一种基于里德堡原子的瞬时测频方法和系统

1.本技术涉及量子微波探测技术领域，特别是涉及一种基于里德堡原子的瞬时测频方法和系统。


背景技术：

2.基于里德堡原子的微波探测技术利用两束特定波长、共轴相向传输、功率适当的空间光（耦合光和探测光）将气室内的原子激发至里德堡态，通过测量电磁场对激光电磁诱导透明（electromagnetically induced transparency, eit）谱线的干扰获取电磁信息，突破了传统电磁感知体制的物理限制，具有系统尺寸小、灵敏度高、可测量频带宽等诸多优势，在通信、成像、计量等领域展现出极大应用潜力，目前已实现对电磁场幅度、极化、相位以及波形等特性的测量。
3.瞬时频率测量技术(ifm，instantaneousfrequencymeasurement)是指在脉冲持续的短周期内对被测信号的频率进行快速测量的技术。
4.基于里德堡原子的微波探测技术具有宽带、高灵敏、可溯源的电磁测量能力，对于不同频率具有不同极化率（或跃迁偶极矩），同时据研究表明当前原子的电磁响应时间可达10ns量级，因此具备进行微波瞬时测频的潜力。
5.目前，通过施加本地微波场构建超外差结构并进行本地场频率扫描，或通过激光扫描并利用eit分裂的不对称性可以进行一定精度的微波场频率测量，然而通过扫描微波场频率或激光波长的方法不具备瞬时性，无法进行瞬时测频。同时，由于里德堡原子传感系统基于量子微波相干效应进行电磁场的测量，待测场的幅度和频率特征均对激光eit谱线存在影响，因此当进行未知信号接收时，原子探测系统无法分别分辨电磁波幅度和频率对输出光功率的影响，也即无法实现幅频解耦，因此导致系统失效。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于里德堡原子的瞬时测频方法和系统。该方法可实现未知信号幅频解耦，具备瞬时测频能力。
7.一种基于里德堡原子的瞬时测频方法，所述方法包括：构建双通道里德堡原子态的测频结构；所述测频结构包括两个紧密排列、激发态不同的里德堡原子气室，第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块以及信号处理器。
8.采用特定波长的激光照射里德堡原子气室，将内部的原子激发至里德堡态；待测微波信号穿过第一个里德堡原子气室，通过检测照射至第一光电探测器的探测光强度变化，得到第一响应值；同时待测微波信号穿过第二个里德堡原子气室，通过检测照射至第二光电探测器的探测光强度变化，得到第二响应值。
9.采用数据采集模块分别采集所述第一响应值和所述第二响应值，并传输到信号处理器中。
10.所述信号处理器根据所述第一响应值和所述第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果。
11.在其中一个实施例中，激光包括：探测光和耦合光；两个所述里德堡原子气室是经过先验标定后的原子气室；先验标定的具体步骤包括：固定探测光频率，扫描耦合光频率，当存在一微波信号频率满足某一能级跃迁条件时，得到探测光的eit谱线，将所述耦合光频率锁定在eit峰值处。
12.分别对两个原子气室施加幅度固定、频率不同的已知微波信号，测试并记录第一光电探测器和第二光电探测器的输出值，分别建立响应数据库，使得原子气室对观察频带内不同频率的微波信号具有先验的输出标定。
13.在其中一个实施例中，所述信号处理器根据所述第一响应值和所述第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果，步骤中频率对应表的建立步骤包括：分别给所述第一光电测探测器和所述第二光电探测器建立频率和光电探测器响应关系表。
14.在相同频率下，利用所述信号处理器执行所述第一光电测探测器的响应值除以所述第二光电探测器的响应值的计算操作，记录数值，循环多次操作，得到多组记录值，并存储为频率对应表。
15.在其中一个实施例中，所述信号处理器根据所述第一响应值和所述第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果，包括：所述信号处理器执行所述第一响应值除以所述第二响应值的计算操作，得到记录数值。
