研發(fā)工作現(xiàn)場 山西大學激光光譜研究所供圖
山西大學激光光譜研究所教授賈鎖堂和教授肖連團帶領團隊，在國際上首次實現(xiàn)里德堡原子微波超外差接收機樣機，極大提升了微波電場場強的探測靈敏度，微波測量靈敏度達55nV/（cm·Hz1/2），優(yōu)于之前國際最好水平1000倍，最小可探測微波場強約400pV/cm，優(yōu)于之前國際最好水平10000倍。據(jù)介紹，該項研究成果極大地推動了微波電場精密測量領域的發(fā)展，在國防安全、微波通信、量子計量、電子信息等領域具有重要的應用價值。相關研究成果日前發(fā)表于《自然—物理學》。
據(jù)了解，經(jīng)典微波測量方法通過微波誘導金屬中自由電子產(chǎn)生有規(guī)律的感應電流來提取微波電場的信息。然而金屬中的自由電子具有隨機熱運動特性在感應電流中引入隨機熱噪聲，這是經(jīng)典微波測量方法實現(xiàn)超高靈敏度探測難以突破的瓶頸。
該研究團隊提出的基于可控原子體系的微波超外差測量新原理和新技術，從根本上避免了經(jīng)典微波測量方法中自由電子隨機熱噪聲的影響。他們提出了基于可控里德堡綴飾態(tài)與微波電場相干耦合新原理，完成了Hz量級超窄線寬激光的大范圍連續(xù)可調諧、相位及強度噪聲壓縮等技術攻關，實現(xiàn)了里德堡量子態(tài)精確制備和操控。他們的研究突破微波量子測量的場強和極化測量局限，實現(xiàn)了利用里德堡原子對微波電場相位和頻率的測量。特別值得一提的是，他們完成了X波段雷達測速樣機的功能演示，最小速度分辨率達到5μm/s（3mHz），可用于對超低速度運動目標到超高速飛行器的探測，而且這種超外差極微弱微波電場的場強測量值具有良好的可溯源性。（程春生）
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-020-0918-5
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