CN104811196A - 量子干涉单元及装置、原子振荡器、电子设备及移动体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供量子干涉单元及装置、原子振荡器、电子设备及移动体。量子干涉单元、量子干涉装置和原子振荡器能够实现节电化，并且防止或减小由于封装的磁化产生的磁场而引起的特性变动，电子设备和移动体具有该量子干涉装置，且可靠性优异。本发明的原子振荡器(1)具有收纳金属原子的气室(21)、调节气室(21)的温度的加热器(26)、以及收纳气室(21)和加热器(26)的封装(3)，封装(3)包含非磁性的金属层。
Description
技术领域
本发明涉及量子干涉单元、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。
背景技术
公知有基于铷、铯等碱金属的原子能量跃迁而进行振荡的原子振荡器。通常，原子振荡器的工作原理大致分为利用由光与微波实现的双共振现象的方式、和利用由波长不同的两种光实现的量子干涉效应(CPT：Coherent Population Trapping(相干布居数囚禁))的方式。
在任意一个方式的原子振荡器中，均将碱金属封入到气室内，并且为了将该碱金属保持为气态，需要通过加热器将气室加热到规定的温度。此外，通常气室被收纳到气密密封的封装内，基于提高振荡特性的目的，在该封装内设置有向气室内的碱金属施加恒定磁场的线圈。
例如，专利文献1的原子振荡器具有对铁镍钴合金的母材表面实施了镀Ni的封装。此外，专利文献2的原子振荡器具有由非磁性的陶瓷构成的封装。
但是，在专利文献1的原子振荡器中，封装由强磁性材料构成，因此封装由于来自线圈或外部的磁场而发生磁化，由此，作用到气室内的碱金属的磁场发生变动，其结果，存在导致频率稳定性恶化的问题。另一方面，在专利文献2的原子振荡器中，封装是非磁性的，因此虽然不产生上述那样的问题，但陶瓷对辐射热的吸收率较高，所以，从封装内朝向外部的热量散失增多，其结果，存在功耗增大的问题。
【专利文献1】日本特开2012-191523号公报
【专利文献2】日本特开2013-3139号公报
发明内容
本发明的目的在于提供能够实现节电化、并且防止或减小由于封装的磁化产生的磁场而引起的特性变动的量子干涉单元、量子干涉装置以及原子振荡器，并且提供具有该量子干涉装置的可靠性优异的电子设备和移动体。
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，可以作为以下的方式或应用例来实现。
[应用例1]
本发明的量子干涉单元的特征在于，该量子干涉单元具有：
气室，其收纳有金属原子；
温度调节元件，其对所述气室的温度进行调节；以及
封装，其收纳所述气室和所述温度调节元件，并包含非磁性的金属层。
根据这样的量子干涉单元，封装构成为含有非磁性的金属材料，因此能够防止或减小由封装的磁化引起的磁场而产生的特性变动。此外，金属层对热的吸收率较低，因此能够实现节电化。
[应用例2]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述量子干涉单元具有线圈，所述线圈配置于所述封装的外侧，向所述金属原子施加磁场。
由此，能够使来自线圈的磁场作用于气室内的金属原子，从而提高特性。这里，由于封装是非磁性的，因此即使在封装的外侧配置线圈，也能够使得来自线圈的磁场作用于气室内的金属原子。此外，通过在封装的外侧配置线圈，能够减小封装内的容积，其结果，能够实现量子干涉单元的小型化。此外，通过减小封装内的容积，在将封装内真空密封的情况下，能够提高其可靠性。
[应用例3]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述量子干涉单元具有磁屏蔽罩，所述磁屏蔽罩收纳有所述封装和所述线圈。
由此，能够降低从外部对气室的磁场的影响。其结果，能够实现量子干涉单元的特性稳定。
[应用例4]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述封装内的气压被减压至低于大气压。
由此，能够降低封装内外的热干扰。其结果，能够进一步实现量子干涉单元的小型化和节电化。
[应用例5]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，使用焊料对所述封装进行了密封。
由此，能够以比较低的温度对封装进行气密密封。因此，即使封装含有会由于高温而变化为磁性材料的材料，也能够防止其发生变化。
[应用例6]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述焊料的熔点低于300℃。
由此，即使封装含有添加了磷的镍，其是会由于高温而变化为磁性材料的材料，也能够防止其发生变化。
[应用例7]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述焊料含有金和锡。
由此，能够使得焊料的熔点低于300℃。
