JP2013239475A - 量子干渉装置、原子発振器、電子機器及び量子干渉方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】原子発振器1(量子干渉装置の一例)は、制御信号に応じた周波数差の2光波を含む光を発生させる半導体レーザー110、半導体レーザーが発生させた光が入射するガスセル120(原子の集団)、ガスセルを透過した光を検出する光検出器130、2光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部10、掃引信号に同期して光検出器の出力信号を検波する検波回路170、掃引信号と検波回路の出力信号とに基づいて、2光波が共鳴光対となるように制御信号を生成する周波数制御部20を含む。掃引信号は、ガスセルを透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における当該基準点の微分係数の絶対値よりも小さい。
【選択図】図1
Description
本適用例に係る量子干渉装置は、共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる量子干渉装置であって、所与の制御信号に応じた周波数差の2光波を含む光を発生させる光発生部と、光発生部が発生させた光が入射する前記原子の集団と、前記原子の集団を透過した光を検出する光検出部と、前記2光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部と、前記掃引信号に同期して前記光検出部の出力信号を検波する検波部と、前記掃引信号と前記検波部の出力信号とに基づいて、前記2光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御部と、を含み、前記掃引信号は、前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい。
上記適用例に係る量子干渉装置において、前記掃引信号は、前記基準点が、微分係数の絶対値が最も小さくてもよい。
上記適用例に係る量子干渉装置において、前記掃引信号は、三角波信号であってもよい。
上記適用例に係る量子干渉装置において、前記掃引信号は、前記基準点から極値点まで微分係数の絶対値が単調増加するようにしてもよい。
上記適用例に係る量子干渉装置は、共鳴信号の線幅に対応させて前記掃引信号の振幅を調整するための振幅調整情報が記憶されている記憶部を含み、前記掃引信号生成部は、前記振幅調整情報に応じた振幅の前記掃引信号を生成するようにしてもよい。
本適用例に係る原子発振器は、共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる原子発振器であって、所与の制御信号に応じた周波数差の2光波を含む光を発生させる光発生部と、光発生部が発生させた光が入射する前記原子の集団と、前記原子の集団を透過した光を検出する光検出部と、前記2光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部と、前記掃引信号に同期して前記光検出部の出力信号を検波する検波部と、前記掃引信号と前記検波部の出力信号とに基づいて、前記2光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御部と、を含み、前記掃引信号は、前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい。
本適用例に係る電子機器は、上記の原子発振器を備える。
本適用例に係る量子干渉方法は、共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる量子干渉方法であって、所与の制御信号に応じた周波数差の2光波を含む光を発生させる光発生ステップと、前記原子の集団に、前記2光波を含む光を照射する光照射ステップと、前記原子の集団を透過した光を検出する光検出ステップと、前記2光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成ステップと、前記掃引信号に同期して前記光検出ステップで得られた信号を検波する検波ステップと、前記掃引信号と前記検波ステップで得られた信号とに基づいて、前記2光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御ステップと、を含み、前記掃引信号は、前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい。
1−1.機能構成
図1は、本実施形態の原子発振器の構成例を示す図である。図1に示すように、第1実施形態の原子発振器1は、半導体レーザー110、ガスセル120、光検出器130、検波回路140、変調回路150、低周波発振器160、検波回路170、電圧制御水晶発振器(VCXO)180、周波数変調回路190、低周波発振器200、周波数変換回路210、駆動回路220、波形整形回路230を含んで構成されている。なお、本実施形態の原子発振器は、適宜、図1の構成要素(各部)の一部を省略又は変更したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
EIT信号のピークトップ付近の掃引速度の限界値は、EIT信号の線幅に依存する。例えば、EIT信号の線幅が10倍になれば、EIT信号のピークトップ付近の掃引速度の限界値も10倍程度高くなる。掃引信号の振幅を大きくすれば、ゼロクロス点の微分係数の絶対値が大きくなるため、EIT信号のピークトップ付近の掃引速度が速くなる。逆に、掃引信号の振幅を小さくすれば、ゼロクロス点の微分係数の絶対値が小さくなるため、EIT信号のピークトップ付近の掃引速度が遅くなる。そこで、第2実施形態の原子発振器では、あらかじめ観測されたEIT信号の線幅に対応させて掃引信号の振幅を調整する。
図7に、本実施形態の原子発振器を搭載した電子機器(携帯端末)の模式図を示す。図7において、携帯端末500(PHSを含む)は、複数の操作ボタン502、受話口504及び送話口506を備え、操作ボタン502と受話口504との間には表示部508が配置されている。最近では、このような携帯端末500においてもGPS機能を備えている。そこで、携帯端末500には、GPS回路のクロック源として本実施形態の原子発振器が内蔵されている。
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
本実施形態の原子発振器では、掃引信号として三角波信号を用いているが、例えば、図8に示すような波形の掃引信号でもよい。図8に示す掃引信号は、振幅がVS(正負のピーク値がそれぞれ+VS及び−VS)の所定の波形が周期Ts(=1/fs)で繰り返される周期信号であり、電圧vと時間tの関係は、次式(2)で表される。なお、式(2)において、nは0又は正の整数である。
本実施形態の原子発振器において、半導体レーザー110の中心波長λ0(中心周波数f0)が、ガスセル120に封入されたアルカリ金属原子の2P1/2のI−1/2の励起準位(I+1/2の励起準位でもよい)と2S1/2のI+1/2の基底準位とのエネルギー差に相当する波長λ2(周波数f2)にほぼ一致するようにバイアス電流を設定するとともに、周波数変換回路210が周波数変調回路190の出力信号をΔE12に相当する周波数に等しい周波数の信号に変換するように変形してもよい。あるいは、本実施形態の原子発振器1において、半導体レーザー110の中心波長λ0(中心周波数f0)が、ガスセル120に封入されたアルカリ金属原子の2P1/2のI−1/2の励起準位(I+1/2の励起準位でもよい)と2S1/2のI−1/2の基底準位とのエネルギー差に相当する波長λ1(周波数f1)にほぼ一致するようにバイアス電流を設定するとともに、周波数変換回路210が周波数変調回路190の出力信号をΔE12に相当する周波数に等しい周波数の信号に変換するように変形してもよい。
