本申请涉及微波信号处理的，尤其涉及一种里德堡光学系统及其控制方法。
背景技术：
1、与普通原子相比，里德堡原子具有半径大、偶极矩大、大极化率、寿命长等独特性质，可用于实现微波电场的精密测量、电场计量以及中性原子计算。近些年人们就里德堡原子以及其应用开展了大量的理论与实验研究工作，取得了一系列的成果，如实现了灵敏度为55的微波电场测量，极大的提升了微波电场测量准确度和灵敏度；实现了受控量子比特门、量子存储、单光子产生等，促进了量子信息领域的多元化发展。
2、里德堡态原子制备是实现里德堡原子应用的基础，利用共振激光激发制备里德堡态原子是常用的手段。在这种方法中一般使用两束激光，其中一束激光的作用是使原子从基态跃迁至低激发态，可称为探测光，该光可通过原子多普勒饱和吸收或二向色原子吸收锁频进行频率稳定；另一束激光的作用是使原子从低激发态跃迁至里德堡态，称为控制光，由于低激发态原子较少，因此不能通过过饱和吸收等方法锁定该光频率，而是需要通过电磁诱导透射谱对控制光实行eit(electromagnetically induced transparency，电磁感应透明)锁频，而现有的eit锁频过程中所需元件极多，从而占用过多的空间以导致器件难以小型化。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种里德堡光学系统及其控制方法，以解决现有的eit锁频过程中所需元件极多，从而占用过多的空间以导致器件难以小型化的问题。
2、第一方面，本申请实施例提供一种里德堡光学系统及其控制方法，所述里德堡光学系统包括光源系统、原子气室、射频系统、光电探测器以及混频器；
3、所述光源系统用于产生探测光和控制光，所述探测光入射至所述原子气室内，并用于将所述原子气室内的原子从基态能级激发至亚稳态能级，所述控制光入射至所述原子气室内，并与所述探测光重合，所述控制光用于将所述原子从所述亚稳态能级激发至里德堡能级；
4、所述射频系统用于向所述原子气室施加射频信号，所述射频信号用于引起所述原子的能级变化，所述光源系统以预定的扫频频率对所述控制光进行扫频，所述光电探测器用于对从所述原子气室出射的所述探测光进行检测，以形成eit信号；
5、所述混频器用于对所述射频信号和所述eit信号进行混频，以形成误差信号，所述光源系统根据所述误差信号锁定所述控制光的频率。
6、在一实施例中，所述扫频频率和所述射频信号的频率的比值不小于100。
7、在一实施例中，所述射频信号的频率低于500hz。
8、在一实施例中，所述射频系统包括射频源和射频线圈，所述射频线圈沿所述探测光在所述原子气室内的传输方向环绕于所述原子气室的外围，所述射频源同步产生第一射频信号和第二射频信号，所述第一射频信号经所述射频线圈施加于所述原子气室，所述第二射频信号输入所述混频器，并与所述eit信号进行混频。
9、在一实施例中，所述里德堡光学系统包括低通滤波器，所述低通滤波器设置于所述混频器和所述光源系统之间，所述低通滤波器用于对所述误差信号进行低通滤波。
10、在一实施例中，所述光源系统包括第一激光器、第二激光器和波分复用器，所述第一激光器用于产生所述探测光，所述第二激光器用于产生所述控制光，所述波分复用器用于将所述探测光和所述控制光进行合束，并同向传输至所述原子气室。
11、在一实施例中，所述光源系统还包括光纤准直器，所述光纤准直器设置于所述波分复用器和所述原子气室之间，并用于同时对所述波分复用器输出的所述探测光和所述控制光进行准直。
12、在一实施例中，所述里德堡光学系统还包括二相色镜，所述二相色镜用于透射从所述原子气室出射的所述探测光，并反射从所述原子气室出射的所述控制光。
13、在一实施例中，所述里德堡光学系统还包括滤光片，所述滤光片用于过滤经所述二相色镜透射的所述控制光。
14、第二方面，本申请实施例还提供一种基于射频外调制的里德堡光学系统的控制方法，所述控制方法包括：
15、利用探测光将原子气室内的原子从基态能级激发至亚稳态能级；
16、利用控制光将所述原子从所述亚稳态能级激发至里德堡能级；
17、向所述原子气室施加射频信号，以引起所述原子的能级变化；