[应用例8]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述封装具有由与所述金属层不同的材料构成的覆盖层。
由此，在对封装进行密封时，即使金属层对于焊料的润湿性较差，也能够使得覆盖层对于焊料的润湿性优异，从而能够容易且可靠地进行气密密封。
[应用例9]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述覆盖层含有非磁性的金属。
由此，能够减小覆盖层磁化所引起的特性变动。
[应用例10]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述覆盖层含有磷。
由此，能够由非磁性的金属构成覆盖层。
[应用例11]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述覆盖层中的磷的含有量为8％重量百分比以上。
由此，能够由非磁性的金属构成覆盖层。
[应用例12]
在本发明的量子干涉单元中，优选的是，所述覆盖层含有钯。
由此，能够由非磁性的金属构成覆盖层。
[应用例13]
本发明的量子干涉装置的特征在于，该量子干涉装置具有本发明的量子干涉单元。
由此，能够实现节电化，并且防止或减小由封装的磁化引起的磁场而产生的特性变动。
[应用例14]
本发明的原子振荡器的特征在于，该原子振荡器具有本发明的量子干涉单元。
由此，能够实现节电化，并且防止或减小由封装的磁化引起的磁场而产生的特性变动。
[应用例15]
本发明的电子设备的特征在于，该电子设备具有本发明的量子干涉单元。
由此，能够提供具有优异的可靠性的电子设备。
[应用例16]
本发明的移动体的特征在于，该移动体具有本发明的量子干涉单元。
由此，能够提供具有优异的可靠性的移动体。
附图说明
图1是示出本发明实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。
图2是用于说明碱金属的能量状态的图。
图3是示出来自光射出部的两个光的频率差、与光检测部的检测强度之间的关系的曲线图。
图4是示出图1所示的原子振荡器具有的量子干涉单元的构造的剖视图。
图5是用于说明图4所示的量子干涉单元具有的封装、线圈和磁屏蔽罩的局部放大剖视图。
图6是示出在利用GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。
图7是示出具有本发明的原子振荡器的移动体(汽车)的结构的立体图。
标号说明
1：原子振荡器；2：主要部分；3：封装；4：支撑部件；5：控制部；7：磁屏蔽罩；10：量子干涉单元；21：气室；22：光射出部；24：光检测部；25：加热器；26：温度传感器；27：线圈；28：基板；29：连接部件；30：粘接剂；31：基体；32：盖体；33：金属化层；34：焊料；41：脚部；42：连结部；43：柱部；51：激励光控制部；52：温度控制部；53：磁场控制部；100：定位系统；200：GPS卫星；211：主体部；212：窗部；213：窗部；231：光学部件；232：光学部件；291：连接部件；292：连接部件；300：基站装置；301：天线；302：接收装置；303：天线；304：发送装置；321：金属层；322：覆盖层；322a：表层；322b：基底层；400：GPS接收装置；401：天线；402：卫星接收部；403：天线；404：基站接收部；1500：移动体；1501：车体；1502：车轮；g：距离；LL：激励光；S：内部空间。
具体实施方式
以下，根据附图所示的实施方式，对本发明的量子干涉单元、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体进行详细说明。
1.原子振荡器(量子干涉装置)
首先，对本发明的原子振荡器(本发明的量子干涉装置)进行说明。此外，虽然以下说明将本发明的量子干涉装置应用于原子振荡器的例子，但本发明的量子干涉装置不限于此，除了原子振荡器以外，例如还可以应用于磁传感器、量子存储器等。
图1是示出本发明实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。此外，图2是用于说明碱金属的能量状态的图，图3是示出来自光射出部的两个光的频率差、与光检测部的检测强度之间的关系的曲线图。
图1所示的原子振荡器1是利用量子干涉效应的原子振荡器。
如图1所示，该原子振荡器1具有量子干涉单元10、和控制量子干涉单元10的各个部分的控制部5。这里，量子干涉单元10具有气室21、光射出部22、光学部件231和232、光检测部24、加热器25(加热部)、温度传感器26、线圈27。
首先，简单说明原子振荡器1的原理。
如图1所示，在原子振荡器1中，光射出部22朝向气室21射出激励光LL，由光检测部24对透过气室21的激励光LL进行检测。
在气室21内，封入有气态的碱金属(金属原子)，如图2所示，碱金属具有三能级系统的能级，可得到能级不同的两个基态(基态1、2)和激发态这3个状态。这里，基态1是比基态2低的能量状态。
