L'Istituto di ottica e macchinari di precisione di Shanghai (SIPM) compie importanti progressi nella ricerca sul rilevamento del campo elettrico a microonde di Rydberg

Recentemente, un team del ricercatore Cheng Huadong del Dipartimento di tecnologia e sistemi laser spaziali e astronautici, dell'Istituto di precisione ottica e ricerca meccanica di Shanghai (SIPM) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) e un team del Prof. Chen Liqing dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) La East China Normal University (ECNU) ha dimostrato sperimentalmente per la prima volta un sensore a microonde Rydberg con elevata sensibilità e elevata larghezza di banda transitoria negli atomi Rydberg di rubidio. I risultati sono stati pubblicati come "Elettrometria a microonde altamente sensibile con larghezza di banda istantanea migliorata" in PHYSICAL REVIEW APPLIED (L'articolo è stato pubblicato in PHYSICAL REVIEW APPLIED (Lettera).
Gli atomi di Rydberg sono atomi altamente eccitati con grandi momenti di dipolo elettrico, che sono molto sensibili ai campi elettromagnetici esterni. Per questo motivo è stato proposto di misurare i campi elettrici a microonde utilizzando la trasparenza dell'induzione elettromagnetica (EIT) e gli effetti Autler-Townes (AT) degli atomi di Rydberg. La sensibilità di rilevamento e la larghezza di banda istantanea sono gli indici chiave del rilevamento a microonde Rydberg. In precedenza, si poteva ottenere un'elevata sensibilità (55 nV cm? 1 Hz? 1/2) basandosi sull'EIT dell'atomo di Rydberg, ma la larghezza di banda istantanea era limitata a poche centinaia di kilohertz. L'elevata sensibilità simultanea e l'ampia larghezza di banda istantanea rappresentano una sfida nel campo della ricerca sul rilevamento del campo elettrico a microonde a Ridburg.
Basandosi sulla tecnica di miscelazione a sei onde, il team di ricerca ha dimostrato sperimentalmente un sensore a microonde Rydberg in una camera a gas atomica Rydberg al rubidio che raggiunge contemporaneamente un'elevata sensibilità e un'elevata larghezza di banda istantanea, con una sensibilità di rilevamento massima di 62 nVcm-1Hz{ {3}}/2 con una larghezza di banda istantanea fino a 10,2 MHz. I risultati teorici e sperimentali mostrano che la risposta potenziata alle alte frequenze ha origine dall'effetto di potenziamento della banda laterale negativa della luce rilevata generata dal processo di miscelazione a sei onde. I risultati della ricerca favoriranno l'applicazione della tecnologia di rilevamento a microonde Rydberg nei radar e nelle comunicazioni.
Il lavoro correlato è sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China e da altri programmi.

Fig. 1 Principio del sensore a microonde Rydberg (a) Diagramma schematico dell'apparato sperimentale
(b) (c) Due processi di miscelazione a sei onde che generano bande laterali positive e negative

Fig. 2 Sensibilità del sensore a microonde Rydberg (a) Segnale super esotropico rispetto alla potenza del segnale a microonde (b) Sensibilità determinata dal rumore del sistema