«Существующие датчики электрического поля полагаются на процесс калибровки, который создает что-то вроде дилеммы курицы и яйца», — сказал Кристофер Л. Холлоуэй, ученый из Национального института стандартов и технологий. «Чтобы откалибровать зонд, мы должны использовать известное поле. Но чтобы иметь известное поле, мы должны использовать откалиброванный зонд».Чтобы решить эту проблему, Холлоуэй и его коллеги разработали новый метод измерения электрических полей и новый зонд для проведения таких измерений.
На этой неделе они делятся своей работой в Журнале прикладной физики от AIP Publishing.«В основе нашей методологии лежит хорошо изученный метод под названием« Электромагнитно индуцированная прозрачность »(EIT). EIT включает среду, которая обычно поглощает свет, и использует систему из двух лазеров, настроенных на переход между состояниями атомов в среде. чтобы сделать среду прозрачной ", — сказал Холлоуэй.«Одно из наших ключевых нововведений включает в себя возбуждение щелочных атомов в среде до состояния Ридберга, или высокоэнергетического состояния.
В этих условиях высокочастотное электрическое поле может использоваться для возбуждения атомов в следующее атомное переходное состояние, вызывая EIT — сигнал разделиться на две части, — сказал Холлоуэй. «Расщепление спектра сигнала EIT легко измерить и прямо пропорционально приложенной амплитуде электрического поля радиочастоты».Конечный результат состоит в том, что напряженность электрического поля может быть рассчитана путем измерения частоты с высокой степенью точности и с использованием постоянной Планка, которая скоро будет признана в качестве определенной единицы Международной системой единиц (СИ). Как следствие, этот метод измерения имеет прямой путь прослеживаемости SI, что является важной особенностью для международных метрологических организаций.
Его также можно было бы считать самокалибрующимся, потому что он основан на атомных резонансах.Помимо этих методологических усовершенствований, новый метод обещает значительно расширить диапазон электрических полей, которые можно измерить.«В настоящее время нет возможности проводить калиброванные измерения электрических полей с частотами, превышающими 110 ГГц», — сказал Холлоуэй. «Этот новый метод решает эту проблему и может позволить откалибровать измерения электрических полей с частотами, равными одному терагерцу.
Эта расширенная полоса пропускания будет актуальна для будущих поколений систем беспроводной мобильной связи».«Еще одно важное преимущество заключается в том, что он обеспечивает очень маленькое пространственное разрешение при визуализации микроволн. В принципе, он должен позволять получать изображения распределений микроволнового поля с разрешением порядка оптических длин волн, что на много порядков меньше, чем длины микроволновых волн. быть особенно полезным для измерения электрических полей в биомедицинских сферах », — сказал Холлоуэй.Холлоуэй и его коллеги разработали зонд, состоящий из паровой ячейки с волоконным выходом, который можно использовать для измерения электрических полей с помощью этого нового метода.
В дальнейшем они намерены работать с другими сотрудниками над миниатюризацией технологии.