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物理学 > 原子物理

arXiv:2505.00595v1 (physics)
[提交于 2025年5月1日 ]

标题: 里德堡原子传感器全光射频相位检测的振荡动力学

标题: All-optical radio-frequency phase detection for Rydberg atom sensors using oscillatory dynamics

Authors:Matthias Schmidt, Stephanie M. Bohaichuk, Vijin Venu, Ruoxi Wang, Harald Kübler, James P. Shaffer
摘要: 里德堡原子射频传感器是精密电磁场测量的独特平台,例如,它们具有从MHz到THz的非凡载波带宽,并且可以自校准。这些光子传感器使用激光来准备和读出原子对射频电磁场的响应。大多数关于里德堡原子传感器的工作集中在射频电场强度上,因为除非使用外部射频混频场,否则传感器作为平方律探测器工作。混频场充当本地振荡器,并使相位读出成为可能,但需要额外的射频设备来生成它。为了克服射频本地振荡器的缺点,我们研究了使用五级闭环激发方案的全光学相敏检测。我们表明,在环场有限失谐的情况下,原子响应以失谐频率振荡。这种振荡被转移到探针激光吸收信号上。射频信号的相位、频率和幅度被印记在振荡动力学上,并且可以使用解调和匹配滤波技术应用于探针激光传输信号来确定。
摘要: Rydberg atom radio frequency sensors are a unique platform for precision electromagnetic field measurement, e.g. they have extraordinary carrier bandwidth spanning MHz-THz and can be self-calibrated. These photonic sensors use lasers to prepare and read out the atomic response to a radio frequency electromagnetic field. Most work on Rydberg atom sensors centers on radio frequency electric field strength because the sensor functions as a square law detector, unless an external radio frequency heterodyning field is used. A heterodyning field acts as a local oscillator and enables phase read out at the expense of the radio frequency equipment necessary to generate it. In order to overcome the disadvantages of a radio frequency local oscillator, we investigate all-optical phase-sensitive detection using a five-level closed-loop excitation scheme. We show that under finite detuning of the loop fields, the atomic response oscillates at the frequency of the detuning. The oscillation is transferred to a probe laser absorption signal. The phase, frequency and amplitude of the radio frequency signal are imprinted on the oscillatory dynamics and can be determined using demodulation and matched filter techniques applied to the probe laser transmission signal.
评论: 4页,2个图和5页补充材料(4个图)
主题: 原子物理 (physics.atom-ph)
引用方式: arXiv:2505.00595 [physics.atom-ph]
  (或者 arXiv:2505.00595v1 [physics.atom-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.00595
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Matthias Schmidt [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 5 月 1 日 15:30:24 UTC (976 KB)
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