CN105515580B - 量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。本发明的原子振荡器(1)具有：原子室(2)，其封入有碱金属；第1光源部(31)，其射出包含共振光对(LL1)的光，该共振光对(LL1)彼此在同一方向上进行圆偏振且使碱金属共振；第2光源部(32)，其射出包含在与共振光对(LL1)相反的方向上进行圆偏振的调整光(LL2)的光；以及受光部(4)，其接收通过了原子室(2)的共振光对(LL1)。这样的调整光(LL2)优选包含使碱金属共振的共振光。此外，优选共振光对(LL1)为D1线，调整光(LL2)为D2线。

Description

量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。
背景技术
作为长期具有高精度的振荡特性的振荡器，公知有基于铷、铯等碱金属的原子的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光与微波的双重共振现象的方式和利用基于波长不同的两种光的量子干涉效应(CPT：Coherent Population Trapping(相干布居俘获))的方式。在这些方式中，利用量子干涉效应的原子振荡器能够比利用双重共振现象的原子振荡器更加小型化，因此近年来，被期待搭载到各种设备上(例如参照专利文献1)。
例如，如专利文献1公开的那样，利用量子干涉效应的原子振荡器具有：气室，其封入有气态的碱金属；光源，其射出使气室中的碱金属进行共振的、由频率的不同的两种共振光构成的共振光对；以及光检测器(受光部)，其检测透过气室的共振光对。在这样的原子振荡器中，在两种共振光的频率差为特定的值时，产生两种共振光双方不被气室内的碱金属吸收而透过的电磁感应透明(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)现象。而且，在这样的原子振荡器中，利用光检测器检测伴随该EIT现象而产生的陡峭的信号即EIT信号，并将该EIT信号作为基准信号来使用。
此处，出于提高短期频率稳定度观点，EIT信号优选线宽(半值宽度)小且强度高。因此，例如，在专利文献1的原子振荡器中，为了提高EIT信号的强度，使用了进行圆偏振的共振光对。
但是，在专利文献1的原子振荡器中，存在其效果不充分这样的问题。
专利文献1：日本特开2014－17824号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够有效地提高EIT信号的强度的量子干涉装置。此外，本发明的另一目的在于，提供一种具有该量子干涉装置的原子振荡器、电子设备以及移动体。
本发明是为了解决上述问题的至少一部分而完成的，其能够作为以下的方式或者应用例来实现。
[应用例1]
本发明的量子干涉装置的特征在于，该量子干涉装置具有：原子室，其封入有金属；第1光源部，其射出包含共振光对的第1光，该共振光对彼此在同一方向上进行圆偏振且使所述金属共振；第2光源部，其射出在与所述共振光对相反的方向上进行圆偏振的第2光；以及受光部，其接收通过了所述原子室的所述共振光对。
根据这样的量子干涉装置，除了彼此在同一方向上进行圆偏振的共振光对以外，还将在与共振光对相反的方向上进行圆偏振的共振光作为调整光照射到金属，由此，能够利用调整光来抵消或缓解共振光对导致的磁量子数分布的不均衡。因此，能够减少金属的磁量子数分布的不均衡。由此，增加对EIT有贡献的期望的磁量子数的金属原子的数量，其结果是，通过使用进行圆偏振的共振光对，能够显著地发现使EIT信号的强度提高的效果。因此，能够有效地提高EIT信号的强度。
[应用例2]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述第2光包含使所述金属共振的共振光。
由此，能够有效地调整金属原子数的分布。
[应用例3]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述共振光对为D1线，所述共振光为D2线。
由此，能够有效地提高EIT信号的强度。
[应用例4]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述第2光的线宽大于所述共振光对的线宽。
如果采用该结构，由于调整光的线宽大于共振光对，因此，调整光能够使大范围的速度分布的金属原子共振。因此，即使调整光的中心波长略有偏差，调整光也能够使处于期望的速度的金属原子共振。其结果是，不需要调整光的频率控制，能够使装置结构简化。
[应用例5]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述第2光的波长偏离所述共振光对的波长。
由此，能够减少调整光导致的不需要的信号的产生。
[应用例6]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，在所述原子室内，所述第2光的强度小于所述第1光的强度。
由此，能够有效地减少金属的磁量子数的不均衡。
[应用例7]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述第1光源部具有射出进行线偏振的光的第1光源，所述第2光源部具有射出进行线偏振的光的第2光源，所述第1光源部和所述第2光源部具有供来自所述第1光源和所述第2光源双方的光通过的公共的λ/4波长板。
由此，能够使装置结构简化。
[应用例8]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述第1光的光轴与所述第2光的光轴彼此相交。
由此，能够使装置结构简化。
[应用例9]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述量子干涉装置具有分离部，该分离部被配置在所述原子室与所述受光部之间，使所述第1光与所述第2光分离。
由此，能够防止或减少受光部接收到调整光的情况。
[应用例10]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，在所述原子室内，在所述第2光的通过区域内存在所述第1光的通过区域。
由此，能够有效地减少金属的磁量子数分布的不均衡。
[应用例11]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述第2光源部具有用于生成所述第2光的发光二极管。
由此，能够以比较的简单的结构，生成线宽较大的调整光。
[应用例12]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述第2光源部具有：射出非偏振光的光源；以及被入射来自所述光源的光的偏振镜。
由此，能够以比较的简单的结构，生成线宽较大的调整光。
[应用例13]
在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述原子室具有1对窗部和主体部，该主体部被配置在所述1对窗部之间，与所述1对窗部一同构成封入有所述金属的内部空间，所述第2光透过所述主体部而入射到所述内部空间。
由此，能够防止或减少受光部接收到调整光的情况。
[应用例14]
本发明的量子干涉装置的特征在于，通过向金属分别照射彼此在同一方向上进行圆偏振的共振光对和在与所述共振光对相反的方向上进行圆偏振的共振光，减少所述金属的磁量子数分布的不均衡，产生磁感应透明现象。
