1.本发明涉及控制电磁场检测器的方法以及实现该方法的装置。
背景技术：
2.诸如偶极天线的传统rf检测器利用金属导体，其中电子响应于入射rf电场沿着导体移动以生成小电流。除了仅检测rf信号之外，还可以通过将该电流(例如，利用电子电路、混频器、放大器以及数字化器)转换成解调的放大信号来创建rf检测器。
3.在许多应用中，希望减小rf接收器的尺寸。然而，基于金属导体的传统rf接收器在尺寸上受到限制，这是因为灵敏度、频率以及导体长度之间的关系意味着对于给定应用，rf接收器在一定尺寸以下将不会充分执行。电小天线是以低于其固有谐振的频率工作的天线，但是这些受朱氏极限(chu limit)限制，朱氏极限将为在给定频率下使用的任何天线设定最小尺寸。传统rf接收器的另一限制是感测弱rf信号的能力取决于接收器的增益，而该增益是根据天线的设计来确定的。因此，传统天线的性能在尺寸、带宽以及灵敏度方面受到限制。
4.一种新形式的rf接收器基于里德伯(rydberg)原子。里德伯原子是具有被激发到非常高的主量子数的一个或更多个电子的原子。这些里德伯原子具有多种有用的特性，诸如非常大的偶极矩和长衰减周期。可以利用这些特性来创建可以在非常大频率范围(例如，从几百mhz到1thz)内接收和解调调幅(amplitude-modulated，am)、调频(frequency-modulated，fm)以及调相(phase modulated，pm)rf电场的rf检测器。
5.图1示出了示例性的基于里德伯原子的rf接收器并且操作如下。提供了一种原子介质，在该示例中，该原子介质是填充有低密度碱原子蒸汽(诸如铷-85)的玻璃单元。各个铷-85原子具有多个电子态，包括基态(|1》)和多个激发态。可以将铷-85原子的外部电子从基态(|1》)激发(例如，通过吸收特定波长的光子)到激发态。然后，电子可以从激发态衰减到较低激发态(即，较低能级的激发态)或者衰减到基态(|1》)。然而，这些跃迁中的一些是不允许的，因为它们是偶极禁止的。
6.在rf接收器中，第一激光(laser)(被称为“探测”激光)以第一波长穿过原子介质，第一波长对应于将铷-85原子的外部电子从其基态(|1》)提升到第一激发态(|2》)所需的能量。第二激光(被称为“耦合”激光)也以相对大功率水平(与探测激光相比)并以第二波长沿相反方向穿过原子介质，第二波长对应于将铷-85原子的外部电子从第一激发态(|2》)提升到里德伯态(|3》)所需的能量。禁止从里德伯态(|3》)到基态(|1》)的跃迁，以使基态(|1》)数量减少(depopulated)，因此较少的原子可以吸收工作在第一波长的探测激光。因此，原子介质对于探测激光变得更加透明，使得探测激光的透射率增加，从而在光学检测器处是可观测的。这种现象被称为电磁感应透明(electromagnetically induced transparency，eit)，并且所接收的信号被称为eit信号。具体地，以上描述是阶梯(ladder)方案eit效应，但是技术人员将理解，eit效应可以通过另选电子跃迁来实现，诸如vee方案和lambda方案。
7.一旦原子介质变得对探测激光透明，就可以利用进一步物理效应来检测rf电场。
由于与基态相比，当处于里德伯态时，铷-85原子的外部电子更进一步远离原子核，因此，产生大偶极矩，并且它变得响应于入射rf电场。入射rf电场可以造成电子从里德伯态到相邻里德伯态的进一步跃迁。如果不禁止从相邻里德伯态到基态的跃迁，则电子随后可能下降到基态，以使原子介质变得对探测激光不太透明，从而导致eit信号的振幅下降。eit信号的这种振幅下降与入射rf电场的振幅成正比，从而产生基于里德伯原子的am rf接收器。还示出了基于里德伯原子的rf接收器检测调频rf场和调相rf场。不管所使用的调制方案如何，基于里德伯原子的rf检测器都可以被配置成通过选择耦合激光的特定第二波长来检测特定频率的rf场，以使原子介质的电子被提升到特定里德伯态。选择该里德伯态，以使待检测的特定频率下的光子将电子从该里德伯态提升到其相邻里德伯态，从而在eit信号中产生可以在光学检测器处观测到的可检测变化。eit信号的幅值(被称为“调制深度”)是当存在入射rf电场时和当不存在入射rf电场时eit信号的差。在eit信号基于探测激光的吸收率的传统系统中，当rf场的频率与从该特定里德伯态到其相邻里德伯态的跃迁所需的能量相匹配(即“谐振”)时，eit信号处于其最优调制深度(即，由此给出最优信噪比(signal to noise ratio，snr))。当rf场的频率偏离从该特定里德伯态跃迁到其相邻里德伯态所需的能量(称为“rf失相(dephasing)”)时，eit信号的幅值减小。
技术实现要素：
8.根据本发明的第一方面，提供了一种控制电磁场检测器的方法，其中，该电磁场检测器被配置成：沿第一探测信号路径和第二探测信号路径以探测频率向光学接收器发送探测信号，其中，第一探测信号路径经过传输介质，并且探测频率被设定成将传输介质的电子从基态激发到第一激发态；沿第一耦合信号路径以耦合频率发送耦合信号，其中，第一耦合信号路径在传输介质中的第一重叠区段中与第一探测信号路径重叠，其中，耦合频率被设定成将传输介质的电子激发到预定激发态，以便在传输介质中引起电磁感应透明eit效应，使得传输介质处的入射电磁场造成传输介质中的第一重叠区段处的折射率的变化，使得第一探测信号路径与第二探测信号路径之间存在光路长度差的变化；在探测信号的第一路径经过传输介质的第一重叠区段之后，组合探测信号的第一路径与探测信号的第二路径，使得第一重叠区段处的入射电磁场在光学接收器处可检测为探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化，所述强度变化是由第一探测信号路径与第二探测信号路径之间的光路长度差的变化造成的，该方法包括以下步骤：使第一相移施加至第二探测信号路径，以便造成探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异；获得指示要向第二探测信号路径施加的第二相移的数据，以便增加探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化，其中，第二相移可根据由第一相移造成的探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异来确定；以及使第二相移施加至第二探测信号路径。
