中國科學(xué)家把微波測量靈敏度提高1000倍

山西大學(xué)激光光譜研究所賈鎖堂教授和肖連團教授帶領(lǐng)團隊，在國際上首次實現(xiàn)里德堡原子微波超外差接收機樣機，極大提升了微波電場場強的探測靈敏度，微波測量靈敏度達55nV/（cm·Hz1/2），優(yōu)于之前國際最好水平1000倍，最小可探測微波場強約400pV/cm，優(yōu)于之前國際最好水平10000倍。

該團隊的相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然·物理學(xué)》。論文第一作者為博士研究生景明勇，共同第一作者為胡穎教授，通訊作者為張臨杰教授和肖連團教授，研究人員還包括馬杰教授、張好副教授。

微波是人類觀察世界的另一只“眼睛”，利用微波遙感技術(shù)可以測繪人類難以涉足地區(qū)的地形地貌、探索廣袤神秘的宇宙太空。

經(jīng)典微波測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的信息。然而金屬中的自由電子具有隨機熱運動特性在感應(yīng)電流中引入隨機熱噪聲，這是經(jīng)典微波測量方法實現(xiàn)超高靈敏度探測難以突破的瓶頸。

山西大學(xué)團隊提出的基于可控原子體系的微波超外差測量新原理和新技術(shù)，從根本上避免了經(jīng)典微波測量方法中自由電子隨機熱噪聲的影響。他們提出了基于可控里德堡綴飾態(tài)與微波電場相干耦合新原理，完成了Hz量級超窄線寬激光的大范圍連續(xù)可調(diào)諧、相位及強度噪聲壓縮等技術(shù)攻關(guān)，實現(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量的場強和極化測量局限，實現(xiàn)了利用里德堡原子對微波電場相位和頻率的測量。特別值得一提的是，他們完成了X波段雷達測速樣機的功能演示，最小速度分辨率達到5μm/s（3mHz），可用于對超低速度運動目標到超高速飛行器的探測。這種超外差極微弱微波電場的場強測量值具有良好的可溯源性。

肖連團教授對科技日報記者說，該項研究成果極大地推動了微波電場精密測量領(lǐng)域的發(fā)展，在國防安全、微波通信、量子計量、電子信息等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

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