Rydberg atomic receivers hold extremely high sensitivity to electric fields, yet their effective 3-dB baseband bandwidth under conventional electromagnetically induced transparency (EIT) is typically constrained to tens to a few hundreds of kilohertz, which hinders wideband wireless applications. To relax this bottleneck, we investigate a six-wave mixing (SWM)-based Rydberg atomic receiver as a wideband radio frequency (RF)-to-optical quantum transducer. Specifically, we develop an explicit baseband input-output model spanning from the probe input to the output light field. Based upon this model, a closed-form 3-dB bandwidth expression is derived to expose its dependence on key optical and RF parameters. We further quantify the linear dynamic range by employing the 1-dB compression point (P1dB) and the input-referred third-order intercept point (IIP3), unveiling a communication-compatible characterization of the bandwidth-linearity trade-off. Finally, our numerical results demonstrate that, given identical optical driving conditions, the SWM configuration increases the 3-dB baseband bandwidth by more than an order of magnitude compared to the EIT-based counterpart, while retaining comparable electric-field sensitivity and revealing a broad, tunable linear operating region.


翻译:里德堡原子接收机对电场具有极高的灵敏度,然而在传统电磁感应透明(EIT)方案下,其有效3-dB基带带宽通常被限制在数十至数百千赫兹,这阻碍了其在宽带无线通信中的应用。为突破这一瓶颈,我们研究了一种基于六波混频(SWM)的里德堡原子接收机,将其作为一种宽带射频(RF)-光量子转导器。具体而言,我们建立了一个从探测光输入到输出光场的显式基带输入-输出模型。基于该模型,推导出闭合形式的3-dB带宽表达式,揭示了其对关键光学参数与射频参数的依赖关系。我们进一步通过引入1-dB压缩点(P1dB)与输入参考三阶截断点(IIP3)量化了线性动态范围,从而揭示了带宽-线性度权衡关系中适用于通信系统的特性。最后,数值结果表明:在相同光驱动条件下,相较于基于EIT的方案,SWM配置可将3-dB基带带宽提升一个数量级以上,同时保持相当的电场灵敏度,并展现出宽范围可调的线性工作区域。

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