CN114976557A - 应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置和方法，该装置包括开口谐振环和谐振调节件。开口谐振环的开口断面处设置有位置相对的第一极板和第二极板。第一极板和第二极板用于将原子气室夹在开口谐振环的中心位置处。谐振调节件设置在开口谐振环的至少任一极板上。谐振调节件用于通过在第一极板和第二极板之间进行伸缩，调节开口谐振环的谐振频点。谐振调节件在极板上的设置位置与原子气室所夹位置无交叠。通过在开口谐振环的极板上设置谐振调节件，从而可以通过调节谐振调节件伸入开口谐振环的极板间的空间的距离，改变开口谐振环的电容和电感值，从而改变开口谐振环的谐振频点，达到大幅提高谐振增强结构适应性的目的。

Description

应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置和方法

技术领域

本发明属于量子微波测量技术领域，涉及一种应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置和方法。

背景技术

基于里德堡原子(一个或多个电子被激发到非常高的主量子数n)的微波测量技术具有无扰动、可溯源和自校准的优点，近些年在微波电场强度计量、射频接收等领域取得了巨大进展。传统的里德堡原子探测系统具有测量射频场的幅度、极化和相位的能力，并且也出现了各种应用，其中包括可溯源到国际单位制(SI)的电场探头、频谱分析仪、AM/FM调制信号接收以及来波角度检测等。

当前基于里德堡探测系统的其中一个重点便是提高最小可检测场和灵敏度。使用电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)/AT(Autler-Townes)分裂技术，室温下常规可以测量低至几mV/cm。因为基于AT分裂的场测量受到EIT线宽分辨率的限制，通常在2MHz到5MHz的数量级，所以室温下常规测量很难进一步提高灵敏度。

对于基于里德堡探测系统，传统的提高最小可检测场的技术中应用较多的有两种，一种是基于里德堡原子的超外差技术；另一种则是通过将原子气室放置在谐振增强结构之间，来增强原子气室内光束位置处的入射电场，从而提高里德堡原子传感器的灵敏度，这种方式使用简单、体积小且易于集成。然而，在实现本发明的过程中，发明人发现传统的提高最小可检测场的技术中，存在着谐振增强结构适应性较差的技术问题。

发明内容

针对上述传统方法中存在的问题，本发明提出了一种能够大幅提高谐振增强结构适应性的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，一种应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法，以及一种里德堡原子探测系统。

为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一方面，提供一种应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，包括开口谐振环和谐振调节件，开口谐振环的开口断面处设置有位置相对的第一极板和第二极板，第一极板和第二极板用于将原子气室夹在开口谐振环的中心位置处；

谐振调节件设置在开口谐振环的至少任一极板上，谐振调节件用于通过在第一极板和第二极板之间进行伸缩，调节开口谐振环的谐振频点；谐振调节件在极板上的设置位置与原子气室所夹位置无交叠。

在其中一个实施例中，开口谐振环的至少任一极板上开设有N个通孔，谐振调节件包括N个金属杆，N为不小于2的正整数；

N个金属杆分别通过N个通孔进行限位，N个金属杆伸入第一极板和第二极板之间的空间的长度可调。

在其中一个实施例中，谐振调节件还包括N个螺帽，金属杆为螺钉；

N个螺帽设置在开口谐振环的至少任一极板上且与N个通孔一一对应，N个螺帽用于对N个螺钉进行调节限位。

在其中一个实施例中，通孔为螺纹孔，N个螺纹孔开设在第一极板或第二极板上。

在其中一个实施例中，N个金属杆的长度均相同。

在其中一个实施例中，N个螺帽分别焊接在第一极板或第二极板上。

在其中一个实施例中，开口谐振环为矩形谐振环。

另一方面，还提供一种应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法，应用于一种可调谐振增强装置，可调谐振增强装置包括开口谐振环和谐振调节件，开口谐振环的开口断面处设置有位置相对的第一极板和第二极板，第一极板和第二极板用于将原子气室夹在开口谐振环的中心位置处；

谐振调节件设置在开口谐振环的至少任一极板上，谐振调节件用于通过在第一极板和第二极板之间进行伸缩，调节开口谐振环的谐振频点；谐振调节件在极板上的设置位置与原子气室所夹位置无交叠；