18、以预定的扫频频率对所述控制光进行扫频，并对从所述原子气室出射的所述探测光进行检测，以形成eit信号；
19、对所述射频信号和所述eit信号进行混频，以形成误差信号；
20、利用所述误差信号锁定所述控制光的频率。
21、本申请实施例提供的里德堡光学系统可以基于射频外调制，里德堡光学系统包括光源系统，原子气室、射频系统、光电探测器以及混频器。其中，光源系统用于产生探测光和控制光，探测光可以入射至原子气室内，并用于将原子气室内的原子从基态能级激发至亚稳态能级，同时，控制光也可入射至原子气室内，并与探测光重合，且控制光用于将原子气室内的原子从亚稳态能级激发至里德堡能级，从而实现制备里德堡态原子的目的。
22、同时，射频系统用于向原子气室施加射频信号，且射频信号用于引起原子的能级变化，从而实现原子气室内的原子从基态能级激发至亚稳态能级，并最终激发至里德堡能级的目的；此外，光源系统还以预定的扫频频率对控制光进行扫频，且光电探测器用于对从原子气室出射的探测光进行检测，以形成eit信号，同时，混频器用于对射频信号和eit信号进行混频，以形成误差信号，而光源系统则根据误差信号锁定控制光的频率，以实现eit锁频目的。
23、可以理解的是，相比于现有技术中探测光和控制光相向传播的方式而言，本申请实施例提供的里德堡光学系统通过使探测光和控制光重合传播，从而不仅能够节省调节光路方向的繁琐步骤，还能够避免设置多种调节光路方向的元器件，以在提高锁频效率的同时，还能够优化里德堡光学系统的占用空间，以实现器件的小型化目的，同时还节省了经济成本；另外，本申请实施例提供的里德堡光学系统采用射频系统施加的射频信号对原子能级进行调制，从而不需要额外增加复杂器件，以便于实现eit锁频目的。
24、同时，由于本申请实施例提供的里德堡光学系统基于射频外调制，故相比于激光内调制方式而言，能够避免将调制引入信号中以对里德堡原子造成干扰的情形，从而保证里德堡原子的相关性能；同时，相比于电光外调制方式而言，能够避免额外增加光路的情形，从而保证器件小型化目的的前提下，还进一步节省了锁频成本。
1.一种基于射频外调制的里德堡光学系统，其特征在于，所述里德堡光学系统包括光源系统、原子气室、射频系统、光电探测器以及混频器；
2.根据权利要求1所述的里德堡光学系统，其特征在于，所述扫频频率和所述射频信号的频率的比值不小于100。
3.根据权利要求1所述的里德堡光学系统，其特征在于，所述射频信号的频率低于500hz。
4.根据权利要求1所述的里德堡光学系统，其特征在于，所述射频系统包括射频源和射频线圈，所述射频线圈沿所述探测光在所述原子气室内的传输方向环绕于所述原子气室的外围，所述射频源同步产生第一射频信号和第二射频信号，所述第一射频信号经所述射频线圈施加于所述原子气室，所述第二射频信号输入所述混频器，并与所述eit信号进行混频。
5.根据权利要求1所述的里德堡光学系统，其特征在于，所述里德堡光学系统包括低通滤波器，所述低通滤波器设置于所述混频器和所述光源系统之间，所述低通滤波器用于对所述误差信号进行低通滤波。
6.根据权利要求1所述的里德堡光学系统，其特征在于，所述光源系统包括第一激光器、第二激光器和波分复用器，所述第一激光器用于产生所述探测光，所述第二激光器用于产生所述控制光，所述波分复用器用于将所述探测光和所述控制光进行合束，并同向传输至所述原子气室。
7.根据权利要求6所述的里德堡光学系统，其特征在于，所述光源系统还包括光纤准直器，所述光纤准直器设置于所述波分复用器和所述原子气室之间，并用于同时对所述波分复用器输出的所述探测光和所述控制光进行准直。
8.根据权利要求6所述的里德堡光学系统，其特征在于，所述里德堡光学系统还包括二相色镜，所述二相色镜用于透射从所述原子气室出射的所述探测光，并反射从所述原子气室出射的所述控制光。
9.根据权利要求8所述的里德堡光学系统，其特征在于，所述里德堡光学系统还包括滤光片，所述滤光片用于过滤经所述二相色镜透射的所述控制光。
10.一种基于射频外调制的里德堡光学系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
