里德堡原子微波频率梳谱仪研制成功

提高实时响应范围数倍

中国科学技术大学郭光灿院士团队在基于里德堡原子的无线传感上取得新进展。团队史保森、丁冬生课题组实现一种基于里德堡原子的微波频率梳谱仪，在宽带微波的探测领域具有应用前景。相关成果日前发表于《应用物理评论》。

微波测量在通信、导航、雷达、以及天文探测领域发挥重要作用。里德堡原子具有较大电偶极矩，可以对微弱电场产生很强的响应，因此可以用里德堡原子作为微波传感器。近年来，里德堡原子传感研究取得重要进展，但仍存在一些亟待解决的问题，比如目前可以实时接收的信号频率范围（瞬时带宽）受限于读出稳态信号的时间，通常只有几兆赫，严重影响该体系的实用化进程。

此次研究中，研究团队基于室温铯原子体系，利用里德堡原子对微波的混频响应性质，将微波频率梳信号设置为本振信号，演示了基于里德堡微波频率梳谱仪的微波绝对频率测量方案。

相比于之前系统瞬时带宽，目前可实现的实时响应范围（125兆赫）提高了数倍，并且还有进一步提升的空间。此外，通过利用不同主量子数的里德堡态，系统实现了对不同中心频率下具有1千赫兹调制带宽信号的接收。

该工作的创新之处在于利用微波频率梳谱仪拓宽了里德堡原子对微波信号的响应范围，一定程度上弥补里德堡原子在微波探测中瞬时带宽窄的不足，实现在更宽范围内对信号的绝对频率测量，可以充分发挥里德堡原子对微波的大响应带宽和高灵敏度的特性。此外，该方法也可有效接收相位信息，有望应用于微波通信和测量等领域。

中科院量子信息重点实验室博士研究生张力华为论文第一作者，丁冬生教授、史保森教授为论文的共同通讯作者。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.18.014033