上述方法包括：

获取里德堡原子探测系统所需的目标谐振频点；

根据目标谐振频点，调节谐振调节件在第一极板和第二极板之间的空间的伸入长度；

监测可调谐振增强装置在调节谐振调节件后的谐振频点变化；

当可调谐振增强装置的谐振频点等于目标谐振频点时，结束对谐振调节件的调节；

利用谐振频点在目标谐振频点的可调谐振增强装置，对里德堡原子探测系统的原子气室内的微波场进行谐振增强。

在其中一个实施例中，开口谐振环的至少任一极板上开设有N个通孔，谐振调节件包括N个金属杆，N为不小于2的正整数；

N个金属杆分别通过N个通孔进行限位，N个金属杆伸入第一极板和第二极板之间的空间的长度可调；

上述方法还包括步骤：

分别调节N个金属杆伸入第一极板和第二极板之间的空间的长度；

监测原子气室内的微波场分布均匀性；

当微波场分布均匀时，结束分别对N个金属杆的调节。

又一方面，还提供一种里德堡原子探测系统，包括原子气室和上述任一项的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置和方法，通过在开口谐振环的极板上设置谐振调节件，从而可以通过调节谐振调节件伸入开口谐振环的极板间的空间的距离，改变开口谐振环的电容和电感值，从而改变开口谐振环的谐振频点。如此，通过调节谐振调节件，即可根据实际工程应用需求调控可调谐振增强装置的谐振频点，从而达到大幅提高谐振增强结构适应性的目的。

相比于传统的谐振增强结构，上述方案可在提高了里德堡原子探测系统灵敏度的同时，还具有可根据实际工程应用需求，灵活调节谐振频点的优点，此外，还可通过调节谐振调节件在极板间的空间的伸入距离分布，而调节原子气室内场均匀性，避免额外测量误差的引入。上述方案的可调谐振增强装置体积小、调控灵活且易于集成，有利于便携式里德堡原子探测系统的研制，推动其在实际工程应用中的快速发展。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置的第一结构示意图；

图2为一个实施例中应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置的第二结构示意图；

图3为一个实施例中应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置的第三结构示意图；

图4为一个实施例中应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置的第三结构的仿真结构示意图；

图5为一个实施例中具体仿真实例的增强倍数的仿真结果示意图；

图6为一个实施例中可调谐振增强装置的一种结构状态示意图；

图7为一个实施例中具体仿真实例的增强倍数的另一种仿真结果示意图；

图8为一个实施例中可调谐振增强装置的另一种结构状态示意图；

图9为一个实施例中经过螺钉调节电场分布前后沿气室中心的电场分布仿真结果示意图；

图10为一个实施例中应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法的流程示意图；

图11为另一个实施例中应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置展示该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。

本领域技术人员可以理解，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

利用基于里德堡原子的超外差技术时，必须外加天线照射以添加本振信号，这大大增加了系统的复杂度和占用空间，不利于现有里德堡探测系统向便携式方向的发展，限制了其在实际工程中应用。通过将原子气室放置在谐振增强结构之间，来增强原子气室内光束位置处的入射电场，从而提高里德堡原子传感器的灵敏度，这种方式使用简单、体积小且易于集成；然而，在实践研究中，发明人发现这种方法由于谐振结构一经制造，其窄带的谐振频点便已确定了，无法再根据实际使用进行灵活的调节，稍有误差便会大大限制实际使用。而且引入谐振增强结构后，也会在一定程度上加剧原子气室内场分布的不均匀性，给场的测量引入额外的误差。

因此，业内迫切需要一种应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强技术，一方面可根据需求灵活调节谐振频点，另一方面也可调节原子气室内的场分布减小测量误差，以此来支撑便携式里德堡探测系统的研制，推动其在实际工程的应用。

下面将结合本发明实施例图中的附图，对本发明实施方式进行详细说明。

请参阅图1，在一个实施例中，本申请实施例提供了一种应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100，包括开口谐振环12和谐振调节件14。开口谐振环12的开口断面处设置有位置相对的第一极板122和第二极板124。第一极板122和第二极板124用于将原子气室101夹在开口谐振环12的中心位置处。谐振调节件14设置在开口谐振环12的至少任一极板上。谐振调节件14用于通过在第一极板122和第二极板124之间进行伸缩，调节开口谐振环12的谐振频点。谐振调节件14在极板上的设置位置与原子气室101所夹位置无交叠。