根据这样的量子干涉装置，除了彼此在同一方向上进行圆偏振的共振光对以外，还将在与共振光对相反的方向上进行圆偏振的共振光作为调整光照射到金属，由此，能够利用调整光来抵消或缓解共振光对导致的磁量子数分布的不均衡。因此，能够减少金属的磁量子数分布的不均衡。由此，增加有助于EIT的期望的磁量子数的金属原子的数量，其结果是，通过使用进行圆偏振的共振光对，能够显著地发现使EIT信号的强度提高的效果。因此，能够有效地提高EIT信号的强度。
[应用例15]
本发明的量子干涉装置的特征在于，该量子干涉装置具有：原子室，其封入有金属；第1光源部，其射出包含使所述金属共振的共振光对的第1光；第2光源部，其射出包含调整所述金属的磁量子数的共振光的第2光；以及受光部，其接收通过了所述原子室的所述共振光对。
根据这样的量子干涉装置，除了彼此在同一方向上进行圆偏振的共振光对以外，还将在与共振光对相反的方向上进行圆偏振的共振光作为调整光照射到金属，由此，能够利用调整光来抵消或缓解共振光对导致的磁量子数分布的不均衡。因此，能够减少金属的磁量子数分布的不均衡。由此，增加有助于EIT的期望的磁量子数的金属原子的数量，其结果是，通过使用进行圆偏振的共振光对，能够显著地发现使EIT信号的强度提高的效果。因此，能够有效地提高EIT信号的强度。
[应用例16]
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装置。
由此，可提供具有能够有效地提高EIT信号的强度的量子干涉装置的原子振荡器。
[应用例17]
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装置。
由此，可提供具有能够有效地提高EIT信号的强度的量子干涉装置的电子设备。
[应用例18]
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装置。
由此，可提供能够有效地提高EIT信号的强度的移动体。
附图说明
图1是示出本发明第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。
图2是用于简略地说明碱金属原子的能量状态的图。
图3是示出从光源部射出的两种光的频率差与由受光部检测出的光的强度之间的关系的曲线图。
图4是用于说明图1所示的原子振荡器具有的光源部的概略图。
图5是用于说明分别从图4所示的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图。
图6是图5所示的原子室的横剖视图。
图7是示出铯原子的能量状态与共振光对(第1共振光、第2共振光)以及调整光(第3共振光)之间的关系的一例的图。
图8的(a)是示出向钠原子照射σ+圆偏振的共振光的情况下的钠原子的磁量子数的分布的图。图8的(b)是示出向钠原子照射σ－圆偏振的共振光的情况下的钠原子的磁量子数的分布的图。
图9的(a)是示出向铯原子仅照射共振光对的情况下的铯原子的磁量子数的分布的图。图9的(b)是示出向铯原子照射共振光对和调整光的情况下的铯原子的磁量子数的分布的图。
图10是示出调整光的有无导致的EIT信号的不同的曲线图。
图11是用于说明分别从本发明第1实施方式的变形例的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图。
图12是示出本发明第2实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。
图13是用于说明分别从图12所示的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图。
图14是示出本发明第3实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。
图15是示出本发明第4实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。
图16是用于说明分别从图15所示的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图。
图17是示出本发明第5实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。
图18是用于说明分别从图17所示的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图。
图19是示出在利用了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20是示出本发明的移动体的一例的图。
标号说明
1：原子振荡器；1A：原子振荡器；1B：原子振荡器；1C：原子振荡器；1D：原子振荡器；2：原子室；3：光源部；3A：光源部；3B：光源部；3C：光源部；4：受光部；5：加热器；6：温度传感器；7：磁场产生部；8：控制部；10：检测部；21：主体部；22：窗部；23：窗部；31：第1光源部；31A：第1光源部；32：第2光源部；32A：第2光源部；32B：第2光源部；32C：第2光源部；81：温度控制部；82：光源控制部；82B：光源控制部；83：磁场控制部；91：λ/4波长板；92：偏振镜；93：偏振光束分离器；100：定位系统；200：GPS卫星；211：贯通孔；300：基站装置；301：天线；302：接收装置；303：天线；304：发送装置；311：第1光源；312：λ/2波长板；313：λ/4波长板；314：偏振光束分离器；321：第2光源；321A：第2光源；322：减光滤光器；323：反射镜；324：偏振镜；325：λ/4波长板；400：GPS接收装置；401：天线；402：卫星接收部；403：天线；404：基站接收部；821：频率控制部；822：压控型石英振荡器；823：相位同步电路；824：强度控制部；1500：移动体；1501：车体；1502：车轮；a：轴线；a1：光轴；a2：光轴；LL：光；LL1：共振光对(第1光)；LL1a：第1光；LL1b：共振光对；LL1c：共振光对；LL2：调整光(第2光)；LL2a：第2光；LL2b：共振光；LL2c：调整光；P：交点；S：内部空间；W：宽度；W1：宽度；W2：宽度；ΔE：能量差；θ：倾斜角度；θ1：倾斜角度；θ2：倾斜角度；ω0：频率；ω1：频率；ω2：频率。
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装置、原子振荡器、电子设备和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(具有本发明的量子干涉装置的原子振荡器)进行说明。此外，以下对将本发明的量子干涉装置应用于原子振荡器的例子进行说明，但本发明的量子干涉装置不限于此。本发明的原子振荡器例如也可以应用于磁传感器、量子存储器等器件。
＜第1实施方式＞
首先，简单地说明本发明第1实施方式的原子振荡器。
图1是示出本发明第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。图2是用于简略地说明碱金属原子的能量状态的图。图3是示出从光源部射出的两种光的频率差与由受光部检测出的光的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具有原子室2(气室)、光源部3、受光部4、加热器5、温度传感器6、磁场产生部7和控制部8。
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，光源部3向原子室2射出光LL，受光部4检测透过原子室2的光LL。
在原子室2内，封入有气态的碱金属(金属原子)。如图2所示，碱金属具有由两个基态能级(第1基态能级和第2基态能级)和激励能级构成的三能级系统的能级。此处，第1基态能级是比第2基态能级低的能量状态。
