상하이 광학 및 정밀 기계 연구소(SIPM), Rydberg 마이크로파 전기장 탐지 연구에서 중요한 진전을 이루다

최근 중국과학원(CAS) 상하이광학정밀기계연구소(SIPM) 우주 및 우주 레이저 기술 및 시스템부 소속 Cheng Huadong 연구원 팀과 중국 과학원 Chen Liqing 교수팀 화동사범대학(ECNU)은 루비듐 리드베리 원자에서 높은 감도와 높은 과도 대역폭을 모두 갖춘 리드베리 마이크로파 센서를 처음으로 실험적으로 시연했습니다. 해당 결과는 PHYSICAL REVIEW APPLIED(Letter)에 "향상된 순시 대역폭을 갖춘 고감도 마이크로파 전기측정법"으로 게재되었습니다.
Rydberg 원자는 전기 쌍극자 모멘트가 큰 매우 여기된 원자로 외부 전자기장에 매우 민감합니다. 이러한 이유로 Rydberg 원자의 EIT(전자기 유도 투명도) 및 AT(Autler-Townes) 효과를 활용하여 마이크로파 전기장을 측정하는 것이 제안되었습니다. 감지 감도와 순간 대역폭은 Rydberg 마이크로파 감지의 주요 지표입니다. 이전에는 Rydberg 원자 EIT를 기반으로 고감도(55nV cm∅1Hz∅1/2)를 얻을 수 있었지만 순간 대역폭은 수백 kHz로 제한되었습니다. 동시에 높은 감도와 큰 순간 대역폭은 Ridburg의 마이크로파 전기장 감지 연구 분야의 과제입니다.
연구팀은 6파 혼합 기술을 기반으로 최대 감지 감도 62nVcm-1Hz{로 고감도와 높은 순간 대역폭을 동시에 달성하는 루비듐 리드베리 원자 가스 챔버에서 리드베리 마이크로파 센서를 실험적으로 시연했습니다. 최대 10.2MHz의 순간 대역폭에서 {3}}/2. 이론적 및 실험적 결과는 향상된 고주파수 응답이 6파장 혼합 프로세스에 의해 생성된 감지된 빛의 음의 측파대 향상 효과에서 비롯된다는 것을 보여줍니다. 연구 결과는 레이더 및 통신 분야에서 Rydberg 마이크로파 감지 기술의 적용을 발전시킬 것입니다.
관련 작업은 중국 국립자연과학재단 및 기타 프로그램의 지원을 받습니다.

그림 1 Rydberg 마이크로파 센서의 원리 (a) 실험 설정의 개략도
(b) (c) 포지티브 및 네거티브 측파대를 생성하는 두 개의 6파장 혼합 프로세스

그림 2 Rydberg 마이크로파 센서의 감도 (a) 초외방성 신호 대 신호 마이크로파 전력 (b) 시스템 노이즈에 의해 결정되는 감도