里德伯原子微波频率梳谱仪研制成功

记者19日从中国科学技术大学获悉，石和郭光灿院士丁东升研究组研制出基于里德伯原子的微波频率梳，在宽带微波探测领域具有应用前景。相关结果日前发表在美国物理学会(APS)《应用物理评论》期刊上。

微波测量在通信、导航、雷达和天文探测中起着重要的作用。里德堡原子具有较大的电偶极矩，对微弱电场能产生较强的响应，因此可以用作微波传感器。近年来，这一研究方向引起了广泛关注。国外有人演示了一种基于热里德堡原子与平面微波波导耦合的原子射频接收机和频谱分析仪。虽然里德堡原子传感的研究取得了重要进展，但仍存在一些亟待解决的问题，如由于原子系统达到稳态的弛豫时间，实时接收信号的带宽通常只有几兆赫，严重影响了系统的实用化进程。

研究团队基于室温下的铯原子系统，利用里德伯原子对微波的混频响应特性，将微波频率梳信号设置为本振，并演示了基于里德堡微波频率梳光谱仪的微波绝对频率测量方案。目前实时响应范围为125MHz，还有进一步提升的空间。此外，通过使用不同的主量子数里德伯态，系统可以在不同的中心频率接收到1kHz调制带宽的信号。

本研究的创新之处在于微波频率梳拓宽了里德伯原子对微波信号的响应范围，在一定程度上弥补了里德伯原子在微波探测中瞬时带宽短的缺点，实现了更大范围内信号的绝对频率测量，可以充分发挥里德伯原子对微波响应带宽大、灵敏度高的特点。此外，该方法还能有效接收相位信息，有望应用于微波通信和测量。