論文の概要: Broad Instantaneous Bandwidth Microwave Spectrum Analyzer with a Microfabricated Atomic Vapor Cell
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.15155v1
- Date: Fri, 22 Mar 2024 12:10:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-25 17:38:51.119276
- Title: Broad Instantaneous Bandwidth Microwave Spectrum Analyzer with a Microfabricated Atomic Vapor Cell
- Title（参考訳）: マイクロファブリック化原子気相セルを用いた広帯域帯域マイクロ波スペクトル解析装置
- Authors: Yongqi Shi, Thomas Ruster, Melvyn Ho, Sylvain Karlen, Jacques Haesler, Philipp Treutlein,
- Abstract要約: 87mathrmRb$原子のマイクロ波スペクトル解析
センサー(Sensor)はMEMSの原子蒸気電池で、等方的に純粋な8,7mathrmRb$と$mathrmN$バッファーガスで満たされている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We report on broad instantaneous bandwidth microwave spectrum analysis with hot $^{87}\mathrm{Rb}$ atoms in a microfabricated vapor cell in a large magnetic field gradient. The sensor is a MEMS atomic vapor cell filled with isotopically pure $^{87}\mathrm{Rb}$ and $\mathrm{N}_2$ buffer gas to localize the motion of the atoms. The microwave signals of interest are coupled through a coplanar waveguide to the cell, inducing spin flip transitions between optically pumped ground states of the atoms. A static magnetic field with large gradient maps the $\textit{frequency spectrum}$ of the input microwave signals to a position-dependent $\textit{spin-flip pattern}$ on absorption images of the cell recorded with a laser beam onto a camera. In our proof-of-principle experiment, we demonstrate a microwave spectrum analyzer that has $\approx$ 1 GHz instantaneous bandwidth centered at 13.165 GHz, 3 MHz frequency resolution, 2 kHz refresh rate, and a -23 dBm single-tone microwave power detection limit in 1 s measurement time. A theoretical model is constructed to simulate the image signals by considering the processes of optical pumping, microwave interaction, diffusion of $^{87}\mathrm{Rb}$ atoms, and laser absorption. We expect to reach more than 25 GHz instantaneous bandwidth in an optimized setup, limited by the applied magnetic field gradient. Our demonstration offers a practical alternative to conventional microwave spectrum analyzers based on electronic heterodyne detection.
- Abstract（参考訳）: 本研究では, マイクロファブリケート気相セル中のホット$^{87}\mathrm{Rb}$原子を用いた広帯域マイクロ波スペクトル解析について報告する。
センサーは、同位体的に純粋な$^{87}\mathrm{Rb}$と$$\mathrm{N}_2$バッファーガスで満たされたMEMS原子蒸気セルで、原子の運動を局在させる。
興味のあるマイクロ波信号はコプラナー導波路を介してセルに結合され、原子の光学的に励起された基底状態間のスピンフリップ遷移を誘導する。
大きな勾配の静的磁場は、入力されたマイクロ波信号の$\textit{ frequency spectrum}$を、位置依存の$\textit{spin-flip pattern}$にマッピングする。
本実験では,13.165GHz,3MHzの周波数分解能,2kHzのリフレッシュレート,および1s測定時間で-23dBmのシングルトンマイクロ波パワー検出限界を有するマイクロ波スペクトル解析器を試作した。
光ポンピング、マイクロ波相互作用、$^{87}\mathrm{Rb}$原子の拡散、レーザー吸収の過程を考慮し、画像信号をシミュレートする理論モデルを構築した。
印加磁場勾配によって制限された最適化セットアップで25GHz以上の瞬時帯域に到達することが期待されている。
本実験は,電子ヘテロダイン検出に基づく従来のマイクロ波スペクトル解析装置に代わる実用的代替手段を提供する。
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