Обычный радиоприёмник сравнивает пришедшую волну с опорной, чтобы вытащить из неё информацию. Атомы рубидия умеют делать это иначе: они сами становятся и антенной, и детектором. Но до сих пор им требовался дополнительный радиосигнал, который задавал бы точку отсчёта.
Новая схема обходится без него. К стеклянной кювете с парами рубидия прикладывают постоянное электрическое поле. Оно слегка смешивает два близких энергетических уровня атома и открывает путь, по которому свет лазера может пройти только при участии радиоволны. Возникает замкнутая петля: радиоволна, свет накачки и свет-зонд начинают работать как единый механизм.
Главный результат — точное правило: если радиоволна имеет фазу Φ, то n-я гармоника в свете зонда несёт множитель e^(inΦ). Это позволяет напрямую измерить фазу и амплитуду сигнала, просто демодулируя нужную гармонику. Для амплитуды нужно обратить несложную функцию отклика, которая при правильном подборе поля всегда однозначна.
Когда поле в кювете неоднородно, картина усложняется: разные атомы чувствуют разный сдвиг уровней, и общий сигнал «размазывается». Авторы показали, как усреднение по пространству снижает точность фазы и меняет наклон кривой для амплитуды. Численные примеры подтверждают теорию и помогают выбрать угол смешивания, при котором потери по фазе и амплитуде уравновешены.
Такой приёмник не требует громоздкого опорного генератора и работает на самом атомном переходе, что обещает высокую точность и миниатюрность. В перспективе — компактные датчики для связи, навигации и радиоастрономии.
Атомы рубидия в такой схеме откликаются на радиоволну за доли наносекунды — быстрее, чем многие электронные схемы.