論文の概要: Noise analysis of the atomic superheterodyne receiver based on flat-top
laser beams
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.06421v2
- Date: Sat, 25 Mar 2023 08:34:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-28 23:55:44.773010
- 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: 原子受信機の雑音パワースペクトルと原子数について検討する。
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 its way to
achieve theoretical sensitivity. In this work, we quantitatively study the
noise power spectrum 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 less than or equal to 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, limited by classical noises. However, the experimental
quantum-projection-noise-limited sensitivity this atomic receiver reaches is
far from the theoretical sensitivity. This is because all atoms involved in
light-atom interaction will contribute to noise, but only a fraction of them
participating in the radio wave transition can provide valuable signals. At the
same time, the calculation of the theoretical sensitivity considers both the
noise and signal are contributed by the same amount of atoms. 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、理論的感度を達成するための詳細なノイズ解析を欠いている。
本研究では, 平面励起レーザ光の直径を変化させて原子数を精密に制御する原子数に対して, 原子受信機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以下で読み出し周波数が70khz以上である実験条件下では、原子受信機の感度は量子ノイズのみに制限され、その他の条件では古典ノイズに制限されることが示されている。
しかし、この原子受信機が到達する実験的量子射影-ノイズ制限感度は理論感度とはかけ離れたものである。
これは、光と原子の相互作用に関与する全ての原子がノイズに寄与するからであるが、電波遷移に関与している原子のほんの一部だけが貴重な信号を提供することができるからである。
同時に、理論感度の計算は、ノイズと信号の両方が同じ量の原子によって寄与されると考えている。
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。
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