16.根据技术数值在频率对应表中进行对照查询，唯一确定的微波信号频率，得到瞬时测频结果。
17.在其中一个实施例中，两个所述里德堡原子气室内的探测光强度变化量分别为：；其中，为第一个里德堡原子气室的探测光强度变化量，为第二个里德堡原子气室的探测光强度变化量，是某一特定激发态的第一个里德堡原子极化率，该值是关于待测微波场频率的函数，是某一特定激发态的第二个里德堡原子极化率，e是待测微波场的电场强度。
18.在其中一个实施例中，两个所述里德堡原子气室激发所用的所述激光是采用同一套激光器系统，其中第一个里德堡原子气室激发所用的耦合光通过声光调制器进行波长偏移。
19.一种基于里德堡原子的瞬时测频系统，所述系统包括两个紧密排列、激发态不同的里德堡原子气室，第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块以及信号处理器。
20.第一个所述里德堡原子气室与所述第一光电探测器光路连接，第二个所述里德堡原子气室与所述第二光电探测器光路连接，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器与所述数据采集模块连接，所述数据采集模块与所述信号处理器连接。
21.两个所述里德堡原子气室，用于接收待测微波信号；分别使用两束不同波长激光将两个里德堡原子气室中的原子分别激发至第一里德堡态和第二里德堡态；所述激光包括：探测光和耦合光；所述第一光电探测器，用于检测经过第一个里德堡原子气室后的探测光的激光强度，得到第一响应值。
22.所述第二光电探测器，用于检测经过第二个里德堡原子气室后的探测光的激光强度，得到第二响应值。
23.所述数据采集模块，用于采集所述第一响应值和所述第二响应值，并传输至所述信号处理器。
24.所述信号处理器，用于根据所述第一响应值和所述第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果。
25.在其中一个实施例中，两个所述里德堡原子气室是封闭结构的玻璃结构，用于填充碱金属原子气体，通过光纤耦合将探测光和耦合光输入至原子气室内部，碱金属原子受激光照射后跃迁至里德堡态。
26.两个所述里德堡原子气室是经过先验标定后的原子气室；先验标定的具体步骤包括：固定探测光频率，扫描耦合光频率，当存在一微波信号频率满足某一能级跃迁条件时，得到探测光的eit谱线，将所述耦合光频率锁定在eit峰值处。
27.分别对两个原子气室施加幅度固定、频率不同的已知微波信号，测试并记录第一光电探测器和第二光电探测器的输出值，分别建立响应数据库，使得原子气室对观察频带内不同频率的微波信号具有先验的输出标定。
28.在其中一个实施例中，所述信号处理器，用于执行所述第一响应值除以所述第二响应值的计算操作，得到记录数值；根据技术数值在频率对应表中进行对照查询，唯一确定的微波信号频率，得到瞬时测频结果；其中，所述频率对应表的建立步骤包括：分别给所述第一光电测探测器和所述第二光电探测器建立频率和光电探测器响应关系表；在相同频率下，利用所述信号处理器执行所述第一光电测探测器的响应值除以所述第二光电探测器的响应值的计算操作，记录数值，循环多次操作，得到多组记录值，并存储为频率对应表。
29.在其中一个实施例中，所述系统还包括：激光器系统和声光调制器。
30.所述激光器系统用于生成不同波长的探测光和耦合光，通过激光分束器将所述探测光和所述耦合光各分成两束强度相同的探测光和耦合光，两束所述探测光分别输入第一个里德堡原子气室和第二个里德堡原子气室，第一束所述耦合光输入到第一个里德堡原子气室，第二束所述耦合光通过所述声光调制器进行波长偏移后输入到第二个所述里德堡原子气室。
31.上述一种基于里德堡原子的瞬时测频方法和系统，所述方法包括：构建双通道里德堡原子态的测频结构，测频结构包括两个紧密排列、激发态不同的里德堡原子气室，第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块以及信号处理器；采用特定波长的激光照射两个里德堡原子气室，将内部的原子激发至里德堡态；待测微波信号穿过第一个里德堡原子气室后照射至第一光电探测器，得到第一响应值；同时待测微波信号穿过第二个里德堡原子气室后照射至第二光电探测器，得到第二响应值；采用数据采集模块分别采集第一响应值和第二响应值，并传输到信号处理器中；信号处理器根据第一响应值和第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法，得到瞬时测频结果。该方法可实现未知信号幅频解耦，具备瞬时测频能力。
