[发明专利]基于里德堡原子混频器的无线数字通信系统及方法

权利要求书

1.一种基于里德堡原子混频器的无线数字通信系统，其特征在于，所述系统包括：铯泡、激光器、微波源、数字信号发生器、数字信号调制器、功分器、光电探测器和数字信号解调器；

所述铯泡，提供室温饱和蒸气压下的铯原子气体；

所述激光器，提供探测光和耦合光，将铯原子气体制备到里德堡态，并产生EIT效应；

所述数字信号发生器，产生数字信号；

所述微波源，产生两个不同频率的微波；所述数字信号调制器将数字信号调制至其中一个微波；所述功分器，对已调制的微波和另一微波进行时域上的相加运算，从而实现对另一微波的二级调制；

所述铯泡，接收二级调制的微波，发生铯原子气体的里德堡态EIT-AT分裂过程，将二级调制微波转化为已调制光波；

所述光电探测器，接收已调制光波；

所述数字信号解调器，从已调制光波中恢复数字信号，从而实现无线数字通信；

所述系统还包括喇叭，所述喇叭将二级调制微波发射至所述铯泡内；

所述微波源产生的两个不同频率的微波MW₁和MW₂，用于二级调制的微波MW₂的电场强度大于直接用于数字信号调制的微波场MW₁，且两个微波场的频率差小于任一微波场的频率；

所述功分器包括加法电路，实现微波MW₁和MW₂在时域上的叠加运算。

2.根据权利要求1所述的基于里德堡原子混频器的无线数字通信系统，其特征在于，所述数字信号调制器通过数字调制将数字信号调制到一个微波上，所述数字调制包括PSK调制和QAM调制，利用微波的幅度和相位进行数字信号的传输。

3.根据权利要求2所述的基于里德堡原子混频器的无线数字通信系统，其特征在于，所述数字信号调制器由串/并变换电路、乘法电路和相加电路构成，通过串/并变换电路把输入的数字信号变成并行的I路信号和Q路信号，利用乘法电路将I路信号和Q路信号分别调制至正弦模式和余弦模式的微波，相加电路对两路已调制微波进行叠加即获得被数字信号调制的微波。

4.根据权利要求3所述的基于里德堡原子混频器的无线数字通信系统，其特征在于，所述数字信号解调器包括锁相放大器和采样判决电路，利用锁相放大器恢复IQ信号波形，然后通过采样判决电路实现IQ数据与数字信号的对应，完成数字信号的恢复。

5.根据权利要求4所述的基于里德堡原子混频器的无线数字通信系统，其特征在于，所述锁相放大器由信号通道、参考通道、相敏检波器和低通滤波器组成，通过信号通道对所述已调制光波信号进行交流放大和消除干扰噪声，参考通道输出频率参考信号，利用相敏检波器对输入信号和参考信号进行乘法运算，最后通过低通滤波器过滤高频的IQ信号，从而恢复IQ波形。

6.一种应用如权利要求1-5任一项所述的无线数字通信系统的基于里德堡原子混频器的无线数字通信方法，其特征在于，所述方法包括：

利用铯泡，提供室温饱和蒸气压下的铯原子气体；

利用激光器，提供探测光和耦合光，将铯原子气体制备到里德堡态，并产生EIT效应；

利用数字信号发生器，产生数字信号；

利用微波源，产生两个不同频率的微波；利用数字信号调制器，将数字信号调制至其中一个微波；利用功分器，对已调制的微波和另一微波进行时域上的相加运算，从而实现对另一微波的二级调制；

利用铯泡，接收二级调制的微波，发生铯原子气体的里德堡态EIT-AT分裂过程，将二级调制微波转化为已调制光波；

利用光电探测器，接收已调制光波；

所述数字信号解调器，从已调制光波中恢复数字信号，从而实现无线数字通信。