为本发明实施例提供的第二信号比较图，是通过调频方式加载到微弱微波场的正弦信号与本装置读取的信号比较图。
59.本发明还提供了一种微波通讯方法，包括：
60.步骤101：利用探测光和耦合光激发绝缘介质蒸汽池中的碱金属原子，得到里德堡原子。
61.步骤102：使用第一微波作用在所述绝缘介质蒸汽池上，减弱所述里德堡原子的电磁感应透明光谱信号，得到减弱后的电磁感应透明光谱信号。
62.步骤103：使用第二微波作用在所述绝缘介质蒸汽池上，使所述减弱后的电磁感应透明光谱信号产生正弦振荡，得到正弦振荡信号；
63.步骤104：将通过振幅或者频率调制的方式加载在所述第二微波上的待调制微波信号和所述正弦振荡信号进行叠加得到透射信号；
64.步骤105：对所述透射信号进行解调，实现微波通讯。
65.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
66.本发明采用里德堡原子对微波场的电磁感应透明光谱作为探测手段，通过第一微波源和第二微波源在微波信号接收器上产生拍频，使里德堡原子的电磁感应透明光谱信号产生正弦振荡，通过探测振荡信号的变化即可实现微弱载波信号的接收，实现微波通讯，克服了传统微波通讯接收器灵敏度低的缺点。并且微波信号接收器对电场没有干扰，装置简单，易于实现微型化。
67.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
68.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。