里德堡原子接收机是釆用里德堡原子作为媒介对微弱微波电场进行接收探测的新理论、新体制、新方法。本书阐述了热里德堡原子电磁感应透明效应及其A-T分裂效应机理；对四能级外差里德堡接收机的动态解模型和响应以及里德堡原子接收机的噪声构成进行了系统性的分析。本书对里德堡原子接收机相关的实验环节进行了由浅入深的系统性阐述，包括饱和吸收谱、EIT效应、EIT A-T分裂效应以及适用于里德堡实验的激光稳频系统；对四能级外差里德堡接收机的实验系统进行了搭建并且对相关指标进行了测试。

更多科学出版社服务，请扫码获取。

1995.9-1999.7 西安电子科技大学技术物理学院攻读学士学位 2001.9-2006.7 中国科学院研究生院通信与信息系统攻读博士学位 2006.7至今 西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室里德堡原子对微波电场接收作为通讯作者，第一作者发表论文10篇，其中SCI检索7篇，EI检索3篇无

目录
前言
第1章 绪论
1.1 传统的微波接收机 2
1.1.1 天线 3
1.1.2 超外差接收技术 4
1.1.3 接收机中的噪声 5
1.2 里德堡原子对微波电场测量接收技术的发展历史 8
1.3 本书的内容安排 14
参考文献 15
第2章 量子力学以及里德堡原子的基础知识
2.1 薛定谔方程 17
2.2 碱金属里德堡原子的波函数 20
2.3 原子的精细结构表示与跃迁的选择定则 26
2.4 里德堡原子的寿命 30
2.5 态矢 33
2.5.1 狄拉克符号 33
2.5.2 算符的矩阵表示 34
2.6 绘景 36
2.7 小结 38
参考文献 38
第3章 二能级原子及其吸收特性
3.1 二能级原子与场的相互作用 40
3.1.1 弱场模型 42
3.1.2 强场模型 44
3.2 密度矩阵方程 48
3.2.1 从薛定谔方程到密度矩阵方程 48
3.2.2 密度矩阵中的光场失谐的表示 51
3.2.3 热原子的密度矩阵方程 52
3.3 二能级原子的吸收特性 53
3.3.1 电极化率与吸收系数的关系 54
3.3.2 介质对单方向传输的光的吸收现象 55
3.3.3 介质的饱和吸收谱现象 60
3.4 能级衰减的讨论 64
3.4.1 概率幅度模型处理能级衰减的困难 64
3.4.2 衰减矩阵在动态密度矩阵中的描述 67
3.5 二能级原子的噪声特性 69
3.5.1 理想二能级原子的量子投影噪声 69
3.5.2 存在衰减的二能级原子的量子投影噪声 71
3.5.3 热辐射对 ρba 的影响 72
3.6 关于拉比频率和透射功率的讨论 74
3.6.1 高斯光束平均拉比频率 74
3.6.2 光透过功率的计算 75
3.7 小结 76
参考文献 76
第4章 多能级原子的电磁感应透明效应 77
4.1 三能级原子的EIT模型 77
4.1.1 冷原子的EIT效应 78
4.1.2 热原子的EIT效应 84
4.1.3 激光的线宽与EIT效应的相干性 86
4.2 热辐射对三能级原子ρba的影响 89
4.3 四能级原子的EIT A-T分裂效应 90
4.3.1 四能级冷原子EIT A-T分裂效应 91
4.3.2 四能级热原子EIT A-T分裂效应 99
4.4 热辐射对四能级ρba的影响 102
4.5 四能级原子EIT A-T的参数估计 105
4.5.1 共振频率的估计 105
4.5.2 衰减的估计 106
4.6 小结 107
参考文献 107
第5章 四能级外差里德堡原子接收机对微波电场的响应 108
5.1 四能级外差里德堡原子接收机系统模型 108
5.2 四能级外差里德堡原子接收机对微波的响应 111
5.2.1 四能级外差动态解模型 112
5.2.2 对动态解响应的讨论 119
5.3 级数法分析四能级外差里德堡接收机的动态解 124
5.4 四能级外差里德堡原子接收机的带宽 129
5.4.1 接收机的瞬时带宽 129
5.4.2 接收机的调节带宽 132
5.5 微波电场的恢复 135
5.6 四能级外差里德堡原子接收机的构型 139
5.7 小结 142
参考文献 142
第6章 四能级外差里德堡原子接收机噪声特性分析 143
6.1 四能级外差里德堡接收机的本征噪声 143
6.2 探测器噪声对接收机灵敏度的影响 150
6.3 激光器相位噪声对四能级外差接收机灵敏度的影响 154
6.3.1 激光器的相位噪声模型 154
6.3.2 激光器的相位噪声与接收机灵敏度的关系 156
6.4 探测光和耦合光的随机调制对接收机的影响 160
6.4.1 接收机对探测光的响应 160
6.4.2 接收机对耦合光的响应 164
6.4.3 密度矩阵元的功率谱密度 167
6.5 小结 169
参考文献 170
第7章 里德堡原子接收机相关的基础实验 171
7.1 激光器稳频概述 171
7.2 饱和吸收谱稳频技术 175
7.2.1 饱原子能级 175
7.2.2 饱原子的饱和吸收谱 177
7.2.3 饱和吸收谱稳频 181
7.3 EIT效应观测以及耦合光稳频 184
7.3.1 EIT效应的观测 184
7.3.2 利用EIT效应稳定耦合光频率 190
7.4 四能级原子对单频微波电场的测量 194
7.5 小结 197
参考文献 198
第8章 基于双波长超稳腔的激光稳频系统 199
8.1 双波长超稳腔系统 199
8.1.1 双波长超稳腔系统概述 199
8.1.2 超稳腔的腔模匹配 201
8.1.3 超稳腔零膨胀工作点和精细度测量 203
8.2 PDH稳频技术 205
8.2.1 PDH稳频基本原理 205
8.2.2 PDH稳频的实现 210
8.3 残余幅度调制的补偿 213
8.3.1 RAM的补偿机理 214
8.3.2 RAM反馈补偿的实现 216
8.4 双波长超稳腔任意频率的锁定 217
8.5 小结 221
参考文献 221
第9章 四能级外差里德堡原子接收机性能测试 222
9.1 四能级外差里德堡原子接收机实验系统构建 222
9.1.1 测量光路系统 223
9.1.2 时钟同步系统 224
9.1.3 微波系统 224
9.1.4 移频系统与解调本振信号的产生 225
9.1.5 功率稳定系统 227
9.2 四能级外差里德堡接收机幅频响应特性测量 227
9.3 线性调频信号的接收与复原 231
9.4 四能级外差里德堡接收机电场灵敏度测量 236
9.4.1 拉比频率的影响 236
9.4.2 气室温度的影响 239
9.4.3 吸收长度的影响 241
9.4.4 其他影响 241
9.5 小结 242
参考文献 242