JP2009140984A - Atomic oscillator - Google Patents

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幸治 珎道
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an atomic oscillator which can strongly produce a coherent population trapping (CPT) phenomena and ensure a high ratio of signal to noise. <P>SOLUTION: The atomic oscillator 10 is provided with a coherent light source 14 (light emitting element), a gas cell 20 for transmitting a resonated light output from the coherent light source 14, and an optical detector 16 (light receiving element) for detecting a light transmitting the gas cell 20. The gas cell 20 has a partition part 22 in a direction crossing the transmitting direction of the resonated light, of which inside is divided into a plurality of chambers 24. The partition part 22 can be plurally provided inside the gas cell 20. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、原子発振器に関するものである。   The present invention relates to an atomic oscillator.

量子干渉効果(CPT:Coherent Population Trapping)を利用した原子発振器は、半導体レーザやガスセル、光検出器等を備えている。そして特許文献1に記載されたCPTを利用した原子発振器の物理セル構造は、半導体レーザ、ガスセルおよび光検出器を一体的に縦積みした構造である。半導体レーザは、波長の異なる2種類の光(カップリング光とプローブ光)を生成し、ガスセルへ出力するようになっている。このガスセルの中には、ルビジウム原子やセシウム原子といったアルカリ金属原子(量子吸収体)を封入している。そしてガスセル中の量子吸収体は前記光を吸収し、2種類の光の周波数差に応じて吸収特性が変化することになる。なおカップリング光とプローブ光の周波数差がある特定な値のときに、2種類の光をいずれも吸収せず透過する現象が知られている(電磁誘導透過(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象)。   An atomic oscillator using a quantum interference effect (CPT: Coherent Population Trapping) includes a semiconductor laser, a gas cell, a photodetector, and the like. The physical cell structure of an atomic oscillator using CPT described in Patent Document 1 is a structure in which a semiconductor laser, a gas cell, and a photodetector are integrated vertically. The semiconductor laser generates two types of light (coupling light and probe light) having different wavelengths and outputs them to the gas cell. In this gas cell, alkali metal atoms (quantum absorbers) such as rubidium atoms and cesium atoms are enclosed. And the quantum absorber in a gas cell absorbs the said light, and an absorption characteristic will change according to the frequency difference of two types of light. In addition, when the frequency difference between the coupling light and the probe light is a specific value, a phenomenon is known in which neither of the two types of light is transmitted without being absorbed (electromagnetically induced transmission (EIT) phenomenon). .

また原子発振器に使用するガスセルを励起光の光軸方向に対して薄型化することが提案されている。そして特許文献2に記載された原子発振取得装置では、通常よりも薄くしたガスセルを用いている。具体的には、このガスセルは筒状、特に円筒状のものが好ましく、且つ、筒側面の長さが0.1mm〜5mmであることが好ましく、1mm〜2mmであればより好ましいとされている。   Further, it has been proposed to make a gas cell used in an atomic oscillator thin with respect to the optical axis direction of excitation light. The atomic oscillation acquisition device described in Patent Document 2 uses a gas cell that is thinner than usual. Specifically, the gas cell is preferably cylindrical, particularly cylindrical, and the length of the cylinder side surface is preferably 0.1 mm to 5 mm, more preferably 1 mm to 2 mm. .

また特許文献3に記載されたルビジウム原子発振器では、光ポンピング光源と光検出器との間に金属ケースを配設し、この金属ケース内に複数のガスセルおよび誘電体共振器を組み合わせて配設している。   In the rubidium atomic oscillator described in Patent Document 3, a metal case is disposed between the optical pumping light source and the photodetector, and a plurality of gas cells and dielectric resonators are disposed in combination in the metal case. ing.