附图说明
32.图1为一个实施例中基于里德堡原子的瞬时测频方法的流程示意图；图2为另一个实施例中基于里德堡原子的瞬时测频系统结构示意图；图3为另一个实施例中两个里德堡原子气室所采用的里德堡态对应的极化率频率响应曲线；图4为另一个实施例中两个里德堡原子气室所采用的里德堡态对应的极化率比值。
具体实施方式
33.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
34.里德堡原子其实并不是某个特定的元素对应的原子，而是一类激发态的原子，原子外层有一堆的电子，电子具有一定的能级结构。原子处于基态时，电子在低能级上运动，例如元素周期表里稳定存在的原子差不多就到第七周期，也即最外层电子波函数主量子数n=7。而我们可以把电子激发到高能级，当能级足够高，主量子数n足够大，这个原子就会被激发到里德堡态，此时的原子就是里德堡原子。里德堡原子是指电子的主量子数n很大的原子，例如n=90。
35.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于里德堡原子的瞬时测频方法，该方法包括以下步骤：步骤100：构建双通道里德堡原子态的测频结构；测频结构包括两个紧密排列、激发态不同的里德堡原子气室，第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块以及信号处理器。
36.具体的，双通道里德堡原子态的测频结构如图2所示。双通道里德堡原子态的测频结构包括里德堡原子气室1，里德堡原子气室2，光电探测器5，光电探测器6，数据采集模块7，信号处理器8，其中，数据采集模块7分别将光电探测器5和光电探测器6输出的信号进行采集，然后将采集信号输入至信号处理器8进行频率解算。
37.里德堡原子气室1和里德堡原子气室2是封闭结构的玻璃结构，用于填充碱金属原子气体，通过光纤耦合将探测光和耦合光输入至原子气室内部，碱金属原子受激光照射后
跃迁至里德堡态；本发明采用的碱金属原子为cs原子，cs原子气室的两束激发光波长在852 nm和509 nm附近。两个原子气室所用激光波长不同，因此导致激发态不同，对同一微波信号的响应也不同，激光波长根据探测频率范围需求就行定制化设计。
38.两个里德堡原子气室所用激光波长输出可使用同一套激光器系统3，其中一路原子气室激发所用的激光通过声光调制器4进行波长偏移。
39.步骤102：采用特定波长的激光照射两个里德堡原子气室，将内部的原子激发至里德堡态；待测微波信号穿过第一个里德堡原子气室，通过检测照射至第一光电探测器的探测光强度变化，得到第一响应值；同时待测微波信号穿过第二个里德堡原子气室，通过检测照射至第二光电探测器的探测光强度变化，得到第二响应值。
40.具体的，将激光（探测光和耦合光）进行分束，其中一组探测光和耦合光在里德堡原子气室1相传重叠传输，将里德堡原子气室1中的原子激发至里德堡态1，探测光穿过里德堡原子气室1后照射至光电探测器1。第二组探测光和耦合光传输至声光调制器进行移频，随后在里德堡原子气室2相传重叠传输，将里德堡原子气室2中的原子激发至里德堡态2，探测光穿过原子气室2后照射至光电探测器2。耦合光及探测光的波长选择由需求的里德堡态决定，不同里德堡态对应不同的频带响应特性。
41.当待测微波信号传输至两个里德堡原子气室，由于气室尺寸较小并且其紧密排列，可认为到达两个里德堡原子气室的微波信号的幅频特性相同。因为里德堡原子谐振频率带宽较窄，对于宽频谱测频需求，默认待测频率为失谐频率。在失谐处，原子气室内激光强度变化满足公式：,其中是某一特定激发态的里德堡原子极化率，该值是关于待测微波场频率的函数，e是待测微波场的电场强度。由于两个原子气室具有不同的激发态，其对同一微波信号的幅度和频率响应不同，也即两个原子气室对于相同微波频率的极化率具有不同曲线分布，因此两个里德堡原子气室内的激光强度。
