論文の概要: Noise analysis of the atomic superheterodyne receiver based on flat-top laser beams

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.06421v1
• Date: Sat, 11 Mar 2023 15:08:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-14 18:59:00.961910
• Title: Noise analysis of the atomic superheterodyne receiver based on flat-top laser beams
• Title（参考訳）: フラットトップレーザービームを用いた原子超ヘテロダイン受信機の雑音解析
• Authors: Zheng Wang, Mingyong Jing, Peng Zhang, Shaoxin Yuan, Hao Zhang, Linjie Zhang, Liantuan Xiao, Suotang Jia
• Abstract要約: 原子受信機の感度は量子ノイズによってのみ制限され、他の条件では古典的なノイズによって制限される。 この研究は原子レシーバーの感度を究極の限界に達するのに不可欠であり、量子精度測定において重要である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.725877921915965
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Since its theoretical sensitivity is limited by quantum noise, radio wave sensing based on Rydberg atoms has the potential to replace its traditional counterparts with higher sensitivity and has developed rapidly in recent years. However, as the most sensitive atomic radio wave sensor, the atomic superheterodyne receiver lacks a detailed noise analysis to pave the way to its theoretical sensitivity. In this work, we quantitatively study the noise power spectral of the atomic receiver versus the number of atoms, where the number of atoms is precisely controlled by changing the diameters of flat-top excitation laser beams. The results show that under the experimental conditions that the diameters of excitation beams are minor than 2 mm and the read-out frequency is larger than 70 kHz, the sensitivity of the atomic receiver is limited only by the quantum noise and, in the other conditions, by classical noises. Moreover, since only a fraction of atoms contributing to noise provides valuable signals, the quantum noise limit sensitivity reached by this atomic receiver is far from its theoretical value. Nonetheless, this work is essential in making the sensitivity of the atomic receiver reach its ultimate limit and is significant in quantum precision measurement.
• Abstract（参考訳）: 理論的感度は量子ノイズによって制限されるため、リドバーグ原子に基づく電波センシングは、従来の感度で置き換える可能性があり、近年急速に発展している。 しかし、最も感度の高い原子電波センサとして、原子超ヘテロダイン受信機は、理論的な感度への道を開くための詳細なノイズ分析を欠いている。 本研究では, 平面励起レーザビームの直径を変化させて原子数を精密に制御する原子数と原子数とのノイズパワースペクトルを定量的に検討した。 その結果、励起ビームの直径が2mm未満で読み出し周波数が70khzより大きいという実験条件下では、原子受信機の感度は量子ノイズによってのみ制限され、その他の条件では古典ノイズによって制限されることがわかった。 さらに、ノイズに寄与する原子のごく一部だけが貴重な信号を提供するため、この原子受信機が到達した量子ノイズ限界感度はその理論値から遠く離れている。 しかしながら、この研究は原子受信機の感度を究極の限界に達するのに不可欠であり、量子精度測定において重要である。

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