本技术的实施例涉及量子探测和电子科学，特别涉及一种基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置及其控制方法。
背景技术：
1、随着科学技术的发展，基于金属天线和电子前端的传统雷达接收机的灵敏度，受限于电子学热噪声，其性能逐渐无法满足高灵敏度探测的应用需求。
2、里德堡原子是指具有高激发态电子的原子，通过耦合光和探测光的激励后，里德堡原子中会有一个电子处于很高的激发态，该激发态电子与原子核和其余电子之间的距离很远，这样可以将原子核和其余电子对该激发态电子的库伦作用视为点电荷的库伦作用。里德堡原子具有极大的极化率和电偶极矩，并且对外加电磁场十分敏感，通过里德堡原子的电磁诱导透明效应和基于里德堡原子的量子相干效应at分裂，可以对外加的微波电场进行测量。而基于里德堡原子接收的量子探测技术理论上可以突破传统电子学热噪声性能瓶颈，并接近海森堡极限，凭借其性能优势可以实现高灵敏度、抗干扰、超宽带响应等接收性能。
3、凭借里德堡原子在探测技术的显著性能优势，越来越多的国内外学者团队着手对其进行了深入的研究。但目前所进行的研究主要是基于实验室平台的里德堡原子接收技术，并且当前的研究结果表明里德堡原子接收技术的灵敏度并未达到其理论极限，实际测试得到的里德堡原子接收灵敏度也尚未突破传统电子学接收机的灵敏度性能。因此，有必要继续探索提高里德堡原子接收灵敏度的技术方法，并且持续探测其如何在实际的探测工程应用中使用。
技术实现思路
1、有鉴于此，本技术的实施例提出了一种基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置及其控制方法，旨在满足里德堡原子接收技术在工程应用中的高灵敏度接收性能，同时可以降低应用复杂度，降低搭建成本，扩展了里德堡原子接收技术的应用场景。
2、第一方面，本技术的实施例提出了一种基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，所述装置包括：里德堡原子气室(1)、集成式接收探头(2)、可调节支撑结构(3)、反射面(4)、可旋转反射面底座(5)、光纤线缆(6)和里德堡原子接收处理机(7)；所述里德堡原子气室(1)集成在所述集成式接收探头(2)的内部，所述集成式接收探头(2)设置于所述反射面(4)的上方，所述可调节支撑结构(3)设置于所述反射面(4)的上方，且所述可调节支撑结构(3)的一端与所述集成式接收探头(2)相连，另一端与所述反射面(4)相连；所述反射面(4)固定安装在所述可旋转反射面底座(5)的上方；所述光纤线缆(6)的一端贯穿所述可调节支撑结构(3)且与所述集成式接收探头(2)相连，另一端与所述里德堡原子接收处理机(7)相连。
3、可选地，所述里德堡原子接收处理机(7)用于发射探测光，所述探测光经过所述光纤线缆(6)传输至集成在所述集成式接收探头(2)的内部的所述里德堡原子气室(1)，用于将所述里德堡原子气室(1)中的碱金属原子从基态激发至第一激发态；所述里德堡原子接收处理机(7)还用于发射耦合光，所述耦合光经过所述光纤线缆(6)传输至集成在所述集成式接收探头(2)的内部的所述里德堡原子气室(1)，用于将所述里德堡原子气室(1)中的碱金属原子从第一激发态激发为对入射电磁波敏感的里德堡态原子；所述反射面(4)用于将外界入射电磁波反射至所述里德堡原子气室(1)；所述里德堡原子接收处理机(7)还用于观测所述里德堡态原子的et分裂效应，并根据et分裂效应产生的两个透射峰之间的分裂宽度计算出微波电场的电场强度。
4、可选地，所述里德堡原子接收处理机(7)由探测光激光器(71)、耦合光激光器(72)、稳频系统(73)、光路控制系统(74)、光电探测器(75)和数据处理系统(76)组成；所述探测光激光器(71)用于发射所述探测光，所述耦合光激光器(72)用于发射所述耦合光，所述稳频系统(73)分别与所述探测光激光器(71)和所述耦合光激光器(72)连接，用于调节所述探测光激光器(71)和所述耦合光激光器(72)的频率；所述光路控制系统(74)分别与所述探测光激光器(71)、所述耦合光激光器(72)和所述光电探测器(75)连接，用于控制所述探测光激光器(71)、所述耦合光激光器(72)和所述光电探测器(75)的工作状态；所述光电探测器(75)用于接收穿过所述里德堡原子气室(1)的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号，传输至所述数据处理系统(76)；所述数据处理系统(76)用于观测所述里德堡态原子的et分裂效应，并根据et分裂效应产生的两个透射峰之间的分裂宽度计算出微波电场的电场强度。
5、可选地，所述光电探测器(75)还与外部示波器连接，通过所述外部示波器显示所述光电探测器(75)转换出的电信号。
6、可选地，集成在所述集成式接收探头(2)的内部的所述里德堡原子气室(1)正对所述反射面(4)的焦点位置，所述反射面(4)为完整的抛物面结构，用于将外界入射电磁波汇聚于焦点位置处，以反射至所述里德堡原子气室(1)。
7、可选地，所述可调节支撑结构(3)由第一支撑臂(31)和第二支撑臂(32)组成，所述第一支撑臂(31)的第一端可旋转地固定在所述反射面(4)的边缘位置，所述第一支撑臂(31)的第二端与所述第二支撑臂(32)第一端相连，所述第二支撑臂(32)可相对于所述第一支撑臂(31)旋转，所述第二支撑臂(32)的第二端与所述集成式接收探头(2)相连；所述第一支撑臂(31)和所述第二支撑臂(32)均可伸缩；集成在所述集成式接收探头(2)的内部的所述里德堡原子气室(1)，通过调整所述第一支撑臂(31)和所述第二支撑臂(32)的旋转和伸缩，调整至正对所述反射面(4)的焦点位置。
8、可选地，所述第一支撑臂(31)、所述第二支撑臂(32)、所述第一支撑臂(31)与所述反射面(4)之间的连接结构、以及所述第一支撑臂(31)与所述第二支撑臂(32)之间的连接结构，均为非金属材质。
9、可选地，所述可旋转反射面底座(5)支持在水平方向上进行360度的旋转，并且支持在俯仰方向上进行180度的旋转。