9.获得指示第二相移的数据的步骤可以包括：响应于第一相移的施加，监测探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异。
10.第一相移可以包括第一相移的沿第一方向的第一部分以及第一相移的沿第二方向的第二部分，并且监测强度变化的差异的步骤可以包括：确定第一相移的沿第一方向的第一部分造成探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的增加，其中，第二相移处于第一方向。
11.第二相移可以是迭代地施加至第二探测信号路径直到满足终止条件的多个相移中的一个相移。
12.终止条件可以是包括以下项的组中的一个：当因多个相移中的相移造成的探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的增加小于阈值时，以及当因多个相移中的相移造成的探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化是探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度的减小时。
13.第一探测信号路径可以在多次经过中经过传输介质，并且第一耦合信号可以在多次经过中在多个重叠区段中与第一探测信号路径重叠，并且组合探测信号的第一路径与探测信号的第二路径的步骤可以在探测信号的第一路径经过多个重叠区段中的所有重叠区段之后。
14.该方法还可以包括以下步骤：监测探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度，以便解调来自探测信号的经组合的第一路径和第二路径的信息。
15.可以基于频率调制来调制信息，并且对来自经组合的第一路径和第二路径的信息进行解调可以利用入射电磁场的发送功率值。
16.电磁场可以是射频rf场。
17.耦合信号与第二探测信号路径的重叠的相互作用体积可以不同于第一重叠区段的相互作用体积。耦合信号可以在第二重叠区段中与第二探测信号路径重叠，使得入射电磁场造成第二重叠区段处的传输介质中的折射率的变化，并且第二重叠区段的相互作用体积可以不同于第一重叠区段的相互作用体积。
18.耦合信号可以不与第二探测信号路径重叠。
19.电磁场检测器可以包括多个传输介质，第一探测信号路径可以穿过多个传输介质中的各个传输介质，耦合信号可以在多个传输介质中的各个传输介质中与第一探测信号路径重叠，以便在多个传输介质中的各个传输介质中引起eit效应，使得多个传输介质中的各个传输介质处的入射电磁场造成传输介质的折射率的变化，使得在第一探测信号路径与第二探测信号路径之间存在光路长度差的变化，并且可以在第一探测信号路径经过多个传输介质中的各个传输介质之后，组合第一探测信号路径与第二探测信号路径，使得多个传输介质中的各个传输介质处的入射电磁场在光学接收器处可检测为探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化，该强度变化是由第一探测信号路径与第二探测信号路径之间的光路长度差的变化造成的，该方法还可以包括以下步骤：使第一相移施加至多个传输介质中的各个传输介质的第二探测信号路径，以便造成探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异；获得指示要向多个传输介质中的各个传输介质的第二探测信号路径施加的第二相移的数据，以便增加探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化，其中，第二相移可根据由第一相移造成的探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异来确定；以及使第二相移施加至多个传输介质中的各个传输介质的第二探测信号路径。
20.根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制电磁场检测器的装置，其中，电磁场检测器被配置成：沿第一探测信号路径和第二探测信号路径以探测频率向光学接收器发送探测信号，其中，第一探测信号路径经过传输介质，并且探测频率被设定成将传输介质的电子从基态激发到第一激发态；沿第一耦合信号路径以耦合频率发送耦合信号，其中，第一耦
合信号路径在传输介质中的第一重叠区段中与第一探测信号路径重叠，其中，耦合频率被设定成将传输介质的电子激发到预定激发态，以便在传输介质中引起电磁感应透明eit效应，使得传输介质处的入射电磁场造成传输介质中的第一重叠区段处的折射率的变化，使得第一探测信号路径与第二探测信号路径之间存在光路长度差的变化；以及在探测信号的第一路径经过传输介质中的第一重叠区段之后，组合探测信号的第一路径与探测信号的第二路径，使得第一重叠区段处的入射电磁场在光学接收器处可检测为探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化，该强度变化是由第一探测信号路径与第二探测信号路径之间的光路长度差的变化造成的，其中，该装置包括相移控制器，相移控制器适于：使第一相移施加至第二探测信号路径，以便造成探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异；获得指示要向第二探测信号路径施加的第二相移的数据，以便增加探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化，其中，第二相移可根据由第一相移造成的探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异来确定；以及使第二相移施加至第二探测信号路径。
21.该相移控制器可以适于：响应于第一相移的施加，监测探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异。
22.电磁场检测器还可以包括处理器，处理器被配置成解调来自探测信号的经组合的第一路径和第二路径的信息。
23.传输介质可以包括金属蒸汽，金属蒸汽可以是碱金属，碱金属可以是以下项之一：铷、铯或锶。
24.根据本发明的第三方面，提供了一种包括指令的计算机程序，该指令使本发明的第二方面的电磁场检测器执行本发明的第一方面的方法的步骤。可以将计算机程序存储在计算机可读介质上或者承载于数据载体信号上。
附图说明
25.为了使得可以更好地理解本发明，现在参照附图，仅通过示例的方式，对本发明的实施方式进行描述，其中：
