論文の概要: Enhanced Sensitivity in Rydberg Atom Electric Field Sensors through Autler-Townes Effect and Two-Photon Absorption: A Theoretical Analysis Using Many-Mode Floquet Theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.13073v1
• Date: Wed, 20 Sep 2023 00:24:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-01 12:14:09.193586
• Title: Enhanced Sensitivity in Rydberg Atom Electric Field Sensors through Autler-Townes Effect and Two-Photon Absorption: A Theoretical Analysis Using Many-Mode Floquet Theory
• Title（参考訳）: オートラータウン効果と2光子吸収によるリドバーグ原子電界センサの感度向上:多モードフロッケ理論を用いた理論的解析
• Authors: Tianhao Wu
• Abstract要約: 我々は,最小検出可能電界(MDF)をキーメトリックとするライドバーグ原子電界センサの感度について検討した。 Rydberg状態間の共振周波数から信号電界の周波数がずれた場合にセンサの感度を高めるために、余剰結合電界を導入することを提案する。 これらの知見は、より堅牢で汎用的な電場検知装置の開発に有望な意味を持っている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.726779205155257
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In this paper, we present a comprehensive investigation into the sensitivity of a Rydberg atom electric field sensor, with a specific focus on the minimum detectable field (MDF) as a key metric. The study utilizes one-mode Floquet theory to calculate the Stark shift for selected Rydberg states when exposed to a signal electric field. The results are compared to those obtained using the rotating wave approximation (RWA). To enhance the sensor's sensitivity when the frequency of the signal electric field deviates from resonance frequencies between Rydberg states, we propose incorporating an extra coupling electric field and using many-mode Floquet theory, a generalization of one-mode Floquet theory, to theoretically analyze this kind of Rydberg atom electric field sensor. The Autler-Townes effect resulting from this coupling electric field causes Rydberg states to split into dressed states, effectively increasing sensitivity by modulating the frequencies of resonance peaks. Moreover, the phenomenon of two-photon absorption in the presence of the coupling electric field is explored. We demonstrate that by appropriately adjusting the coupling electric field's amplitude or frequency, one can control the occurrence of two-photon resonances, providing additional sensitivity enhancement for the Rydberg sensor within the significantly extended off-resonance domain. The study underscores the significance of coupling fields in enhancing the sensitivity of Rydberg atom electric field sensors. These insights hold promising implications for the development of more robust and versatile electric field sensing devices, applicable in diverse fields such as precision measurements and quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,Rydberg atom 電場センサの感度に関する総合的な研究を行い,その指標として最小検出可能電場(MDF)に着目した。 この研究は、1モードフロッケ理論を用いて、信号電界に曝されたときに選択されたリドバーグ状態のスタークシフトを計算する。 結果は回転波近似(rwa)を用いて得られた結果と比較される。 信号電場の周波数がリドベルク状態間の共鳴周波数からずれた場合にセンサの感度を高めるために、余剰結合電場を導入し、1モードフロケ理論の一般化である多モードフロケ理論を用いて、この種のリドベルク原子電場センサを理論的に解析する。 この結合電場から生じるオートラー・タウンズ効果は、ライドバーグ状態が共振ピークの周波数を変調することで感度を効果的に向上させる。 さらに,結合電界の存在下での2光子吸収現象についても検討した。 結合電界の振幅や周波数を適切に調整することで、2光子共鳴の発生を制御でき、大きく拡張されたオフ共振領域内でrydbergセンサの感度を高めることができる。 本研究は,Rydberg atom 電場センサの感度向上における結合場の重要性を明らかにする。 これらの洞察は、精度測定や量子情報処理といった様々な分野に適用可能な、より堅牢で多用途な電界センシングデバイスの開発に有望な意味を持つ。

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