可以理解，开口谐振环12可以是本领域中各种类型的开口谐振环12，其形状与具体结构组成形式，在本实施例中不做具体限制。开口谐振环12的开口断面处，可设置一对极板，两个极板分别固定或可旋转地机械连接在开口谐振环12开口处的两个断面上，两个极板之间所夹的空间可用于容置原子气室101。一般的，原子气室101可以是填充有碱金属原子气体(例如含铯Cs原子或者铷Rb原子)的玻璃器皿，开口谐振环12的两个极板之间的距离可以根据所需容置的原子气室101的尺寸大小来确定，只要能够稳固夹持住原子气室101即可。开口谐振环12的两个极板的具体形状与结构组成，在本实施例中不做具体限定，只要能够稳定夹持原子气室101并搭载谐振调节件14，为原子气室101提供所需的谐振增强功能均可。

谐振调节件14可以设置一个(例如但不限于集成多个调节杆的多杆形式)或多个，谐振调节件14是指可在第一极板122和第二极板124之间的空间中伸长和缩短，以改变开口谐振环12的电容和电感值的部件。谐振调节件14可以设置在第一极板122上，也可以设置在第二极板124上，还可以在第一极板122和第二极板124上均设置谐振调节件14，从而可以通过调节谐振调节件14伸入或退出第一极板122和第二极板124之间的空间中的长度，改变开口谐振环12的电容和电感值，从而调节开口谐振环12的谐振频点。

谐振调节件14在极板上的设置方式可以但不限于是焊接、螺纹连接、铰接或者其他机械连接方式，谐振调节件14可以是主动伸缩式的部件，例如自身长度可受控自主伸缩的部件，也可以是被动伸缩式的部件，如在外力直接作用下向极板间或向极板所夹空间外移动的机械部件，具体可以根据实际工程应用需要与成本等要求选择。

原子气室101夹在开口谐振环12的中心位置处，也即开口谐振环12的中心位置也为原子气室101的中心位置，两者中心重合。谐振调节件14在极板上的设置位置与原子气室101所夹位置无交叠，也即谐振调节件14在极板上的设置位置在原子气室101对应的极板位置区域之外，以保证原子气室101不会影响谐振调节件14向极板间的空间伸入与退出，而且谐振调节件14也不会影响探测光和耦合光进入原子气室101。其中，图1中原子气室101采用虚线表示气室未安装至两极板间，谐振调节件14穿过极板的部分采用虚线表示。

具体的，里德堡原子探测系统利用谐振增强结构增加灵敏度的基本原理就是将照射入原子气室101的弱微波场，先经过谐振增强结构放大后再与原子发生相互作用，从而提取出弱微波场的信息。而上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100，通过开口谐振环12提供谐振增强效果来实现增加系统的探测灵敏度的目的，同时通过调节谐振调节件14伸入开口谐振环12开口处两极板之间的长度，改变开口谐振环12的的电容和电感值，从而使开口谐振环12的谐振频点不再是唯一固定的，而是可调的，从而适应多种实际工程应用需要。

此外，由于原子气室101自身的几何形状和产生的驻波影响，原子气室101内的场分布并不均匀，在测量时这种不均匀性便会引入额外的测量误差。而通过调节谐振调节件14伸入开口谐振环12开口处两极板之间的长度分布，也即同一谐振调节件14的各杆或各谐振调节件14本身伸入两极板之间的长度互不相同(或局部相同而其余不同)，还可以改变中间谐振电场的分布，从而调节原子气室101内场的不均匀性，使得原子气室101内场分布均匀，以此减小实际测量由原子气室101引入的误差。

上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，通过在开口谐振环12的极板上设置谐振调节件14，从而可以通过调节谐振调节件14伸入开口谐振环12的极板间的空间的距离，改变开口谐振环12的电容和电感值，从而改变开口谐振环12的谐振频点。如此，通过调节谐振调节件14，即可根据实际工程应用需求调控可调谐振增强装置的谐振频点，从而达到大幅提高谐振增强结构适应性的目的。

相比于传统的谐振增强结构，上述方案可在提高了里德堡原子探测系统灵敏度的同时，还具有可根据实际工程应用需求，灵活调节谐振频点的优点，此外，还可通过调节谐振调节件14在极板间的空间的伸入距离分布，而调节原子气室101内场均匀性，避免额外测量误差的引入。上述方案的可调谐振增强装置体积小、调控灵活且易于集成，有利于便携式里德堡原子探测系统的研制，推动其在实际工程应用中的快速发展。

