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　　通(tong)(tong)過(guo)主動(dong)操控量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)態、應(ying)用(yong)(yong)疊加(jia)性、糾纏、非局域性、不可克隆性等量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)效應(ying)的(de)(de)(de)第二次量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)技術遠遠優于(yu)相應(ying)的(de)(de)(de)經典技術，同時(shi)(shi)建立(li)無(wu)線電(dian)(dian)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計量(liang)(liang)(liang)(liang)基(ji)準是(shi)國際計量(liang)(liang)(liang)(liang)關注的(de)(de)(de)熱門問題，因此基(ji)于(yu)里(li)德(de)堡(bao)原子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)微波(bo)(bo)(bo)電(dian)(dian)場(chang)(chang)傳感器(qi)得到(dao)迅速的(de)(de)(de)發展。基(ji)于(yu)對外場(chang)(chang)敏(min)感的(de)(de)(de)里(li)德(de)堡(bao)原子(zi)(zi)(zi)利用(yong)(yong)電(dian)(dian)磁感應(ying)透明 (EIT) 和AC斯塔克位(wei)移這兩種量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)相干現(xian)象，入射微波(bo)(bo)(bo)作用(yong)(yong)于(yu)對外場(chang)(chang)敏(min)感的(de)(de)(de)里(li)德(de)堡(bao)原子(zi)(zi)(zi)，然后通(tong)(tong)過(guo)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)探測(ce)光(guang)的(de)(de)(de)光(guang)譜(pu)得到(dao)微波(bo)(bo)(bo)特性。具體說，微波(bo)(bo)(bo)場(chang)(chang)耦合相應(ying)的(de)(de)(de)兩個里(li)德(de)堡(bao)能級(ji)，會(hui)使EIT光(guang)譜(pu)發生Autler-Townes分(fen)裂(lie)(lie)（AT分(fen)裂(lie)(lie)）。當(dang)微波(bo)(bo)(bo)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)強度(du)足(zu)夠大以至于(yu)AT分(fen)裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)間距大于(yu)EIT的(de)(de)(de)線寬時(shi)(shi)，通(tong)(tong)過(guo)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)EIT-AT分(fen)裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)間距可以得到(dao)微波(bo)(bo)(bo)電(dian)(dian)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)強度(du)。但當(dang)微波(bo)(bo)(bo)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)強度(du)小到(dao)無(wu)法(fa)區分(fen)AT分(fen)裂(lie)(lie)時(shi)(shi)，該方法(fa)在這樣的(de)(de)(de)弱(ruo)場(chang)(chang)情(qing)況下失效，而弱(ruo)場(chang)(chang)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)是(shi)微波(bo)(bo)(bo)在各個應(ying)用(yong)(yong)領(ling)域的(de)(de)(de)關鍵。

　　國科大(da)物理(li)科學學院賈鳳東副教授課(ke)題組與(yu)清華大(da)學核能與(yu)新(xin)能源技術研究院謝鋒(feng)副教授課(ke)題組合作，提出了一種(zhong)高效、魯棒的(de)(de)(de)(de)將微(wei)波(bo)電場(chang)(chang)強度測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)擴(kuo)展到弱(ruo)(ruo)(ruo)場(chang)(chang)區域的(de)(de)(de)(de)新(xin)方法(fa)，在(zai)(zai)(zai)該研究領域取得了突破(po)性進展。該方法(fa)利(li)用輔助(zhu)(zhu)微(wei)波(bo)場(chang)(chang)修飾的(de)(de)(de)(de)里德堡原(yuan)子(zi)突破(po)了EIT-AT分裂(lie)(lie)間距在(zai)(zai)(zai)弱(ruo)(ruo)(ruo)場(chang)(chang)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)領域的(de)(de)(de)(de)局限，并大(da)大(da)降低了測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)時間成(cheng)(cheng)本和經濟(ji)成(cheng)(cheng)本，可(ke)(ke)迅(xun)速移(yi)植到各種(zhong)微(wei)波(bo)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)場(chang)(chang)景中(zhong)并提高測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)精度。該研究首(shou)次在(zai)(zai)(zai)理(li)論和實驗上證明，在(zai)(zai)(zai)簡單的(de)(de)(de)(de)室(shi)溫(wen)銣原(yuan)子(zi)池的(de)(de)(de)(de)實驗裝置(zhi)上，利(li)用輔助(zhu)(zhu)微(wei)波(bo)修飾里德堡原(yuan)子(zi)可(ke)(ke)以將直接可(ke)(ke)溯源到國際單位制（SI）的(de)(de)(de)(de)微(wei)波(bo)電場(chang)(chang)強度的(de)(de)(de)(de)下限擴(kuo)展兩個(ge)數量(liang)(liang)(liang)級(ji)。具體(ti)的(de)(de)(de)(de)做法(fa)是，先用輔助(zhu)(zhu)微(wei)波(bo)得到EIT-AT分裂(lie)(lie)，再利(li)用已經產生的(de)(de)(de)(de)EIT-AT分裂(lie)(lie)去測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)待(dai)測(ce)(ce)微(wei)波(bo)電場(chang)(chang)強度。從而(er)將EIT-AT分裂(lie)(lie)光譜的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)分辨精度從幾MHz提高到幾十kHz，對(dui)應的(de)(de)(de)(de)微(wei)波(bo)電場(chang)(chang)強度從 3 mV/cm降到~31 μV/ cm，將測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)弱(ruo)(ruo)(ruo)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)極(ji)限提高了100倍。這種(zhong)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)微(wei)弱(ruo)(ruo)(ruo)信號的(de)(de)(de)(de)方法(fa)同(tong)樣適用于擴(kuo)展其它量(liang)(liang)(liang)子(zi)傳感器的(de)(de)(de)(de)檢測(ce)(ce)極(ji)限。

