論文の概要: Sensitivity Enhancement of S-Band Rydberg Atom Microwave Receiver Using Resonant Cavity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.02669v1
• Date: Mon, 01 Jun 2026 11:25:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-03 22:00:04.505264
• Title: Sensitivity Enhancement of S-Band Rydberg Atom Microwave Receiver Using Resonant Cavity
• Title（参考訳）: 共振器キャビティを用いたS帯Rydberg原子マイクロ波受信機の感度向上
• Authors: Yipeng Xie, Xinbing Chen, Mingwei Lei, Meng Shi,
• Abstract要約: ライドバーグ原子をベースとしたマイクロ波電場センシングは、その固有の利点から関心が高まりつつある。 感度を制限する重要なボトルネックは、レイドバーグ原子と入射マイクロ波場の間の非効率な結合である。 本研究では, ホルンアンテナと共振マイクロ波空洞を統合し, この結合性を大幅に向上させる手法を提案し, 実験的に検証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.06999740786886537
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Rydberg atom-based microwave electric field sensing has attracted growing interest owing to its inherent advantages, such as absolute calibration, wideband operability, and compatibility with room-temperature devices. A critical bottleneck that limits sensitivity is the inefficient coupling between the Rydberg atoms and the incident microwave field, particularly when detecting weak signals propagating in free space. Here we propose and experimentally validate a scheme that integrates a horn antenna with a resonant microwave cavity to significantly improve this coupling for free-space signal reception in the S-band. Using a two-photon excitation scheme in a cesium vapor cell, we systematically characterize the sensing performance under three configurations: a bare cell, direct cavity injection, and a cavity coupled to a horn antenna that captures free-space microwave signals over a 1 m distance. In the antenna-coupled cavity configuration, we achieve an optimal sensitivity of 2.33 nV/cm/$\sqrt{\text{Hz}}$ at the receiving antenna, which corresponds to an enhancement of approximately 17.9 dB compared to the optimized bare vapor cell configuration. Our findings offer a practical and effective route to boost the sensitivity of Rydberg atomic sensors, facilitating their adoption in real-world microwave metrology and wireless communication applications where weak free-space electric fields must be reliably measured.
• Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子をベースとしたマイクロ波電場センシングは、絶対校正、広帯域操作性、室温デバイスとの互換性など、その固有の利点により、関心が高まりつつある。 感度を制限する重要なボトルネックは、特に自由空間で伝播する弱い信号を検出する際に、レイドバーグ原子と入射マイクロ波場の非効率結合である。 本稿では, ホルンアンテナと共振マイクロ波空洞を一体化して, Sバンドにおける自由空間信号受信のための結合性を大幅に向上させる手法を提案し, 実験的に検証する。 セシウム気相セルにおける2光子励起方式を用いて, 素セル, 直接キャビティ注入, ホルンアンテナに結合した空隙マイクロ波信号を1mの距離で捕捉するキャビティの3つの構成で, センシング性能を系統的に評価した。 アンテナ結合キャビティ構成では, 受信アンテナにおいて2.33 nV/cm/$\sqrt{\text{Hz}}$の最適感度が得られる。 我々の研究は、Rydberg原子センサーの感度を高めるための実用的で効果的な方法を提供し、弱い自由空間電場を確実に測定する必要がある実世界のマイクロ波気象学や無線通信への応用を促進する。

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