[发明专利]利用双暗态系统测量微波电场的方法

权利要求书

1.一种利用双暗态系统测量微波电场的方法，其特征是，所述双暗态系统是在四能级系统基础上，加以辅助能级态矢5S_1/2(F＝2)耦合态矢5P_3/2构成五能级系统，从而形成双暗态系统，具体方法包括以下在室温条件下进行的实验步骤：

1)由外腔半导体激光器提供780nm的激光先通过二向色镜分成两束光一束作为探测光，另一束作为耦合光，它们分别经过半波片和偏振分束器同向进入铷原子汽室；

2)两个半波片分别调节探测光场和耦合光场的入射光强，使得耦合场探测场；

3)将探测光锁定在铷里德堡原子5S_1/2(F＝1)→5P_3/2跃迁线上，将控制光锁定在铷里德堡态原子5S_1/2(F＝2)→5P_3/2跃迁线上；

4)倍频激光器提供波长为480nm耦合光，调节480nm耦合光在能级5P_3/2→53D_5/2共振频率耦合；

5)由微波模拟信号发生器提供频率范围10kHz-10GHz且功率可调的微波信号，耦合里德堡原子53D_5/2→54P_3/2之间的跃迁，导致里德堡原子的电磁诱导透明系统的透射峰发生分裂；

6)最后用光电探测器检测探测光的吸收特性，由透射峰线宽间距表征微波信号的电场强度；

上述实验方法的理论模拟如下：

由密度矩阵，在旋转波近似的情况下求得线性极化率χ⁽¹⁾：

N是原子数密度，为1.4×10²⁷m^-3，λ_p是探测光场的波长，为780nm，Δ_p是探测场跃迁的失谐量，Ω_p是探测场的拉比频率，Ω_c1、Ω_c2分别是780nm控制光、480nm耦合光的拉比频率Ω_c1＝Ω_c2＝10GHz，γ₄₁是态矢5P_3/2到态矢5S_1/2(F＝1)的衰减速率，Γ₄₁自发辐射的衰减速率，i代表虚数符号，Ω_rf代表微波源的拉比频率；

通过上述函数关系，得到极化率随射频场的吸收色散关系；

通过大量模拟数据，关于射频场与透射峰线宽间距关系，拟合成一条曲线，从曲线看出透射峰线宽间距与微波信号角频率成正比例关系，五能级系统微波电场计可探测频谱范围10kHz-10GHz电场，为了直观的显示透射峰线宽间距与微波信号角频率成线性关系，选取频谱范围0.1GHz-1GHz测量，且Ω_rf＝1.4Δf，E_RF代表微波电场强度，η是普朗克常量，大小为1.054571628×10^-34J·s，是里德堡态跃迁矩阵元，大小为3611ea₀，e为电子电荷，a₀是玻尔半径，Δf代表透射峰线宽间距，用此方程关系式求得微波电场强度，算出五能级系统微波电场计探测电场灵敏度是四能级系统的7.3倍，理论探测的最小电场1nm/cm,是四能级系统的100倍，经验证，该理论模拟结果与实验结果是一致的。

2.如权利要求1所述的利用双暗态系统测量微波电场的方法，其特征是，所述步骤1)中的探测光的偏振为垂直偏振，耦合光的偏振为水平偏振。