また特許文献4に記載されたルビジウム原子発振器では、2つの球を連通させた形状(まゆ形)のルビジウムガスセルをキャビティの内部に配設している。そしてキャビティとルビジウムガスセルとの間に受光素子を配設するとともに、チューニング用の突出棒がキャビティの壁面を貫通しつつ、ルビジウムガスセルを避けるようにして配設してある。
米国特許第6806784号 特許第3755001号公報(5頁) 特開平6−244722号公報(3頁、図4(A)) 特開平5−190934号公報(2頁右欄、図1)
Moreover, in the rubidium atomic oscillator described in Patent Document 4, a rubidium gas cell having a shape (eyebrows) in which two spheres are communicated is disposed inside the cavity. A light receiving element is disposed between the cavity and the rubidium gas cell, and a protruding protrusion for tuning is disposed so as to avoid the rubidium gas cell while penetrating the wall surface of the cavity.
US Pat. No. 6,806,784 Japanese Patent No. 3755001 (page 5) JP-A-6-244722 (page 3, FIG. 4 (A)) Japanese Patent Laid-Open No. 5-190934 (right column on page 2, FIG. 1)

前述したようにガスセルを薄型化することで、励起光に対するセル内の原子の熱運動のドップラー効果を抑えることができるため、検出する吸収線の高Q化が図れる。しかしながら、セルを薄型にしたことで、CPTとしての強度が弱くなり、検出後のS/N(信号/雑音)が小さくなる問題があった。   By reducing the thickness of the gas cell as described above, the Doppler effect of the thermal motion of atoms in the cell with respect to the excitation light can be suppressed, so that the absorption line to be detected can be increased in Q. However, since the thickness of the cell is reduced, the strength as the CPT is weakened, and there is a problem that the S / N (signal / noise) after detection is reduced.

また特許文献3に記載された発明のガスセルは個別になっているので、光ポンピング光源と光検出器との間にガスセルを複数配設すると、光ポンピング光源から出た光の透過ガラス枚数は“ガスセル数×2枚”となる。このためガスセルの配設する数が多くなると、光の減衰量が大きくなってしまう。またガスセルには、その内部の圧力と外部の圧力との差による気圧差が生じるので、この気圧差に耐え得るガラスの厚さが必要になる。また各ガスセル内のバッファガス圧が製造上ばらつくことを避けられないので、それぞれのガス
セルがある温度において同じ原子共鳴(EIT現象)の中心周波数を持つ事ができない。そのためEIT特性の得られる中心周波数が各々のガスセル間でずれてしまい、複数のガスセル全体としてのEITの凸型特性がブロードになるため、最終的には発振器としての周波数安定度が悪化してしまう。さらに、このルビジウム原子発振器は、金属ケース(マイクロ波共振部)が必須になってしまう。そして金属ケース内に、ガスセルとともに、誘電体を配設しなければならないので、その分の体積が邪魔になり小型化できない。
In addition, since the gas cells of the invention described in Patent Document 3 are individual, when a plurality of gas cells are arranged between the optical pumping light source and the photodetector, the number of transmission glasses of light emitted from the optical pumping light source is “ The number of gas cells × 2 ”. For this reason, when the number of gas cells is increased, the amount of attenuation of light increases. Further, since a gas pressure difference due to the difference between the internal pressure and the external pressure is generated in the gas cell, a glass thickness that can withstand this pressure difference is required. Further, since it is inevitable that the buffer gas pressure in each gas cell varies in production, it is impossible to have the same center frequency of atomic resonance (EIT phenomenon) at a certain temperature of each gas cell. For this reason, the center frequency at which the EIT characteristic is obtained is shifted between the gas cells, and the convex characteristic of the EIT as a whole of the plurality of gas cells becomes broad, so that the frequency stability as an oscillator eventually deteriorates. . Furthermore, this rubidium atomic oscillator requires a metal case (microwave resonance part). In addition, since the dielectric must be disposed in the metal case together with the gas cell, the corresponding volume becomes an obstacle and cannot be reduced in size.