26.图1是传统的基于里德伯原子的射频(radio frequency，rf)检测器的示意图；
27.图2是本发明的第一实施方式的基于里德伯原子的rf检测器的示意图；
28.图3是本发明的第一实施方式的方法的流程图；
29.图4a至图4c是例示图3的实施方式的步骤的曲线图；
30.图5是例示图2的rf检测器的调制深度对比rf失相的曲线图；
31.图6是本发明的第二实施方式的基于里德伯原子的rf检测器的示意图；
32.图7是本发明的第三实施方式的基于里德伯原子的rf检测器的示意图；
33.图8是本发明的第四实施方式的基于里德伯原子的rf检测器的示意图；
34.图9是本发明的第五实施方式的基于里德伯原子的rf检测器的示意图；
35.图10是本发明的第六实施方式的基于里德伯原子的rf检测器的示意图；
36.图11是本发明的第七实施方式的基于里德伯原子的rf检测器的示意图；
37.图12是本发明的第八实施方式的基于里德伯原子的rf检测器的示意图；
38.图13是本发明的第九实施方式的基于里德伯原子的rf检测器阵列的示意图；以及
39.图14是本发明的另一实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
40.下面参照图2，对本发明的系统1的第一实施方式进行描述。系统1包括无线发送器10和射频(rf)检测器20。在该实施方式中，无线发送器被配置成以3.46ghz的频率和15微瓦特的发送功率发送无线信号，并且无线发送器10和rf检测器20相隔1公里。
41.rf检测器20是基于里德伯原子的rf检测器，并且包括：第一分束器(beam splitter)21a和第二分束器21b、探测激光器(probe laser)23、第一反射镜24a、第二反射镜24b和第三反射镜24c、耦合激光器(coupling laser)25、第一频率相关镜26a和第二频率相关镜26b、包含低密度碱金属蒸汽(在该实施方式中为铷-85)的蒸汽单元27、第一滤波器(filter)28a和第二滤波器28b、以及光电检测器29。在图中，实线仅表示探测激光23(即，其中探测激光不与任何其它激光(诸如耦合激光25)重叠)，而虚线仅表示耦合激光25(即，其中耦合激光不与任何其它激光(诸如探测激光23)重叠)。
42.rf检测器20被设置为干涉仪(更具体地，迈克尔逊型(michelson-type)干涉仪)，其中，探测激光23被分成两个路径，其中一个路径经过蒸汽单元27，在蒸汽单元中，探测激光的该路径与耦合激光25的第一路径和第二路径重叠。现在，将更详细地描述这种情况。
43.探测激光23经过第一分束器21a，使得探测激光23被分成沿第一路径定向的第一部分以及沿第二路径定向的第二部分(在该实施方式中，以50:50划分)。探测激光23的第一路径经过第一滤波器28a，经过蒸汽单元27的第一部分，经过第一频率相关镜26a(该第一频率相关镜不反射探测激光23)，从第一反射镜24a反射、经过第二滤波器28b，经过蒸汽单元27的第二部分，经过第二频率相关镜26b(该第二频率相关镜不反射探测激光23)，并终止于光电检测器29。探测激光23的第一路径可以在第一部分和第二部分内与蒸汽单元27的铷-85原子相互作用，诸如通过将电子从基态激发到第一激发态。探测激光23的第二路径经过相移控制器30，从第二反射镜24b和第三反射镜24c反射并且终止于光电检测器29。为了完整性，注意到探测激光23的第二路径没有经过蒸汽单元27，并因此不与蒸汽单元27中的铷-85原子相互作用。
44.在光电检测器29处，探测激光23的第一路径和探测激光23的第二路径组合并干涉。假定第一路径与第二路径之间存在稳定光路长度差(在光电检测器的测量的持续时间内在探测激光23的波长的一小部分内)，则将发生相干干涉，并且在光电检测器29处的探测激光23的强度将继续保持稳定(即，具有恒定值)。在该实施方式中，第一路径与第二路径之间的光路长度差对应于nπ相位差(其中，n为偶数)，使得发生相长干涉，并且探测激光23在光电检测器29处的经组合的第一路径和第二路径的强度被最大化。如下说明的，可以操作rf检测器20，以使探测激光23的强度根据蒸汽单元27处的入射rf信号而改变。
45.耦合激光25经过第二分束器21b，使得耦合激光25被分成沿第一路径定向的第一部分以及沿第二路径定向的第二部分(在该实施方式中，以50:50划分)。耦合激光25的第一路径被第一频率相关镜26a反射，使得第一路径经过蒸汽单元27的第一部分并且终止于第一滤波器28a。耦合激光25的第二路径被第二频率相关镜26b反射，使得第二路径经过蒸汽单元27的第二部分并且终止于第二滤波器28b。耦合激光25还可以在第一部分和第二部分内与蒸汽单元27的铷-85原子相互作用，诸如通过将电子从第一激发态激发到预定里德伯
态。
46.因此，探测激光23和耦合激光25在蒸汽单元27的第一部分和第二部分中重叠，使得在这些第一部分和第二部分内的铷-85原子与探测激光23和耦合激光25都相互作用。在图中，探测激光23和耦合激光25的重叠部分由点划线表示。因此，在蒸汽单元27的第一部分和第二部分中的这些原子可能经历电磁感应透明(eit)效应。在该实施方式中，蒸汽单元27的第一部分为0.05m长，且蒸汽单元27的第二部分为0.05m长，因此在蒸汽单元27的这些第一部分和第二部分中，在0.1m的组合距离内可以经历eit效应。
47.可以操作rf检测器20以便检测由无线发送器10发送的入射到蒸汽单元27上的rf信号。这种检测通过如下实现：配置探测激光23以发送探测信号(该探测信号由第一分束器21a进行分束，以使探测信号的第一路径经过铷-85蒸汽单元27的第一部分和第二部分)；以及进一步配置耦合激光25以发送耦合信号(该耦合信号由第二分束器21b进行分束，以使耦合信号的第一路径经过铷-85蒸汽单元27的第一部分，并且耦合信号的第二路径经过铷-85蒸汽单元27的第二部分)。探测信号的频率被设定成与铷-85原子的电子从基态到第一激发态的跃迁相关，而耦合信号的频率被设定成与铷-85原子的电子从第一激发态到预定里德伯态的跃迁相关。在rf检测器20被配置成检测来自无线发送器10的3.46ghz无线信号的该实施方式中，探测信号被设定成780nm，并且耦合信号被设定成480nm，以使电子被激发到具有第84主量子数的预定里德伯态。在这种配置中，由无线发送器10以3.46ghz发送的经过蒸汽单元27的无线信号将电子从该预定里德伯态激发到相邻里德伯态。