　　國(guo)科(ke)(ke)(ke)大(da)(da)物理科(ke)(ke)(ke)學學院(yuan)賈鳳東副教授為論文第一作(zuo)者，國(guo)科(ke)(ke)(ke)大(da)(da)鐘志萍教授和清(qing)華(hua)大(da)(da)學謝(xie)鋒副教授為通訊(xun)作(zuo)者。劉修彬、梅炅、張懷宇、俞永宏(hong)是國(guo)科(ke)(ke)(ke)大(da)(da)的(de)研究生，董海(hai)玥、林兆青是國(guo)科(ke)(ke)(ke)大(da)(da)的(de)本科(ke)(ke)(ke)生。研究人員還包括清(qing)華(hua)大(da)(da)學的(de)張劍(jian)副研究員。

　　這(zhe)項(xiang)(xiang)工作得到(dao)了國家重(zhong)點(dian)研(yan)發計劃項(xiang)(xiang)目(mu)（2017YFA0304900，2017YFA0402300）、北京市自然(ran)科(ke)學(xue)基(ji)金（1212014），國家自然(ran)科(ke)學(xue)基(ji)金委（11604334, 11604177）, 中國科(ke)學(xue)院先導項(xiang)(xiang)目(mu)（XDPB08-3），中央(yang)高校基(ji)本科(ke)研(yan)業(ye)務專項(xiang)(xiang)費資(zi)金資(zi)助。

　　圖1 輔(fu)助(zhu)微波修(xiu)飾(shi)的(de)(de)(de)(de)里德堡 EIT -AT 分(fen)裂(lie)的(de)(de)(de)(de)原子(zi)能級(ji)圖。實驗使用(yong)的(de)(de)(de)(de)是(shi)87Rb原子(zi)。圖中(zhong)ωp是(shi)作(zuo)用(yong)于能級(ji)|1>和(he)|2>的(de)(de)(de)(de)探測(ce)光(guang)(guang)，ωc是(shi)作(zuo)用(yong)于能級(ji)|2>和(he)|3>的(de)(de)(de)(de)耦合光(guang)(guang)，探測(ce)光(guang)(guang)和(he)耦合光(guang)(guang)與能級(ji)|1>、|2>和(he)|3>構成(cheng)里德堡EIT。ωa是(shi)作(zuo)用(yong)于能級(ji)|3>和(he)|5>的(de)(de)(de)(de)輔(fu)助(zhu)微波，在輔(fu)助(zhu)微波的(de)(de)(de)(de)修(xiu)飾(shi)下(xia)，能級(ji)|3>和(he)|5>產生AT分(fen)裂(lie)。ωt是(shi)作(zuo)用(yong)于能級(ji)|3>和(he)|4>的(de)(de)(de)(de)待(dai)測(ce)微波。能級(ji)|3>在輔(fu)助(zhu)微波場(chang)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下(xia)出現的(de)(de)(de)(de)兩條“新”線(xian)，然后這兩條“新”線(xian)以(yi)類(lei)似于通常的(de)(de)(de)(de) AC 偏移的(de)(de)(de)(de)方(fang)式(shi)對(dui)待(dai)測(ce)弱微波場(chang)ωt產生響應(ying)，并(bing)繼續(xu)以(yi)相反的(de)(de)(de)(de)方(fang)式(shi)進(jin)行(xing)移動，最終 EIT-AT的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)大分(fen)裂(lie)可(ke)用(yong)于測(ce)量待(dai)測(ce)微波場(chang)的(de)(de)(de)(de)電場(chang)強度(du)。

　　圖(tu)2 有/無(wu)輔(fu)助(zhu)(zhu)微(wei)波(bo)場(chang)(chang)下的(de)里德(de)堡EIT-AT分(fen)裂(lie)與(yu)待測微(wei)波(bo)電場(chang)(chang)的(de)關系。在(zai)沒有輔(fu)助(zhu)(zhu)微(wei)波(bo)場(chang)(chang)時(shi)，如圖(tu)中黑色方(fang)塊所(suo)示，當待測微(wei)波(bo)電場(chang)(chang)的(de)強度小于3 mV/cm時(shi)，EIT-AT分(fen)裂(lie)就不可區分(fen)，這意味著在(zai)我們(men)的(de)實驗裝置中利用傳(chuan)統EIT-AT分(fen)裂(lie)的(de)方(fang)法(fa)只(zhi)能測量到(dao)3 mV/cm。在(zai)輔(fu)助(zhu)(zhu)微(wei)波(bo)場(chang)(chang)存在(zai)時(shi)，如圖(tu)中綠色圓圈所(suo)示，EIT-AT分(fen)裂(lie)對待測弱微(wei)波(bo)場(chang)(chang)的(de)響應可以到(dao)~31 μV/ cm.