从光源部3射出的光LL包含第1共振光和第2共振光作为频率不同的两种共振光。在向上述那样的气态的碱金属照射这些第1共振光和第2共振光时，根据第1共振光的频率ω1与第2共振光的频率ω2之差(ω1－ω2)，共振光1、2在碱金属中的光吸收率(光透过率)发生变化。
进而，在第1共振光的频率ω1与第2共振光的频率ω2之差(ω1－ω2)和相当于第1基态能级与第2基态能级的能量差ΔE的频率一致时，从第1基态能级和第2基态能级向激励能级的激励分别停止。此时，第1共振光和第2共振光均不被碱金属吸收而透过。将这样的现象称作CPT现象或者电磁感应透明现象(EIT：Electromagnetically InducedTransparency)。
例如，如果光源部3使第1共振光的频率ω1固定、使第2共振光的频率ω2变化，则在第1共振光的频率ω1与第2共振光的频率ω2之差(ω1－ω2)和相当于第1基态能级与第2基态能级的能量差ΔE的频率ω0一致时，受光部4的检测强度如图3所示那样陡峭地上升。将这样的陡峭的信号作为EIT信号检测出。该EIT信号具有由碱金属的种类决定的固有值。因此，通过使用这样的EIT信号作为基准，能够构成高精度的振荡器。
以下，简单说明原子振荡器1的各部分。
[气室]
在原子室2内，封入有气态的铷、铯、钠等碱金属。此外，在原子室2内，还可以根据需要，与碱金属气体一并封入有氩、氖等稀有气体、氮等惰性气体作为缓冲气体。
详情将后述，原子室2具有：具有贯通孔的主体部；以及封闭该主体部的贯通孔的开口的一对窗部，由此形成封入有气态的碱金属的内部空间。
[光射出部]
光源部3具有射出包含上述第1共振光和第2共振光的光LL的功能，第1共振光和第2共振光构成使原子室2内的碱金属原子共振的共振光对。
此外，光源部3射出的光LL除了包含第1共振光和第2共振光以外，还包含第3共振光。
第1共振光是将原子室2内的碱金属原子从上述第1基态能级激励到激励能级的光(探测光)。另一方面，第2共振光是将原子室2内的碱金属原子从上述第2基态能级激励到激励能级的光(耦合光)。此处，第1共振光和第2共振光彼此在同一方向上进行圆偏振。此外，第3共振光是调整原子室2内的碱金属的磁量子数的“调整光”(再泵浦光)。该第3共振光在与第1共振光和第2共振光相反的方向上进行圆偏振。由此，能够调整原子室2内的碱金属原子的磁量子数。此外，后面将对光源部3进行详细记述。此外，在着眼于光波的电场成分或磁场成分的任意一方的振动时，“圆偏振光”是指如下光：其振动方向在与光的行进方向垂直的面内以光波的频率进行旋转，且振幅与其方向无关地是固定的。换言之，“圆偏振光”是指电场(或磁场)的振动随着传播而描绘出圆的光。
[受光部]
受光部4具有检测透过原子室2内的光LL(尤其是由第1共振光和第2共振光构成的共振光对)的强度的功能。
作为该受光部4，只要是能够检测上述那样的光LL的强度的检测器即可，没有特别限定。作为受光部4，例如，能够使用输出与接收到的光的强度对应的信号的光电二极管等光检测器(受光元件)。
[加热器]
加热器5(加热部)具有对上述原子室2(更具体地是原子室2中的碱金属)进行加热的功能。由此，能够将原子室2中的碱金属维持为适当浓度的气态。
该加热器5例如构成为包含通过通电而发热的发热电阻体。该发热电阻体可以设置成与原子室2接触，也可以设置成不与原子室2接触。
更具体而言，例如，在将发热电阻体设置成与原子室2接触的情况下，在原子室2的一对窗部分别设置发热电阻体。由此，能够防止碱金属原子在原子室2的窗部上发生结露。其结果是，能够长期使原子振荡器1的特性(振荡特性)保持优异。这样的发热电阻体由对于光LL具有透过性的材料构成，具体而言，例如由ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)、IZO(Indium Zinc Oxide：氧化铟锌)、In3O3、SnO2、含Sb的SnO2、含Al的ZnO等氧化物等的透明电极材料构成。此外，这样的发热电阻体例如能够使用等离子体CVD、热CVD那样的化学蒸镀法(CVD)、真空蒸镀等干式镀敷法、溶胶-凝胶法等来形成。
并且，在将发热电阻体设置成不与原子室2接触的情况下，可以经由热传导性优异的金属等、陶瓷等部件从发热电阻体向原子室2导热。
此外，加热器5只要能够对原子室2进行加热，则不限于上述方式，能够使用各种加热器。此外，也可以使用帕尔贴元件替代加热器5或者与加热器5一并使用帕尔贴元件，对原子室2进行温度调节。
[温度传感器]
温度传感器6具有检测加热器5或原子室2的温度的功能。
该温度传感器6配置成例如与加热器5或原子室2接触。
作为温度传感器6，分别没有特别限定，能够使用热敏电阻、热电偶等公知的各种温度传感器。
[磁场产生部]
磁场产生部7具有向原子室2内的碱金属施加磁场的功能。由此，通过塞曼分裂，能够扩大原子室2内的碱金属原子的正在简并的不同的多个能级间的间隙，提高分辨率。其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡频率的精度。
该磁场产生部7例如可以由以构成电磁铁型的方式沿着原子室2的外周卷绕设置的线圈构成，也可以由以构成亥姆霍兹型的方式隔着原子室2相对地设置的1对线圈构成。
此外，磁场产生部7产生的磁场可以恒定磁场(直流磁场)，但也可以叠加有交流磁场。
[控制部]
控制部8具有分别控制光源部3、加热器5和磁场产生部7的功能。
该控制部8具有：控制光源部3的光源控制部82；控制原子室2中的碱金属的温度的温度控制部81；以及控制来自磁场产生部7的磁场的磁场控制部83。
光源控制部82具有如下功能：基于上述受光部4的检测结果，控制从光源部3射出的第1共振光和第2共振光的频率。更具体而言，光源控制部82控制从光源部3射出的第1共振光和第2共振光的频率，使得上述频率差(ω1－ω2)为上述碱金属固有的频率ω0。此外，后面将对光源控制部82的结构详细叙述。
此外，温度控制部81根据温度传感器6的检测结果，控制对加热器5的通电。由此，能够将原子室2维持在期望的温度范围内。例如，利用加热器5，将原子室2温度调节到例如70℃左右。
此外，磁场控制部83控制对磁场产生部7的通电，使得磁场产生部7产生的磁场恒定。
这样的控制部8例如被设置在安装于基板上的IC芯片中。
以上，对原子振荡器1的结构进行了简单说明。
(光源部的详细说明)
图4是用于说明图1所示的原子振荡器具有的光源部的概略图。图5是用于说明分别从图4所示的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图，图6是图5所示的原子室的横剖视图，即与1对窗部排列的方向垂直的剖视图。
如图4所示，光源部3具有：第1光源部31，其射出包含第1共振光和第2共振光的共振光对LL1作为第1光；以及第2光源部32，其射出包含第3共振光的调整光LL2作为第2光。
第1光源部31具有第1光源311、λ/2波长板312和λ/4波长板313。
第1光源311具有射出由进行线偏振的共振光对构成的第1光LL1a的功能。该第1光源311只要能够射出包含第1光LL1a的光即可，没有特别限定，例如为端面发光激光器、垂直谐振器面发光激光器(VCSEL)等半导体激光器。此外，“线偏振光”是指电磁波(光)的振动面位于一个平面内的光。换言之，“线偏振光”是电场(或磁场)的振动方向恒定的光。
λ/2波长板312是使正交的偏振光成分之间产生相位差π(180°)的多折射元件。因此，λ/2波长板312使来自第1光源311的线偏振光的第1光LL1a的偏振方向变更90°，生成共振光对LL1b。此外，在使第1光源311以绕光轴旋转90°的姿态来进行设置的情况下，从第1光源311射出的线偏振光的光与从后述的第2光源321射出的线偏振光的光的偏振方向正交。因此，能够省略λ/2波长板312。
