美国国家标准技术研究院(NIST)和密歇根大学的研究人员展示了一种基于原子量子特性的技术，该技术将电场强度的测量结果与国际单位制(SI)直接联系起来。*

　　这种新方法可以提高天线，传感器，生物医学和纳米电子系统的灵敏度，精确度以及测试和校准的简便性，并有助于新颖设备的设计。

　　传统的电场探头具有有限的频率范围和灵敏度，经常会干扰正在测量的场，并且需要固有地不精确的实验室校准(因为参考场取决于光源的几何形状)。此外，将这些测量值链接到最高校准级别的SI单位是一个复杂的过程。

　　NIST的新型电场探头涵盖了广泛的范围。它可以测量1到500吉赫兹的场强，包括无线电，微波，毫米波和亚太赫兹波段。它可以测量的场强比传统方法弱100倍(弱至每米0.8毫伏，SI度量单位)。研究人员使用这种新方法来测量各种频率下的场强，其结果与数值模拟和计算都一致。

　　重要的是，新方法可以校准自身以及其他仪器，因为它基于可预测的量子特性：原子在能量级之间切换时的振动。这种自校准功能提高了测量精度，并首次使可在光谱的毫米和亚太赫兹带中进行可追溯的校准成为可能。

　　NIST项目负责人Chris Holloway说：“这种方法令人兴奋的方面是原子中可以激发的跃迁数量很多。” “这将导致宽带测量探头覆盖1至500 GHz的频率范围，并可能高达1太赫兹。”

　　NIST仪器目前为台式尺寸，但研究人员正在使用光子结构对其进行小型化。

　　基本的方法已经在成像应用中得到证明。**简而言之，研究人员使用红色和蓝色激光将圆柱体中包含的原子制备为高能态(“里德堡”)，这种态具有新颖的特性，例如极高的灵敏度和对电磁场的反应性。天线或其他源会产生电场，该电场根据其频率影响原子吸收的光谱。通过测量这种影响，研究人员可以计算出场强。可以使用各种原子(NIST使用rub或铯)来测量频谱不同部分的场强。

　　在可能的应用中，NIST探针可能适用于测量和优化包括雷达和无线通信及控制链路在内的密集包装电子产品的兼容性，并适合与医学应用(例如研究体内植入物)集成到内窥镜探针中。该技术也可能包含在将来的“片上NIST”中，以便携式形式提供多种测量方法和标准。

　　重要的是，该技术还首次实现了毫米波和亚太赫兹频段内100 GHZ以上频率的校准测量。***该功能对于先进通信系统的开发和气候变化研究至关重要，在其他应用程序中。

　　新论文的五位合著者是密歇根大学，后者提供了蓝色激光并协助了实验。该项目部分由国防高级研究计划局资助。