また特許文献4に記載された発明のガスセルには、キャビティに設けた光入射孔を通して光が入射するようになっているが、キャビティに挿入された調整棒(2つの球が連通している箇所)で光が遮られてしまうのを避けるために、この調整棒付近に光を通すことができない。すなわち調整棒を差し込む部分は、硝子封体の胴回り部を絞っているため、ガスセルの体積を効率よく使えないという問題がある。またガスセルは硝子封体の胴回り部を絞る構造になっているので、速度の速い原子(熱振動の速い側に分布する原子)は光軸に対して直角でない面に衝突することになる。このため衝突による緩和が発生する割合が低下してしまうという問題がある。さらに、このルビジウム原子発振器は、調整棒が必須となっている。   In addition, in the gas cell of the invention described in Patent Document 4, light is incident through a light incident hole provided in the cavity, but an adjustment rod inserted in the cavity (where two spheres communicate with each other). ) To prevent light from being blocked by light, it is not possible to pass light near the adjusting rod. That is, the portion into which the adjustment rod is inserted has a problem that the volume of the gas cell cannot be used efficiently because the waist portion of the glass sealed body is narrowed. In addition, since the gas cell has a structure that narrows the waist portion of the glass sealing body, fast-velocity atoms (atoms distributed on the side with fast thermal vibration) collide with a surface that is not perpendicular to the optical axis. For this reason, there is a problem that the rate of occurrence of relaxation due to collision is reduced. In addition, this rubidium atomic oscillator requires an adjustment rod.

そこで本発明は、CPT現象を強く得られるようにし、高いS/Nを確保した原子発振器を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an atomic oscillator that can obtain a CPT phenomenon strongly and secures a high S / N.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]発光素子と、前記発光素子から出力される共鳴光を透過するガスセルと、前記ガスセルを透過した光を検出する受光素子と、を備え、前記ガスセルは、共鳴光の透過方向に対して仕切り部を有し、この内部を複数の部屋に分割した、ことを特徴とする原子発振器。
原子発振器は、ガスセルの内部を仕切り部によって複数の部屋に分割する構成としたので、CPT現象が強く得られるようになり、高い信号/雑音(S/N)を確保できる。また仕切り部は隣り合う部屋で共通になっているので、1つの部屋を有するガスセルを複数設ける場合に比べて、共鳴光が通過する仕切り部の数を減少させることができる。このため光の減衰量を小さくできる。
Application Example 1 A light-emitting element, a gas cell that transmits resonance light output from the light-emitting element, and a light-receiving element that detects light transmitted through the gas cell are provided, and the gas cell is arranged in a direction in which resonance light is transmitted. An atomic oscillator characterized in that it has a partition portion and the interior is divided into a plurality of rooms.
Since the atomic oscillator has a configuration in which the interior of the gas cell is divided into a plurality of rooms by the partition portion, the CPT phenomenon can be strongly obtained, and high signal / noise (S / N) can be secured. Moreover, since the partition part is shared by the adjacent rooms, the number of partition parts through which resonance light passes can be reduced as compared with the case where a plurality of gas cells having one room are provided. For this reason, the attenuation amount of light can be reduced.

[適用例2]前記ガスセルの内部に設けた部屋は、前記仕切り部に設けた開口部によってつながっていることを特徴とする適用例1に記載の原子発振器。
このような原子発振器は、ガスセル内部のガスの圧力等を均一にできるので、各部屋間の特性のばらつきを無くすことができる。
Application Example 2 The atomic oscillator according to Application Example 1, wherein the rooms provided in the gas cell are connected by an opening provided in the partition part.
Since such an atomic oscillator can make the pressure of the gas inside the gas cell uniform, it is possible to eliminate variations in characteristics between rooms.

[適用例3]前記開口部は、前記仕切り部における共鳴光が通過する部分に設けたことを特徴とする適用例2に記載の原子発振器。
これにより共鳴光は仕切り部を透過しなくなるので、光の減衰を防ぐことができ、また共鳴光の強度を高くする必要がないので、線幅が広がるのを防止できる。さらにバッファガスの圧力が各部屋で共通になるので、各部屋間の特性のばらつきを無くすことができる。
Application Example 3 The atomic oscillator according to Application Example 2, wherein the opening is provided in a part of the partition where the resonant light passes.
Thereby, since the resonance light does not pass through the partition portion, it is possible to prevent the light from being attenuated, and it is not necessary to increase the intensity of the resonance light, so that the line width can be prevented from widening. Furthermore, since the pressure of the buffer gas is common in each room, it is possible to eliminate variations in characteristics between the rooms.