λ/4波长板313是使正交的偏振光成分之间产生相位差π/2(90°)的多折射元件。该λ/4波长板313具有将由λ/2波长板312生成的共振光对LL1b从线偏振光转换为圆偏振光(也包含椭圆偏振光)的共振光对LL1的功能。由此，能够生成由上述第1共振光和第2共振光构成的共振光对LL1。
另一方面，第2光源部32具有第2光源321、减光滤光器322、上述第1光源部31和公共的λ/4波长板313。此处，如上所述，λ/4波长板313可以说包含在第1光源部31中，也可以说包含在第2光源部32中。
第2光源321具有射出第2光LL2a的功能，第2光LL2a由在与上述第1光源311相同的方向上进行线偏振的共振光构成。该第2光源321只要能够射出包含第2光LL2a的光即可，没有特别限定，例如为端面发光激光器、垂直谐振器面发光激光器(VCSEL)等半导体激光器、发光二极管(LED)、有机电致发光(有机EL)元件等发光元件。
减光滤光器322(ND滤光器)降低来自第2光源321的第2光LL2a的强度，生成共振光LL2b。由此，即使在第2光源321的输出较大的情况下，也能够将入射到原子室2调整光LL2设为期望的光量。此外，在第2光源321的输出小于第1光源311的情况下等，能够省略减光滤光器322。
如上所述，λ/4波长板313是使正交的偏振光成分之间产生相位差π/2(90°)的多折射元件。该λ/4波长板313具有如下功能：将由减光滤光器322生成的共振光LL2b从线偏振光转换为圆偏振光(也包含椭圆偏振光)的调整光LL2。由此，能够生成由上述第3共振光构成的调整光LL2。此处，进行线偏振的共振光LL2b的偏振方向(图5所示的b2方向)是与进行线偏振的共振光对LL1b的偏振方向(图5所示的b1方向)不同的方向(正交的方向)。因此，通过使共振光对LL1b和共振光LL2b穿过公共的λ/4波长板313，能够生成进行圆偏振的共振光对LL1和在与该共振光对LL1相反的方向上进行圆偏振的调整光LL2。这样，第1光源部31和第2光源部32具有供共振光对LL1和调整光LL2双方通过的公共的λ/4波长板313，因此，与第1光源部31和第2光源部32分别独立地具有λ/4波长板的情况相比，能够使装置结构简化。
在如上构成的光源部3中，利用光源控制部82控制第1光源311，以射出上述第1共振光和第2共振光。
光源控制部82具有频率控制部821、压控型石英振荡器822(VCXO：VoltageControlled Crystal Oscillators)和相位同步电路823(PLL：phase locked loop：锁相环)。
频率控制部821基于受光部4的受光强度，检测原子室2内的EIT状态，并输出与该检测结果对应的控制电压。由此，频率控制部821控制压控型石英振荡器822，使得在受光部4中检测出EIT信号。
压控型石英振荡器822被频率控制部821控制为期望的振荡频率，例如，以几MHz～几十MHz左右的频率进行振荡。此外，压控型石英振荡器822的输出信号被输入到相位同步电路823，并且，被作为原子振荡器1的输出信号输出。
相位同步电路823对来自压控型石英振荡器822的输出信号进行倍频。由此，相位同步电路823以与上述碱金属原子的两个不同的两个基态能级的能量差ΔE对应的频率的1/2的频率进行振荡。这样倍频后的信号(高频信号)在叠加直流偏置电流后，作为驱动信号被输入到第1光源部31的第1光源311。由此，能够对第1光源311中包含的半导体激光器等发光元件进行调制，射出作为频率差(ω1－ω2)为ω0的两种光的第1共振光和第2共振光。此处，直流偏置电流的电流值被未图示的偏置控制部控制为规定值。由此，能够将第1共振光和第2共振光的中心波长控制为期望那样。
此外，第1光源311和第2光源321分别被未图示的温度调节元件(发热电阻体、珀尔帖元件等)温度调节到规定温度。此外，通过调整第1光源311和第2光源321的温度，还能够控制来自第1光源311和第2光源321的光的中心波长。
来自如以上说明的那样构成的第1光源部31和第2光源部32的共振光对LL1和调整光LL2被照射到原子室2。
如图5所示，原子室2具有主体部21、隔着主体部21设置的一对窗部22、23。在该原子室2中，主体部21被配置在1对窗部22、23之间，主体部21和1对窗部22、23划分形成(构成)封入有气态的碱金属的内部空间S。
更具体地说明，主体部21呈板状，在该主体部21中，形成有在主体部21的厚度方向上贯通的贯通孔211。
作为该主体部21的构成材料，没有特别限定，可举出玻璃材料、石英、金属材料、树脂材料、硅材料等。这些材料中，优选使用玻璃材料、石英、硅材料中的任意一种，更优选使用硅材料。由此，即使在形成宽度或高度为10mm以下那样的较小的原子室2的情况下，也能够使用蚀刻等精细加工技术，容易地形成高精度的主体部21。尤其是，硅能够进行基于蚀刻的精细加工。因此，通过使用硅构成主体部21，即使谋求原子室2的小型化，也能够简单且高精度地形成主体部21。此外，窗部22、23通常由玻璃构成，而硅的热传导性优于玻璃。因此，能够使主体部21的散热性变得优异。此外，在窗部22、23由玻璃构成的情况下，能够简单地利用阳极接合将主体部21与窗部22、23气密地接合，能够使原子室2的可靠性优异。
这样的主体部21的一个面与窗部22接合，另一方面，主体部21的另一个面与窗部23接合。由此，贯通孔211的一端开口被窗部22封闭，并且，贯通孔211的另一端开口被窗部23封闭。
作为主体部21与窗部22、23的接合方法，可根据它们的构成材料来决定，只要能够气密地接合即可，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、表面活化接合法等，但优选使用直接接合法或阳极接合法。由此，能够简单地使主体部21与窗部22、23气密地接合，能够使原子室2的可靠性优异。
与这样的主体部21接合的各窗部22、23针对来自上述光源部3的光LL具有透过性。而且，一个窗部22是光LL向原子室2的内部空间S内入射的入射侧窗部，另一个窗部23是光LL从原子室2的内部空间S内射出的出射侧窗部。此外，窗部22、23分别呈板状。
作为窗部22、23的构成材料，只要分别针对上述那样的光LL具有透过性即可，没有特别限定，例如，可举出玻璃材料、石英等，但优选使用玻璃材料。由此，能够实现针对激励光具有透过性的窗部22、23。此外，在主体部21硅由构成的情况下，通过使用玻璃来构成窗部22、23，能够简单地利用阳极接合使主体部21与窗部22、23气密地接合，能够使原子室2的可靠性优异。此外，根据窗部22、23的厚度以及光LL的强度，还能够利用硅来构成窗部22、23。在该情况下，也能够使主体部21与窗部22、23进行直接接合或阳极接合。
在被这样的窗部22、23封闭的贯通孔211内的空间即内部空间S中，主要收纳有气态的碱金属。收纳在该内部空间S内的气态的碱金属被光LL激励。此处，内部空间S的至少一部分构成供光LL通过的“光通过空间”。在本实施方式中，内部空间S的横截面呈圆形，另一方面，光通过空间的横截面呈与内部空间S的横截面相似的形状(即圆形)，且被设定为略小于内部空间S的横截面。此外，内部空间S的横截面形状不限于圆形，例如，也可以是四边形、五边形等多边形、椭圆形等。
如图5所示，在如以上说明的那样构成的原子室2内，共振光对LL1的光轴a1相对于调整光LL2的光轴a2以倾斜角度θ倾斜，且在交点P处与光轴a2相交。此外，在图5中，在原子室2内，共振光对LL1的光轴a1平行于沿着原子室2的窗部22与窗部23排列的方向的轴线a，另一方面，调整光LL2的光轴a2相对于轴线a以倾斜角度θ倾斜。此外，在图5中，光轴a1与轴线a一致。
