Radio frequency electric field-enhanced sensing based on the Rydberg atom-based superheterodyne receiver

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作者
Wenguang Yang,Mingyong Jing,Hao Zhang,Linjie Zhang,Liantuan Xiao,Suotang Jia
出处
期刊:Optics Letters [Optica Publishing Group]
卷期号:49 (11): 2938-2938 被引量:2
标识
DOI:10.1364/ol.522466
摘要

We present enhanced sensing of a radio frequency (RF) electric field (E-field) by the combined polarizability of Rydberg atoms and the optimized local oscillator (LO) field of a superheterodyne receiver. Our modified theoretical model reveals the dependencies of the sensitivity of E-field amplitude measurement on the polarizability of Rydberg states and the strength of the LO field. The enhanced sensitivities of the megahertz (MHz) E-field are demonstrated at the optimal LO field for three different Rydberg states ${\rm 43D}_{5/2}$, ${\rm 60S}_{1/2}$, and ${\rm 90S}_{1/2}$. The sensitivity of 63 MHz for the ${\rm 90S}_{1/2}$ state reaches 9.6 $\times 10^{-5}\rm \,V/m/\sqrt {Hz}$, which is approximately an order of magnitude higher than those already published. This result closely approaches the sensitivity limit of a 1 cm passive dipole antenna without using an impedance matching network. This atomic sensor based on the Rydberg Stark effect with heterodyne technique is expected to boost an alternative solution to electric dipole antennas.
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