一种结合原子气室的局域电磁波增强检测的结构-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36497273发布日期:2023-12-27 19:37阅读:0来源:国知局
一种结合原子气室的局域电磁波增强检测的结构

1.本发明涉及量子精密测量技术领域,具体为一种结合原子气室的局域电磁波增强检测的结构。


背景技术:

2.太赫兹波是指频率在
0.1~
10 thz(波长为
3000

30
μm)范围内的电磁波。
太赫兹波的波段能够覆盖半导体、等离子体、有机体和生物大分子等物质的特征谱,利用该频段可以加深和拓展人类对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识。
3.里德堡原子具有高度灵敏的能级结构,其作为太赫兹波检测的核心器件,能够对太赫兹波电场的变化做出响应。
目前,基于太赫兹波电场检测需求,现有技术中的基于里德堡原子的太赫兹波检测灵敏度尚需进一步提高。


技术实现要素:

4.本发明的目的在于提供一种能有效提高太赫兹波检测灵敏度的新结构即一种结合原子气室的局域电磁波增强检测的结构。
5.本发明是采用如下技术方案实现的:一种结合原子气室的局域电磁波增强检测的结构,包括原子气室、太赫兹波、两个谐振组件,每个谐振组件均包括基底以及固定于基底上的一个谐振组,谐振组包括两个方形开环谐振器,每个方形开环谐振器的缺口两端均向环内垂直弯折形成两个弯折部,两个弯折部之间设有间隙,两个方形开环谐振器的缺口相对布置,两个方形开环谐振器之间设有间距,基底的位于两个方形开环谐振器之间且与间隙对应的部分设有用于光束穿过的通孔,两个谐振组件分别紧贴原子气室的外壁的相对的两个面布置。
6.原理分析:为验证该结构对太赫兹波检测的灵敏度是否会有提高,故将该结构放入验证光路中,利用电磁感应透明效应eit和at分裂来验证方形开环谐振器应用于太赫兹波电场的增强效果。
验证光路中包括原子气室,探测光,耦合光,耦合光依次经过第三反射镜、其中一个谐振组件的通孔后从原子气室的一端射入进去,探测光经偏振分光棱镜分为两束,其中一束探测光依次经过第一反射镜、第二反射镜、另外一个谐振组件的通孔后从原子气室的另一端射入进去,并且与耦合光沿同一路径重合反向传输,在其传输路径上依次通过原子气室、平衡光电探测器,另一束探测光经过第四反射镜后作为背景光直接穿过另外一个谐振组件的通孔射入原子气室,两束光经原子气室后均进入平衡光电探测器,太赫兹波信号源通过标准增益喇叭天线辐射辐出到原子气室,太赫兹波信号的电场方向与光束方向保持垂直,在太赫兹波电场作用下会发生eit-at分裂。
根据平衡光电探测器探测到电磁感应透明光谱分裂间隔求得电场强度,具体计算过程如下:根据多普勒效应,里德堡能级间单光子跃迁对应的拉比频率为
,
电场强度通过测量at分裂间隔得到即
得出电场强度为,其中为普朗克常数,为跃迁矩阵元,
λc和
λp分别为耦合光和探测光的波长,为eit-at分裂间隔。
7.无方形开环谐振器的情况下,可检测到的最小电场强度为,其中,为无方形开环谐振器时eit-at分裂间隔;在加入方形开环谐振后,可检测到的最小电场强度为,其中,为加入方形开环谐振器后eit-at分裂间隔,n为方形开环谐振器的放大倍数,由此可知,加上方形开环谐振器后,可检测到的最小电场强度为无方形开环谐振器的
1/n,可有效提高对太赫兹波电场的检测灵敏度。
8.本发明所产生的有益效果如下:本发明将方形开环谐振器与原子气室结合应用于太赫兹波检测中,对应太赫兹波电场起到了极大的增强效果,有效提高了太赫兹波检测的灵敏度;同时,对开环谐振器的结构以及尺寸参数进行优化设计,进一步提高了太赫兹波检测的灵敏度。
附图说明
9.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,表示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
10.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本发明的整体结构示意图;图2为方形开环谐振器的结构示意图;图3为谐振组件的整体结构示意图;图4为当方形开环谐振器的边长为
1920
μm、太赫兹波频率为
0.10776thz时对应的透射曲线图;图5为当太赫兹波频率为
0.10776thz时,不同尺寸参数的方形开环谐振器对应的电场效应特性图;图6为当太赫兹波频率为
0.5thz时,不同尺寸参数的方形开环谐振器对应的电场效应特性图;图7为当太赫兹波频率为
1thz时,不同尺寸参数的方形开环谐振器对应的电场效应特性图;图8为验证有方形开环谐振器的电场强度是否增强时的使用的验证光路图。
12.图中:
1-基底,
2-偏振分光棱镜,
3—
第四反射镜,
4—
第二反射镜,
5—
第一反射镜,
6—
谐振组件,
7—
原子气室,
8—
第三反射镜,
9—
标准增益喇叭天线,
10—
太赫兹波信号源,
11—
方形开环谐振器,
12—
弯折部,
13—
通孔,
14—
平衡光电探测器。
具体实施方式
13.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面将对本发明的方案进行进一步描述。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
14.在描述中,需要说明的是,术语
ꢀ“
第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。
对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
