新技術(shù)使微波測量靈敏度提高千倍相關(guān)成果日前發(fā)表于《自然—物理學(xué)》

2020-10-29 10:25:41來源：《中國科學(xué)報(bào)》

山西大學(xué)激光光譜研究所教授賈鎖堂、肖連團(tuán)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國際上首次實(shí)現(xiàn)里德堡原子微波超外差接收機(jī)樣機(jī)，極大提升了微波電場場強(qiáng)的探測靈敏度，微波測量靈敏度達(dá)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(qiáng)約400pV/cm，優(yōu)于之前國際最好水平1萬倍。相關(guān)成果日前發(fā)表于《自然—物理學(xué)》，該成果極大推動(dòng)了微波電場精密測量領(lǐng)域的發(fā)展，在國防安全、微波通信、量子計(jì)量、電子信息等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

經(jīng)典微波測量方法通過微波誘導(dǎo)金屬中自由電子產(chǎn)生有規(guī)律的感應(yīng)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(jī)熱運(yùn)動(dòng)特性，在感應(yīng)電流中引入隨機(jī)熱噪聲，這是該方法實(shí)現(xiàn)超高靈敏度探測難以突破的瓶頸。

該研究團(tuán)隊(duì)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(shù)，從根本上避免了經(jīng)典微波測量方法中自由電子隨機(jī)熱噪聲的影響。他們的研究突破了微波量子測量的場強(qiáng)和極化測量局限，實(shí)現(xiàn)了利用里德堡原子對微波電場相位和頻率的測量。值得一提的是，他們完成了X波段雷達(dá)測速樣機(jī)的功能演示，最小速度分辨率達(dá)到5μm/s(3mHz)，從超低速度運(yùn)動(dòng)目標(biāo)到超高速飛行器，均可用其探測，而且這種超外差極微弱微波電場的場強(qiáng)測量值具有良好的可溯源性。(程春生王海濱)

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