42.待测微波信号是观测频带内的微波信号。
43.步骤104：采用数据采集模块分别采集第一响应值和第二响应值，并传输到信号处理器中。
44.步骤106：信号处理器根据第一响应值和第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果。
45.具体的，信号处理器将接收的第一响应值除以第二响应值得到数值，根据数值在频率对应表中进行查找，唯一确定待测微波信号的频率。
46.上述一种基于里德堡原子的瞬时测频方法中，所述方法包括：构建双通道里德堡原子态的测频结构，测频结构包括两个紧密排列、激发态不同的里德堡原子气室，第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块以及信号处理器；采用特定波长的激光照射两个里德堡原子气室，将内部的原子激发至里德堡态；待测微波信号穿过第一个里德堡原子气室，通过检测照射至第一光电探测器的探测光强度变化，得到第一响应值；同时待测微波信号穿过第二个里德堡原子气室，通过检测照射至第二光电探测器的探测光强度变化，得到第二响应值；采用数据采集模块分别采集第一响应值和第二响应值，并传输到信号处理器中；信号处理器根据第一响应值和第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法，得到瞬时测频结果。该方法可实现未知信号幅频解耦，具备瞬时测频能力。
47.在其中一个实施例中，激光包括：探测光和耦合光；步骤100中的两个里德堡原子气室是经过先验标定后的原子气室；先验标定的具体步骤包括：固定探测光频率，扫描耦合光频率，当存在一微波信号频率满足某一能级跃迁条件时，得到探测光的eit谱线，将耦合光频率锁定在eit峰值处；分别对两个原子气室施加幅度固定、频率不同的已知微波信号，测试并记录第一光电探测器和第二光电探测器的输出值，分别建立响应数据库，使得原子气室对观察频带内不同频率的微波信号具有先验的输出标定。
48.具体的，固定探测光频率，扫描耦合光频率，当存在一微波信号频率满足某一能级跃迁条件时，探测光由于eit效应将出现一处尖峰，即为探测光的eit谱线，此时将耦合光频率锁定在eit峰值处。
49.第一个里德堡原子气室和第二个里德堡原子气室紧密排列，分别对两个里德堡原子气室施加幅度固定、频率不同的已知微波信号，测试并记录两个光电探测器输出值，分别建立响应数据库，使得原子气室对观察频带内不同频率的微波信号具有先验的输出标定。
50.图3为本发明两个里德堡原子气室所采用的里德堡态对应的极化率频率响应曲线，频率测量范围选取典型雷达信号使用的x波段(8 ghz-12 ghz)。通过精心选取两个里德堡态，使其极化率曲线具有平滑、单调的特性。由图可知两个原子气室在此频段内的极化率均具有单调性，同时两个原子气室极化率值无重叠并且斜率不同，因此较好保证了两个原子气室自身以及相互之间极化率的差异性。
51.在其中一个实施例中，步骤106中频率对应表的建立步骤包括：分别给第一光电测探测器和第二光电探测建立频率和光电探测器响应关系表；在相同频率下，利用信号处理器执行第一光电测探测器的响应值除以第二光电探测器的响应值的计算操作，记录数值，循环多次操作，得到多组记录值，并存储为频率对应表。
52.具体的，图4所示为两个里德堡原子气室所采用的里德堡态对应的极化率比值，通过得到图3所示的两条极化率曲线，分别建立频率和光电探测器响应关系表，在相同频率下，利用信号处理器8执行第一光电测探测器的响应值除以第二光电探测器的响应值的计算操作，记录数值并内存为频率对应表。
53.在其中一个实施例中，步骤106包括：信号处理器执行第一响应值除以第二响应值的计算操作，得到记录数值；根据技术数值在频率对应表中进行对照查询，唯一确定的微波信号频率，得到瞬时测频结果。
54.在其中一个实施例中，步骤100中两个里德堡原子气室内的激光强度分别为：；其中，为第一个里德堡原子气室的激光强度变化量，为第二个里德堡原子气室的激光强度变化量，是某一特定激发态的第一个里德堡原子极化率，该值是关于待测微波场频率的函数，是某一特定激发态的第二个里德堡原子极化率，e是待测
微波场的电场强度。
