山西科學家把微波測量靈敏度提高1000倍

王海濱

山西大學激光光譜研究所賈鎖堂教授和肖連團教授帶領團隊，在國際上首次實現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），優于之前國際最好水平1000倍，最小可探測微波場強約400pV/cm，優于之前國際最好水平10000倍。該團隊的相關研究成果近日發表于《自然·物理學》。

10月24日，記者在山西酒務頭考古成果展上拍攝獸面紋鬲形鼎。由中國國家博物館與山西省文物局共同主辦的“河東之光——山西酒務頭考古成果展”于10月25日在北京中國國家博物館對公眾展出。本次展覽是酒務頭遺址出土文物首次大規模公開展出，精心遴選的170余件（組）出土文物，與國家博物館藏部分西吳壁遺址出土文物等一起，共同構成邊陲禮樂、尚酒時風、兵戎重地、裝飾駕乘四個主體單元。■ 新華社記者金良快攝

微波是人類觀察世界的另一只“眼睛”，利用微波遙感技術可以測繪人類難以涉足地區的地形地貌、探索廣袤神秘的宇宙太空。經典微波測量方法通過微波誘導金屬中自由電子產生有規律的感應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電流中引入隨機熱噪聲，這是經典微波測量方法實現超高靈敏度探測難以突破的瓶頸。

山西大學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，從根本上避免了經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可調諧、相位及強度噪聲壓縮等技術攻關，實現了里德堡量子態精確制備和操控。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。

肖連團教授對筆者說，該項研究成果極大地推動了微波電場精密測量領域的發展，在國防安全、微波通信、量子計量、電子信息等領域具有重要的應用價值。