1.一种基于里德堡原子多次变频检测电场的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:将第一级探测光入射到第一级铯原子池,使铯原子从基态能级跃迁到中间态能级;
S2:将第一级耦合光入射到第一级铯原子池,激发铯原子从中间态能级跃迁到第一里德堡态能级,使铯原子形成里德堡原子;
S3:采用已知基带电场调制已知载波电场的幅度或频率,得到待测电场信号;
S4:将待测电场信号和频率为fL1、幅度为AL1的第一级里德堡铯原子本振电场信号辐射至第一级里德堡铯原子池中,与里德堡原子产生相互作用;
S5:通过采集经过第一级铯原子池的第一级探测光输出信号,得到其幅度A1、频率f1;
S6:根据第一级探测光输出信号的幅度A1和频率f1,确定第二级耦合光和第二级探测光的波长,确定第二级入射信号幅度A1、频率f1,并得到第二级本振电场信号的幅度AL2、频率fL2;
S7:将第二级探测光入射到第二级铯原子池,使铯原子从基态能级跃迁到中间态能级;
S8:将第二级耦合光入射到第二级铯原子池,激发铯原子从中间态能级跃迁到第一里德堡态能级,使铯原子形成里德堡原子;
S9:将第二级入射信号和第二级本振电场信号辐射至第二级里德堡铯原子池中,与里德堡原子产生相互作用;
S10:采集经过第二级铯原子池的第二级探测光输出信号,得到第二级探测光输出信号幅度为A2,该幅度值为待测电场信号的幅度值;同时得到第二级探测光输出信号的频率,确定其基带电场频率fbase和载波频率f2,进而确定待测电场信号的频率fs=fL1+fL2+f2。
2.如权利要求1所述的一种基于里德堡原子多次变频检测电场的方法,其特征在于,步骤S3中,采用已知基带电场调制已知载波电场的幅度,幅度调制的计算公式为:v(t)=Vca(1+ma cosωst)cosωcat (1)式中,ma称为调幅指数,Vca为载波电场的强度,ωs为基带电场的角频率,ωca为载波电场的角频率,t为时间,v(t)为待测电场信号。
3.如权利要求2所述的一种基于里德堡原子多次变频检测电场的方法,其特征在于,计算第二级耦合光和第二级探测光波长的方式为:根据第一级探测光输出信号的频率f1,将该第一级探测光输出信号包络面内振荡的频率作为该探测光输出信号的主频率fL2;将该主频率fL2作为第二级铯原子池中第一里德堡态能级与第二里德堡态能级之间的共振频率;然后根据共振频率确定第二级铯原子池中,第一里德堡态和第二里德堡态的能级结构;最后,选择符合此第一里德堡态和第二里德堡态的基态与中间态结构,从而确定第二级耦合光和第二级探测光的波长。
4.如权利要求3所述的一种基于里德堡原子多次变频检测电场的方法,其特征在于,步骤S6中,计算第二级入射信号和第二级本振电场信号的幅度和频率的方式:将第二级入射信号的频率设置为f1,第二级本振电场信号的频率设置为fL2,同时将第二级入射信号的幅度设置为A1,第二级本振电场信号的幅度AL2设置为100A1;采用零中频方案时f2为零。