55.在其中一个实施例中，两个里德堡原子气室激发所用的激光是采用同一套激光器系统，其中第一个里德堡原子气室激发所用的耦合光通过声光调制器进行波长偏移。
56.应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
57.在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于里德堡原子的瞬时测频系统，系统包括：里德堡原子气室1、和里德堡原子气室2、第一光电探测器5，第二光电探测器6，数据采集模块7，信号处理器8，里德堡原子气室1、和里德堡原子气室2是紧密排列、激发态不同的里德堡原子气室。
58.里德堡原子气室1与第一光电探测器5光路连接，里德堡原子气室2与第二光电探测器6光路连接，第一光电探测器5和第二光电探测器6与数据采集模块7连接，数据采集模块7与信号处理器8连接。
59.两个里德堡原子气室，分别用于接收两束待测微波信号，并将原子气室中的原子激发至第一里德堡态和第二里德堡态后待测微波信号包括：探测光和耦合光。两个里德堡原子气室，用于接收待测微波信号；分别使用两束不同波长激光将原子气室中的原子激发至第一里德堡态和第二里德堡态；两个原子气室出射的探测光分别照射至第一光电探测器5和第二光电探测器6；激光包括：探测光和耦合光；第一光电探测器5，用于检测经过里德堡原子气室1后的探测光的激光强度，得到第一响应值。
60.第二光电探测器6，用于检测经过里德堡原子气室2后的探测光的激光强度，得到第二响应值。
61.数据采集模块7，用于采集第一响应值和第二响应值，并传输至信号处理器8。
62.信号处理器8，用于根据第一响应值和第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果。
63.当待测微波信号传输至两个里德堡原子气室，由于气室尺寸较小并且其紧密排列，可认为到达两个原子气室的微波信号的幅频特性相同。因为里德堡原子谐振频率带宽较窄，对于宽频谱测频需求，默认待测频率为失谐频率。在失谐处，原子气室内激光强度变化满足公式：,其中是某一特定激发态的里德堡原子极化率，该值是关于待测微波场频率的函数，e是待测微波场的电场强度。由于两个原子气室具有不同的激发态，其对同一微波信号的幅度和频率响应不同，也即两个原子气室对于相同微波频率的极化率具有不同曲线分布，因此两个原子气室内的激光强度分别为。
64.当在观测频带内的微波信号照射至两个里德堡原子气室时，第一光电测探测器5和第二光电探测器6将出现不同响应值，经过数据采集模块7进行采样后将两个数值发送至信号处理器8进行除法运算，将得到的比值在先验数据库中进行比较和调取操作，输出对应
的频率，完成频率测量。
65.在其中一个实施例中，两个里德堡原子气室是封闭结构的玻璃结构，用于填充碱金属原子气体，通过光纤耦合将探测光和耦合光输入至原子气室内部，碱金属原子受激光照射后跃迁至里德堡态。两个里德堡原子气室是经过先验标定后的原子气室；先验标定的具体步骤包括：固定探测光频率，扫描耦合光频率，当存在一微波信号频率满足某一能级跃迁条件时，得到探测光的eit谱线，将耦合光频率锁定在eit峰值处；分别对两个原子气室施加幅度固定、频率不同的已知微波信号，测试并记录第一光电探测器和第二光电探测器的输出值，分别建立响应数据库，使得原子气室对观察频带内不同频率的微波信号具有先验的输出标定。
66.具体的，作为优选，碱金属原子为cs原子，cs原子气室的两束激发光波长在852 nm和509 nm附近。两个原子气室所用激光波长不同，因此导致激发态不同，对同一微波信号的响应也不同，激光波长根据探测频率范围需求就行定制化设计。两个原子气室所用激光波长输出可使用同一套激光器系统，其中一路原子气室激发所用的激光通过声光调制器进行波长偏移。
67.在其中一个实施例中，信号处理器，用于执行第一响应值除以第二响应值的计算操作，得到记录数值；根据技术数值在频率对应表中进行对照查询，唯一确定的微波信号频率，得到瞬时测频结果；其中，频率对应表的建立步骤包括：分别给第一光电测探测器和第二光电探测器建立频率和光电探测器响应关系表；在相同频率下，利用信号处理器执行第一光电测探测器的响应值除以第二光电探测器的响应值的计算操作，记录数值，循环多次操作，得到多组记录值，并存储为频率对应表。