在一个实施例中，如图2所示，开口谐振环12的至少任一极板上开设有N个通孔。谐振调节件14包括N个金属杆142，N为不小于2的正整数。N个金属杆142分别通过N个通孔进行限位，N个金属杆142伸入第一极板122和第二极板124之间的空间的长度可调。

可以理解，在本实施例中，可以采用多个金属杆142作为谐振调节件14，并且多个金属杆142与极板上的各通孔一一对应，金属杆142可穿过通孔向极板间伸入或抽出。多个金属杆142可以均设置在第一极板122上，也可以均设置在第二极板124上，或者可以一部分设置在第一极板122上，而另一部分则设置在第二极板124上，只要能够有利于实现上述谐振频点与场分布均匀性调节，系统集成等即可。各金属杆142的自身固有长度可以全部相同，也可以部分相同而部分不同，还可以是互不相同，金属杆142的自身长度也可以是伸缩可调的，具体可以根据实际应用需要选择，只要能够实现所需的谐振频点与场分布均匀性调节功能即可。金属杆142可以采用各类具有良好的导电性能的金属制成。

其中，图2中原子气室101采用虚线表示气室未安装至两极板间，各金属杆142穿过极板的通孔部分采用虚线表示。

具体的，对于实际工程应用，应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100当前的谐振频点无法满足该工程应用需要时，也即当前无法提供所需的谐振增强功能，则可以调节各金属杆142伸入开口谐振环12两极板间的长度(深度)，来改变开口谐振环12的电容和电感值，以改变可调谐振增强装置100的谐振频点至满足该工程应用需要。而通过调节各金属杆142伸入开口谐振环12两极板间的长度分布，可改变原子气室101内场的不均匀性，使其内场分布均匀而减小实际测量由原子气室101引入的误差。通过高调控灵活性，实现了强适应性的同时，也保证了探测的高灵敏度与精确度度。

在一个实施例中，N个金属杆142的长度均相同。可选的，在本实施例中，可采用自身固有长度相同的多个金属杆142作为谐振调节件14，从而在确保实现谐振频点与场分布均匀性调节功能的同时，降低设计生成成本。

在一个实施例中，如图3所示的截面图中，谐振调节件14还包括N个螺帽144，金属杆142为螺钉142。N个螺帽144设置在开口谐振环12的至少任一极板上且与N个通孔一一对应，N个螺帽144用于对N个螺钉142进行调节限位。

可以理解，在本实施例中，优选采用螺帽144和螺钉142的组合作为谐振调节件14，各螺帽144分别固定设置在各通孔对应的极板位置处，螺帽144和螺钉142的结构尺寸均匹配，可直接通过扭转螺钉142而改变螺钉142通过螺帽144旋转伸入极板间的长度或回退，螺帽144可确保螺钉142在调节时的稳固性。螺帽144在极板上的固定设置方式可以但不限于是卡接、焊接或采用粘合剂粘合，只要能够实现螺帽144的固定即可。

通过采用螺帽144和螺钉142的组合作为谐振调节件14，可以简化装置结构并合理控制制造成本同时，谐振频点调节与气室内场分布均匀性调节操作更简便。

在一个实施例中，如图3所示，通孔为螺纹孔。N个螺纹孔开设在第一极板122或第二极板124上。

可选的，在本实施例中，可以在其中一个极板上以合适间隔确定好螺钉142在的相对位置，以保证原子气室101不会影响螺钉142的伸入与退出，且不会影响探测光和耦合光进入原子气室101后，即可直接在确定好的极板位置处打出螺纹孔，螺钉142即可直接通过旋钮的操作方式伸入与退出极板之间的空间。

通过采用螺纹孔与螺钉142的匹配设计，并且将全部螺纹孔与螺钉142均设置在一个极板上，可使装置结构更为简化且调节更高效。

在一个实施例中，如图3所示，N个螺帽144分别焊接在第一极板122或第二极板124上。可选的，在本实施例中，可在螺纹孔所在极板位置上焊接相应的螺帽144，以进一步确保螺钉142调节时的稳固性。