10、本技术的实施例提出的一种基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，将充满碱金属原子的里德堡原子气室视为一个全向接收天线对外加微波电场进行测量，这样就可以将充满碱金属原子的里德堡原子气室作为传统微波技术中接收电磁波的反射面天线的馈源喇叭，也就是作为接收外加微波电场的接收装置，将里德堡原子气室放置在反射面天线的焦点处，由几何光学可知，当平行射线束入射到反射面上时，电磁波将聚焦于反射面的焦点处，这样由反射面接收到的外加电磁波就可以汇聚于焦点处的里德堡原子气室，从而实现里德堡原子接收灵敏度的提升。该装置可以在不改变里德堡原子接收光路状态的前提下提升里德堡接收装置灵敏度，并且通过引入抛物反射面弥补了里德堡原子接收方向性的性能缺陷。该装置大幅降低了应用复杂度，降低了搭建成本，扩展了里德堡原子接收技术的应用场景，很好地提升了里德堡原子的探测能力，并促进了量子雷达的工程应用的发展。
11、第二方面，本技术的实施例还提出了一种基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置的控制方法，适用于如上述所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，所述方法包括：旋转并调整所述可旋转反射面底座(5)的姿态，使所述反射面(4)的焦点位置对准外界入射电磁波的入射方向；调整所述可调节支撑结构(3)，使集成在所述集成式接收探头(2)的内部的所述里德堡原子气室(1)正对所述反射面(4)的焦点位置；控制所述里德堡原子接收处理机(7)发射探测光和耦合光，经过所述光纤线缆(6)传输至集成在所述集成式接收探头(2)的内部的所述里德堡原子气室(1)，将所述里德堡原子气室(1)中的碱金属原子激发为对入射电磁波敏感的里德堡态原子；接收穿过所述里德堡原子气室(1)的光信号，并将接收到的光信号转换为电信号；基于所述电信号观测所述里德堡态原子的et分裂效应，并根据et分裂效应产生的两个透射峰之间的分裂宽度计算出微波电场的电场强度。
12、第三方面，本技术的实施例还提出了一种计算机可读存储介质，其内部存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述第二方面中所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置的控制方法。
13、可以理解的是，上述第二方面至第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
1.一种基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，其特征在于，包括：里德堡原子气室(1)、集成式接收探头(2)、可调节支撑结构(3)、反射面(4)、可旋转反射面底座(5)、光纤线缆(6)和里德堡原子接收处理机(7)；
2.根据权利要求1所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，其特征在于，所述里德堡原子接收处理机(7)用于发射探测光，所述探测光经过所述光纤线缆(6)传输至集成在所述集成式接收探头(2)的内部的所述里德堡原子气室(1)，用于将所述里德堡原子气室(1)中的碱金属原子从基态激发至第一激发态；所述里德堡原子接收处理机(7)还用于发射耦合光，所述耦合光经过所述光纤线缆(6)传输至集成在所述集成式接收探头(2)的内部的所述里德堡原子气室(1)，用于将所述里德堡原子气室(1)中的碱金属原子从第一激发态激发为对入射电磁波敏感的里德堡态原子；
3.根据权利要求2所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，其特征在于，所述里德堡原子接收处理机(7)由探测光激光器(71)、耦合光激光器(72)、稳频系统(73)、光路控制系统(74)、光电探测器(75)和数据处理系统(76)组成；
4.根据权利要求3所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，其特征在于，所述光电探测器(75)还与外部示波器连接，通过所述外部示波器显示所述光电探测器(75)转换出的电信号。
5.根据权利要求2所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，其特征在于，集成在所述集成式接收探头(2)的内部的所述里德堡原子气室(1)正对所述反射面(4)的焦点位置，所述反射面(4)为完整的抛物面结构，用于将外界入射电磁波汇聚于焦点位置处，以反射至所述里德堡原子气室(1)。
6.根据权利要求5所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，其特征在于，所述可调节支撑结构(3)由第一支撑臂(31)和第二支撑臂(32)组成，所述第一支撑臂(31)的第一端可旋转地固定在所述反射面(4)的边缘位置，所述第一支撑臂(31)的第二端与所述第二支撑臂(32)第一端相连，所述第二支撑臂(32)可相对于所述第一支撑臂(31)旋转，所述第二支撑臂(32)的第二端与所述集成式接收探头(2)相连；
7.根据权利要求6所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，其特征在于，所述第一支撑臂(31)、所述第二支撑臂(32)、所述第一支撑臂(31)与所述反射面(4)之间的连接结构、以及所述第一支撑臂(31)与所述第二支撑臂(32)之间的连接结构，均为非金属材质。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，其特征在于，所述可旋转反射面底座(5)支持在水平方向上进行360度的旋转，并且支持在俯仰方向上进行180度的旋转。
9.一种基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置的控制方法，适用于如权利要求1至8中任一项所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置，其特征在于，所述方法包括：
10.一种计算机可读存储介质，其内部存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求9所述的基于反射面的高灵敏里德堡原子接收装置的控制方法。