[適用例4]前記ガスセルの内部に設けた部屋は、共鳴光の入射側が出射側に比べて幅が狭くなっていることを特徴とする適用例1に記載の原子発振器。
このような部屋の幅(共鳴光が通過する方向の幅)にすると、共鳴光の入射側の部屋では、原子の熱運動の速度が出射側の部屋に比べて遅くなる。また共鳴光は、仕切り部を透
過することにより、入射側が出射側に比べて強度が小さくなる。このため共鳴光の出射側の部屋が入射側よりも広くなっていたとしても、共鳴光の強度が減衰しているので、信号の半値幅が広くなることを防止できる。
Application Example 4 The atomic oscillator according to Application Example 1, wherein the room provided in the gas cell is narrower on the incident side of resonance light than on the emission side.
With such a room width (width in the direction in which the resonance light passes), the thermal motion speed of the atoms is slower in the room on the incident side of the resonance light than in the room on the emission side. Further, the resonance light is transmitted through the partition portion, so that the intensity on the incident side is smaller than that on the emission side. For this reason, even if the room on the emission side of the resonance light is wider than the incidence side, the intensity of the resonance light is attenuated, so that the half width of the signal can be prevented from becoming wide.

[適用例5]前記仕切り部を複数設けたことを特徴とする適用例1ないし4のいずれかに記載の原子発振器。
これによりガスセルの内部に少なくとも3つ以上の部屋を設けることになる。このためCPT現象がより強く得られるようになり、高い信号/雑音(S/N)を確保できる。
Application Example 5 The atomic oscillator according to any one of Application Examples 1 to 4, wherein a plurality of the partition portions are provided.
As a result, at least three or more rooms are provided inside the gas cell. For this reason, the CPT phenomenon can be obtained more strongly, and a high signal / noise (S / N) can be secured.

以下に、本発明に係る原子発振器の最良の実施形態について説明する。図1は原子発振器の構成を説明するブロック図である。原子発振器10は、CPTを利用しており、カップリング光とプローブ光の周波数差がこの狭い領域に収まるよう二つの光の周波数を制御している。このため原子発振器10は、光学系12および周波数制御回路18を備えている。光学系12は、ガスセル20、このガスセル20に共鳴光(入射光)を供給するコヒーレント光源14(発光素子)、および、ガスセル20を通過した透過光を検出する光検出器16(受光素子)を備えている。また周波数制御回路18は、光検出器16から検出された信号により、発振周波数を制御するようになっている。   The best embodiment of the atomic oscillator according to the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an atomic oscillator. The atomic oscillator 10 uses CPT and controls the frequencies of the two lights so that the frequency difference between the coupling light and the probe light is within this narrow region. For this purpose, the atomic oscillator 10 includes an optical system 12 and a frequency control circuit 18. The optical system 12 includes a gas cell 20, a coherent light source 14 (light emitting element) that supplies resonance light (incident light) to the gas cell 20, and a photodetector 16 (light receiving element) that detects transmitted light that has passed through the gas cell 20. I have. The frequency control circuit 18 controls the oscillation frequency based on the signal detected from the photodetector 16.

図2はガスセルの断面図である。ガスセル20は、共鳴光が透過する方向に対して交差した仕切り部22を有しており、ガスセル20の内部を複数の部屋24に分割している。この仕切り部22は、共鳴光が透過することができるものであり、共鳴光が透過する光軸に対して直角または略直角になる設計となっている。このため各部屋24に封入された原子において、速度の速いものに対しての緩和が効率よく起きる。   FIG. 2 is a sectional view of the gas cell. The gas cell 20 has a partition portion 22 that intersects the direction in which resonance light is transmitted, and the interior of the gas cell 20 is divided into a plurality of rooms 24. The partition portion 22 can transmit resonance light and is designed to be perpendicular or substantially perpendicular to the optical axis through which the resonance light is transmitted. For this reason, the atoms encapsulated in each room 24 are efficiently relaxed for those having a high velocity.

