[发明专利]一种里德堡原子微波鉴相器系统及其相位测量方法

权利要求书

1.一种里德堡原子微波鉴相器系统，其特征在于，所述系统包括：里德堡原子微波电场传感器、微波辐射单元、微波幅度调制单元和测量单元；

所述里德堡原子微波电场传感器，用于将探测光和耦合光在铷原子蒸汽池中相向传播，形成里德堡原子的电磁感应透明，在施加微波电场后所述电磁感应透明发生Autler-Townes分裂，通过所述探测光在所述电磁感应透明的共振位置的透过率变化测量所述微波电场的强度变化；

所述微波辐射单元，用于将待测微波电场和局域微波电场分别辐射到所述铷原子蒸汽池上实现干涉，得到拍频信号，所述拍频信号的频率为所述待测微波电场和所述局域微波电场的频率差；

所述微波幅度调制单元，用于通过幅度调制器对所述局域微波电场进行幅度调制，将幅度调制的频率设置为所述拍频信号的频率且幅度调制的深度小于30％，得到所述待测微波电场的相位与所述拍频信号的振幅之间的变化关系；

所述测量单元，用于固定所述局域微波电场的相位，对所述待测微波电场施加三角波的相位调制，让所述待测微波电场在所述铷原子蒸汽池内的相位从0到4π变化，记录所述三角波和所述拍频信号的振幅，基于所述待测微波电场的相位与所述拍频信号的振幅之间的变化关系，得到所述待测微波电场的相位信息。

2.根据权利要求1所述的里德堡原子微波鉴相器系统，其特征在于，通过测量所述探测光的光强随时间的周期性正弦变化，得到所述待测微波电场和所述局域微波电场干涉的拍频信号。

3.根据权利要求2所述的里德堡原子微波鉴相器系统，其特征在于，当所述局域微波电场的幅度远大于所述待测微波电场的幅度时，所述探测光的光强与所述待测微波电场的相位的关系为：

T_p∝E_LO+E_SIGsin(Δ_MWt+φ_SIG)(1)

其中，T_p为所述探测光的光强，φ_SIG为所述待测微波电场的相位，E_LO为所述局域微波电场的幅度，E_SIG为所述待测微波电场的幅度，Δ_MW为幅度调制的频率，t为时间。

4.根据权利要求3所述的里德堡原子微波鉴相器系统，其特征在于，所述待测微波电场的相位与所述拍频信号的振幅之间的变化关系为：

T_p∝E_LO-E_LO*D_AM*(1+sin(Δ_MWt+φ_AM))+E_SIGsin(Δ_MWt+φ_SIG)(2)

其中，T_p为所述探测光的光强，D_AM为幅度调制的深度，D_AM＜30％，φ_AM为所述局域微波电场的相位，φ_SIG为所述待测微波电场的相位，E_LO为所述局域微波电场的幅度，E_SIG为所述待测微波电场的幅度，Δ_MW为幅度调制的频率，t为时间。

5.根据权利要求1-4任一项所述的里德堡原子微波鉴相器系统，其特征在于，在实现微波拍频的基础上，对所述局域微波电场进行幅度调制，得到所述局域微波电场的幅度调制信号，所述探测光的信号经光电探测器接收后输入第一锁相放大器，将所述耦合光的幅度调制信号作为所述第一锁相放大器的参考信号，经所述第一锁相放大器放大后的输出信号作为第二锁相放大器的输入信号，将所述局域微波电场的幅度调制信号作为所述第二锁相放大器的参考信号，经所述第二锁相放大器解调后的输出信号则为所述探测光的光强振荡的振幅信号，即所述拍频信号的振幅信号。