【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及里德堡原子电场精密测量，具体涉及一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法。
技术介绍
1、射频信号相位的精确测量，在雷达、通信和激光等方面有重要应用，相位决定信号的相对时序，对通信、成像和波动现象的解释具有关键性作用。里德堡原子测量系统由于其具有高灵敏度、非破坏性、高精度和可控性等优势，近年来被广泛研究用于电磁波精密测量。原子超外差测量是里德堡原子测量技术的重要发展，其原理是将里德堡原子视作超外差接收机，使得待测微波电场与其频率相近的本振微波电场同时作用于里德堡原子，由于待测微波电场相对于本振微波电场具有一定的失谐量，在微波缀饰里德堡暗态的本振能量作余弦微扰，而里德堡暗态本振能量的改变会使得原子对探测光的吸收发生改变，反映为探测光的透射强度发生余弦震荡，而其中包含着待测微波电场的幅值、待测微波电场和本振微波电场产生的中频频率和相对相位等信息。
2、利用原子超外差测量方法可以将待测微波电场与本振微波电场混频产生的中频频率和相对相位信息反映到探测光透射强度中，从而通过此方法可以测量微波电场的频率和相位信息。但是这种原子超外差测量方法具有一定的局限性，因为对待测电场和本振电场都具有一定要求。首先要求待测电场和本振电场频率相近，这是两个频率电场产生拍频的必要条件，同时也受到光电探测器对at分裂效应响应速度的限制；此外还要求待测电场强度远小于本振电场。所以利用原子超外差方法测量只适用于微波频段的微弱信号。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，包括以下步骤：
4、s1、采用线性调幅的方法将待测电场与微波电场相乘，得到待测电场的调制电场；
5、s2、将步骤s1中得到的待测电场的调制电场直接作用到里德堡原子上，得到调制电场作用下探测光光谱信号；
6、s3、根据步骤s2中得到的调制电场作用下探测光光谱信号，拟合得到探测光光谱信号强度的余弦震荡，根据探测光光谱信号强度的余弦震荡，得到待测电场的频率信息；
7、s4、根据步骤s3中得到的待测电场的频率信息，对频率信息中的频率信号进行检波，得到检波电场；
8、s5、将步骤s4中得到的检波电场与待测电场相乘，得到待测电场的相位和幅值。
9、进一步地，步骤s1中采用线性调幅的方法将待测电场与微波电场相乘，得到待测电场的调制电场，包括am调制方法，具体过程为：
10、采用am调制方法对待测电场进行调制，得到经过am调制的待测电场的调制电场。
11、进一步地，采用am调制方法对待测电场进行调制，得到经过am调制的待测电场的调制电场的过程为：
12、令待测电场为并将待测电场与直流电场进行叠加，同时经叠加后与高频载波信号相乘，得到经过am调制的待测电场的调制电场，即：
13、
14、其中，eam(t)表示第t时刻的待测电场的调制电场，a0表示直流电场，表示待测电场，b表示待测电场的幅值，表示待测电场的频率信号，ω1表示待测电场的频率信息，t表示时刻，表示待测电场的相位，cos(ωct)表示高频载波信号，ωc表示高频载波信号的频率信息。
15、进一步地，步骤s1中采用线性调幅的方法将待测电场与微波电场相乘，得到待测电场的调制电场，包括dsb调制方法，具体过程为：
16、采用dsb调制方法对待测电场进行调制，得到经过dsb调制的待测电场的调制电场。
17、进一步地，采用dsb调制方法对待测电场进行调制，得到经过dsb调制的待测电场的调制电场的过程为：
18、令待测电场为同时将待测电场直接与高频载波信号相乘，得到经过dsb调制的待测电场的调制电场，即：
19、
20、其中，edsb(t)表示第t时刻的待测电场的调制电场，表示待测电场，b表示待测电场的幅值，表示待测电场的频率信号，ω1表示待测电场的频率信息，t表示时刻，表示待测电场的相位，cos(ωct)表示高频载波信号，ωc表示高频载波信号的频率信息。
21、进一步地，步骤s2具体包括：
22、将步骤s1中得到的待测电场的调制电场直接作用于由探测光和光电探测器激发的里德堡原子上，得到调制电场作用下探测光光谱信号。
23、进一步地，步骤s3具体包括：
24、s31、根据步骤s2中得到的调制电场作用下探测光光谱信号，并记录探测光光谱在耦合光失谐为零时的功率幅值变化；
25、s32、根据步骤s31中记录的探测光光谱在耦合光失谐为零时的功率幅值变化，拟合得到探测光光谱信号强度的余弦震荡；
26、s33、根据探测光光谱信号强度的余弦震荡，得到待测电场的频率信息。
27、进一步地，步骤s4具体包括：
28、根据步骤s3中得到的待测电场的频率信息，对频率信息中的频率信号进行检波，得到单位正弦检波电场和单位余弦检波电场。
29、进一步地，步骤s5具体包括：
30、s51、将步骤s4中得到的检波电场与待测电场相乘，即进行同相检波和正交检波，即：
31、
32、
33、其中，表示待测电场，b表示待测电场的幅值，表示待测电场的频率信息，sin(ω1t)表示单位正弦检波电场，cos(ω1t)表示单位余弦检波电场，分别表示相位信息；
34、s52、将步骤s51中进行同相检波和正交检波的待测电场，滤除高频项，分别得到两个直流项，即：
35、
36、
37、其中，s1、s2分别表示直流项；
38、s53、根据步骤s52中分别得到两个直流项，采用下述公式计算待测电场的相位和幅值，即：
39、
40、
41、其中，b表示待测电场的幅值，表示待测电场的相位，arctan(·)表示反正切函数。
42、本专利技术具有以下有益效果：
43、本专利技术所提出的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，采用线性调幅的方法得到经过线性调制的调制电场，并引入原子超外差测量方法，将待测电场经过线性调制后作用在里德堡原子上，通过将待测电场作为微扰反映在探测光的周期震荡中，从而对待测电场的相位和幅值进行测量，提高了测量效率；同时，对待测电场的频率没有要求，能够测量宽频率、大电场强度的电场相位和幅值。
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1.一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，步骤S1中采用线性调幅的方法将待测电场与微波电场相乘，得到待测电场的调制电场，包括AM调制方法，具体过程为：
3.根据权利要求2所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，采用AM调制方法对待测电场进行调制，得到经过AM调制的待测电场的调制电场的过程为：
4.根据权利要求1所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，步骤S1中采用线性调幅的方法将待测电场与微波电场相乘，得到待测电场的调制电场，包括DSB调制方法，具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，采用DSB调制方法对待测电场进行调制，得到经过DSB调制的待测电场的调制电场的过程为：
6.根据权利要求1所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
7.根据权利要求1所述的一种基于
8.根据权利要求1所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
9.根据权利要求1所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，步骤S5具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，步骤s1中采用线性调幅的方法将待测电场与微波电场相乘，得到待测电场的调制电场，包括am调制方法，具体过程为：
3.根据权利要求2所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，采用am调制方法对待测电场进行调制，得到经过am调制的待测电场的调制电场的过程为：
4.根据权利要求1所述的一种基于里德堡原子的电场相位与幅值测量方法，其特征在于，步骤s1中采用线性调幅的方法将待测电场与微波电场相乘，得到待测电场的调制电场，包括dsb调制方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡珊珊，丁超，张英，谈竹奎，宋宏天，王保帅，肖勇，罗奕，蒲曾鑫，黄宇，樊磊，刘喆，白洁，刘建刚，肖冬萍，张淮清，吴宇豪，李波，肖艳红，胡厚鹏，张俊玮，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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