从光射出部22射出的激励光LL包含频率不同的两种共振光1、2，在对上述那样的气态的碱金属照射这两种共振光1、2时，共振光1、2在碱金属中的光吸收率(光透射率)随着共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1－ω2)发生变化。
并且，在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1－ω2)与相当于基态1与基态2之间的能量差的频率一致时，从基态1、2向激发态的激发分别停止。此时，共振光1、2均不被碱金属吸收而透过。将这样的现象称作CPT现象或者电磁诱导透明现象(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)。
例如，如果光射出部22将共振光1的频率ω1固定而使共振光2的频率ω2变化，则在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1－ω2)与相当于基态1与基态2之间的能量差的频率ω0一致时，光检测部24的检测强度如图3所示那样，伴随上述EIT现象陡峭地上升。将这样的陡峭的信号检测为EIT信号。该EIT信号具有由碱金属的种类决定的固有值。因此，能够通过使用这样的EIT信号来构成振荡器。
以下，对本实施方式的原子振荡器1的具体结构进行说明。
图4是示出图1所示的原子振荡器具有的量子干涉单元的构造的剖视图，图5是用于说明图4所示的量子干涉单元具有的封装、线圈和磁屏蔽罩的局部放大剖视图。
另外，以下，为了便于说明，将图4和图5中的上侧称作“上”、下侧称作“下”。
如图4所示，量子干涉单元10具有：产生上述那样的量子干涉效应的主要部分2；收纳主要部分2的封装3；支撑部件4(支撑部)，其被收纳到封装3内，将主要部分2支撑于封装3；设置于封装3的外侧的线圈27；以及收纳封装3和线圈27的磁屏蔽罩7。
这里，主要部分2包含气室21、光射出部22、光学部件231和232、光检测部24、加热器25(温度调节元件)、温度传感器26、基板28、连接部件29，这些部分被单元化。具体而言，在基板28的上表面搭载有光射出部22、加热器25、温度传感器26和连接部件29，气室21和光学部件231、232被连接部件29保持，并且光检测部24借助粘接剂30接合到连接部件29。
以下，对原子振荡器1的各个部分进行说明。
[气室]
在气室21内，封入有气态的铷、铯、钠等碱金属。此外，还可以根据需要，将氩、氖等稀有气体、氮等惰性气体作为缓冲气体，与碱金属气体一起封入到气室21内。
如图4所示，气室21具备：具有柱状的贯通孔的主体部211；以及封闭该贯通孔的两个开口的一对窗部212、213。由此，形成了封入有上述那样的碱金属的内部空间S。
这里，气室21的各窗部212、213对于上述的来自光射出部22的激励光具有透射性。而且，一个窗部212使得向气室21内入射的激励光透过，另一个窗部213使从气室21内射出的激励光透过。
作为构成该窗部212、213的材料，只要对于上述那样的激励光具有透射性即可，没有特别限定，例如可举出玻璃材料、石英等。
此外，构成气室21的主体部211的材料没有特别限定，可以是硅材料、陶瓷材料、金属材料、树脂材料等，也可以与窗部212、213同样地是玻璃材料、石英等。
并且，各窗部212、213相对于主体部211被气密地接合。由此，能够使气室21的内部空间S成为气密空间。
作为气室21的主体部211与窗部212、213的接合方法，根据它们的构成材料来决定，没有特别限定，例如可以使用基于粘接剂的接合方法、直接接合法、阳极接合法等。
[光射出部]
光射出部22具有射出对气室21中的碱金属原子进行激励的激励光LL的功能。
更具体而言，光射出部22射出上述那样的频率不同的两种光(共振光1以及共振光2)作为激励光。
共振光1的频率ω1能够将气室21中的碱金属从上述基态1激发(共振)到激发态。
此外，共振光2的频率ω2能够将气室21中的碱金属从上述基态2激发(共振)到激发态。
作为该光射出部22，只要能够射出上述那样的激励光即可，没有特别限定，例如，可以使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)等半导体激光器等。
[光学部件]
如图4所示，多个光学部件231、232分别被设置在上述光射出部22与气室21之间的激励光的光路上。
在本实施方式中，从光射出部22侧到气室21侧，依次配置有光学部件231、光学部件232。
光学部件231为λ/4波长板。由此，能够将来自光射出部22的激励光LL从线偏振光转换为圆偏振光(右旋圆偏振光或者左旋圆偏振光)。
如后所述，在气室21内的碱金属原子由于线圈27的磁场而产生塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射作为线偏振光的激励光，则由于激励光与碱金属原子的相互作用，碱金属原子均匀地分散存在于塞曼分裂后的多个能级。其结果，由于期望能级的碱金属原子的数量与其它能级的碱金属原子的数量相比，相对较少，因此显现期望的EIT现象的原子数减少，期望的EIT信号的强度减小，结果导致原子振荡器1的振荡特性的下降。
