論文の概要: Broadband Heterodyne Microwave Detection using Rydberg Atoms with High Sensitivity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.19305v1
• Date: Tue, 27 Jan 2026 07:45:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-28 15:26:51.229308
• Title: Broadband Heterodyne Microwave Detection using Rydberg Atoms with High Sensitivity
• Title（参考訳）: 高感度ライドバーグ原子を用いた広帯域ヘテロダインマイクロ波検出
• Authors: Hsuan-Jui Su, Shao-Cheng Fang, Ting-An Li, Chen-Hao Chang, Yu-Chi Chen, Yi-Hsin Chen,
• Abstract要約: 広帯域幅でのダイナミックレンジの拡大と感度の向上を実現したRydberg原子型マイクロ波電界センサを提案する。 単一トーンマイクロ波場によって誘導されるオートラー・タウナス分割を特徴付けることにより、スプリッティングパターンから直接マイクロ波周波数と電界強度の両方を同時に抽出する分光法を実証する。 動作帯域幅を最大3GHzまで拡張しながら,UV/cmの順で最小検出可能界強度とサブUV/cm/Hz1/2の感度を実現し,デュアルトーンヘテロダイン検出を実現した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.242743712951552
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a Rydberg atom-based microwave electric field sensor that achieves extended dynamic range and enhanced sensitivity across a broad bandwidth. By characterizing the Autler-Townes (AT) splitting induced by a single-tone microwave field, we demonstrate a spectroscopic method that simultaneously extracts both the microwave frequency and electric field strength directly from the splitting pattern. We implement dual-tone heterodyne detection, achieving a minimum detectable field strength on the order of uV/cm and a sensitivity in the sub-uV/cm/Hz^1/2 regime, while extending the operational bandwidth up to 3 GHz. Through systematic characterization of frequency and power dependencies, we identify optimal operating conditions to minimize power broadening in the resonant AT regime and maximize sensitivity in the far-off-resonance AC Stark regime. The resulting platform combines high sensitivity, broad bandwidth, and a dynamic range of approximately 90 dB, establishing Rydberg atoms as practical sensors for precision electric field metrology.
• Abstract（参考訳）: 広帯域幅でのダイナミックレンジの拡大と感度の向上を実現したRydberg原子型マイクロ波電界センサを提案する。 Autler-Townes (AT) スプリッティングを単一トーンマイクロ波場によって誘発する特性を特徴付けることにより,スプリッティングパターンから直接マイクロ波周波数と電界強度の両方を同時に抽出する分光法を実証する。 動作帯域幅を最大3GHzまで延ばしながら,uV/cmの順で最小検出可能界強度とサブUV/cm/Hz^1/2の感度を実現し,デュアルトーンヘテロダイン検出を実現した。 周波数および電力依存性の系統的評価により、共振器AT系統の電力拡張を最小化し、遠方共振器ACスターク系統の感度を最大化する最適動作条件を同定する。 その結果、高感度、広帯域、そして約90dBのダイナミックレンジが組み合わされ、精密電場気象学の実用的なセンサーとしてライドバーグ原子が確立された。

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