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研發(fā)工作現(xiàn)場(chǎng) 山西大學(xué)激光光譜研究所供圖

山西大學(xué)激光光譜研究所教授賈鎖堂和教授肖連團(tuán)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，在國(guó)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(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的探測(cè)靈敏度，微波測(cè)量靈敏度達(dá)55nV/（cm·Hz1/2），優(yōu)于之前國(guó)際最好水平1000倍，最小可探測(cè)微波場(chǎng)強(qiáng)約400pV/cm，優(yōu)于之前國(guó)際最好水平10000倍。據(jù)介紹，該項(xiàng)研究成果極大地推動(dòng)了微波電場(chǎng)精密測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展，在國(guó)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。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《自然—物理學(xué)》。

據(jù)了解，經(jīng)典微波測(cè)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(chǎng)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，這是經(jīng)典微波測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)超高靈敏度探測(cè)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(cè)量新原理和新技術(shù)，從根本上避免了經(jīng)典微波測(cè)量方法中自由電子隨機(jī)熱噪聲的影響。他們提出了基于可控里德堡綴飾態(tài)與微波電場(chǎng)相干耦合新原理，完成了Hz量級(jí)超窄線寬激光的大范圍連續(xù)可調(diào)諧、相位及強(qiáng)度噪聲壓縮等技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了里德堡量子態(tài)精確制備和操控。他們的研究突破微波量子測(cè)量的場(chǎng)強(qiáng)和極化測(cè)量局限，實(shí)現(xiàn)了利用里德堡原子對(duì)微波電場(chǎng)相位和頻率的測(cè)量。特別值得一提的是，他們完成了X波段雷達(dá)測(cè)速樣機(jī)的功能演示，最小速度分辨率達(dá)到5μm/s（3mHz），可用于對(duì)超低速度運(yùn)動(dòng)目標(biāo)到超高速飛行器的探測(cè)，而且這種超外差極微弱微波電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量值具有良好的可溯源性。（程春生）

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-020-0918-5