本実施形態の原子発振器を電気光学変調器(EOM:Electro-Optic Modulator)を用いた構成に変形してもよい。すなわち、半導体レーザー110は、周波数変換回路210の出力信号(変調信号)による変調がかけられず、設定されたバイアス電流に応じた単一周波数f0の光を発生させる。この周波数f0の光は、電気光学変調器(EOM)に入射し、周波数変換回路210の出力信号(変調信号)によって変調がかけられる。その結果、図2と同様の周波数スペクトルを有する光を発生させることができる。そして、この電気光学変調器(EOM)が発生させる光がガスセル120に照射される。この原子発振器では、半導体レーザー110と電気光学変調器(EOM)による構成が光発生部に相当する。
本実施形態又は変形例の原子発振器の構成は、共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる様々な量子干渉装置に応用することができる。量子干渉装置とは、原子の量子干渉状態を利用するすべての装置であり、本実施形態で説明したEIT発現部(EIT発現装置)も量子干渉装置に含まれる。
例えば、本実施形態又は変形例の原子発振器と同様の構成により、ガスセル120の周辺の磁場の変化に追従して電圧制御水晶発振器(VCXO)180の発振周波数が変化するため、ガスセル120の近傍に磁気測定対象物を配置することで磁気センサー(量子干渉装置の一例)を実現することができる。
また、例えば、本実施形態又は変形例の原子発振器と同様の構成により、極めて安定した金属原子の量子干渉状態(量子コヒーレンス状態)を作り出すことができるので、ガスセル120に入射する共鳴光対を取り出すことで、量子コンピュータ、量子メモリー、量子暗号システム等の量子情報機器に用いる光源(量子干渉装置の一例)を実現することもできる。
Claims (8)
- 共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる量子干渉装置であって、
所与の制御信号に応じた周波数差の2光波を含む光を発生させる光発生部と、
光発生部が発生させた光が入射する前記原子の集団と、
前記原子の集団を透過した光を検出する光検出部と、
前記2光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部と、
前記掃引信号に同期して前記光検出部の出力信号を検波する検波部と、
前記掃引信号と前記検波部の出力信号とに基づいて、前記2光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御部と、を含み、
前記掃引信号は、
前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい、量子干渉装置。 - 請求項1において、
前記掃引信号は、
前記基準点が、微分係数の絶対値が最も小さい、量子干渉装置。 - 請求項1又は2において、
前記掃引信号は、三角波信号である、量子干渉装置。 - 請求項1又は2において、
前記掃引信号は、
前記基準点から極値点まで微分係数の絶対値が単調増加する、量子干渉装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
共鳴信号の線幅に対応させて前記掃引信号の振幅を調整するための振幅調整情報が記憶されている記憶部を含み、
前記掃引信号生成部は、
前記振幅調整情報に応じた振幅の前記掃引信号を生成する、量子干渉装置。 - 共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる原子発振器であって、
所与の制御信号に応じた周波数差の2光波を含む光を発生させる光発生部と、
光発生部が発生させた光が入射する前記原子の集団と、
前記原子の集団を透過した光を検出する光検出部と、
前記2光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部と、
前記掃引信号に同期して前記光検出部の出力信号を検波する検波部と、
前記掃引信号と前記検波部の出力信号とに基づいて、前記2光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御部と、を含み、
前記掃引信号は、
前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい、原子発振器。 - 請求項6に記載の原子発振器を備えた、電子機器。
- 共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる量子干渉方法であって、
所与の制御信号に応じた周波数差の2光波を含む光を発生させる光発生ステップと、
前記原子の集団に、前記2光波を含む光を照射する光照射ステップと、
前記原子の集団を透過した光を検出する光検出ステップと、
前記2光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成ステップと、
前記掃引信号に同期して前記光検出ステップで得られた信号を検波する検波ステップと、
前記掃引信号と前記検波ステップで得られた信号とに基づいて、前記2光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御ステップと、を含み、
前記掃引信号は、
前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい、量子干渉方法。
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JP2008131122A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Epson Toyocom Corp | ルビジウム原子発振器 |
JP2010217633A (ja) * | 2009-03-18 | 2010-09-30 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光変調器 |
JP2010226282A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Seiko Epson Corp | 量子干渉装置、及び原子発振器 |
JP2011061272A (ja) * | 2009-09-07 | 2011-03-24 | Seiko Epson Corp | 量子干渉装置、原子発振器及び磁気センサー |
JP2011091476A (ja) * | 2009-10-20 | 2011-05-06 | Seiko Epson Corp | 原子発振器 |
US20110309887A1 (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-22 | Seiko Epson Corporation | Atomic oscillator |
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008131122A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Epson Toyocom Corp | ルビジウム原子発振器 |
JP2010217633A (ja) * | 2009-03-18 | 2010-09-30 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光変調器 |
JP2010226282A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Seiko Epson Corp | 量子干渉装置、及び原子発振器 |
JP2011061272A (ja) * | 2009-09-07 | 2011-03-24 | Seiko Epson Corp | 量子干渉装置、原子発振器及び磁気センサー |
JP2011091476A (ja) * | 2009-10-20 | 2011-05-06 | Seiko Epson Corp | 原子発振器 |
US20110309887A1 (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-22 | Seiko Epson Corporation | Atomic oscillator |
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