在一个实施例中，如图3所示，开口谐振环12为矩形谐振环。可选的，在本实施例中，开口谐振环12采用开口的矩形谐振环，可适应各类矩形或其他形状的原子气室101的可调谐振增强，通用性更强。

在一些实施方式中，为了更直观且全面地说明上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100，下面提供了其中某种尺寸的可调谐振增强装置100的实验验证示例，以更直观地说明本申请设计具有可根据实际需求灵活调节谐振频点和原子气室101内场均匀性的优点。

需要说明的是，本说明书中给出的实施案例仅为示意性的，并非为本发明具体实施案例的唯一限定，本领域技术人员可以在本申请提供的实施案例的示意下，可采用上述提供的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100，实现对不同应用场景的可调谐振增强试验或应用。

如图4所示，是本申请提供的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100的其中一种具体实例仿真结构图，其最大尺寸为60mm，约为0.08倍工作波长。选择结构包括螺帽144、开口谐振环12、开口谐振环12的第一极板122、螺钉142、开口谐振环12的第二极板124以及原子气室101(大小为10mm×10mm×20mm)。可通过仿真改变螺钉142的伸入深度来调节谐振频点和调节不同深度螺钉142的伸入分布方式来调控气室内场分布均匀性。

如图5和图6所示，图5是本申请提供的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100的其中一种具体实例的增强倍数的仿真结果图，此时全部螺钉142处于未伸入开口谐振环12之间，如图6所示。可见此时谐振频率在0.41GHz，且可将入射场增强400倍以上，即可提高400倍弱场探测能力。

如图7和图8所示，图7是本申请提供的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100的其中一种具体实例的增强倍数的仿真结果图，此时全部螺钉142处于完全伸入开口谐振环12之间，如图8所示。可见此时谐振频率在0.34GHz，且可将入射场增强600倍以上，通过改变不同螺钉142的深度，可根据需求完成从0.34GHz-0.41GHz的连续可调的谐振增强，相对于工作中心波长，可调相对带宽可达到18.6％。

如图9所示，是本申请提供的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100的其中一种具体实例经过螺钉142调节电场分布前后，沿气室中心的电场分布仿真结果图。由于原子气室101的几何形状和驻波影响，原子气室101内的电场分布通常是不均匀的，且频率越高这种效应会越明显。如调节前所示，在-10mm至10mm的气室覆盖范围内，电场分布是不均匀的，这将会引入额外的测量误差。如图9所示，经过螺钉142调控后，气室内的电场分别可得到明显改善，对于不同尺寸和形状的气室，也都可根据实际需要改变气室内的场分布来减小由气室引入的额外误差。

在一个实施例中，还提供一种里德堡原子探测系统，包括原子气室101和上述的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100。

可以理解，里德堡原子探测系统还可以包括本说明书未述及的其他系统组成结构，具体可以根据实际工程应用中所使用的里德堡原子探测系统的类型确定，本说明书中不再一一详述。关于本实施例中的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100的具体解释说明，可以参照上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100各实施例中的相应解释说明同理理解，此处不再重复赘述。

上述里德堡原子探测系统，通过应用上述可调谐振增强装置100，可在提高了里德堡原子探测系统灵敏度的同时，还具有可根据实际工程应用需求，灵活调节谐振频点的优点，此外，还可通过调节谐振调节件14在极板间的空间的伸入距离分布，而调节原子气室101内场均匀性，避免额外测量误差的引入。应用上述的可调谐振增强装置100，还可以有效缩小系统体积、调控灵活且易于集成，推动系统在实际工程应用中的快速发展。

在一个实施例中，还提供一种应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法，应用于一种可调谐振增强装置。可调谐振增强装置包括开口谐振环和谐振调节件。开口谐振环的开口断面处设置有位置相对的第一极板和第二极板。第一极板和第二极板用于将原子气室夹在开口谐振环的中心位置处。谐振调节件设置在开口谐振环的至少任一极板上。谐振调节件用于通过在第一极板和第二极板之间进行伸缩，调节开口谐振环的谐振频点。谐振调节件在极板上的设置位置与原子气室所夹位置无交叠。