68.在其中一个实施例中，系统还包括：激光器系统3和声光调制器4；激光器系统3用于生成不同波长的探测光和耦合光，通过激光分束器将所述探测光和所述耦合光各分成两束强度相同的探测光和耦合光，两束探测光分别输入第一个里德堡原子气室和第二个里德堡原子气室，第一束耦合光输入到第一个里德堡原子气室，第二束耦合光通过声光调制器4进行波长偏移后输入到第二个里德堡原子气室。
69.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
70.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种基于里德堡原子的瞬时测频方法，其特征在于，所述方法包括：构建双通道里德堡原子态的测频结构；所述测频结构包括两个紧密排列、激发态不同的里德堡原子气室，第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块以及信号处理器；采用特定波长的激光照射两个里德堡原子气室，将内部的原子激发至里德堡态；待测微波信号穿过第一个里德堡原子气室，通过检测照射至第一光电探测器的探测光强度变化，得到第一响应值；同时待测微波信号穿过第二个里德堡原子气室，通过检测照射至第二光电探测器的探测光强度变化，得到第二响应值；采用数据采集模块分别采集所述第一响应值和所述第二响应值，并传输到信号处理器中；所述信号处理器根据所述第一响应值和所述第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，激光包括：探测光和耦合光；两个所述里德堡原子气室是经过先验标定后的原子气室；先验标定的具体步骤包括：固定探测光频率，扫描耦合光频率，当存在一微波信号频率满足某一能级跃迁条件时，得到探测光的eit谱线，将所述耦合光频率锁定在eit峰值处；分别对两个原子气室施加幅度固定、频率不同的已知微波信号，测试并记录第一光电探测器和第二光电探测器的输出值，分别建立响应数据库，使得原子气室对观察频带内不同频率的微波信号具有先验的输出标定。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号处理器根据所述第一响应值和所述第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果，步骤中频率对应表的建立步骤包括：分别给所述第一光电测探测器和所述第二光电探测器建立频率和光电探测器响应关系表；在相同频率下，利用所述信号处理器执行所述第一光电测探测器的响应值除以所述第二光电探测器的响应值的计算操作，记录数值，循环多次操作，得到多组记录值，并存储为频率对应表。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号处理器根据所述第一响应值和所述第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果，包括：所述信号处理器执行所述第一响应值除以所述第二响应值的计算操作，得到记录数值；根据技术数值在频率对应表中进行对照查询，唯一确定的微波信号频率，得到瞬时测频结果。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两个所述里德堡原子气室内的激光强度变化量分别为：；
其中，为第一个里德堡原子气室的探测光强度变化量，为第二个里德堡原子气室的探测光强度变化量，是某一特定激发态的第一个里德堡原子极化率，该值是关于待测微波场频率的函数，是某一特定激发态的第二个里德堡原子极化率，e是待测微波场的电场强度。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两个所述里德堡原子气室激发所用的激光是采用同一套激光器系统，所述激光器系统用于生成不同波长的探测光和耦合光，通过激光分束器将所述探测光和所述耦合光各分成两束强度相同的探测光和耦合光，两束所述探测光分别输入第一个里德堡原子气室和第二个里德堡原子气室，第一束所述耦合光输入到第一个里德堡原子气室，第二束所述耦合光通过所述声光调制器进行波长偏移后输入到第二个所述里德堡原子气室。7.