論文の概要: LO-Free Phase and Amplitude Recovery of an RF Signal with a DC-Stark-Enabled Rydberg Receiver
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.30023v1
- Date: Tue, 31 Mar 2026 17:20:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-01 15:25:03.947889
- Title: LO-Free Phase and Amplitude Recovery of an RF Signal with a DC-Stark-Enabled Rydberg Receiver
- Title（参考訳）: DC-Stark-Enabled Rydberg受信器を用いたRF信号のLOフリー位相と振幅回復
- Authors: Vladislav Katkov, Nikola Zlatanov,
- Abstract要約: 本稿では,Rydberg-atom受信機を用いた単一受信RFフィールドの振幅とキャリア位相を復元するための理論的枠組みを提案する。
鍵となる有効機構は、蒸気セルに印加される静的直流バイアスである。
我々は、明快なRMSE法則を導出し、位相最適および振幅最適のバイアス制御混合角を識別するためにそれらを用いる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.5200876735840865
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present a theoretical framework for recovering the amplitude and carrier phase of a single received RF field with a Rydberg-atom receiver, without injecting an RF local oscillator (LO) into the atoms. The key enabling mechanism is a static DC bias applied to the vapor cell: by Stark-mixing a near-degenerate Rydberg pair, the bias activates an otherwise absent upper optical pathway and closes a phase-sensitive loop within a receiver driven only by the standard probe/coupling pair and the received RF field. For a spatially uniform bias, we derive an effective four-level rotating-frame Hamiltonian of Floquet form and show that the periodic steady state obeys an exact harmonic phase law, so that the $n$th probe harmonic carries the factor $e^{inΦ_S}$. This yields direct estimators for the signal phase and amplitude from a demodulated probe harmonic, with amplitude recovery obtained by inverting an injective harmonic response map. In the high-SNR regime, we derive explicit RMSE laws and use them to identify distinct phase-optimal and amplitude-optimal bias-controlled mixing angles, together with a weighted joint-design criterion and a balanced compromise angle that equalizes the fractional phase and amplitude penalties. We then extend the analysis to nonuniform DC bias through quasistatic spatial averaging and show that bias inhomogeneity reduces coherent gain for phase readout while also reshaping the amplitude-response slope. Numerical examples validate the phase law, illustrate response-map inversion and mixing-angle trade-offs, and quantify the penalties induced by bias nonuniformity. The results establish a minimal route to coherent Rydberg reception of a single RF signal without an auxiliary RF LO in the atoms.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、RF局所発振器(LO)を原子に注入することなく、Rydberg-atom受信機で受信した単一RF磁界の振幅とキャリア位相を復元するための理論的枠組みを提案する。
主イネーブル機構は、気相セルに印加される静的直流バイアスであり、スタークが近接縮退したリドバーグ対を混合することにより、その他の不在上光路を活性化し、標準プローブ/カップリング対と受信RFフィールドのみによって駆動される受信機内の位相感受性ループを閉じる。
空間的に均一なバイアスに対して、Floquet形式の実効4レベル回転フレームハミルトニアンを導出し、周期定常状態が正確な調和位相則に従うことを示し、従って、$n$thのプローブハーモニックは$e^{in>_S}$である。
これにより、インジェクティブ・ハーモニック応答マップを反転させて得られる振幅回復とともに、復調されたプローブハーモニックからの信号位相と振幅を直接推定する。
高SNR法では, 明快なRMSE法則を導出し, 位相最適および振幅最適のバイアス制御混合角を同定し, 重み付き共同設計基準, 分数相と振幅のペナルティを等しくする平衡妥協角を導出する。
次に, 擬似空間平均化による非一様直流バイアスまで解析を拡張し, バイアスの不均一性は位相再生のコヒーレントゲインを低減し, 振幅応答勾配を再構成することを示した。
数値的な例は位相則を検証し、応答マップの反転と混合角のトレードオフを示し、バイアス非均一性によって引き起こされる罰則を定量化する。
その結果、原子に補助的なRF LOを持たない単一RF信号のコヒーレントなリドバーグ受信への最小経路が確立された。
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