与此相对，如后所述，在气室21内的碱金属原子由于线圈27的磁场而产生塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射作为圆偏振光的激励光，则由于激励光与碱金属原子的相互作用，能够使碱金属原子进行塞曼分裂后的多个能级中的、期望能级的碱金属原子的数量与其它能级的碱金属原子的数量相比，相对较多。因此，显现期望的EIT现象的原子数增加，期望的EIT信号的强度增大，其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡特性。
光学部件232为减光滤光器(ND滤光器)。由此，能够调整(减小)入射到气室21的激励光LL的强度。因此，即使在光射出部22的输出较大的情况下，也能够使入射到气室21的激励光成为期望的光量。在本实施方式中，利用光学部件232调整通过了上述光学部件231后的具有规定方向的偏振的激励光LL的强度。
另外，在光射出部22与气室21之间，除了波长板和减光滤光片以外，还可以配置透镜、偏振板等其它光学部件。此外，根据来自光射出部22的激励光的强度，可以省略光学部件232。
[光检测部]
光检测部24具有对透过气室21内的激励光LL(共振光1、2)的强度进行检测的功能。
作为该光检测部24，只要能够检测上述那样的激励光LL即可，没有特别限定，例如，可以使用太阳能电池、光电二极管等光检测器(受光元件)。
[加热器]
加热器25具有由于通电而发热的发热电阻体(加热部)。该加热器25是对气室21的温度进行调节的“温度调节元件”。
在本实施方式中，如上所述，加热器25被设置在基板28上。并且，来自加热器25的热量经由基板28和连接部件29传递到气室21。由此，对气室21(更具体而言，为气室21中的碱金属)进行加热，从而能够将气室21中的碱金属维持于期望浓度的气态。此外，在本实施方式中，来自加热器25的热量还经由基板28传递至光射出部22。
该加热器25与气室21分离。由此，能够抑制由于对加热器25的通电产生的不必要磁场给气室21内的金属原子带来不良影响。
[温度传感器]
温度传感器26对加热器25或者气室21的温度进行检测。进而，根据该温度传感器26的检测结果，控制上述加热器25的发热量。由此，能够将气室21内的碱金属原子维持于期望的温度。
在本实施方式中，温度传感器26被设置在基板28上。因此，温度传感器26经由基板28检测加热器25的温度。或者，温度传感器26经由基板28和连接部件29检测气室21的温度。
另外，温度传感器26的设置位置没有特别限定，例如可以在连接部件29上，可以在加热器25上，也可以在气室21的外表面上。
作为温度传感器26，没有特别限定，可以使用热敏电阻、热电偶等公知的各种温度传感器。
[线圈]
线圈27具有利用通电而产生磁场的功能。由此，通过向气室21中的碱金属施加磁场，利用塞曼分裂，能够扩大碱金属的正在简并的不同能量能级之间的能隙，提高分辨率。其结果，能够提高原子振荡器1的振荡频率的精度。
在本实施方式中，线圈27是电磁铁线圈(solenoid coil)。另外，线圈27也可以是亥姆霍兹线圈。
这里，如上所述，线圈27配置于封装3的外侧。如后所述，封装3以非磁性的材料为主要材料而构成，因此即使将线圈27配置于封装3的外侧，也能够使来自线圈27的磁场作用到封装3内。此外，通过在封装3的外侧配置线圈27，能够减小封装3内的容积，其结果，能够实现量子干涉单元10的小型化。此外，通过减小封装3内的容积，从而在将封装3内真空密封的情况下，能够提高其可靠性。此外，在本实施方式中，线圈27接触或接近于封装3的外周面。此外，根据需要，可以使用粘接剂，将线圈27固定到封装3。
另外，线圈27产生的磁场可以是直流磁场或交流磁场中的任意一种磁场，也可以是由直流磁场和交变磁场叠加而成的磁场。
[连接部件]
连接部件29将加热器25和气室21的各窗部212、213热连接。由此，能够通过连接部件29的热传导将来自加热器25的热量传递至各窗部212、213，对各窗部212、213进行加热。此外，能够使加热器25和气室21分离。因此，能够抑制对加热器25的通电所产生的不必要磁场给气室21内的碱金属原子带来不良影响。此外，能够减少加热器25的数量，因此例如减少用于对加热器25进行通电的布线数量，其结果，能够实现原子振荡器1(量子干涉装置)的小型化。
如图4所示，连接部件29由夹着气室21设置的一对连接部件291、292构成。由此，能够使得连接部件29相对于气室21的设置容易，并且使得热量从连接部件29均匀地传递至气室21的各窗部212、213。
一对连接部件291、292例如从气室21的彼此相对的一对侧面的两侧，以夹着气室21的方式嵌合。并且，窗部212、213与连接部件291、292接触从而被热连接。此外，连接部件291、292分别形成为避开激励光LL的通过区域。