一种基于里德堡原子的瞬时测频系统，其特征在于，所述系统包括两个紧密排列、激发态不同的里德堡原子气室，第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块以及信号处理器；第一个所述里德堡原子气室与所述第一光电探测器光路连接，第二个所述里德堡原子气室与所述第二光电探测器光路连接，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器与所述数据采集模块连接，所述数据采集模块与所述信号处理器连接；两个所述里德堡原子气室，用于接收两束待测微波信号；分别使用两束不同波长激光将两个里德堡原子气室中的原子分别激发至第一里德堡态和第二里德堡态；所述激光包括：探测光和耦合光；所述第一光电探测器，用于检测经过第一个里德堡原子气室后的探测光的激光强度，得到第一响应值；所述第二光电探测器，用于检测经过第二个里德堡原子气室后的探测光的激光强度，得到第二响应值；所述数据采集模块，用于采集所述第一响应值和所述第二响应值，并传输至所述信号处理器；所述信号处理器，用于根据所述第一响应值和所述第二响应值进行频率解算，并根据解算结果和频率对应表，采用查表法进行待测微波信号的频率瞬时测量，得到瞬时测频结果。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，两个所述里德堡原子气室是封闭结构的玻璃结构，用于填充碱金属原子气体，通过光纤耦合将探测光和耦合光输入至原子气室内部，碱金属原子受激光照射后跃迁至里德堡态；两个所述里德堡原子气室是经过先验标定后的原子气室；先验标定的具体步骤包括：固定探测光频率，扫描耦合光频率，当存在一微波信号频率满足某一能级跃迁条件时，得到探测光的eit谱线，将所述耦合光频率锁定在eit峰值处；分别对两个原子气室施加幅度固定、频率不同的已知微波信号，测试并记录第一光电探测器和第二光电探测器的输出值，分别建立响应数据库，使得原子气室对观察频带内不同频率的微波信号具有先验的输出标定。9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号处理器，用于执行所述第一响应值
除以所述第二响应值的计算操作，得到记录数值；根据记录数值在频率对应表中进行对照查询，唯一确定的微波信号频率，得到瞬时测频结果；其中，所述频率对应表的建立步骤包括：分别给所述第一光电测探测器和所述第二光电探测建立频率和光电探测器响应关系表；在相同频率下，利用所述信号处理器执行所述第一光电测探测器的响应值除以所述第二光电探测器的响应值的计算操作，记录数值，循环多次操作，得到多组记录值，并存储为频率对应表。10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：激光器系统，激光分束器和声光调制器；所述激光器系统用于生成不同波长的探测光和耦合光，通过激光分束器将所述探测光和所述耦合光各分成两束强度相同的探测光和耦合光，两束所述探测光分别输入第一个里德堡原子气室和第二个里德堡原子气室，第一束所述耦合光输入到第一个里德堡原子气室，第二束所述耦合光通过所述声光调制器进行波长偏移后输入到第二个所述里德堡原子气室。

技术总结
本申请涉及一种基于里德堡原子的瞬时测频方法和系统。该方法包括：构建双通道里德堡原子态测频结构，包括两个紧密排列激发态不同的里德堡原子气室、第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集模块和信号处理器；采用特定波长的激光照射两个里德堡原子气室，将内部的原子激发至里德堡态；待测微波信号穿过两个里德堡原子气室，通过检测照射至两个光电探测器的探测光强度变化，得到第一响应值和第二响应值；采用数据采集模块采集第一响应值和第二响应值，并传输到信号处理器；信号处理器根据接收的两个相应值进行频率解算，根据解算结果采用查表法，得到瞬时测频结果。该方法可实现未知信号幅频解耦，具备瞬时测频能力。具备瞬时测频能力。具备瞬时测频能力。


技术研发人员：孙占山 安强 付云起
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/7/12