如下详细说明的，将电子从该预定里德伯态激发到相邻里德伯态的rf信号将造成蒸汽单元27的第一部分和第二部分的折射率的变化。由于探测激光23的第一路径经过蒸汽单元27的这些第一部分和第二部分，而探测激光23的第二路径不经过蒸汽单元27，来自无线发送器10的3.46ghz的入射rf信号造成探测激光23的第一路径的光路长度的变化，但不造成探测激光23的第二路径的光路长度的变化。因此，相对于在没有rf信号入射到蒸汽单元27上时第一路径与第二路径之间的光路长度差，在rf信号入射到蒸汽单元27上时第一路径与第二路径之间的光路长度差(以及因此在光电检测器29处测得的相位)存在变化。因此，当来自无线发送器10的rf信号入射到蒸汽单元27上时，探测激光23的第一路径和第二路径在光电检测器29处的组合将不同于当没有rf信号入射到蒸汽单元27上时探测激光23的第一路径和第二路径在光电检测器29处的组合。通过监测探测激光23的第一路径和第二路径在光电检测器29处的组合的强度，随着rf信号经过蒸汽单元27，rf信号可以被检测为强度值相对于稳定参考值的变化，并且造成蒸汽单元27的第一部分和第二部分的折射率的变化，从而造成探测激光23的第一路径和第二路径的光路长度差的变化。
48.相移控制器30被配置成向探测激光23的第二路径施加特定相移(在可能的相移范围内)。在该实施方式中，这通过探测激光23的第二路径经过具有可通过施加可控偏置电压而改变的折射率的材料来实现。该材料可以是非线性晶体，诸如液晶、铌酸锂(linbo3)、氧化镁掺杂铌酸锂(mgo:linbo3)、rtp(磷酸氧钛铷)或ktp(磷酸氧钛钾)。向探测激光23的第二路径施加的相移是该偏置电压的函数，使得随着偏置电压增加，探测激光23的第二路径沿第一方向相移(相对于当不施加相移时探测激光23的第二路径的相位)，并且随着偏置电压减小，探测激光23的第二路径沿第二方向相移(相对于没有施加相移时探测激光23的第二路径的相位)。在该实施方式中，向探测激光23的第二路径施加的偏置电压具有中心偏置
电压并且被调制成使得偏置电压在上偏置电压和下偏置电压之间循环(以调制频率)。
49.中心偏置电压、调制频率、上偏置电压以及下偏置电压都是可配置的。中心偏置电压、调制频率、上偏置电压以及下偏置电压都可以配置有零值，使得没有偏置电压被施加至探测激光23的第二路径，从而没有相移被施加至探测激光23的第二路径。中心偏置电压、调制频率、上偏置电压以及下偏置电压可以另选地配置有非零值，使得探测激光23的第二路径在沿第一方向的第一相移(当偏置电压具有处于中心偏置电压与上偏置电压之间的值时)与沿第二方向的第二相移(当偏置电压处于中心偏置电压与下偏置电压之间时)之间循环。
50.在该实施方式中，偏置电压具有正弦形式，并且调制频率处于10khz到100khz的范围内。上偏置电压和下偏置电压被配置成使得向探测激光23的第二路径施加的相移小于2π。
51.相移控制器30连接至光电检测器29，以使相移控制器能够分析探测激光23在光电检测器29处的经组合的第一路径和第二路径的强度，并且确定向探测激光23的第二路径施加的偏置电压(这将在下面更详细地描述)。现在将参照图2的系统以及图3的流程图来描述本发明的方法的实施方式。在第一步骤s101中，操作rf检测器20，以使探测激光23和耦合激光25在蒸汽单元27中产生eit效应。探测激光23被配置成使得探测频率与其电子跃迁产生谐振，并且耦合激光25被配置成使得耦合频率与其电子跃迁产生谐振。稳定器(未示出)可以用于将探测激光23和耦合激光25稳定在它们相应的探测频率和耦合频率。相移控制器30被配置成使得偏置电压为零(即，中心偏置电压、调制频率、偏置上限以及偏置下限都为零)，因此没有相移被施加至探测激光23的第二路径。
52.如上面所讨论的，探测激光23的第一路径经过蒸汽单元并且经受eit效应，而探测激光23的第二路径不经过蒸汽单元并且不经受eit效应。在这种状态下，可以将入射到蒸汽单元的rf信号检测为在光电检测器29处监测的探测激光23的经组合的第一路径和第二路径的强度变化。当没有rf信号入射到蒸汽单元时探测激光23的经组合的第一路径和第二路径的强度与当有rf信号入射到蒸汽单元时探测激光23的经组合的第一路径和第二路径的强度之间的差被称为“调制深度”。因此，rf信号的检测可以是调制深度与阈值的比较。该阈值可以被校准为大于系统中的典型噪声水平。以下步骤使得rf检测器20能够最大化(或至少增加)探测激光23的经组合的第一路径和第二路径的调制深度，以便增加rf检测器检测rf信号的灵敏度。
53.在步骤s103中，相移调制器30被配置成通过施加偏置电压来向探测激光23的第二路径施加相移，其中，中心偏置电压为零，并且偏置上限、偏置下限以及调制频率都是非零的(第一调制频率与rf信号的频率相比相对低-例如，rf信号的频率可以比第一调制频率大10倍至100倍)。如上所提到的，随着偏置电压在偏置上限与偏置下限之间循环，向探测激光23的第二路径施加的相移在沿第一方向的第一相移与沿第二方向的第二相移之间循环。相移的幅值与正被施加的偏置电压成比例。探测激光23的第二路径的相位的这些差异导致探测激光23的第一路径和第二路径在它们组合时发生不同干涉(与在没有相移被施加至探测激光23的第二路径的情况下将发生的干涉相比)，并且因此，探测激光23在光电检测器29处的经组合的第一路径和第二路径的强度水平不同(与在没有相移被施加至探测激光23的第二路径的情况下的强度相比)。
54.在步骤s105中，在光电检测器29处监测探测激光23的经组合的第一路径和第二路径的强度，以检测探测激光的调制深度的差异。在与偏置电压的调制频率相同的频率处发生的调制深度的差异是由正被施加至探测激光23的第二路径的相移造成的。因此，可以与由于存在rf信号造成的调制深度的任何变化(其在更高频率下发生)相隔离地分析这些差异。在步骤s107中，确定当相移处于第一方向时(即，当偏置电压处于中心偏置电压与偏置上限之间的范围内时)在第一时段期间发生的调制深度的差异(在调制频率下发生的)是否导致更大的调制深度，或者当相移处于第二方向时(即，当偏置电压处于中心偏置电压与偏置下限之间的范围内时)在第二时段期间发生的调制深度的差异是否导致更大的调制深度。
55.在步骤s109中，沿与改进的调制深度相对应的方向来调整中心偏置电压(即，如果调制深度在第一时段期间增加，则沿偏置上限的方向增加中心偏置电压；而如果调制深度在第二时段期间增加，则沿偏置下限的方向减小中心偏置电压)。逐步迭代地应用调整，直到满足终止条件。在该实施方式中，该终止条件是当最新近调整导致调制深度减小时。另选地，终止条件可以是当最新近调整导致调制深度的变化小于阈值时。