すなわち各部屋24には、ガス状の金属原子ととともに、バッファガス(緩衝用の充填ガス)を気密封入しているが、これらの原子には速度の速いものから遅いものまで色々の速度のものが混在して分布している。このうち速度の速い原子(励起状態の原子)がEIT現象に寄与すると、原子から見た光の波長がドップラー効果により見かけ上変化するため、このドップラー効果によりEIT現象における検出幅(Δω)を広げてしまうことが知られている(図3を参照)。なお図3は共鳴光(カップリング光ω1)と共鳴光(プローブ光ω2)との周波数差と、EIT信号強度との関係を示す図である。したがって、ドップラー効果による検出幅の拡大を防止するには、EIT現象に寄与する速度の速い原子をできるだけ少なくする必要がある。このため本実施形態ではガスセル20の内部に仕切り部22を設けて、速度の速い原子を仕切り部22に衝突させることにより、速やかに基底状態(速度が遅い状態)へと移行させている。   That is, each chamber 24 is sealed with a gaseous gas atom together with a buffer gas (filling gas for buffering), and these atoms have various speeds from fast to slow. Are mixed and distributed. Among these, when fast-velocity atoms (excited atoms) contribute to the EIT phenomenon, the wavelength of light seen from the atoms apparently changes due to the Doppler effect, so the detection width (Δω) in the EIT phenomenon is expanded by this Doppler effect. (See FIG. 3). FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the frequency difference between the resonant light (coupling light ω1) and the resonant light (probe light ω2) and the EIT signal intensity. Therefore, in order to prevent the detection width from expanding due to the Doppler effect, it is necessary to reduce the number of fast atoms contributing to the EIT phenomenon as much as possible. For this reason, in this embodiment, the partition part 22 is provided in the inside of the gas cell 20, and by making a fast atom collide with the partition part 22, it transfers to a ground state (slow speed state) rapidly.

そして速度の速い原子はすぐに仕切り部22に衝突してしまい、光と係わる時間が短くなるため、光吸収を起こさずに基底状態(速度が遅い状態)へと移行する確率が高くなる。一方、速度が遅くなった原子は仕切り部22に衝突するまでの時間が長くなり、光と係わる時間が充分長くなるため、光を吸収する確率が高くなる。つまり、光軸に対して垂直に仕切り部22を設けることにより、光路上に速度の速い原子がとどまっている確率を低くしているのである。
なお図2に示す場合では、仕切り部22が7個あるので、部屋24が8個ある。また金属原子は、ルビジウムやセシウム等のアルカリ金属であればよい。
Then, the fast-velocity atoms immediately collide with the partition portion 22 and the time related to light is shortened, so that the probability of shifting to the ground state (slow speed state) without causing light absorption increases. On the other hand, the time for the atom having a reduced velocity to collide with the partition portion 22 becomes longer, and the time related to light becomes sufficiently longer, so that the probability of absorbing light is increased. In other words, by providing the partitioning portion 22 perpendicular to the optical axis, the probability that fast-velocity atoms remain on the optical path is lowered.
In the case shown in FIG. 2, since there are seven partition portions 22, there are eight rooms 24. The metal atom may be an alkali metal such as rubidium or cesium.

また共鳴光が透過する方向の部屋24の幅(セル厚)は、この部屋24に封入した原子の速度を遅くする設定にしてあればよい。すなわち部屋24内を熱運動している原子は仕切り部22等に衝突すると減速するので、セル厚を薄くすると遅い原子の割合が多くなる。このため検出幅(Δω)が狭くなり、非常に鋭いEIT信号強度を得る。   Further, the width (cell thickness) of the room 24 in the direction in which the resonant light is transmitted may be set so that the velocity of the atoms enclosed in the room 24 is reduced. That is, atoms that are in thermal motion in the room 24 decelerate when they collide with the partition 22 and the like, so that the proportion of slow atoms increases when the cell thickness is reduced. For this reason, the detection width (Δω) is narrowed, and a very sharp EIT signal intensity is obtained.

