論文の概要: Probing Bandwidth and Sensitivity in Rydberg Atom Sensing via Optical Homodyne and RF Heterodyne Detection
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.20632v1
- Date: Thu, 25 Sep 2025 00:03:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-26 20:58:12.634048
- Title: Probing Bandwidth and Sensitivity in Rydberg Atom Sensing via Optical Homodyne and RF Heterodyne Detection
- Title（参考訳）: 光ホモジンとRFヘテロダイン検出によるRydberg原子センシングの帯域幅と感度
- Authors: Dixith Manchaiah, Stone Oliver, Samuel Berweger, Christopher L. Holloway, Nikunjkumar Prajapati,
- Abstract要約: ライドバーグ原子ベースのセンサーは、SIトレーサブル測定を可能にする。
本稿では,ルビジウム気相セルにおけるRydberg原子系センサの帯域幅と感度について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1454052446906342
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Rydberg atom based sensors allow for SI traceable measurements and show promise for applications in the field of communication and radar technologies. In this article, we investigate the bandwidth and sensitivity of a Rydberg atom-based sensor in a rubidium vapor cell using Rydberg electromagnetically induced transparency (EIT) spectroscopy. We employ a radio-frequency (RF) heterodyne measurement technique in combination with an optical homodyne setup to extend the achievable range between sensitivity and bandwidth in a Rydberg sensor. While the bandwidth of Rydberg sensors are limited by the transit time of atoms and the Rabi frequency of the coupling field, achieving higher bandwidth through smaller beam sizes is thought to compromise sensitivity due to reduced EIT signal strength. Using optical homodyne detection, we demonstrate that sensitivity is preserved while achieving a response bandwidth of 8 MHz. In addition, using the Rydberg sensor, we receive digital communication signals and present error vector magnitude (EVM) measurements as a function of varying symbol rates and bandwidth of the Rydberg sensor. Furthermore, the sensor's performance is compared with a conventional RF mixer. We establish that the bandwidth of a Rydberg sensor when receiving a pure tone is not the same as the bandwidth of the sensor when receiving a modulated signal. This difference results from the spreading of symbols in the frequency domain, leading to a reduction of the signal to noise ratio (SNR) and an accumulation of noise over the total span of the modulated signal.
- Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子をベースとしたセンサーは、SIトレーサブルな測定を可能にし、通信やレーダー技術の分野での応用を約束する。
本稿では,Rydberg電磁誘導透過(EIT)分光法を用いて,ルビジウム気相セル中のRydberg原子系センサの帯域幅と感度について検討する。
我々は、Rydbergセンサの感度と帯域幅の達成可能な範囲を拡大するために、RFヘテロダイン測定技術と光ホモダイン設定を組み合わせた。
レイドバーグセンサの帯域幅は、原子の通過時間と結合場のラビ周波数によって制限されるが、ビームサイズを小さくすることで高い帯域幅を達成することは、EIT信号強度の低下による感度を損なうと考えられる。
光ホモダイン検出を用いて、8MHzの応答帯域を実現しながら感度を保持できることを実証した。
さらに,Rydbergセンサを用いてディジタル通信信号を受信し,Rydbergセンサのシンボルレートと帯域幅の異なる関数として誤差ベクトル等級(EVM)の測定を行う。
さらに、センサの性能を従来のRFミキサーと比較する。
我々は,純音受信時のRydbergセンサの帯域幅が変調信号受信時のセンサの帯域幅と一致しないことを確認した。
この差は周波数領域におけるシンボルの拡散によるものであり、信号のノイズ比(SNR)の低減と変調信号の全周にわたる雑音の蓄積につながる。
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