另外，可以在连接部件291、292与窗部212之间、以及连接部件291、292与窗部213之间中的至少一方形成间隙，该情况下，优选在该间隙中填充具有热传导性的粘接剂。由此，能够将窗部212、213和连接部件291、292热连接。作为上述粘接剂，例如可举出含有金属膏、导热性填充剂的树脂类粘接剂或硅树脂类粘接剂等。
此外，连接部件291、292分别配置成，在连接部件291、292与气室21的主体部211之间形成间隙。由此，能够抑制连接部件291、292与气室21的主体部211之间的热传递，能够从连接部件291、292向各窗部212、213有效地进行热传递。
作为这样的连接部件29的构成材料，只要是导热系数比构成气室21的材料大的材料即可，优选使用热传导性优异的材料、例如金属材料。此外，与后述的封装3同样，为了不阻碍来自线圈27的磁场，作为连接部件29的构成材料，优选使用非磁性材料。
[基板]
基板28具有支撑上述光射出部22、加热器25、温度传感器26和连接部件29等的功能。此外，基板28具有将来自加热器25的热量传递至连接部件29的功能。由此，即使加热器25与连接部件29分离，也能够将来自加热器25的热量传递至连接部件29。
这里，基板28将加热器25和连接部件29热连接。这样，通过将加热器25和连接部件29搭载到基板28上，能够提高加热器25的设置自由度。
此外，通过将光射出部22搭载到基板28上，能够利用来自加热器25的热量对基板28上的光射出部22进行温度调节。
此外，基板28具有与光射出部22、加热器25、温度传感器26电连接的布线(未图示)。
作为这样的基板28的构成材料，没有特别限定，例如可举出陶瓷材料、金属材料等，可以单独使用这些材料中的1种或组合使用两种以上的材料。另外，在由金属材料构成了基板28的表面的情况下，还能够提高基板28的表面的热反射率，抑制来自基板28的热辐射。此外，在由金属材料构成了基板28的情况下，出于防止基板28具有的布线的短路等目的，可以根据需要，在基板28的表面设置例如由树脂材料、金属氧化物、金属氮化物等构成的绝缘层。
此外，与后述的封装3同样，为了不阻碍来自线圈27的磁场，作为基板28的构成材料，优选使用非磁性材料。
另外，根据连接部件29的形状、加热器25的设置位置等，可以省略基板28。该情况下，将加热器25设置到与连接部件29接触的位置即可。
[支撑部件]
支撑部件4(支撑部)被收纳到封装3内，具有将主要部分2支撑于封装3的功能。即，支撑部件4将主要部分2的各个部分直接或间接地支撑于封装3。
此外，支撑部件4具有抑制主要部分2与封装3的外部之间的热传递的功能。由此，能够抑制主要部分2的各个部分与外部之间的热干扰。
如图4所示，该支撑部件4具有：多个脚部41(柱部)；连结多个脚部41的连结部42；以及设置于连结部42的与脚部41相反侧的多个柱部43。
多个脚部41例如分别通过粘接剂，被接合到后述的封装3的基体31的内侧的面上。
各脚部41在与基体31的内侧的面垂直的方向上延伸而竖立设置。
连结部42将多个脚部41的上端部(另一端部)彼此连结。由此，提高了支撑部件4的刚性。
连结部42整体呈板状。由此，能够以比较简单的结构提高支撑部件4的刚性。
多个柱部43对连结部42和主要部分2(更具体而言，为基板28)进行了连接。由此，通过支撑部件4支撑主要部分2。此外，从连结部42的厚度方向观察的俯视时，多个柱部43配置于与多个脚部41不同的位置处。由此，能够增长从主要部分2经由支撑部件4朝向封装3的热传递路径。
在本实施方式中，脚部41、连结部42和柱部43一体地形成。另外，这各个部分也可以由独立部件构成，相互通过例如粘接剂而接合。
这样的支撑部件4在连结部42与主要部分2之间形成有间隙。由此，能够减小主要部分2与连结部42的接触面积，有效地抑制连结部42与主要部分2之间的热传递。
此外，支撑部件4优选由多孔质体构成。由此，能够提高支撑部件4的隔热性(热阻)。因此，能够抑制热量因经由支撑部件4的热传导从气室21或加热器25散失到基体31，其结果，能够实现原子振荡器1的低功耗化。
此外，作为支撑部件4的构成材料，只要是热传导性比较低、且可确保支撑部件4支撑主要部分2的刚性的材料即可，则没有特别限定，例如优选使用树脂材料、陶瓷材料等非金属，更优选使用树脂材料。在主要由树脂材料构成了支撑部件4的情况下，能够增大支撑部件4的热阻，并且即使支撑部件4的形状复杂，也能够使用例如注塑成型等公知的方法容易地制造支撑部件4。特别是在主要由树脂材料构成了支撑部件4的情况下，能够容易地形成由发泡体构成的支撑部件4。
此外，与后述的封装3同样，为了不阻碍来自线圈27的磁场，作为支撑部件4的构成材料，优选使用非磁性材料。
[封装]
如图4所示，封装3具有收纳主要部分2和支撑部件4的功能。另外，在封装3内也可以收纳上述部件以外的部件。