図4はセル厚とEITスペクトルの半値幅との関係を示す図である。図4に示すように、セル厚が薄くなっていった場合、セル厚が1mm程度から半値幅が狭くなることがわかる。このため本実施形態のガスセル20では、セル厚を1mm以下にして、各部屋24での原子の速度を遅くして、この原子と共鳴光とのドップラー効果で信号の線幅が広がるのを防止している。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the cell thickness and the half width of the EIT spectrum. As shown in FIG. 4, it can be seen that when the cell thickness is reduced, the full width at half maximum is reduced from about 1 mm. For this reason, in the gas cell 20 of this embodiment, the cell thickness is set to 1 mm or less, the velocity of atoms in each room 24 is slowed, and the signal line width is prevented from widening due to the Doppler effect between the atoms and the resonance light. is doing.

このようにガスセル20の内部を複数の部屋24に分割し、隣り合う部屋24の間に設けた仕切り部22を共通化している。このため部屋24を有していないガスセル20を共鳴光が透過する方向に複数配設する場合に比べて、図2に示すガスセル20では、共鳴光が透過する仕切り部22の数を減らすことができる。すなわち図2に示すガスセル20では、共鳴光が仕切り部22によって減衰するのを防ぐことが可能となる。
なおガスセル20は、原子のエネルギ遷移を利用する際に、原子をガス状態に保つ必要があるため、高温に保たれている。
In this way, the interior of the gas cell 20 is divided into a plurality of rooms 24, and the partition part 22 provided between the adjacent rooms 24 is shared. For this reason, in the gas cell 20 shown in FIG. 2, the number of the partition portions 22 through which the resonance light is transmitted can be reduced as compared with the case where a plurality of gas cells 20 that do not have the chamber 24 are arranged in the direction in which the resonance light is transmitted. it can. That is, in the gas cell 20 shown in FIG. 2, it is possible to prevent the resonance light from being attenuated by the partition portion 22.
The gas cell 20 is kept at a high temperature because it is necessary to keep the atoms in a gas state when utilizing energy transition of atoms.

このような、2種類のレーザ光による量子干渉効果を利用する原子発振器10は、ガスセル20に入射した光が原子ガスにどれだけ吸収されたかを反対側に設けられた光検出器16で検出することにより、原子共鳴を検知して制御系にて水晶発振器などの基準信号をこの原子共鳴に同期させて出力を得ている。そして原子発振器10では、2つの基底準位が共鳴光を受けて、共通の基底準位と共鳴結合している3準位系(例えばΛ型準位系)において、同時に照射される2つの共鳴光の周波数が正確に第1の基底準位と第2の基底準位のエネルギ差に一致すると、3準位系は2つの基底準位の重ね合わせの状態になり、励起準位への励起が停止する。CPTはこの原理を利用して、2つの共鳴光の一方または両方の波長(周波数)を変化させたときに、ガスセル20での光吸収が停止する状態を検出して利用するものである。   Such an atomic oscillator 10 that uses the quantum interference effect of two types of laser light detects how much light incident on the gas cell 20 is absorbed by the atomic gas by the photodetector 16 provided on the opposite side. Thus, the atomic resonance is detected, and the control system synchronizes a reference signal such as a crystal oscillator with the atomic resonance to obtain an output. In the atomic oscillator 10, the two ground levels receive resonance light, and two resonances irradiated simultaneously in a three-level system (for example, a Λ-type level system) that is resonantly coupled to the common ground level. When the frequency of light exactly matches the energy difference between the first ground level and the second ground level, the three-level system becomes a superposition of the two ground levels, and excitation to the excitation level. Stops. CPT uses this principle to detect and use a state where light absorption in the gas cell 20 stops when one or both wavelengths (frequency) of two resonance lights are changed.

以上に説明した原子発振器10では、ガスセル20の内部を光軸方向に対して複数の部屋24に仕切る構成としたので、CPT現象を強く得ることができ、高いS/Nを確保できる。また薄型のセルを複数以上重ねる構成としても、CPT現象が強く得られるようになり、高いS/Nを確保できる。   In the atomic oscillator 10 described above, since the inside of the gas cell 20 is partitioned into a plurality of rooms 24 in the optical axis direction, the CPT phenomenon can be strongly obtained and a high S / N can be secured. In addition, even when a plurality of thin cells are stacked, the CPT phenomenon can be strongly obtained, and a high S / N can be secured.