此处，在原子室2的射出共振光对LL1和调整光LL2的一侧，在光轴a1或其延长线上配置有上述受光部4。通过了原子室2的共振光对LL1被受光部4接收。另一方面，将光轴a2设定为受光部4不接收通过了原子室2的调整光LL2。由此，能够防止或减少受光部4接收调整光LL2的情况。
在本实施方式中，通过了原子室2的调整光LL2为了不成为杂散光，入射到未图示的反射防止部。此外，也可以是，利用受光元件接收通过了原子室2的调整光LL2，并根据该受光元件的检测结果，控制第2光源部32。
此外，如图6所示，在原子室2内，调整光LL2的宽度W2大于共振光对LL1的宽度W1。由此，在原子室2内，共振光对LL1的通过区域包含在调整光LL2的通过区域内。
此外，调整光LL2的宽度W2小于原子室2内的宽度W。
图7是示出铯原子的能量状态与共振光对(第1共振光、第2共振光)以及调整光(第3共振光)之间的关系的一例的图。
例如，在原子室2内封入有铯原子的情况下，如图7所示，使用进行σ+偏振(左旋圆偏振)的D1线作为第1共振光和第2共振光(共振光对)，使用进行σ－偏振光(右旋圆偏振)的D2线作为第3共振光(调整光)。此外，也可以是，第1共振光和第2共振光为σ－偏振光，第3共振光为σ+偏振光，此外还可以是，第1共振光和第2共振光为D2线，第3共振光为D1线。
作为碱金属原子的一种的铯原子具有6S1/2的基态能级、6P1/2和6P3/2这两个激励能级。此外，6S1/2、6P1/2、6P3/2的各能级具有分裂为多个能级的细微结构。具体而言，6S1/2能级具有F＝3、4这两个基态能级，6P1/2能级具有F’＝3、4这两个激励能级，6P3/2能级具有F”＝2、3、4、5这4个激励能级。
处于6S1/2的F＝3的第1基态能级的铯原子通过吸收D2线，能够跃迁到6P3/2的F”＝2、3、4中的任意一个的激励能级，但不能跃迁到F”＝5的激励能级。处于6S1/2的F＝4的第2基态能级的铯原子通过吸收D2线，能够跃迁到6P3/2的F”＝3、4、5中的任意一个的激励能级，但不能跃迁到F”＝2的激励能级。这些基于假定了电偶极跃迁的情况下的跃迁选择规则。相反，处于6P3/2的F”＝3、4中的任意一个激励能级的铯原子放射出D2线，从而能够跃迁到6S1/2的F＝3或F＝4的基态能级(原来的基态能级或另一个基态能级中的任意一个)。由这样的6S1/2的F＝3、4的两个基态能级和6P3/2的F”＝3、4中的任意一个激励能级构成的三能级能够进行基于D2线的吸收/发光的Λ型的跃迁，因此被称作Λ型三能级。同样，由6S1/2的F＝3、4的两个基态能级和6P1/2的F’＝3、4中的任意一个激励能级构成的三能级能够进行基于D1线的吸收/发光的Λ型的跃迁，因此也形成Λ型三能级。
与此相对，处于6P3/2的F”＝2的激励能级的铯原子放射出D2线，必然跃迁到6S1/2的F＝3的基态能级(原来的基态能级)，同样，处于6P3/2的F”＝5的激励能级的铯原子放射出D2线，必然跃迁到6S1/2的F＝4的基态能级(原来的基态能级)。因此，由6S1/2的F＝3、4的两个基态能级和6P3/2的F＝2或F＝5的激励能级构成的三能级不能进行基于D2线的吸收/放射的Λ型的跃迁，因此不形成Λ型三能级。
这样的铯原子在真空中的D1线的波长为894.593nm，在真空中的D2线的波长为892.347nm，6S1/2的超细微分裂频率(ΔE)为9.1926GHz。
此外，铯原子以外的碱金属原子也同样具有形成Λ型三能级的两个基态能级和激励能级。此处，钠原子在真空中的D1线的波长为589.756nm，在真空中的D2线的波长为589.158nm，3S1/2的超细微分裂频率(ΔE)为1.7716GHz。此外，铷(85Rb)原子在真空中的D1线的波长为794.979nm，在真空中的D2线的波长为780.241nm，5S1/2的超细微分裂频率(ΔE)为3.0357GHz。此外，铷(87Rb)原子在真空中的D1线的波长为794.979nm，在真空中的D2线的波长为780.241nm，5S1/2的超细微分裂频率(ΔE)为6.8346GHz。
图8是示出钠原子的磁量子数的分布的图。图8的(a)是示出向钠原子照射σ+圆偏振的共振光的情况下的钠原子的磁量子数的分布的图。图8的(b)是示出向钠原子照射σ－圆偏振的共振光的情况下的钠原子的磁量子数的分布的图。
例如，如图8所示，作为碱金属原子的一种的钠原子具有形成Λ型三能级的两个基态能级和激励能级，3S1/2的F＝1的第1基态能级具有mF1＝－1、0、1的3个磁量子数，3S1/2的F＝2的第2基态能级具有mF2＝－2、－1、0、1、2的5个磁量子数，3P1/2的激励能级具有mF’＝－2、－1、0、1、2的5个磁量子数。
如图8的(a)所示，在对处于F＝1或F＝2的基态能级的钠原子照射σ+圆偏振的共振光对时，依据磁量子数增1这样的选择规则，被激励到激励能级。此时，在处于F＝1或F＝2的基态能级的钠原子中，磁量子数的分布朝较大的方向发生变化。
另一方面，如图8的(b)所示，在对处于F＝1或F＝2的基态能级的钠原子照射σ－圆偏振光的共振光对时，依据磁量子数减1这样的选择规则，被激励到激励能级。此时，在处于F＝1或F＝2的基态能级的钠原子中，磁量子数的分布朝较小的方向发生变化。
此外，在图8中，为了便于说明，以简单的结构的钠原子为例示出了磁量子数的分布，而在其它碱金属原子中，基态能级和激励能级各自具有2F+1个磁量子数(磁副能级)，依据上述那样的选择规则，磁量子数的分布发生变化。
图9是示出铯原子的磁量子数的分布的曲线图。图9的(a)是示出向铯原子仅照射共振光对的情况下的铯原子的磁量子数的分布的图。图9的(b)是示出向铯原子照射共振光对和调整光的情况下的铯原子的磁量子数的分布的图。
如图9的(a)所示，在向铯原子仅照射共振光对LL1的情况下，虽然处于第1基态能级的铯原子的磁量子数mF3的分布的不均衡较小，但其数量较少。此外，对于处于第2基态能级的铯原子，磁量子数mF4的分布明显偏向较大一方。
即，在现有的原子振荡器(例如专利文献1的原子振荡器)中，向金属照射的共振光均在一个方向上进行圆偏振，因此，例如与共振光进行线偏振的情况相比，虽然能够提高EIT信号的强度，但其效果不充分。这是因为，共振光均在一个方向上进行圆偏振，由此，分布偏向金属的磁量子数较小者或较大一方中的任意一个，其结果是，对EIT有贡献的期望的磁量子数的金属原子的数量减少。
与此相对，如图9的(b)所示，在同时向铯原子照射共振光对LL1和调整光LL2双方的情况下，分别处于第1基态能级和第2基态能级的铯原子的磁量子数mF3、mF4的分布的不均衡比较小，且其数量比较多。尤其是，能够增加相对于磁场稳定的磁量子数mF3、mF4＝0的铯原子的数量。即，在同时向铯原子照射共振光对LL1和调整光LL2双方的情况下，与向铯原子仅照射共振光对LL1的情况相比，在第1基态能级和第2基态能级的各个能级中，能够增加处于各能级的铯原子的数量，且使铯原子的磁量子数的分布平均化。
图10是示出调整光的有无导致的EIT信号的不同的曲线图。
如图10所示，在同时向铯原子照射共振光对LL1和调整光LL2双方的情况下(再泵浦打开)，与向铯原子仅照射共振光对LL1的情况(再泵浦关闭)相比，能够使半值全宽大致同等，且将EIT信号的信号强度提高3倍左右。
此外，图9、图10所示的结果是通过如下方式得到的：使用图7所示的偏振光的共振光对(第1共振光、第2共振光)和调整光(第3共振光)，将原子室2内的调整光的强度(光量子束密度)设为共振光对的一半程度。
如以上说明的那样，在原子振荡器1中，除了彼此在同一方向上进行圆偏振的共振光对LL1以外，还向碱金属照射在与该共振光对LL1相反的方向上进行圆偏振的调整光LL2，由此，能够利用调整光LL2抵消或缓解共振光对LL1导致的磁量子数的分布的不均衡。因此，能够减少碱金属的磁量子数的分布的不均衡。由此，增加对EIT有贡献的期望的磁量子数的碱金属原子的数量，其结果是，使用进行圆偏振的共振光对LL1，能够显著地发现使EIT信号的强度提高的效果。因此，能够有效地提高EIT信号的强度。