如图4所示，该封装3具有板状的基体31(基底部)、和有底筒状的盖体32，盖体32的开口由基体31封闭。由此，形成了收纳主要部分2和支撑部件4的空间。这里，盖体32与主要部分2以及支撑部件4分离。即，在盖体32与主要部分2以及支撑部件4之间设置有空间。由此，上述空间作为隔热层发挥功能，能够减少主要部分2与封装3的外部之间的热干扰。
基体31经由支撑部件4支撑主要部分2。
此外，基体31是布线基板，虽然未图示，但在基体31上设置有用于封装3的内外通电的多个布线和多个端子。并且，在基体31上，分别经由未图示的布线(例如挠性布线基板或接合线等)电连接有上述光射出部22和基板28。
在这样的基体31上，通过焊料34接合有盖体32。在本实施方式中，在基体31的上表面设置有金属化层33，金属化层33与盖体32通过焊料34而接合。由此，即使在由陶瓷构成了基体31的情况下，也能够通过焊料34，容易且可靠地与由金属材料构成的盖体32气密结合。
作为该金属化层33的构成材料，没有特别限定，例如可以使用金(Au)、金合金、铂(Pt)、铝(Al)、铝合金、银(Ag)、银合金、铬(Cr)、铬合金、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)、铌(Nb)、钨(W)、铁(Fe)、钛(Ti)、钴(Co)、锌(Zn)、锆(Zr)等金属材料。另外，在本实施方式中，金属化层33仅设置于基体31的上表面的外周部，但也可以遍及地设置在基体31的整个上表面。该情况下，能够反射来自主要部分2的热量而减少散失到封装3外部的热量。
由此，通过使用焊料34对封装3进行了密封，能够以比较低的温度对封装3进行气密密封。因此，即使封装3含有会由于高温而变化为磁性材料的材料，也能够防止其发生变化。例如，高浓度(8％以上)地添加有磷的镍通常是非磁性的，但在以300～350℃进行加热时，变化为具有磁性。因此，在由这样的金属材料构成了基体31和盖体32的情况下，通过以比产生该变化低的温度进行密封，能够使得所得到的封装3成为非磁性。
基于这样的观点，焊料34的熔点优选低于300℃，更优选为150℃以上280℃以下，进一步优选为200℃以上250℃以下。由此，即使封装3含有添加了磷的镍，其是会由于高温而变化为磁性材料的材料，也能够防止其发生变化。
此外，焊料34只要具有上述那样的比较低的熔点即可，没有特别限定，例如优选由含有90％的Sn的Au－Sn合金(熔点217℃)那样的、含有金和锡的合金构成。由此，能够使得焊料34的熔点低于300℃。或者，还可以使用Sn－Pd合金、Sn－Ag－Cu合金等焊料。
此外，封装3内优选为减压至低于大气压的气密空间。由此，能够减少封装3内外的热干扰。其结果，能够进一步实现量子干涉单元10的小型化和节电化。
这样的基体31和盖体32分别主要由非磁性材料构成。由此，能够防止或减小由封装3的磁化引起的磁场而产生的特性变动。此外，即使如上述那样将线圈27配置在封装3的外侧，也能够使来自线圈27的磁场作用于气室21内的金属原子。
这里进行具体说明，作为基体31的构成材料，只要是非磁性材料即可，没有特别限定，例如可以使用金属材料、树脂材料、陶瓷材料等，而优选使用非磁性的陶瓷材料。由此，能够使来自线圈27的磁场透过，并且提高基体31的隔热性，实现原子振荡器1的进一步的低功耗化。此外，陶瓷通常绝缘性较高，因此能够在由陶瓷构成的基体31上直接设置布线，从而气密性也优异。因此，能够提高量子干涉单元10的可靠性。另外，通过使用金属材料作为基体31的构成材料，还能够起到与后述的盖体32相同的效果。该情况下，可以根据需要，实施设置绝缘膜等的绝缘处理。
此外，在本实施方式中，盖体32具有非磁性的金属层321、和设置于金属层321的表面的覆盖层322。
金属层321是作为盖体32的基材的层，由非磁性的金属材料构成。作为非磁性的金属材料，没有特别限定，例如可举出Cu(铜)、SUS304、Al(铝)、Ti(钛)、Mg(镁)、哈氏合金等。在这些材料中，作为构成金属层321的非磁性的金属材料，从加工性、与覆盖层322之间的紧贴性、材料的获取便利性等方面考虑，优选使用Cu或SUS304。另外，在本说明书中，非磁性是指相对导磁率为1.02以下。
作为该金属层321的形成方法，没有特别限定，例如可以使用冲压成型等。此外，冲压成型可以在形成作为覆盖层322的层之后进行，也可以在覆盖层322的形成前进行。
此外，覆盖层322由与金属层321不同的金属材料构成。由此，在使用焊料34对封装32进行密封时，即使金属层321对于焊料34的润湿性较差，也能够使得覆盖层322对于焊料34的润湿性优异，从而能够容易且可靠地进行气密密封。
在本实施方式中，覆盖层322由表层322a和基底层322b构成。表层322a具有提高密封时对于焊料34的润湿性和封止后对于焊料34的紧贴性的功能。此外，表层322a还具有反射来自主要部分2的辐射热的功能。此外，基底层322b具有提高表层322a相对于金属层321的紧贴性的功能。
此外，覆盖层322遍及地设置在金属层321的包含内表面、外表面和下端面在内的整个表面上。另外，为了发挥上述功能，覆盖层322只要设置在盖体32的利用焊料34与基体31接合的部位即可，也可以具有未形成于盖体32的内表面或外表面的部分。
