Continuous-Frequency Microwave Heterodyne Detection in an Atomic Vapor Cell

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作者
Xiaohong Liu,Kai-Yu Liao,Zuan-Xian Zhang,Hai-Tao Tu,Bian Wu,Zhongqi Li,Shun-Yuan Zheng,He-He Li,Wei Huang,Hui Yan,Shi-Liang Zhu
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:18 (5) 被引量:24
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.18.054003
摘要

Atomic heterodyne dressed by a local oscillator resonant with Rydberg transitions allows high sensitivity and robust phase measurement of a microwave electric field, but it is typically limited to detection of discrete frequencies within the narrow bandwidth of Rydberg transitions. Here we demonstrate an atomic heterodyne scheme for continuous-frequency electric field measurement based on multilevel Rydberg atoms in a room-temperature vapor cell. Driven by two off-resonant microwaves acting as a tunable local oscillator field, the heterodyne receiver can retrieve the amplitude, phase, and frequency information of signal microwave in a continuous frequency band. In our experiment, the receiver achieves an electric field sensitivity of up to $1.5\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\ensuremath{\mu}\mathrm{V}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}{\mathrm{cm}}^{\ensuremath{-}1}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}{\mathrm{Hz}}^{\ensuremath{-}1/2}$, 80-dB linear dynamic range, and over 1 GHz of continuous frequency range. We also demonstrate the reliable reception of continuously tunable phase-modulated carriers in the digital communication. This work will facilitate the application of atomic heterodyne in the areas such as radar technique, radio monitoring, and radio astronomy.
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