请参阅图10，该可调谐振增强方法包括如下步骤：

S12，获取里德堡原子探测系统所需的目标谐振频点；

S14，根据目标谐振频点，调节谐振调节件在第一极板和第二极板之间的空间的伸入长度；

S16，监测可调谐振增强装置在调节谐振调节件后的谐振频点变化；

S18，当可调谐振增强装置的谐振频点等于目标谐振频点时，结束对谐振调节件的调节；

S20，利用谐振频点在目标谐振频点的可调谐振增强装置，对里德堡原子探测系统的原子气室内的微波场进行谐振增强。

可以理解，关于本实施例中的可调谐振增强装置的解释说明，可以参照上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100的各实施例中的相应解释说明同理理解，此处不再重复赘述。

具体的，不同实际工程应用场景下的里德堡原子探测系统所需的谐振增强效果不同，因此对谐振增强装置有不同的谐振频点要求。对于给定的里德堡原子探测系统，可以但不限于通过人工输入、识别读取或者联网查询获取等方式获得当前应用的里德堡原子探测系统所需的目标谐振频点，然后以该目标谐振频点为调节目标，调节谐振调节件在第一极板和第二极板之间的空间的伸入长度，以改变开口谐振环的电容和电感值，调节可调谐振增强装置的谐振频点。调节期间，可以通过布置的传感器或者读取人工测量数据的方式，监测可调谐振增强装置在每次调节谐振调节件后的谐振频点变化，直至将可调谐振增强装置的谐振频点调控至目标谐振频点。最后，即可用该可调谐振增强装置，对里德堡原子探测系统的原子气室内的微波场进行谐振增强。

上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法，基于可调谐振增强装置，该装置在开口谐振环的极板上设置谐振调节件，从而可以通过调节谐振调节件伸入开口谐振环的极板间的空间的距离，改变开口谐振环的电容和电感值，从而改变开口谐振环的谐振频点。如此，该方法可通过调节谐振调节件，即可根据实际工程应用需求调控可调谐振增强装置的谐振频点，从而达到大幅提高谐振增强结构适应性的目的。

相比于传统的谐振增强结构，上述方案可在提高了里德堡原子探测系统灵敏度的同时，还具有可根据实际工程应用需求，灵活调节谐振频点的优点，此外，还可通过调节谐振调节件在极板间的空间的伸入距离分布，而调节原子气室内场均匀性，避免额外测量误差的引入。上述方案的可调谐振增强装置体积小、调控灵活且易于集成，有利于便携式里德堡原子探测系统的研制，推动其在实际工程应用中的快速发展。

在一个实施例中，开口谐振环的至少任一极板上开设有N个通孔。谐振调节件包括N个金属杆，N为不小于2的正整数。N个金属杆分别通过N个通孔进行限位。N个金属杆伸入第一极板和第二极板之间的空间的长度可调。

请参阅图11，上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法还可以包括如下步骤：

S22，分别调节N个金属杆伸入第一极板和第二极板之间的空间的长度；

S24，监测原子气室内的微波场分布均匀性；

S26，当微波场分布均匀时，结束分别对N个金属杆的调节。

可以理解，关于通孔与金属杆等的解释说明，可以参照上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100的各实施例中的相应解释说明同理理解，此处不再重复赘述。

具体的，由于原子气室自身的几何形状和产生的驻波影响，原子气室内的场分布并不均匀，在测量时这种不均匀性便会引入额外的测量误差。而通过调节各金属杆伸入开口谐振环开口处两极板之间的长度分布，还可以在目标谐振频点下改变中间谐振电场的分布，从而调节原子气室内场的不均匀性，使得原子气室内场分布均匀，以此减小实际测量由原子气室引入的误差。

关于应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法的具体限定，可以参见上文中应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置100的相应限定，在此不再赘述。

应该理解的是，虽然图10和图11流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且图10和图11的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，还提供一种可调谐振增强控制设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如下处理步骤：获取里德堡原子探测系统所需的目标谐振频点；根据目标谐振频点，调节谐振调节件在第一极板和第二极板之间的空间的伸入长度；监测可调谐振增强装置在调节谐振调节件后的谐振频点变化；当可调谐振增强装置的谐振频点等于目标谐振频点时，结束对谐振调节件的调节；利用谐振频点在目标谐振频点的可调谐振增强装置，对里德堡原子探测系统的原子气室内的微波场进行谐振增强。

可以理解，上述可调谐振增强控制设备除上述述及的存储器和处理器外，还包括其他本说明书未列出的软硬件组成部分，具体可以根据不同应用场景下的具体控制设备的型号确定，本说明书不再一一列出详述。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还可以实现上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法各实施例中增加的步骤或者子步骤。