56.在各个步骤中对中心偏置电压的调整可以具有相同的幅值或者可以在幅值上减小(即，随着步骤计数增加，中心偏置电压调整的幅值减小)。通过减小每次调整的幅值，该方法可以更准确地找到与最优调制深度相对应的最优偏置电压。一旦满足了终止条件，该过程就循环回至步骤s105，以监测探测激光23的经组合的第一路径和第二路径的强度的进一步差异，并且重新调整探测激光23的第二路径的相移(由于rf信号的功率和/或频率的变化，例如由于多普勒频移，这可能是必要的)。
57.在该实施方式中，rf检测器20在探测激光23的第一路径与第二路径之间具有nπ相位差(其中，n为偶数)，使得在光电检测器处存在经组合的第一路径和第二路径的相长干涉，然后，反馈回路导致相移控制器30将π相移施加至探测激光23的第二路径，以便实现探测激光23的经组合的第一路径和第二路径的相消干涉，并因此实现调制深度的最大差异。通过向探测激光23的路径施加不受蒸汽单元27的折射率变化影响的可控相移，并且调整相移直到调制深度被适当地增加或最大化，来引入该反馈回路。
58.图4a至图4c例示了步骤s109的三次迭代。在图4a中，由相移控制器30施加0.75v的中心偏置电压，这导致调制深度在与偏置电压同相的1.26％的范围内改变。在图4b中，中心偏置电压已经增加至1.25v，并且调制深度现在在0.69％的范围内改变(即，差异的幅值已经减小)，再次与偏置电压同相。在图4c中，中心偏置电压已经增加至1.55v。调制深度现在与偏置电压异相，并且在0.02％的范围内改变。在该示例中，中心偏置电压(与最大化调制深度相对应)的最优值为1.54v。随着中心偏置电压增加直到最优值，调制深度差异的幅值减小但继续保持与偏置电压同相。随着中心偏置电压超过最优值，调制深度差异切换为与偏置电压异相，并且随着偏置电压的增加而减小。
59.该第一实施方式表示基于里德伯原子的rf检测器的一个实施方式，其利用蒸汽单元27的折射率的变化，以便检测入射rf信号。这通过使用干涉测量设计来实现，其中，当在蒸汽单元27处接收到rf信号时，探测激光23的一个路径受蒸汽单元27的折射率变化的影响，而探测激光23的另一路径不受蒸汽单元27的折射率变化的影响。这是与利用蒸汽单元27的吸收率变化的基于里德伯原子的rf检测器的现有技术设计的主要变更。
60.而且，以上第一实施方式将反馈回路引入rf检测器20，以使调制深度可以被最大化或者至少增加，从而增加rf检测器20的灵敏度(并因此增加带宽)。这解决了优化调制深度的问题，而不必将rf检测器20的探测频率和/或耦合频率与它们相应的谐振频率分别去谐。
61.在下面的理论分析中将示出，基于蒸汽单元27的折射率变化的基于里德伯原子的rf检测器对入射rf信号的不寻常响应在于：当rf信号与将电子从预定里德伯态提升到相邻里德伯态所需的频率谐振时，调制深度(即，当rf信号入射到蒸汽单元27上以及当没有rf信号入射到蒸汽单元27上时，由光电检测器29测得的探测激光23的强度差)为零。然而，如果rf信号是非谐振的(即，rf信号的频率不等于将电子从预定里德伯态提升到相邻里德伯态所需的频率)，那么其比现有技术的基于吸收率的变化的基于里德伯原子的rf检测器表现更好。
62.下面的描述呈现了rf检测器20的理论分析。如上所提到的，蒸汽单元27的第一部分和第二部分中的处于重叠的探测激光23和耦合激光25中的铷-85原子可以经历eit效应。特别地，该eit效应可以根据阶梯eit配置来经历，其中，探测激光23将电子从基态激发到第一激发态(例如使用780nm探测信号)，而耦合激光25将电子从第一激发态激发到预定里德伯态(例如使用480nm耦合信号)。当在阶梯eit配置中经历eit效应时，这些铷-85原子的电极化率(electric susceptibility)x由下式给出：
[0063][0064]
其中：
[0065]
·
n是参与相互作用的原子数，
[0066]
·
是第一跃迁(在基态与第一激发态之间)的跃迁偶极矩，
[0067]
·
ε0是自由空间的电容率(electric permittivity)，
[0068]
·
是简化的普朗克常数，
[0069]
·
δ
p
、δc以及δr分别是探测信号、耦合信号以及rf信号与其对应的谐振原子跃迁频率的角频率差(即，将电子从基态提升到第一激发态所需的频率、将电子从第一激发态提升到预定里德伯态所需的频率、以及将电子从预定里德伯态提升到相邻里德伯态所需的频率)，
[0070]
·
γ2、γ3以及γ4分别是离开第一激发态、预定里德伯态以及相邻里德伯态的跃迁率，以及
[0071]
·
ωr和ωc分别是rf信号和耦合信号的rabi频率，其是e场振幅和相关跃迁偶极矩除以减小的普朗克常数的乘积。
[0072]
蒸汽单元27中的经历eit效应的铷-85原子的折射率是由该复电极化率的实部来描述的。有用的是，将一些中间表达式定义为：
[0073][0074][0075]
[0076][0077][0078]
使得复电极化率由下式给出：
[0079]
x＝k{2(cs-bt) i(bs 4ct)}/(s2 4t2)＝d ia
[0080]
因此，电极化率的实部为：
[0081]
d＝2k(cs-bt)/(s2 4t2)
[0082]
调制深度m可以被定义为当rf信号入射到蒸汽单元27上时以及当没有rf信号入射到蒸汽单元27上时，由光电检测器29测得的探测激光23的强度差：
[0083]
m＝d-d0[0084]
m希望最大化调制深度m，以使蒸汽单元27处的入射rf信号的强度变化被最大化并且更容易检测。如果探测激光23被稳定至将电子从基态提升到第一激发态所需的频率(即，δ
p
＝0)，并且耦合激光25被稳定至将电子从第一激发态提升到预定状态所需的频率(即，δc＝0)，则可以示出：
[0085][0086]
而且，可以示出，当时，调制深度m可以相对于耦合激光25的功率被最大化(由ω
c2
表示)。
[0087]
因此，对于任何特定rf功率，存在耦合激光25的功率的最优值。然而，由于rf功率是未知的，因此可能是可变的并且很可能是非常弱的(在基于里德伯原子的rf检测器的许多使用情况下)，可以基于可忽略rf功率来设定耦合激光25的功率，使得ω
r2
＝0，并且
[0088]
在这种情况下，其中δ
p
＝δc＝0和在电极化率的实部中的调制深度m为：