此处，在图7所示的情况下，调整光LL2的波长与共振光对LL1不同。即，调整光LL2的波长偏离共振光对LL1的波长。因此，能够减少调整光LL2导致的不需要的信号的产生。
此外，如图7所示，在共振光对LL1为D1线、调整光LL2为D2线的情况下，能够有效地产生EIT现象。其结果是，能够有效地提高EIT信号的强度。
此外，在原子室2内，调整光LL2的强度(光量子束密度)小于共振光对LL1。由此，能够有效地减少原子室2内的碱金属的磁量子数的不均衡。
此外，在调整光LL2的强度过强时，原子室2内的碱金属的磁量子数的分布有时大幅偏向与共振光对LL1导致的磁量子数的分布偏向相反一侧。另一方面，在调整光LL2的强度过弱时，有时不能利用调整光LL2充分抵消或缓解共振光对LL1导致的磁量子数的分布的不均衡。
根据这样的观点，在设原子室2内的共振光对LL1的光量子束密度为D1，原子室2内的调整光LL2的光量子束密度为D2时，D2/D1优选为0.1以上0.9以下，更优选为0.2以上0.7以下，进一步优选为0.3以上0.5以下。
此处，调整光LL2的强度能够通过减光滤光器322的减光率来进行调整。此外也能够通过调整第2光源321的驱动电流来进行调整。
此外，在原子室2内，共振光对LL1的通过区域包含在调整光LL2的通过区域内，因此，能够有效地减少碱金属的磁量子数的分布的不均衡。
此外，在本实施方式中，如上所述，共振光对LL1的光轴a1和调整光LL2的光轴a2在原子室2内的交点P处彼此相交。因此，不需要用于合成共振光对LL1和调整光LL2的光学部件，能够使装置结构简化。
此处，原子室2内的共振光对LL1的光轴a1相对于调整光LL2的光轴a2的倾斜角度θ优选为1°以上30°以下，更优选为2°以上10°以下。由此，能够实现装置的小型化和简单化，且能够容易地利用调整光LL2进行磁量子数的分布调整。与此相对，在倾斜角度θ过小时，处于如下趋势：第1光源311和第2光源321的设置自由度变得极小，从而导致装置的大型化。另一方面，在倾斜角度θ过大时，必须考虑原子室2内的碱金属原子的多普勒宽度等来设计第2光源部32，处于设计变难的趋势。
(变形例)
图11是用于说明分别从本发明第1实施方式的变形例的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图。
在图11所示的变形例中，在原子室2内，共振光对LL1的光轴a1相对于轴线a以倾斜角度θ1倾斜。另一方面，在原子室2内，调整光LL2的光轴a2相对于轴线a，朝与光轴a1相反一侧以倾斜角度θ2倾斜。由此，能够实现相对于轴线a的对称性高的结构。
此处，在图11所示的变形例中，也与上述图5所示的例子相同，在原子室2内，共振光对LL1的光轴a1相对于调整光LL2的光轴a2以倾斜角度θ进行倾斜，且在交点P处与光轴a2相交。因此，倾斜角度θ为倾斜角度θ1与倾斜角度θ2之和。
在图11中，示出了倾斜角度θ1与倾斜角度θ2彼此相等的情况，但倾斜角度θ1与倾斜角度θ2也可以彼此不同。
＜第2实施方式＞
接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。
图12是示出本发明第2实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。图13是用于说明分别从图12所示的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图。
本实施方式中，除了第1光源部和第2光源部的结构不同，且在原子室与受光部之间追加了λ/4波长板和偏振镜以外，与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第2实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图12、13中，对于与上述实施方式相同的结构，标注相同的标号。
图12所示的原子振荡器1A具有光源部3A、λ/4波长板91和偏振镜92。
光源部3A具有射出共振光对LL1的第1光源部31A和射出调整光LL2的第2光源部32A。
第1光源部31A除了在λ/2波长板312与λ/4波长板313之间追加了偏振光束分离器314以外，与上述第1实施方式的第1光源部31同样地构成。即，第1光源部31A具有第1光源311、λ/2波长板312、λ/4波长板313和偏振光束分离器314。
此外，第2光源部32A除了在减光滤光器322与λ/4波长板313之间追加了反射镜323和偏振光束分离器314以外，与上述第1实施方式的第2光源部32同样地构成。即，第2光源部32A具有第2光源321、减光滤光器322、反射镜323和偏振光束分离器314。
在这样的第1光源部31A和第2光源部32A中，偏振光束分离器314被设置为被第1光源部31A和第2光源部32A共用。在第1光源部31A中，偏振光束分离器314使共振光对LL1b直接通过并入射到λ/4波长板313。另一方面，在第2光源部32A中，偏振光束分离器314使由反射镜323反射的共振光LL2b反射，并入射到λ/4波长板313。即，共振光对LL1b和共振光LL2b被偏振光束分离器314合成为光轴彼此一致，并入射到λ/4波长板313。
此处，反射镜323和偏振光束分离器314构成对共振光对LL1b和共振光LL2b进行合成的“合成部”。通过这样的合成部，能够将共振光对LL1b和共振光LL2b以光轴彼此一致的方式照射到原子室2。此外，也可以省略反射镜323。在该情况下，只要设置第2光源321和减光滤光器322，使得共振光LL2b为入射到偏振光束分离器314那样的方向即可。
此外，也可以设置λ/2波长板来替代减光滤光器322。在使用λ/2波长板时，能够根据从第2光源321射出的第2光LL2a的线偏振光的角度，使第2光LL2a的强度减小或增大。
如图13所示，在本实施方式中，在气室2内，共振光对LL1的光轴a1与调整光LL2的光轴a2平行且与原子室2的轴线a平行。此外，在图13中，光轴a1和光轴a2分别与轴线a一致。共振光对LL1的光轴a1和调整光LL2的光轴a2彼此平行，由此，能够有效地向原子室2照射共振光对LL1和调整光LL2。
通过了原子室2的共振光对LL1和调整光LL2入射到λ/4波长板91。λ/4波长板91是使正交的偏振光成分之间产生相位差π/2(90°)的多折射元件。该λ/4波长板91将共振光对LL1从圆偏振光转换为线偏振光，生成共振光对LL1c。此外，该λ/4波长板91将调整光LL2从圆偏振光转换为与共振光对LL1c不同的方向(正交的方向)的线偏振光，生成调整光LL2c。
由λ/4波长板91生成的共振光对LL1c和调整光LL2c入射到偏振镜92。偏振镜92仅使在特定方向上偏振的光通过，使共振光对LL1c通过，而截止调整光LL2c。由此，仅共振光对LL1c入射到受光部4。
此处，λ/4波长板91和偏振镜92被配置在原子室2与受光部4之间，构成使共振光对LL1和调整光LL2分离的“分离部”。通过设置这样的分离部，能够防止或减少受光部4接收到调整光的情况。
通过以上说明那样的第2实施方式，也能够有效地提高EIT信号的强度。
＜第3实施方式＞
接下来，对本发明的第3实施方式进行说明。
图14是示出本发明第3实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。
