[发明专利]一种基于量子效应的无线电调幅信号接收方法及调幅量子接收机

权利要求书

1.一种基于量子效应的无线电调幅信号的调幅量子接收机，其包括有激光光源和信号采集单元(1)、光纤传输单元(2)和空间射频电场传感单元(3)；

激光光源和信号采集单元(1)中：

激光器，激发泵浦原子完成特定能级跃迁，使用两台激光器分步激发基态的碱金属原子完成里德堡原子的制备；

原子饱和吸收谱锁频单元(1B)，用于产生所需碱金属原子的饱和吸收谱线；

波长计(1C)用于测量耦合激光的波长，以确保将原子激发到所需里德堡态；

快速光电二极管(1E)，将光信号转换为电信号，进行光谱信号的测量；

光纤传输单元(2)用于传输探测激光和耦合激光，选用单模保偏光纤；

空间射频电场传感单元(3)中：

原子气室用于存储碱金属原子气体，材质一般为硼硅玻璃或石英，形状可以根据需要订制，常用的原子气室为圆柱形或立方体型；

偏振器，用于保证入射到原子气室(30)内的激光为偏振状态一致的线偏光；

光纤准直头将经过光纤传输的激光变为空间传输的激光；

光纤耦合头将空间传输的激光耦合至光纤后进行远距离传输；

对于铷原子系统，探测激光选用780nm半导体激光器、耦合激光选用480nm大功率倍频半导体激光器；

对于铯原子系统，探测激光选用852nm半导体激光器、耦合激光选用512nm大功率倍频半导体激光器；

偏振器是方解石和α-BBO偏振器、偏振分束立方体和分光片、线栅偏振器；

经第一单模保偏光纤(2A)的光记为A路激光，经第二单模保偏光纤(2B)的光记为B路激光；

A路激光，A路激光上有探测激光器(1A)、原子饱和吸收谱锁频单元(1B)、AA光纤耦合头(101)、AA分光镜(102)、第一单模保偏光纤(2A)、CA光纤准直头(301)、CA偏振器(302)和CA反射镜(303)；探测激光器(1A)和原子饱和吸收谱锁频单元(1B)为电缆连接；A路激光经CA反射镜(303)反射的光记为A1反射光，A1反射光经原子气室(30)激发后记为激发A路光；经CA光纤准直头(301)、CA偏振器(302)出射的A路激光入射到CA反射镜(303)上，经CA反射镜(303)后的A1反射光在原子气室(30)中激发成为激发A路光入射到二向色镜(313)上，然后一方面经二向色镜(313)、CB反射镜(322)后的激发A路光由第三单模保偏光纤(2C)传输至快速光电二极管(1E)上；然后另一方面顺次经二向色镜(313)、CB偏振器(312)、CB光纤准直头(311)、第二单模保偏光纤(2B)、AB光纤耦合头(111)、AB分光镜(112)、AB反射镜(113)后被波长计(1C)采集；

B路激光，B路激光上有波长计(1C)、耦合激光器(1D)、AB光纤耦合头(111)、AB分光镜(112)、AB反射镜(113)、第二单模保偏光纤(2B)、CB光纤准直头(311)、CB偏振器(312)和二向色镜(313)；波长计(1C)和耦合激光器(1D)为电缆连接；B路激光经二向色镜(313)反射的光记为B1反射光，B1反射光经原子气室(30)激发后记为激发B路光；经CB光纤准直头(311)、CB偏振器(312)出射的B路激光入射到二向色镜(313)上，经二向色镜(313)后的B1反射光在原子气室(30)中激发成为激发B路光入射到CA反射镜(303)上，然后顺次经CA反射镜(303)、CA偏振器(302)、CA光纤准直头(301)、第一单模保偏光纤(2A)、AA光纤耦合头(101)、AA分光镜(102)、AA反射镜(103)后被原子饱和吸收谱锁频单元(1B)采集。

2.一种基于量子效应的无线电调幅信号接收方法，其特征在于包括有下列步骤：

步骤一，理论计算里德堡态能级对应的跃迁频率；

里德堡态的射频共振频率可以根据量子态的能级信息进行精确计算其中ν_nn'为从初态n到末态n'的共振跃迁频率，R_Rb为铷原子的里德堡常数，c为光速，δ(n)和δ(n')是里德堡原子跃迁的初态和末态对应的量子亏损数，量子亏损数主要取决于量子态的主量子数、角量子数和自旋量子数；反之，通过查表这些理论数据，可以确定与载波频率最接近的里德堡态共振频率，从而确定完成第一激发态到里德堡态跃迁所需耦合激光的波长；

步骤二，激光参数调整；

探测激光用于将处于基态的碱金属原子激发到中间态，即完成|g→|e的第一步激发；同时，通过饱和吸收谱单元产生碱金属原子的饱和吸收谱线，将探测光频率精确锁定到其中一条跃迁精细能级谱线上；

耦合激光用于第一激发态的原子激发到里德堡态，即完成|e→|a的第二步激发，通过双光场分步激发完成里德堡原子的制备，|a具体能级由载波频率确定，在步骤一中确定；波长计用于准确测量并锁定耦合激光的波长，以确保原子被精准泵浦到里德堡态|a；

步骤三，获取载波功率P和探测激光透射功率T的实验关系曲线；

信号源输出载波功率信号，将耦合激光器调整至频率扫描状态，以步骤二确定的耦合激光频率为中心进行频率扫描，如扫描范围设置为－100MHz～+100MHz，测量透射过原子气室的激光功率，获得透射谱线；从小至大，逐步调节信号源输出功率，确定可以使得耦合光共振频率处透射率发生变化的最小载波功率P1，以及使得探测光EIT曲线完全产生AT分裂是的最大载波功率P3；

再次将耦合激光器的频率精确锁定到步骤三确定的共振频率处，信号源产生载波频率，扫描信号源输出功率P1至P3，测量透射过原子气室的激光功率T；

步骤四，信号接收；

探测光频率锁定到特定的跃迁线上，耦合激光器的频率精确锁定到步骤三确定的共振频率处，原子气室内的里德堡原子接收空间幅度调制射频电场，光电二极管探测透射过原子气室的探测激光功率；

步骤五，获取调制信号；

对步骤四中采集到的随时间变化的探测激光透射功率T，对照获取的P－T曲线，进行插值处理，获取调制信号特征。