[0089][0090]
这表明rf检测器的基于折射率的调制深度与δ
r-1
(rf信号的频率与电子从里德伯态到相邻里德伯态的对应谐振原子跃迁频率之差)成比例。与此相反，基于吸收率的rf检测器的调制深度与δ
r-2
成比例。因此，基于折射率的rf检测器更适于检测具有更大rf失相的rf信号。
[0091]
图5示出了对于图2所示的系统，调制深度如何根据rf失相而改变。该曲线图示出了当rf失相为零时调制深度为零(换句话说，rf信号的频率精确地为3.46ghz，使得其精确地匹配将电子从里德伯态激发到相邻里德伯态所需的能量)，表明rf检测器20不适于检测处于谐振频率的rf信号。然而，在rf失相是非零的情况下，调制深度是非零的，表明rf检测器20适于检测不处于谐振频率的rf信号。这与传统的基于里德伯原子的rf接收器形成对比，即，传统的基于里德伯原子的rf接收器利用当入射rf信号处于谐振频率时具有最大调制深度的探测信号吸收变化。
[0092]
图5进一步例示了存在两个调制深度最大值，其中，rf失相处于
±
100khz，并且调制深度随着rf失相增大到 100khz以上或减小到-100khz以下而衰减。如上面所讨论的，相
对于传统的基于里德伯原子的rf检测器(利用探测信号的吸收)在较大rf失相的情况下的调制深度衰减速率，调制深度在较大rf失相的情况下以较低的速率衰减。
[0093]
图5还例示了在这种情况下调制深度处于10-5
的数量级。已知的是，干涉仪布置(诸如图2所示的迈克尔逊型布置)可以测量10-9
的数量级的折射率(例如，参见文章“absolute refractometry of dry gas to
±
3parts in 10
9”，patrick egan等人,appl.opt.50,3076-3086(2011))。这样的干涉仪布置因此可以检测调制深度变化(由于在蒸汽单元27中经历eit效应的铷-85原子的折射率的变化)到大约10-8
的数量级(这是因为材料的折射率的变化导致材料的电极化率的实部的变化的两倍)。因此，上述实施方式的rf检测器20可以在谐振频率的任一侧检测具有许多兆赫兹的rf失相的rf信号。如果系统噪声足够低，则可以检测到具有rf失相的rf信号，该rf失相达到这样的中点，即，1)将电子从第n个主量子数的里德伯态提升到相邻里德伯态所需的频率与2)将电子从第(n 1)个主量子数的里德伯态提升到相邻里德伯态所需的频率之间的中点；或者1)将电子从第n个主量子数的里德伯态提升到相邻里德伯态所需的频率与2)将电子从第(n-1)个主量子数的里德伯态提升到相邻里德伯态所需的频率之间的中点。例如，考虑这样的系统，其中将探测信号和耦合信号设定成将电子提升到具有第84个主量子数的里德伯态，使得3.46ghz的rf信号将电子提升到具有第85个主量子数的相邻里德伯态。如果系统噪声足够低，则系统可以在3.3985ghz到3.5245ghz的范围内检测这种rf信号，其中，3.3985ghz是从第85个主量子数到第86个主量子数的电子跃迁的谐振频率(3.337ghz)与从第84个主量子数到第85个主量子数的电子跃迁的谐振频率(3.460ghz)之间的中点，并且其中，3.5245ghz是从第83个主量子数到第84个主量子数的电子跃迁的谐振频率(3.589ghz)与从第84个主量子数到第85个主量子数的电子跃迁的谐振频率(3.460ghz)之间的中点。一旦rf信号的频率低于3.3985ghz或高于3.5245ghz，就可以将耦合信号设定成下一个相应里德伯态(即，如果rf信号的频率高于3.5245ghz，则为第83个主量子数的里德伯态，而如果rf信号的频率低于3.3985ghz，则为第85个主量子数的里德伯态)，以便在接收到该rf信号时增加调制深度(相对于在系统未被重新校准的情况下的调制深度)。
[0094]
下面的进一步理论分析例示了可以调整探测激光23的第二路径的相移，以便修改探测激光23的经组合的第一路径和第二路径的强度的调制深度。
[0095]
蒸汽单元的电极化率x与它的折射率n直接相关，如：
[0096]
n2＝1 x
[0097]
电极化率具有实分量和虚分量。折射率也具有实分量和虚分量。电极化率的实分量与蒸汽单元的色散成比例，而虚分量是蒸汽单元的吸收率。吸收率直接决定了有多少入射光透过蒸汽单元。
[0098]
折射率n可以根据其实分量和虚分量来定义，因此：
[0099]
n＝re(n) ilm(n)
[0100]
随着探测激光23(具有振幅a以及与a2成比例的强度)沿着第一路径传播，该探测激光的部分穿过蒸汽单元，探测激光23的第一路径的e场可以被定义为距离的函数，如下：
[0101]
e1＝a exp(i nkx)＝a exp(-lm(n)kx)exp(i re(n)kx)
[0102]
其中，探测波数k等于2π/λ，并且x是蒸汽单元中探测激光和耦合激光的重叠部分的总长度。
[0103]
随着探测激光23(具有振幅a以及与a2成比例的强度)沿第二路径传播，探测激光23的第二路径的e场可以被定义为距离的函数，如下：
[0104]
e2＝a exp(ikx)exp(iφ)
[0105]
其中，φ是向探测激光23的第二路径施加的相移。
[0106]
注意，即使探测激光23的第二路径没有穿过蒸汽单元，第二路径的e场也是探测激光和耦合激光在蒸汽单元中的重叠部分的总长度x的函数。探测激光23的第一路径和第二路径可以具有不同的长度，但是路径仅在各个路径的部分具有等于x的长度期间经历不同的色散和衰减。在这些部分之外，路径经历相同的条件，并因此彼此累积相同的相移和衰减，直到它们被组合。
[0107]
当探测激光23的第一路径和第二路径组合时，e场被表示为：
[0108]
e1 e2＝a{exp(-lm(n)kx)exp(i(re(n)kx)) exp(i(kx φ))}
[0109]
因此，在光电检测器处检测到的探测激光23的经组合的第一路径和第二路径的功率(以及因此强度)被定义为：
[0110]
|e1 e2|2＝a2{exp(-2lm(n)kx) 1 2exp(-lm(n)kx)cos((re(n-1)kx-φ))}
[0111]
由于在蒸汽单元处存在rf信号，调制深度m
int
于是可以被定义为：
[0112]mint
＝(|e1 e2|
02-|e1 e2|2)/2a2[0113]
＝[m
att
2exp(-im(n0)kx)cos((re(n
0-1)kx-φ)-2exp(-im(n)kx)cos((re(n-1)kx-φ)]/2
[0114]