またガスセル20には、共鳴光を遮る物体(例えば、マイクロ波の同調を取る調整棒)が挿入されていないので、仕切り部22のどの部分であっても共鳴光が透過できる。このためガスセル20全体の体積(立方体、円柱型など)全てを効率よく利用できる。   In addition, since an object (for example, an adjustment rod for tuning microwaves) that blocks resonance light is not inserted into the gas cell 20, the resonance light can pass through any part of the partition portion 22. For this reason, all the volume (cube, cylindrical shape, etc.) of the whole gas cell 20 can be utilized efficiently.

またガスセル20は、隣り合う部屋24の間に共通の仕切り部22を設けている。このため共鳴光が透過する仕切り部22(ガラス)の枚数は“部屋数+1枚”でよいので、共鳴光の減衰量を少なくできる。例えば、2つの部屋24を有するガスセル20では、これらの部屋24を共鳴光が通過する間の透過硝子枚数は3枚であるため光の減衰が少なくなる。   The gas cell 20 is provided with a common partition portion 22 between adjacent rooms 24. For this reason, the number of partitions 22 (glass) through which the resonance light passes may be “the number of rooms + 1”, so that the attenuation amount of the resonance light can be reduced. For example, in the gas cell 20 having two chambers 24, the number of transmitting glasses while the resonant light passes through these chambers 24 is 3, so that the attenuation of light is reduced.

また仕切り部22を構成するガラス板は、ガラス(透明の素材)であれば、ガスセル20の外部の大気圧と部屋24内のガス圧との差(気圧差)に耐える必要がないので、基本的に強度は問わない。したがって製造可能な範囲で仕切り部22の厚さを薄くできる。   If the glass plate constituting the partition 22 is glass (transparent material), it is not necessary to withstand the difference between the atmospheric pressure outside the gas cell 20 and the gas pressure in the room 24 (atmospheric pressure difference). The strength is not limited. Therefore, the thickness of the partition part 22 can be reduced within a manufacturable range.

また本実施形態に係る原子発振器10はCPT方式のため、従来技術のようにマイクロ波の波長を短縮のための誘電体は不要となり、また金属ケースは不要となる。   Further, since the atomic oscillator 10 according to the present embodiment is a CPT method, a dielectric for shortening the wavelength of the microwave is not required as in the prior art, and a metal case is not required.

なおガスセル20は、図2に示す形態ばかりでなく、以下に説明する形態であってもよい。図5はガスセルの第1変形例を説明する断面図である。第1変形例のガスセル30は
、仕切り部22に開口部32を設けており、各部屋24を開口部32によってつなげている。これによりバッファガスが互いに各部屋24へ流動できるようになり、各部屋24のバッファガスの圧力や温度が均一になるので、各部屋24間の特性のばらつきを無くすことができる。
The gas cell 20 may have a form described below as well as the form shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a first modification of the gas cell. In the gas cell 30 of the first modification, an opening 32 is provided in the partition part 22, and each room 24 is connected by the opening 32. As a result, the buffer gas can flow into each room 24 and the pressure and temperature of the buffer gas in each room 24 become uniform, so that variations in characteristics between the rooms 24 can be eliminated.

そして開口部32は、仕切り部22の任意の位置に設けることができる。このため開口部32は、図6に示すように、共鳴光が通過する位置に設けることもできる。これにより共鳴光が仕切り部22を透過しなくなるので光の減衰を防ぐことができ、また共鳴光の強度を高くする必要がないので、線幅が広がるのを防止できる。さらにバッファガスの圧力を各部屋24で共有することにより、各部屋24間の特性のばらつきを無くすことができる。   And the opening part 32 can be provided in the arbitrary positions of the partition part 22. FIG. For this reason, as shown in FIG. 6, the opening part 32 can also be provided in the position through which resonant light passes. As a result, the resonance light does not pass through the partitioning portion 22, so that attenuation of the light can be prevented, and it is not necessary to increase the intensity of the resonance light, so that the line width can be prevented from widening. Furthermore, by sharing the buffer gas pressure among the rooms 24, it is possible to eliminate variations in characteristics between the rooms 24.

