[发明专利]宽带射频频谱实时监测器

说明书

本发明公开了一种传感器系统，该传感器系统包括发射处于第一波长的泵浦光束和处于第二波长的探测光束的激光源；和用于接收该泵浦光束和该探测光束的光学装置。该光学装置可操作以产生多个光束，每个光束具有与该泵浦光束和该探测光束不同的频率。一个或多个单元接收来自该光学装置的该光束，并且允许该光束穿过其中，其中该单元包含碱原子。二向色滤光器被配置为接收来自该单元的该光束。二向色滤光器将泵浦光束光和探测光束光与该光束分离。检测器阵列接收来自该二向色滤光器的该探测光束光。检测器阵列包括光传感器的二维阵列，该光传感器的二维阵列映射出对应于穿过该单元的该探测光束光的相应光束的透射。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月26日提交的美国临时申请63/044,753的权益和优先权，该临时申请以引用方式并入本文。

背景技术

电子战的核心问题是拦截或检测由不友好的运营商传输的射频(RF)信号。这些运营商可尝试通过传输非常微弱的信号、或通过在频率中四处跳跃、或通过在宽的带宽上发送他们的信号来降低拦截的概率。因此，为了检测这些信号，必须以高灵敏度、动态范围和频率分辨率实时监测宽(大于20GHz)频带的RF频谱。

电子战不仅对隐蔽通信领域而且对导航领域均造成了日益严重的威胁，其中对全球定位系统(GPS)和其他导航信号的干扰和欺骗会威胁到国防资产的移动自由。频谱监测和分析可以是解决GPS信号遭拒和劣化的重要部分。

里德伯(Rydberg)原子对电场的极高灵敏度已引起人们对将它们用作RF场传感器以替换无线电接收器的天线和前端的兴趣。然而，迄今为止，由于伴随的挑战，里德伯静电计的优点尚未赋予其明显的优势。

具体地，越来越多的人对在宽的带宽应用中使用里德伯静电计和使用其功能来解决多个里德伯级感兴趣。如果可以克服频率灵敏度的离散性质，则这些特性将可用于快速频谱扫描和超宽带宽通信。

发明内容

本发明公开了一种传感器系统，该传感器系统包括被配置为发射处于第一波长的泵浦光束和处于第二波长的探测光束的激光源；和用于接收来自激光源的泵浦光束和探测光束的光学装置。该光学装置可操作以产生多个光束，每个光束具有与泵浦光束和探测光束不同的频率。一个或多个单元被配置为接收来自光学装置的光束中的一个或多个光束，并且允许该一个或多个光束穿过其中，该一个或多个单元包含多个碱原子。二向色滤光器被配置为接收来自该一个或多个单元的该一个或多个光束。该二向色滤光器可操作以将泵浦光束光和探测光束光与该一个或多个光束分离。检测器阵列被配置为接收来自二向色滤光器的探测光束光。该检测器阵列包括光传感器的二维阵列，该光传感器的二维阵列可操作以映射出对应于穿过该一个或多个单元的探测光束光的相应光束的透射。

附图说明

通过参考附图的以下描述，本发明的特征对于本领域的技术人员将变得显而易见。应当理解，附图仅示出了典型的实施方案，并且因此不应认为是限制本发明的范围，将通过使用附图以附加特征和细节来描述本发明，其中：

图1A是根据一个实施方案的传感器系统的示意图；

图1B是根据另选的实施方案的传感器系统的示意图；

图2是根据一个实施方案的实现为里德伯频谱分析仪的传感器系统的示意图；

图3是根据一个具体实施的用于快速频谱扫描的传感器系统的示例性实施方案；

图4是根据另一个具体实施的用于快速频谱扫描的传感器系统的示例性实施方案；

图5是根据一个实施方案的具有多个级联频移器的光子芯片的一部分的示意图；

图6A和图6B是分别示出在单个频移器的模型计算中传输功率的稳定性和相位斜坡的线性度的曲线图；以及

图7是方形超宽带宽脉冲频谱的图形表示，其中一组七个里德伯传感器被设计来感测脉冲；以及