在一个实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如下处理步骤：获取里德堡原子探测系统所需的目标谐振频点；根据目标谐振频点，调节谐振调节件在第一极板和第二极板之间的空间的伸入长度；监测可调谐振增强装置在调节谐振调节件后的谐振频点变化；当可调谐振增强装置的谐振频点等于目标谐振频点时，结束对谐振调节件的调节；利用谐振频点在目标谐振频点的可调谐振增强装置，对里德堡原子探测系统的原子气室内的微波场进行谐振增强。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，还可以实现上述应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法各实施例中增加的步骤或者子步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线式动态随机存储器(Rambus DRAM，简称RDRAM)以及接口动态随机存储器(DRDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可做出若干变形和改进，都属于本申请保护范围。因此本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，其特征在于，包括开口谐振环和谐振调节件，所述开口谐振环的开口断面处设置有位置相对的第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板用于将原子气室夹在所述开口谐振环的中心位置处；

所述谐振调节件设置在所述开口谐振环的至少任一极板上，所述谐振调节件用于通过在所述第一极板和所述第二极板之间进行伸缩，调节所述开口谐振环的谐振频点；所述谐振调节件在极板上的设置位置与所述原子气室所夹位置无交叠。

2.根据权利要求1所述的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，其特征在于，所述开口谐振环的至少任一极板上开设有N个通孔，所述谐振调节件包括N个金属杆，N为不小于2的正整数；

N个所述金属杆分别通过N个所述通孔进行限位，N个所述金属杆伸入所述第一极板和所述第二极板之间的空间的长度可调。

3.根据权利要求2所述的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，其特征在于，所述谐振调节件还包括N个螺帽，所述金属杆为螺钉；

N个所述螺帽设置在所述开口谐振环的至少任一极板上且与N个所述通孔一一对应，N个所述螺帽用于对N个所述螺钉进行调节限位。

4.根据权利要求2或3所述的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，其特征在于，所述通孔为螺纹孔，N个所述螺纹孔开设在所述第一极板或所述第二极板上。

5.根据权利要求4所述的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，其特征在于，N个所述金属杆的长度均相同。

6.根据权利要求3所述的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，其特征在于，N个螺帽分别焊接在所述第一极板或所述第二极板上。

7.根据权利要求4所述的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置，其特征在于，所述开口谐振环为矩形谐振环。

8.一种应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法，其特征在于，应用于一种可调谐振增强装置，所述可调谐振增强装置包括开口谐振环和谐振调节件，所述开口谐振环的开口断面处设置有位置相对的第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板用于将原子气室夹在所述开口谐振环的中心位置处；

所述谐振调节件设置在所述开口谐振环的至少任一极板上，所述谐振调节件用于通过在所述第一极板和所述第二极板之间进行伸缩，调节所述开口谐振环的谐振频点；所述谐振调节件在极板上的设置位置与所述原子气室所夹位置无交叠；

所述方法包括：

获取里德堡原子探测系统所需的目标谐振频点；

根据所述目标谐振频点，调节所述谐振调节件在所述第一极板和所述第二极板之间的空间的伸入长度；

监测所述可调谐振增强装置在调节所述谐振调节件后的谐振频点变化；

当所述可调谐振增强装置的谐振频点等于所述目标谐振频点时，结束对所述谐振调节件的调节；

利用谐振频点在所述目标谐振频点的所述可调谐振增强装置，对所述里德堡原子探测系统的原子气室内的微波场进行谐振增强。

9.根据权利要求8所述的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强方法，其特征在于，所述开口谐振环的至少任一极板上开设有N个通孔，所述谐振调节件包括N个金属杆，N为不小于2的正整数；

N个所述金属杆分别通过N个所述通孔进行限位，N个所述金属杆伸入所述第一极板和所述第二极板之间的空间的长度可调；

所述方法还包括步骤：

分别调节N个所述金属杆伸入所述第一极板和所述第二极板之间的空间的长度；

监测所述原子气室内的微波场分布均匀性；

当所述微波场分布均匀时，结束分别对N个所述金属杆的调节。

10.一种里德堡原子探测系统，其特征在于，包括原子气室和权利要求1至7任一项所述的应用于里德堡原子探测系统的可调谐振增强装置。

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