図7はガスセルの第2変形例を説明する断面図である。第2変形例のガスセル36は、共鳴光が入射する側のセル厚が、出射する側のセル厚に比べて狭くなっている。このような部屋24の幅にすると、共鳴光の入射側の部屋24では原子の熱運動の速度が、出射側の部屋24に比べて遅くなる。また共鳴光は、仕切り部22を透過することにより、入射側が出射側に比べて強度が小さくなる。このため共鳴光の出射側の部屋24が入射側よりも広くなっていたとしても、共鳴光の強度が減衰しているので、信号の半値幅が広くなることを防止できる。   FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a second modification of the gas cell. In the gas cell 36 of the second modified example, the cell thickness on the side where the resonant light is incident is narrower than the cell thickness on the side where the resonance light is emitted. With such a width of the room 24, the speed of the thermal motion of the atoms is slower in the room 24 on the incident side of the resonance light than in the room 24 on the outgoing side. Further, the resonance light is transmitted through the partition part 22, so that the intensity on the incident side is smaller than that on the emission side. For this reason, even if the room 24 on the emission side of the resonance light is wider than the incidence side, the intensity of the resonance light is attenuated, so that it is possible to prevent the half width of the signal from becoming wide.

原子発振器の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of an atomic oscillator. ガスセルの断面図である。It is sectional drawing of a gas cell. 共鳴光(カップリング光ω1)と共鳴光(プローブ光ω2)との周波数差と、EIT信号強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency difference of resonance light (coupling light (omega) 1), and resonance light (probe light (omega) 2), and EIT signal intensity | strength. セル厚とEITスペクトルの半値幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between cell thickness and the half value width of an EIT spectrum. ガスセルの第1変形例を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the 1st modification of a gas cell. 共鳴光の通過部分に開口部を設けたガスセルの断面図である。It is sectional drawing of the gas cell which provided the opening part in the passage part of resonant light. ガスセルの第2変形例を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the 2nd modification of a gas cell.

符号の説明Explanation of symbols

10………原子発振器、20,30,36………ガスセル、22………仕切り部、24………部屋、32………開口部。 10 ......... Atomic oscillator, 20, 30, 36 ......... Gas cell, 22 ......... Partition, 24 ......... Room, 32 ......... Opening.

Claims (5)

発光素子と、前記発光素子から出力される共鳴光を透過するガスセルと、前記ガスセルを透過した光を検出する受光素子と、を備え、
前記ガスセルは、共鳴光の透過方向に対して仕切り部を有し、この内部を複数の部屋に分割した、
ことを特徴とする原子発振器。
A light emitting element, a gas cell that transmits resonance light output from the light emitting element, and a light receiving element that detects light transmitted through the gas cell,
The gas cell has a partition part with respect to the transmission direction of the resonance light, and the inside thereof is divided into a plurality of rooms.
An atomic oscillator characterized by that.
前記ガスセルの内部に設けた部屋は、前記仕切り部に設けた開口部によってつながっていることを特徴とする請求項1に記載の原子発振器。   The atomic oscillator according to claim 1, wherein the rooms provided in the gas cell are connected by an opening provided in the partition. 前記開口部は、前記仕切り部における共鳴光が通過する部分に設けたことを特徴とする請求項2に記載の原子発振器。   The atomic oscillator according to claim 2, wherein the opening is provided in a portion of the partition where the resonant light passes. 前記ガスセルの内部に設けた部屋は、共鳴光の入射側が出射側に比べて幅が狭くなっていることを特徴とする請求項1に記載の原子発振器。   2. The atomic oscillator according to claim 1, wherein the chamber provided inside the gas cell has a narrower incident side of resonance light than an outgoing side. 前記仕切り部を複数設けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の原子発振器。   The atomic oscillator according to claim 1, wherein a plurality of the partition portions are provided.
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