基于里德堡原子的微波频率梳谱仪

中国科学技术大学郭光灿院士团队在基于里德堡原子的无线传感上取得新进展。该团队史保森、丁冬生课题组实现了一种基于里德堡原子的微波频率梳谱仪，在宽带微波的探测领域具有应用前景，相关成果7月14日以“Rydberg microwave frequency comb spectrometer”为题发表在美国物理协会（APS）旗下的应用物理期刊Physical Review Applied上。

微波测量在通信、导航、雷达、以及天文探测领域发挥重要作用。里德堡原子具有较大的电偶极矩，它可以对微弱的电场具有很强的响应，因此可以用里德堡原子作为微波传感器。近年来，该研究方向受到广泛关注，例如：美国陆军研究室David H. Meyer等人展示了一个基于热里德堡原子与平面微波波导耦合的原子射频接收器和频谱分析仪[Physical Review Applied 15, 014047 (2021)]。尽管里德堡原子传感研究取得了重要进展，但仍然存在一些亟待解决的问题，比如可实时接收信号的带宽（瞬时带宽）受限于原子系统到达稳态的弛豫时间，通常只有几MHz，严重影响了该体系的实用化进程。

在本工作中，研究团队基于室温铯原子体系，利用里德堡原子对微波的混频响应性质，将微波频率梳信号设置为本振信号（如图1所示），演示了基于里德堡微波频率梳谱仪的微波绝对频率测量方案，目前可实现的实时响应范围为125 MHz，且有进一步提升的空间。此外，如图2，通过利用不同主量子数的里德堡态，系统实现了对不同中心频率下具有1kHz调制带宽信号的接收。