15.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施;显然,说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
16.下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
17.如图
1、2、3所示,一种结合原子气室7的局域电磁波增强检测的结构,包括原子气室
7、太赫兹波、两个谐振组件6,每个谐振组件6均包括基底1以及固定于基底1上的一个谐振组,谐振组包括两个方形开孔谐振器
11,每个方形开孔谐振器
11的缺口两端均向环内垂直弯折形成两个弯折部
12,两个弯折部
12之间设有间隙,两个方形开孔谐振器
11的缺口相对布置,两个方形开孔谐振器
11之间设有间距,基底1的位于两个方形开孔谐振器
11之间且与间隙对应的部分设有用于光束穿过的通孔
13,两个谐振组件6分别紧贴原子气室7的外壁的相对的两个面布置。
18.原理分析:为验证该结构对太赫兹波检测的灵敏度是否会有提高,故将该结构放入验证光路中,利用电磁感应透明效应eit和at分裂来验证方形开孔谐振器
11应用于太赫兹波电场的增强效果。
验证光路中包括原子气室7,探测光,耦合光,耦合光依次经过第三反射镜
8、其中一个谐振组件6的通孔
13后从原子气室7的一端射入进去,探测光经偏振分光棱镜2分为两束,其中一束探测光依次经过第一反射镜
5、第二反射镜
4、另外一个谐振组件6的通孔
13后从原子气室7的另一端射入进去,并且与耦合光沿同一路径重合反向传输,在其传输路径上依次通过原子气室
7、平衡光电探测器
14,另一束探测光经过第四反射镜3后作为背景光直接穿过另外一个谐振组件6的通孔
13射入原子气室7,两束光经原子气室7后均进入平衡光电探测器
14,太赫兹波信号源
10通过标准增益喇叭天线9辐射辐出到原子气室7,太赫兹波信号的电场方向与光束方向保持垂直,在太赫兹波电场作用下会发生eit-at分裂,根据平衡光电探测器
14探测到电磁感应透明光谱分裂间隔求得电场强度,具体计算过程如下:根据多普勒效应,里德堡能级间单光子跃迁对应的拉比频率为
,
电场强度通过测量at分裂间隔得到即得出电场强度为,其中为普朗克常数,为跃迁矩阵元,
λc和
λp分别为耦合光和探测光的波长,为eit-at分裂间隔。
19.无方形开孔谐振器
11的情况下,可检测到的最小电场强度为,其中,为无方形开孔谐振器
11时eit-at分裂间隔;在加入方形开环谐振器
11后,可检测到的最小电场强度为,其中,为加入方形开孔谐振器
11后eit-at分裂间隔,n为方形开孔谐振器
11的放大倍数,由此可知,加上方形开环谐振器后,可检测到的最小电场强度为无方形开环谐振器的
1/n,可有效提高对太赫兹波电场的检测灵敏度。
20.具体实施时,每个谐振组件6均包括多个呈一字型固定于基底1上的谐振组,通孔
13设于其中一个谐振组的两个方形开孔谐振器
11之间且与间隙对应的基底1部分。
其中,谐振组的个数对电场强度没有影响,设置多个谐振组只是为了方便使用,避免谐振组太小不好固定。
21.具体实施时,谐振组为三个,通孔
13设于位于基底1中部的一组谐振组的两个方形开孔谐振器
11之间对应的部分,结构具体化、规范化。
22.具体实施时,如图2所示,太赫兹波的频率范围为
0.1~
1thz,每个方形开孔谐振器
11的尺寸参数为边长
l=6×
弯折部
12长度s=6×
金属线宽w=15×
两个弯折部
12的间隙g=216~
1920
μm。
23.具体实施时,每个方形开孔谐振器
11的尺寸参数的最优值需通过有限元分析软件结合要检测的太赫兹波频率以及对应的里德堡原子能级跃迁频率的需求来对不同尺寸参数的方形开孔谐振器
11进行仿真后确定,两个方形开孔谐振器
11之间电场强度最大时对应的方形开孔谐振器
11的尺寸参数即为方形开孔谐振器
11的尺寸参数的最优值。
透射虚线图如图4所示,图中的透射系数的绝对值越大,透射性越强,谐振效果越好,故得到边长
l=1920
μm的方形开孔谐振器
11对应的谐振频率点。
为进一步验证方形开孔谐振器
11在该频率点的谐振增强效果,如图5所示,当太赫兹波频率为
0.10776thz,方形开孔谐振器
11的尺寸参数取边长
l=6×
弯折部
12的长度s=6×
金属线宽w=15×
两个弯折部
12的间隙g=1920
μm时,测得的电场强度最大即为
18.07v/m。
24.本具体实施方式中,如图6所示,当太赫兹波频率为
0.5thz时,方形开孔谐振器
11的尺寸参数取边长
l=6×
弯折部
12的长度s=6×
金属线宽w=15×
两个弯折部
12的间隙g= 432μm时,测得的同频率的电场强度最大即为
17.7v/m;本具体实施方式中,如图7所示,当太赫兹波频率为
1thz时,方形开孔谐振器
11的尺寸参数取边长
l=6×
弯折部
12的长度s=6×
金属线宽w=15×
两个弯折部
12的间隙g=216μm时,测得的同频率的电场强度最大即为
16.51v/m。
25.本具体实施方式中,原子气室7中的原子为碱金属原子。
26.以上所述仅是本发明的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本发明。
尽管参照前述各实施例进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离各实施例技术方案的范围,其均应涵盖权利要求书的保护范围中。
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