本实施方式中，除了第1光源部、第2光源部和控制部的结构不同，并且在原子室与受光部之间追加了λ/4波长板和偏振光束分离器以外，与上述第1实施方式相同。此外，在本实施方式中，除了控制部的结构不同，并且将原子室与受光部之间的偏振镜替换为偏振光束分离器以外，与上述第2实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第3实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图14中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。
图14所示的原子振荡器1B具有偏振光束分离器93、检测部10和光源控制部82B。
偏振光束分离器93使共振光对LL1c在直接通过后入射到受光部4。此外，偏振光束分离器93反射调整光LL2c，使其入射到检测部10。
此外，也可以替代减光滤光器322，而设置λ/2波长板。在使用λ/2波长板时，能够根据从第2光源321射出的第2光LL2a的线偏振光的角度，使第2光LL2a的强度减小或增大。
此处，λ/4波长板91和偏振光束分离器93被配置在原子室2与受光部4之间，构成使共振光对LL1和调整光LL2分离的“分离部”。通过设置这样的分离部，能够防止或减少受光部4接收到调整光的情况。
检测部10具有检测调整光LL2c的强度的功能。作为该检测部10，只要能够检测调整光LL2c的强度即可，没有特别限定，例如，能够使用输出与接收到的光的强度对应的信号的光电二极管等光检测器(受光元件)。
光源控制部82具有强度控制部824，该强度控制部824基于检测部10的检测结果，控制第2光源321的输出。例如，强度控制部824将从第2光源321射出的第2光LL2a的强度控制为恒定。
通过以上说明那样的第3实施方式，也能够有效地提高EIT信号的强度。
＜第4实施方式＞
接下来，对本发明的第4实施方式进行说明。
图15是示出本发明第4实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。图16是用于说明从分别从图15所示的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图。
本实施方式除了第2光源部的结构不同以外，与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第4实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图15、16中，对于与上述实施方式相同的结构，标注相同的标号。
图15所示的原子振荡器1C具有光源部3B。
光源部3B具有射出共振光对LL1的第1光源部31和射出调整光LL2的第2光源部32B。
第2光源部32B除了使用第2光源321A来替代第2光源321，并且使用偏振镜324来替代减光滤光器322以外，与上述第1实施方式的第2光源部32同样地构成。即，第2光源部32B具有第2光源321A、偏振镜324和λ/4波长板313。
第2光源321A具有射出第2光LL2a的功能，该第2光LL2a包含在与上述第1光源311相同的方向上进行线偏振的共振光。尤其是，第2光LL2a包含线宽比来自上述第1光源311的第1光LL1a(共振光对)大的共振光。由此，如后述那样，能够生成线宽比共振光对LL1大的调整光LL2。该第2光源321A只要能够射出包含线宽比第1光LL1a大的作为共振光的线偏振光成分的光即可，没有特别限定，例如为端面发光激光器、垂直谐振器面发光激光器(VCSEL)等半导体激光器、发光二极管(LED)、有机电致发光(有机EL)元件等发光元件。
特别优选的是，第2光源321A为射出非偏振光的光的发光元件，例如发光二极管。即，第2光源部32B优选使用来自构成第2光源321A的发光二极管的光，生成调整光LL2。由此，能够以较简单的结构，生成线宽较大的调整光LL2。
偏振镜324入射有来自第2光源321A的第2光LL2a，使仅由该第2光LL2a中包含的特定方向的线偏振光成分构成的共振光LL2b通过而将其取出。共振光LL2b在与上述共振光对LL1b的偏振方向不同的方向(正交的方向)上进行线偏振。
此外，λ/4波长板313是如上述那样使正交的偏振光成分之间产生相位差π/2(90°)的多折射元件。该λ/4波长板313具有如下功能：将由偏振镜324生成的共振光LL2b从线偏振光转换为圆偏振光(也包含椭圆偏振光)的调整光LL2。由此，能够生成由上述第3共振光构成的调整光LL2。此处，进行线偏振的共振光LL2b的偏振方向(图16所示的b2方向)是与进行线偏振的共振光对LL1b的偏振方向(图16所示的b1方向)不同的方向(正交的方向)。因此，通过使共振光对LL1b和共振光LL2b通过公共的λ/4波长板313，能够生成进行圆偏振的共振光对LL1和在与该共振光对LL1相反的方向上进行圆偏振的调整光LL2。这样，第1光源部31和第2光源部32B具有供共振光对LL1和调整光LL2双方通过的公共的λ/4波长板313，因此，与第1光源部31和第2光源部32B分别独立地具有λ/4波长板的情况相比，能够使装置结构简化。
尤其是，调整光LL2是如上述那样使用线宽较大的第2光LL2a生成的，因此，线宽比共振光对LL1大。由此，能够针对大范围的速度分布的碱金属原子，使调整光LL2共振。因此，即使调整光LL2的中心波长略有偏差，也能够针对处于期望的速度的碱金属原子，使调整光LL2共振。其结果是，不需要调整光LL2的频率控制、即第2光源321A的频率控制，能够使装置结构简化。
此外，在第2光源部32B中，在使用射出非偏振光的光作为第2光源321A的光源的情况下，使来自第2光源321A的光入射到偏振镜324，由此，能够以比较简单的结构，生成线宽较大的调整光LL2。
在本实施方式的原子振荡器1C中，调整光LL2的线宽大于共振光对LL1，因此，调整光LL2能够使大范围的速度分布的碱金属原子共振。因此，即使调整光LL2的中心波长略有偏差，调整光LL2也能够使处于期望的速度的碱金属原子共振。其结果是，不需要调整光LL2的频率控制，能够使装置结构简化。
此处，调整光LL2使碱金属共振，因此，能够有效地调整碱金属原子的磁量子数的分布。
此外，共振光对LL1的波长范围优选位于调整光LL2的波长范围的外侧。即，调整光LL2的波长范围优选不包含共振光对LL1的波长范围。由此，能够减少调整光LL2导致的不需要的信号的产生。
此外，调整光LL2的线宽只要大于共振光对LL1的线宽即可，但相对于共振光对LL1的线宽，优选为1.5倍以上1000倍以下，更优选为10倍以上100倍以下。由此，即使调整光LL2的中心波长略有偏差，调整光LL2也能够使处于期望的速度的碱金属原子共振。
通过以上说明那样的第4实施方式，也能够有效地提高EIT信号的强度。
＜第5实施方式＞
接下来，对本发明的第5实施方式进行说明。
图17是示出本发明第5实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。图18是用于说明分别从图17所示的光源部的第1光源部和第2光源部射出的光的图。
本实施方式除了与第2光源部的结构不同以外，与上述第4实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第5实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图17、18中，对于与上述实施方式相同的结构，标注相同的标号。
图17所示的原子振荡器1D具有光源部3C。
光源部3C具有射出共振光对LL1的第1光源部31和射出调整光LL2的第2光源部32C。
第2光源部32C除了省略λ/4波长板313，并在偏振镜324与原子室2之间追加了λ/4波长板325和反射镜323以外，与上述第4实施方式的第2光源部32B同样地构成。即，第2光源部32C具有第2光源321A、偏振镜324、λ/4波长板325和反射镜323。