因此，可以选择φ，以通过将m
int
相对于φ求微分而使m
int
最大化为：
[0115]
exp(-lm(n0)kx)sin((re(n
0-1)kx-φ))＝exp(-lm(n)kx)sin((re(n-1)kx-φ))
[0116]
并且针对φ重新排列：
[0117]
φ＝arctan[{exp(-im(n
0-n)kx)sin(re(n
0-1)kx)sin(re(n-1)kx)}/{exp(-lm(n
0-n)kx)
[0118]
cos(re(n
0-1)kx)-cos(re(n-1)kx)}]
[0119]
因此，总的来说，可以选择φ以便使调制深度最大化。
[0120]
上述系统实现了干涉仪来检测被分成两个路径的激光的两个路径之间的强度变化，由此，激光的一个路径充当基于里德伯原子的rf检测器中的探测信号，而激光的另一路径不充当基于里德伯原子的rf检测器中的探测信号，这归因于由于在基于里德伯原子的rf检测器处存在rf信号造成的两个路径之间的相位(以及因此光路长度)的变化。这种强度变化可以被记录为rf信号的检测。在上述实施方式中使用的特定布置是迈克尔逊型干涉仪的示例。然而，技术人员将理解，可以改为使用任何形式的干涉仪，其中，干涉仪被设计成检测探测激光的两个路径之间的光路长度的变化。这些干涉仪设计包括：fabry-perot配置、mach-zehnder配置、sagnac配置、以及fizeau配置。这些干涉仪设计都基于组合同一频率的两个激光信号的原理来工作，以使组合信号的干涉模式由两个信号之间的相位差来确定。因此可以利用该特性，以使rf信号造成相位差(如上所述)，使得组合信号的干涉模式(以及因此强度)的变化可以被记录为rf信号的检测。
[0121]
图6至13例示了基于另选干涉仪设计的本发明的rf检测器的另一些实施方式。在图6至图13中的各个图中，实线仅表示探测激光23(即，不与任何其它激光(诸如耦合激光25)重叠)，虚线仅表示耦合激光25(即，不与任何其它激光(诸如探测激光23)重叠)，点划线
表示探测激光23和耦合激光25的重叠。图6和图7例示了mach-zehnder干涉仪，其中，经分束的探测激光的一个路径穿过具有铷-85原子的蒸汽单元。图8将稳定化(stabilisation)激光(其中，短虚线仅表示稳定化激光(即，不与探测激光和/或耦合激光重叠)，单点虚线表示探测激光23和稳定化激光的重叠，以及双点虚线表示探测激光23、稳定化激光和耦合激光25的重叠)和压电换能器引入mach-zehnder干涉仪。稳定化激光和压电换能器的目的是保持探测激光稳定并抵抗振动、不断改变的温度和/或不断改变的压力的影响(通过基于由测量稳定化激光的强度的光电二极管产生的反馈回路来改变探测激光的一个路径的反射镜之一的位置)。图9所示的布置类似于图8的布置，但是使用平衡化光电二极管来代替压电换能器，作为稳定化技术的一部分。图10和图11所示的布置类似于图8和图9的布置，但是使用铷-85填充的中空芯光纤来传输探测信号和耦合信号。图10包括作为稳定化技术的一部分的光纤拉伸器(stretcher)，其中，光纤拉伸器改变光纤的长度以补偿因压力、温度和/或振动造成的长度变化，而图11使用两个光电二极管来抵消噪声(其中，探测激光的噪声与稳定化激光的噪声略有不同)。
[0122]
图6至图11的所述布置中的各个布置皆包括相移控制器，该相移控制器可以以与上面参照图4描述的相同的方式来操作，以便优化光电检测器处的调制深度。
[0123]
图12是本发明的另一实施方式，其中，干涉仪设计基于作为单个集成光波导的mach zehnder干涉仪。集成光波导可以由诸如磷化铟的材料构成。将承载探测激光和耦合激光的光纤附接至集成光波导的任一端，以允许反向传播的探测激光和耦合激光经过干涉仪的两个臂。干涉仪的一个臂包括如上所述操作的相移控制器，而干涉仪的第二臂包括铷-85蒸汽填充的腔。
[0124]
图13是包括rf检测器阵列的本发明的另一实施方式，其中，阵列中的各个部件皆包括rf检测器。rf检测器阵列可以如英国专利申请公开号2588754(通过引用并入本文)中所描述的那样操作。总之，rf检测器阵列包括：第一光纤、第二光纤、探测激光器、以及耦合激光器。第一光纤包括第一多个rf检测器(在该实施方式中，各个rf检测器皆具有与图12所示的实施方式的rf检测器相同的布置，使得阵列中的各个rf检测器皆包括探测激光的经过里德伯原子介质的第一路径以及探测激光的不经过里德伯原子介质的第二路径)，并且第二光纤包括第二多个rf检测器(再次地，各个rf检测器皆具有与图12所示的实施方式的rf检测器相同的布置，使得阵列中的各个rf检测器皆包括探测激光的经过里德伯原子介质的第一路径以及探测激光的不经过里德伯原子介质的第二路径)。探测激光器被配置成发送探测信号，该探测信号在被耦合至第一光纤和第二光纤的第一分光器(optical splitter)处进行分光，以使探测信号经过第一光纤和第二光纤两者。在第一光纤上传播的探测信号由第二分光器引导朝向第一光电检测器。在第二光纤上传播的探测信号由第三分光器引导朝向第二光电检测器。
[0125]
耦合激光器被配置成发送耦合信号，该耦合信号在被耦合至第一光纤和第二光纤两者的第四分光器100处进行分光，以使耦合信号经过第一光纤和第二光纤两者(沿与探测信号相反的方向)。耦合信号由第五分光器和第六分光器朝向相应的非反射终端进行分光。
[0126]
探测信号包括多个截然不同的振幅步长(其中，截然不同的振幅步长的计数等于阵列中的rf检测器的数量)。由于从探测激光器到各个光电检测器的探测信号的行进时间被已知有非常高的准确度，因此可以比较所接收到的信号和所发送的信号，以确定与阵列
中的各个rf检测器相对应的探测信号的各个步长的调制深度。
[0127]
阵列中的各个rf检测器皆包括相移控制器，相移控制器被配置成向该rf检测器的探测激光的第二路径施加相移(基于与上面参照图3的第一实施方式中描述的相同的原理)。第一多个rf检测器中的各个rf检测器皆可以以通信方式耦合至第一光电检测器，以便执行对该rf检测器的探测信号的经组合的第一路径和第二路径的分析，并且调整探测激光的第二路径的相移，以优化调制深度。类似地，第二多个rf检测器中的各个rf检测器皆可以以通信方式耦合至第二光电检测器，以便执行对该rf检测器的探测信号的经组合的第一路径和第二路径的分析，并且调整探测激光的第二路径的相移，以优化调制深度。
[0128]