此外，覆盖层322的厚度比金属层321薄。由此，能够比较简单地通过金属层321确保封装3所需的机械强度等特性，并且通过覆盖层322对封装3的表面赋予期望的特性。
作为这样的表层322a和基底层322b的构成材料，均使用了金属材料，但优选使用非磁性的金属材料。具体而言，作为表层322a的构成材料，从确保上述功能的方面、以及为非磁性的方面考虑，优选使用Au(金)。此外，作为该基底层322b的构成材料，从确保上述功能的方面、以及为非磁性的方面考虑，优选使用添加了磷的Ni(磷浓度为8％以上、优选为10％以上)、或者Pd(钯)。即，基底层322b优选含有磷或钯。
这样，通过使得表层322a和基底层322b双方由非磁性的金属构成、即覆盖层322由非磁性的金属构成，能够减小覆盖层322磁化而引起的特性变动。此外，金对辐射热的反射率较高，因此通过由金构成表层322a(封装3的内表面)，能够反射来自主要部分2的热量，减少上述热量向封装3的外部散失，其结果，能够有效地实现节电化。
另外，表层322a和基底层322b中的至少一方可以由磁性的金属材料构成。该情况下，也能够通过减薄上述厚度(具体而言，设为5μm以下)，来减少上述层发生磁化而引起的特性降低。该情况下，作为基底层322b的构成材料，从确保上述功能的方面考虑，可以使用Ni(镍)、添加了磷的Ni(磷浓度小于8％)、或添加了硼的Ni等。
此外，作为表层322a和基底层322b的形成方法，分别没有特别限定，但例如可以使用等离子CVD和热CVD那样的化学蒸镀法(CVD)、真空蒸镀等干式镀覆法、溶胶-凝胶法、电镀法、化学镀法等形成。
另外，覆盖层322也可以由单一的层构成。例如，可以省略表层322a和基底层322b中的一方。此外，在由非磁性的金属材料构成了覆盖层322的情况下，可以说覆盖层322构成了“金属层”，并且也可以说由金属层321和覆盖层322组成的层叠体构成了“金属层”。此外，根据金属层321的构成材料和焊料34的构成材料等，可以省略覆盖层322。
[磁屏蔽罩]
磁屏蔽罩7具有磁屏蔽性，将封装3和线圈27收纳于其中。即，在封装3的外侧配置磁屏蔽罩7，在封装3与磁屏蔽罩7之间配置有线圈27。由此，能够降低从外部对气室21的磁场影响。其结果，能够实现量子干涉单元10的特性稳定。
此外，磁屏蔽罩7与线圈27隔开距离g。
作为这样的磁屏蔽罩7的构成材料，优选使用导磁率为100N/A2以上的、导磁率较高的材料，具体而言，优选使用Fe、各种铁类合金(硅铁、坡莫合金、非晶态合金、铁硅铝、铁镍钴合金)等软磁性材料，更优选使用铁类合金。由此，能够使得磁屏蔽罩7的磁屏蔽性优异。
此外，磁屏蔽罩7经由未图示的支撑部件支撑封装3。
[控制部]
图1所示的控制部5具有分别控制加热器25、线圈27和光射出部22的功能。
这样的控制部5具有：激励光控制部51，其控制光射出部22的共振光1、2的频率；温度控制部52，其控制气室21中的碱金属的温度；以及磁场控制部53，其控制施加到气室21的磁场。
激励光控制部51根据上述光检测部24的检测结果，控制从光射出部22射出的共振光1、2的频率。更具体而言，激励光控制部51控制从光射出部22射出的共振光1、2的频率，使得频率差(ω1－ω2)成为碱金属固有的频率ω0。此外，激励光控制部51控制从光射出部22射出的共振光1、2的中心频率。
这里，虽然未图示，但激励光控制部51具有压控型石英振荡器(振荡电路)，根据光检测部24的检测结果，对该压控型石英振荡器的振荡频率进行同步/调整，并且输出该压控型石英振荡器的输出信号作为原子振荡器1的输出信号。
例如，虽然未图示，但激励光控制部51具有对来自该压控型石英振荡器的输出信号进行倍频的倍频器，将通过该倍频器倍频后的信号(高频信号)叠加到直流偏置电流中，并作为驱动信号输入到光射出部22。由此，控制压控型石英振荡器，使得由光检测部24检测到EIT信号，从而从压控型石英振荡器输出期望频率的信号。例如在将来自原子振荡器1的输出信号的期望频率设为了f时，该倍频器的倍频率为ω0/(2×f)。由此，在压控型石英振荡器的振荡频率为f时，使用来自倍频器的信号对由半导体激光器等发光元件构成的光射出部22进行调制，能够使其射出频率差(ω1－ω2)为ω0的两个光。
此外，温度控制部52根据温度传感器26的检测结果，控制对加热器25的通电。由此，能够将气室21维持在期望的温度范围内。
此外，磁场控制部53控制对线圈27的通电，使得线圈27产生的磁场恒定。
这样的控制部5例如被设置在安装于基板上的IC芯片中，该基板安装有封装3。另外，控制部5也可以设置在封装3内(例如基体31上)。
根据以上所说明的原子振荡器1，能够防止或减小由封装3的磁化引起的磁场而产生的特性变动。此外，封装3的盖体32对热量的吸收率较低，因此还能够实现节电化。
2.电子设备
以上所说明的本发明的原子振荡器可组装到各种电子设备中。具有本发明这样的原子振荡器的电子设备具有优异的可靠性。
