[发明专利]基于里德堡原子电磁感应透明效应的角度测量系统及方法

说明书

本发明提供一种基于里德堡原子电磁感应透明效应的角度测量系统。技术方案是：系统包括两个不同波长的激光器、两个相同的原子蒸汽泡、两个相同的光电探测器。第一个激光器发出的激光被分成两束相同的子激光束，两束子激光束各自经过一个原子蒸汽泡后被反射至一个光电探测器；第二个激光器发出的激光被分成两束相同的子激光束，两束子激光束各自经过一个原子蒸汽泡。两个原子蒸汽泡的位置呈镜像对称，对称轴垂直于两个原子蒸汽泡的中心的连线，并且经过上述连线的中点。本发明具有尺寸紧凑、测量精度高、测量灵敏度高的特点。

技术领域

本发明涉及角度测量领域，具体涉及一种基于里德堡原子电磁感应透明效应(electromagnetically induced transparency，EIT)的角度测量系统及方法。

背景技术

如今，许多场景需要使用角度测量系统，例如室内定位、目标无源探测、电磁波频谱监测等。现有的角度测量系统种类很多，其中应用较广的包括幅度比较角度测量系统、相位比较角度测量系统。这些角度测量系统的缺陷在于：角度测量系统的天线由金属、介质或金属介质混合材料构成，这些材料会影响电磁场的边界条件，对空间电磁波产生扰动，进而影响测量精度。此外，现有的天线单元孔径尺寸因受限于CHU极限，其天线孔径尺寸必须与波长相比拟，需要测量的电磁波频率越低，波长越长，所需角度测量系统的天线孔径尺寸越大。

里德堡原子是指原子中有一个电子处于高能态且其能级跃迁满足里德堡方程的一类原子。里德堡原子具有相干时间长、对外部电磁场响应敏感的特点，利用里德堡原子与微波电磁场的相互作用可实现空间电磁场的精确测量，包括静电场测量、时变电场测量等。在通信领域，学者们提出了基于里德堡原子的新型通信接收机，参见文献[Meyer D H,CoxK C,Fatemi F K,et al.Digital communication with Rydberg atoms and amplitude-modulated microwave fields[J].Applied Physics Letters,2018,112(21).]。在测量领域，学者们提出了基于里德堡原子的测速系统和方法，参见文献[CN110488265A-基于里德堡原子电磁诱导透明效应的雷达测速系统及方法]，但是，该系统仅采用了一个原子蒸汽泡，无法获取电磁波的空间方位信息，因此，该系统无法用于角度测量。

到目前为止，还未见到将里德堡原子用于实现角度测量的公开报道。

发明内容

本发明提供一种基于里德堡原子电磁感应透明效应的角度测量系统及方法，系统具有尺寸紧凑、测量精度高、测量灵敏度高的特点。

一种基于里德堡原子电磁感应透明效应的角度测量系统，其特征在于，包括：两个不同波长的激光器、两个相同的原子蒸汽泡、两个相同的光电探测器。

第一个激光器发出的激光被分成两束相同的子激光束，两束子激光束各自经过一个原子蒸汽泡后被反射至一个光电探测器；第二个激光器发出的激光被分成两束相同的子激光束，两束子激光束各自入射至一个原子蒸汽泡；利用第一个激光器得到的两束子激光束和利用第二个激光器得到的两束子激光束，分别相向入射原子蒸汽泡；两个原子蒸汽泡的位置呈镜像对称，对称轴垂直于两个原子蒸汽泡的中心的连线，并且经过上述连线的中点。

一种基于里德堡原子电磁感应透明效应的角度测量方法，其特征在于，使用上述角度测量系统。

本发明的有益效果：

与现有角度测量系统及方法相比，基于里德堡原子电磁感应透明效应的角度测量系统及方法具有以下优点：

1)现有角度测量系统的灵敏度受限于背景热噪声，基于里德堡原子的电场强度测量灵敏度可逼近标准量子极限，因此，基于里德堡原子电磁感应透明效应的角度测量系统同样具有较高的灵敏度；