另选地，rf检测器阵列可以包括以通信方式联接至各个rf检测器的中心相移控制器，以便将偏置电压(具有单独的中心偏置电压、调制频率、偏置上限以及偏置下限)传送至各个相移控制器。中心相移控制器和阵列中的各个rf检测器的相移控制器可以使用时分复用或频分复用来进行通信，以使得阵列中的各个rf检测器的相移控制器能够施加其单独偏置电压。
[0129]
在图2的实施方式中，探测激光23和耦合激光25在蒸汽单元27中重叠两次。通过增加探测激光23和耦合激光25的重叠区段的有效长度，更多的铷-85原子可以经历eit效应，这增加了在rf信号经过这些重叠区段时的强度变化(因为在折射率、相位以及光路长度上存在更大对应变化)。然而，这不是必要的，并且探测激光和耦合激光可以以任何配置来重叠，只要相互作用体积(即，重叠区段的长度乘以重叠面积)足够大以使光电检测器29检测rf信号(这可以根据光电检测器的灵敏度以及rf信号的期望功率来计算)。
[0130]
图2的实施方式描述了一种检测器，其中，探测信号的经组合的第一路径和第二路径的相对于稳定参考值的强度变化指示在蒸汽单元27处存在rf信号。还可以将rf检测器20用作接收器，以便诸如通过使用开关键控通信协议来接收(即，解调)包含在无线信号内的信息(其中，在时隙中在蒸汽单元27处缺少rf信号可以指示值0，而在时隙中在蒸汽单元27处存在rf信号可以指示值1)。技术人员将理解，可以使用其它通信协议和调制方案。例如，rf检测器20可以用于通过基于光电检测器29处的强度变化(这可以在rf信号具有已知接收功率的情况下加以确定)确定rf失相的值，并因此跟踪来自无线发送器10的一序列rf信号的频率变化，来接收经频率调制的数据。
[0131]
图2的实施方式例示了用于检测3.46ghz的无线信号的示例系统。然而，技术人员将理解，可以将上述方法应用于不同频率的许多其它电磁信号，并且3.46ghz信号仅是示例。即，对于特定目标频率，系统可以被配置成使得eit信号由处于该目标频率的入射电磁信号来生成(诸如通过选择具有与该目标频率相对应的里德伯态的适当原子介质(例如，铷、铯或锶))。一旦已知相关主量子数，就可以确定其它物理量(谐振频率、跃迁率、偶极矩)的值。而且，在电子跃迁的阶梯配置之后生成eit信号也是非必要的。即，可以使用任何配置(例如，lambda、vee)。
[0132]
在上述实施方式中，探测激光和耦合激光穿过具有低密度铷-85原子的蒸汽单元。如上所提到的，可以使用其它碱金属。而且，技术人员将理解，探测激光的一个臂可以经受使用其它布置的eit效应，诸如具有填充有碱金属蒸汽的中空芯区段的光纤。
[0133]
技术人员还将理解，探测信号的第二路径不与耦合信号重叠是非必要的。即，只要探测信号的第一路径与探测信号的第二路径之间的光路长度差有变化，就仍可以响应于入
射rf信号在光学接收器处检测到探测信号的强度变化。相应地，基于里德伯原子的rf接收器的干涉设计因此可以在接收到入射rf信号时，利用探测信号的第一路径的光学路径长度相对于探测信号的第二路径的光学路径长度的不同变化。如在上述实施方式中，这可以通过探测信号的第一路径经过蒸汽单元而探测信号的第二路径不经过蒸汽单元来实现，或者在另选实现中，通过第一路径和第二路径都经过蒸汽单元，但是耦合信号的重叠部分和探测信号的第一路径的相互作用体积不同于耦合信号的重叠部分和探测信号的第二路径的相互作用体积来实现。
[0134]
在图13的实施方式中，各个rf检测器的相移控制器可以与中心相移控制器进行通信。还可以将该集中式布置应用于本发明的其它实施方式的相移控制器，使得集中式相移控制器确定施加在相移控制器处的适当偏置电压，并且将该偏置电压传送至相移控制器。
[0135]
在参照图3描述的过程中，将循环偏置电压施加至探测激光的第二路径，使得偏置电压在中心偏置电压的任一侧在偏置上限与偏置下限之间改变。这具有两个好处，即，它使得相移控制器能够检测由于偏置电压造成的调制深度的变化(当它们在调制频率发生时)，并且它还使得控制器能够确定增加调制深度所需的中心偏置电压的变化方向(通过将由于偏置电压正处于中心偏置电压与偏置上限之间造成的调制深度变化与由于偏置电压正处于中心偏置电压与偏置下限之间造成的调制深度变化进行比较)。然而，这是非必要的，并且偏置电压可以为非循环性的(即，使得在偏置上限与偏置下限之间不存在偏置电压的调制)。在该非循环版本中，偏置电压被迭代地调整(使得偏置电压在单次迭代期间是静态的)，并且在每次迭代中，分析由于前一偏置电压调整造成的调制深度，以确定下一偏置电压调整的方向。执行该迭代过程，直到由于前一偏置电压调整造成的调制深度变化小于阈值。然后，当调制深度降低到阈值水平以下时，可以重复该过程。
[0136]
技术人员还将理解，以特定迭代方式来实现图3的过程是非必要的。即，可以改为实现其它迭代过程和/或偏置电压差异模式。在另一示例中，在偏置电压的一个或更多个初始调整之后，相移控制器可以计算向探测激光的第二路径施加的偏置电压，以便达到最优(或至少增加的)调制深度。
[0137]
因此，本发明的方法可以根据图14所例示的实施方式来实现。在第一步骤中，相移控制器使第一相移施加至第二探测信号路径，以便造成探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异；在第二步骤中，相移控制器获得标识要向第二探测信号路径施加的第二相移的数据，以便增加探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化，其中，第二相移可根据由第一相移造成的探测信号的经组合的第一路径和第二路径的强度变化的差异来确定；以及在第三步骤中，相移控制器使第二相移施加至第二探测信号路径。
[0138]
在上述所有布置中，探测激光和耦合激光沿反向传播方向传输。这(至少部分地)补偿了具有铷原子的传输介质中的多普勒频移。然而，这是非必要的，并且当激光沿相同方向传播时可以使用其它技术(诸如对传感器进行冷却)。
[0139]
在上述实施方式中，rf检测器20最初在探测激光23的第一路径与第二路径之间具有nπ相位差(其中，n为偶数)。这通过向探测激光23的第二路径施加π相移，使得光电检测器处的强度的最大差异能够作为完全相长干涉与完全相消干涉之间的差异。然而，这是非必要的，并且探测激光23的第一路径与第二路径之间的相位差可以具有任何值，并且本发明的实施方式的过程将仍然操作以施加最大化针对该相位差的强度差异的特定相移。
[0140]
技术人员应理解，在如要求保护的本发明的范围内，特征的任何组合都是可以的。