宇航计测技术 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (3): 5-10.doi: 10.12060/j.issn.1000-7202.2023.03.02

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基于冷里德堡原子电磁感应透明和Autler-Townes分裂的原子矢量微波电场计

刘修彬1，贾凤东1,*，周飞1，俞永宏1,2，张剑3，谢锋3，钟志萍1,4   

  1. 1.中国科学院大学物理科学学院，北京 100049；
    2.中国科学院物理研究所，北京 100190；
    3.清华大学核能与新能源技术研究院，先进核能技术协同创新中心，先进反应堆工程与安全教育部重点实验室，北京 100084；
    4.中国科学院大学，中国科学院拓扑量子计算卓越中心，北京 100190
  • 出版日期:2023-06-25 发布日期:2023-07-08
  • 通讯作者: 贾凤东（1982-），男，副教授，博士，主要研究方向：微波电场量子基准测量、冷原子物理、超冷等离子体、低能离子-原子碰撞。
  • 作者简介:刘修彬（1997-），男，博士在读，主要研究方向：冷原子物理和微波电场精密测量技术。
  • 基金资助:
    北京市自然科学基金（1212014），中国科学院战略性先导科技专项B类（XDB28000000），中央高校基本科研业务费专项资金和国家重点研发计划（2017YFA0304900，2017YFA0402300）资助。

Atom-based Vector Microwave Electrometry via Electromagnetic Induction Transparency and Autler-Townes Splitting in Cold Rydberg Atoms

LIU Xiu-bin1, JIA Feng-dong1,*, ZHOU Fei1, YU Yong-hong1,2, ZHANG Jian3, XIE Feng3, ZHONG Zhi-ping1,4   

  1. 1.School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences；2. Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences；3. Institute of Nuclear and New Energy Technology；4. CAS Center for Excellence in Topological Quantum Computation, University of Chinese Academy of Sciences
  • Online:2023-06-25 Published:2023-07-08

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摘要： 利用冷原子温度低、里德堡电磁感应透明（EIT）谱峰窄、原子量子态明确的优势，在冷铷原子样品中基于里德堡EIT和Autler-Townes（AT）分裂效应直接通过光谱频率间隔测量了微波电场的极化。结果表明，里德堡EIT-AT分裂间隔随微波电场极化方向的改变呈现单调变化，并与微波电场极化在探测光偏振方向上的投影成正比，实现了微波电场极化分辨率3.2 °。相比于传统的热原子蒸汽池中利用EIT共振处探测光透过率变化的方法而言，基于冷原子的EIT-AT分裂间距测量微波极化的方法具有更为直接、准确和分析简单等优点。该工作对微波极化的绝对测量和电场强度的校准都具有重要的意义。

关键词: 量子传感, 微波电场, 里德堡原子, 电磁感应透明

Abstract: Utilizing the advantages of low temperature of cold atoms, narrow spectral peaks of Rydberg Electromagnetic Induction Transparency (EIT), and clear atomic quantum states. The polarization of the microwave can be measured directly through spectral intervals in cold atomic samples based on Rydberg EIT and Autler-Townes (AT) splitting. The results show that the splitting interval of the Rydberg EIT-AT varies monotonously with the polarization of the microwave electric field and is proportional to the projection of the polarization of the microwave electric field on the polarization direction of the probe laser. The resolution is 3.2 °. Compared with the traditional method of using EIT resonance to detect the change of light transmittance in the hot atom vapor cell, the method based on cold atom EIT-AT splitting interval has the advantages of more direct, accurate and simple analysis. This work is of great significance to the absolute measurement of microwave polarization and the calibration of electric field strength.

Key words: Quantum sensing, Microwave field, Rydberg atom, Electromagnetic induction transparency

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