λ/4波长板325是使正交的偏振光成分之间产生相位差π/2(90°)的多折射元件。该λ/4波长板325具有将由偏振镜324生成的共振光LL2b从线偏振光转换为圆偏振光(也包含椭圆偏振光)的调整光LL2的功能。这样，第2光源部32C具有与第1光源部31的λ/4波长板313独立的λ/4波长板325，由此能够提高第2光源部32C的设置自由度。
由λ/4波长板325生成的调整光LL2被反射镜323反射后入射到原子室2。此外，也可以省略反射镜323。在该情况下，只要按照调整光LL2入射到原子室2那样的方向设置第2光源321A和偏振镜324即可。
尤其是，在本实施方式中，如图18所示，调整光LL2经由原子室2的主体部21入射到内部空间S。由此，能够防止或减少受光部4接收到调整光LL2的情况。此外，在图18中，为了便于说明，省略了反射镜323的图示。
通过以上说明那样的第5实施方式，也能够有效地提高EIT信号的强度。
2.电子设备
能够将以上说明那样的原子振荡器组装到各种电子设备中。
以下，对本发明的电子设备进行说明。
图19是示出在利用了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19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例如具有：接收装置302，其经由设置于例如电子基准点(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。
此处，接收装置302是具有上述本发明的原子振荡器1来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
图20是示出本发明的移动体的一例的图。
在该图中，移动体1500构成为具有车体1501和4个车轮1502，并通过设置在车体1501上的未图示的动力源(发动机)来使车轮1502旋转。在这样的移动体1500中，内置有原子振荡器1。
此外，本发明的电子设备不限于上述电子设备，例如可以应用于移动电话、数字静态照相机、喷墨式喷出装置(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、汽车导航装置、寻呼器、电子记事本(也包含带通信功能的)、电子词典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、电视电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、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、各种测量设备、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、GPS模块等。
以上，基于图示的实施方式，对本发明的量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体进行了说明，但本发明不限于这些。
此外，本发明的各部分的结构能够置换为发挥与上述实施方式相同的功能的任意结构，此外，也能够附加任意结构。此外，本发明可以使上述各实施方式的任意结构彼此组合。

Claims (14)

1.一种量子干涉装置，其特征在于，该量子干涉装置具有：
原子室，其封入有碱金属原子；
第1光源部，其射出包含共振光对的第1光，该共振光对彼此在同一方向上进行圆偏振且使所述碱金属原子共振；
第2光源部，其射出在与所述共振光对相反的方向上进行圆偏振的第2光；以及
受光部，其接收通过了所述原子室的所述共振光对，
所述第2光包含使所述碱金属原子共振的共振光，
所述共振光对和所述共振光中的一方包含D1线，
所述共振光对和所述共振光中的另一方包含D2线。
2.一种量子干涉装置，其特征在于，该量子干涉装置具有：
原子室，其封入有碱金属原子；
第1光源部，其射出包含共振光对的第1光，该共振光对彼此在同一方向上进行圆偏振且使所述碱金属原子共振；
第2光源部，其射出在与所述共振光对相反的方向上进行圆偏振的第2光；以及
受光部，其接收通过了所述原子室的所述共振光对，
所述第2光的线宽大于所述共振光对的线宽。
3.一种量子干涉装置，其特征在于，该量子干涉装置具有：
原子室，其封入有碱金属原子；
第1光源部，其射出包含共振光对的第1光，该共振光对彼此在同一方向上进行圆偏振且使所述碱金属原子共振；
第2光源部，其射出在与所述共振光对相反的方向上进行圆偏振的第2光；以及
受光部，其接收通过了所述原子室的所述共振光对，
所述第2光包含使所述碱金属原子共振的共振光，
所述共振光的波长与所述共振光对的波长不同。
4.一种量子干涉装置，其特征在于，该量子干涉装置具有：
原子室，其封入有碱金属原子；
第1光源部，其射出包含共振光对的第1光，该共振光对彼此在同一方向上进行圆偏振且使所述碱金属原子共振；
第2光源部，其射出在与所述共振光对相反的方向上进行圆偏振的第2光；以及
受光部，其接收通过了所述原子室的所述共振光对，
在所述原子室内，所述第2光的强度小于所述第1光的强度。
5.一种量子干涉装置，其特征在于，该量子干涉装置具有：
原子室，其封入有碱金属原子；
第1光源部，其射出包含共振光对的第1光，该共振光对彼此在同一方向上进行圆偏振且使所述碱金属原子共振；
第2光源部，其射出在与所述共振光对相反的方向上进行圆偏振的第2光；以及
受光部，其接收通过了所述原子室的所述共振光对；以及
分离部，其被配置在所述原子室与所述受光部之间，使所述第1光与所述第2光分离。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的量子干涉装置，其中，
所述第1光源部射出进行线偏振的光，
所述第2光源部射出进行线偏振的光，
所述量子干涉装置具有供来自所述第1光源的光和来自所述第2光源的光通过的公共的λ/4波长板。
7.根据权利要求1～5中的任意一项所述的量子干涉装置，其中，
所述第1光的光轴与所述第2光的光轴彼此相交。
8.根据权利要求1～5中的任意一项所述的量子干涉装置，其中，
在所述原子室内，在所述第2光的通过区域内包含所述第1光的通过区域。
9.根据权利要求1～5中的任意一项所述的量子干涉装置，其中，
所述第2光源部具有生成所述第2光的发光二极管。
10.根据权利要求1～5中的任意一项所述的量子干涉装置，其中，
所述第2光源部具有：射出非偏振光的光源；以及被入射来自所述光源的光的偏振镜。
11.根据权利要求1～5中的任意一项所述的量子干涉装置，其中，
所述原子室具有1对窗部和主体部，该主体部被配置在所述1对窗部之间，与所述1对窗部一同构成封入有所述碱金属原子的内部空间，
所述第2光透过所述主体部而入射到所述内部空间。
12.一种量子干涉装置，其特征在于，该量子干涉装置具有：
原子室，其封入有碱金属原子；
第1光源部，其射出包含使所述碱金属原子共振的共振光对的第1光；
第2光源部，其射出包含调整所述碱金属原子的磁量子数的共振光的第2光；以及
受光部，其接收通过了所述原子室的所述共振光对，
所述第2光包含使所述碱金属原子共振的共振光，
所述共振光对和所述共振光中的一方包含D1线，
所述共振光对和所述共振光中的另一方包含D2线。
13.一种原子振荡器，其特征在于，该原子振荡器具有权利要求1～12中的任意一项所述的量子干涉装置。
14.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1～12中的任意一项所述的量子干涉装置。
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