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》

2020-10-29 10:25:41來源：《中國科學報》

山西大學激光光譜研究所教授賈鎖堂、肖連團帶領(lǐng)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1萬倍。相關(guān)成果日前發(fā)表于《自然—物理學》，該成果極大推動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、量子計量、電子信息等領(lǐng)域具有重要的應用價值。

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，這是該方法實現(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(shù)，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。他們的研究突破了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。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)，從超低速度運動目標到超高速飛行器，均可用其探測，而且這種超外差極微弱微波電場的場強測量值具有良好的可溯源性。(程春生王海濱)

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