以下，对具有本发明的原子振荡器的电子设备的一例进行说明。
图6是示出在利用GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。
图6所示的定位系统100由GPS卫星200、基站装置300和GPS接收装置400构成。
GPS卫星200发送定位信息(GPS信号)。
基站装置300具有：接收装置302，其例如经由设置在电子基准点(GPS连续观测站)的天线301，高精度地接收来自GPS卫星200的定位信息；以及发送装置304，其经由天线303发送由该接收装置302接收到的定位信息。
这里，接收装置302是具有上述本发明的原子振荡器1作为其基准频率振荡源的电子装置。这样的接收装置302具有优异的可靠性。此外，由接收装置302接收到的定位信息被发送装置304实时地发送。
GPS接收装置400具有：卫星接收部402，其经由天线401接收来自GPS卫星200的定位信息；以及基站接收部404，其经由天线403接收来自基站装置300的定位信息。
3.移动体
此外，上述那样的本发明的原子振荡器可组装到各种移动体中。具有本发明这样的原子振荡器的移动体具有优异的可靠性。
下面，对本发明的移动体的一例进行说明。
图7是示出具有本发明的原子振荡器的移动体(汽车)的结构的立体图。
图7所示的移动体1500构成为具有车体1501和4个车轮1502，通过设置于车体1501的未图示的动力源(发动机)使车轮1502旋转。在这样的移动体1500中内置有原子振荡器1。并且，例如，未图示的控制部根据来自原子振荡器1的振荡信号控制动力源的驱动。
另外，本发明的电子设备或移动体不限于上述电子设备或移动体，例如还能够应用于移动电话机、数字静态照相机，喷墨式排出装置(例如喷墨打印机)、个人计算机(移动型个人计算机、膝上型个人计算机)、电视、摄像机、录像机、车载导航装置、寻呼机、电子记事本(也包含通信功能)、电子辞典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、视频电话、防范用电视监视器、电子望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测定设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、地面数字广播、移动电话基站等。
以上，根据图示的实施方式对本发明的量子干涉单元、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体进行了说明，但是本发明不限于此，例如，上述实施方式的各个部分的结构可以置换为发挥相同功能的任意结构，此外，还可以附加任意结构。
此外，上述实施方式的封装内的结构仅仅是一例，不限于此，封装内的各个部分的结构可以适当变更。
此外，在上述实施方式中，以使用了在金属层的表面形成覆盖层而成的盖体的情况为例进行了说明，但即便使用在由非磁性的陶瓷构成的层的表面形成非磁性的金属层而成的盖体，也能够降低盖体的磁化，并且使来自配置于盖体外部的线圈的磁场作用于盖体内。
Claims (16)
1.一种量子干涉单元，其特征在于，该量子干涉单元具有：
气室，其收纳有金属原子；
温度调节元件，其对所述气室的温度进行调节；以及
封装，其收纳所述气室和所述温度调节元件，并包含非磁性的金属层。
2.根据权利要求1所述的量子干涉单元，其中，
所述量子干涉单元具有线圈，所述线圈配置于所述封装的外侧，向所述金属原子施加磁场。
3.根据权利要求2所述的量子干涉单元，其中，
所述量子干涉单元具有磁屏蔽罩，所述磁屏蔽罩收纳有所述封装和所述线圈。
4.根据权利要求1所述的量子干涉单元，其中，
所述封装内的气压被减压至低于大气压。
5.根据权利要求4所述的量子干涉单元，其中，
使用焊料对所述封装进行了密封。
6.根据权利要求5所述的量子干涉单元，其中，
所述焊料的熔点低于300℃。
7.根据权利要求5所述的量子干涉单元，其中，
所述焊料含有金和锡。
8.根据权利要求1所述的量子干涉单元，其中，
所述封装具有由与所述金属层不同的材料构成的覆盖层。
9.根据权利要求8所述的量子干涉单元，其中，
所述覆盖层含有非磁性的金属。
10.根据权利要求9所述的量子干涉单元，其中，
所述覆盖层含有磷。
11.根据权利要求10所述的量子干涉单元，其中，
所述覆盖层中的磷的含有量为8％重量百分比以上。
12.根据权利要求9所述的量子干涉单元，其中，
所述覆盖层含有钯。
13.一种量子干涉装置，其特征在于，该量子干涉装置具有权利要求1所述的量子干涉单元。
14.一种原子振荡器，其特征在于，该原子振荡器具有权利要求1所述的量子干涉单元。
15.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1所述的量子干涉单元。
16.一种移动体，其特征在于，该移动体具有权利要求1所述的量子干涉单元。
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