JP2015082511A - Optical module and atomic oscillator - Google Patents

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祐司 倉知
Yuji Kurachi
祐司 倉知
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical module that can increase stability of an atomic oscillator by controlling a polarization direction of polarized light emitted from a surface emitting laser.SOLUTION: An optical module 100 includes: a surface emitting laser 10 that emits light; a polarization splitting unit 20 that splits the light emitted from the surface emitting laser 10 into a first polarized light L1 polarized in a first direction and a second polarized light L2 polarized in a second direction orthogonal to the first direction; a quarter-wave plate 30 on which the first polarized light L1 is incident; a gas cell 40 that is filled with an alkaline metal gas and is irradiated with light transmitted through the quarter-wave plate 30; a first photodetector 50 that detects intensity of the light transmitted through the gas cell 40; a second photodetector 60 that detects intensity of the second polarized light L2; a drive unit 70 that rotates the surface emitting laser 10 around the optical axis; and a control unit 80 that operates the drive unit 70 in accordance with luminous energy detected by the second photodetector 60.

Description

本発明は、光学モジュールおよび原子発振器に関する。   The present invention relates to an optical module and an atomic oscillator.

近年、量子干渉効果のひとつであるCPT(Coherent Population Trapping)を利用した原子発振器が提案され、装置の小型化や低消費電力化が期待されている。CPTを利用した原子発振器は、アルカリ金属原子に異なる2種類の波長(周波数)を有するコヒーレント光を照射すると、コヒーレント光の吸収が停止する電磁誘起透過現象(EIT現象:Electromagnetically Induced Transparency)を利用した発振器である。   In recent years, an atomic oscillator using CPT (Coherent Population Trapping), which is one of the quantum interference effects, has been proposed, and downsizing and low power consumption of the apparatus are expected. An atomic oscillator using CPT uses an electromagnetically induced transmission phenomenon (EIT phenomenon: Electromagnetically Induced Transparency) in which absorption of coherent light stops when an alkali metal atom is irradiated with coherent light having two different wavelengths (frequencies). It is an oscillator.

例えば、特許文献1には、EIT現象の発現確率を高めるために、光源から射出された共鳴光をλ/4板によって円偏光に変換して、アルカリ金属原子が封入されたガスセルに照射する原子発振器が開示されている。ガスセルに円偏光の光を照射することにより、アルカリ金属原子と円偏光の光との間で相互作用を起こし、アルカリ金属原子が磁気量子数m=0の基底準位に存在する確率を高めることができる。これにより、EIT現象の発現確率を高めることができる。 For example, in Patent Document 1, in order to increase the probability of occurrence of the EIT phenomenon, resonant light emitted from a light source is converted into circularly polarized light by a λ / 4 plate, and atoms irradiated to a gas cell in which alkali metal atoms are enclosed are disclosed. An oscillator is disclosed. By irradiating the gas cell with circularly polarized light, an interaction occurs between the alkali metal atom and the circularly polarized light, and the probability that the alkali metal atom exists at the ground level of the magnetic quantum number m F = 0 is increased. be able to. Thereby, the expression probability of the EIT phenomenon can be increased.

特開2013−98606号公報JP 2013-98606 A

面発光レーザーで発生する光は、可干渉性を有するため、量子干渉効果を得るために好適である。面発光レーザーは、一般的に、偏光した光(偏光光)を射出する。   The light generated by the surface emitting laser has coherence and is suitable for obtaining a quantum interference effect. A surface emitting laser generally emits polarized light (polarized light).

しかしながら、面発光レーザーが射出する偏光光の偏光方向は、経時的に変化する。そのため、特許文献1の原子発振器の光源として面発光レーザーを適用すると、面発光レーザーが射出する偏光光の偏光方向の変化によって、λ/4板に対する偏光光の偏光方向が変化し、λ/4板を通過した光の円偏光成分の割合が変化する(例えばλ/4板で円偏光に変換されずに楕円偏光に変換される)。したがって、特許文献1の原子発振器の光源として面発光レーザーを適用すると、ガスセルに照射される光の円偏光成分の割合が経時的に変化し、原子発振器の安定性が低下してしまうという問題がある。   However, the polarization direction of the polarized light emitted by the surface emitting laser changes with time. Therefore, when a surface emitting laser is applied as the light source of the atomic oscillator of Patent Document 1, the polarization direction of the polarized light with respect to the λ / 4 plate changes due to the change in the polarization direction of the polarized light emitted by the surface emitting laser, and λ / 4 The ratio of the circularly polarized component of the light that has passed through the plate changes (for example, it is converted into elliptically polarized light without being converted into circularly polarized light by the λ / 4 plate). Therefore, when the surface emitting laser is applied as the light source of the atomic oscillator of Patent Document 1, the ratio of the circularly polarized component of the light irradiated to the gas cell changes with time, and the stability of the atomic oscillator is lowered. is there.

本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、面発光レーザーから射出される偏光光の偏光方向を制御して、原子発振器の安定性を高めることができる光学モジュールを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記光学モジュールを含む原子発振器を提供することにある。   One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide an optical module capable of controlling the polarization direction of polarized light emitted from a surface emitting laser to increase the stability of an atomic oscillator. . Another object of some aspects of the present invention is to provide an atomic oscillator including the optical module.

本発明に係る光学モジュールは、
原子発振器の光学モジュールであって、
光を射出する面発光レーザーと、
前記面発光レーザーから射出した光を、第1の方向に偏光する第1偏光光と前記第1の方向と直交する第2の方向に偏光する第2偏光光とに分離する偏光分離部と、
前記第1偏光光が入射するλ/4板と、
アルカリ金属ガスが封入され、かつ、前記λ/4板を透過した光が照射されるガスセルと、
前記ガスセルを透過した光の強度を検出する第1光検出部と、
前記第2偏光光の強度を検出する第2光検出部と、
前記面発光レーザーを光軸周りに回転させる駆動部と、
前記第2光検出部で検出した光量に応じて、前記駆動部を動作させる制御部と、
を含む。
The optical module according to the present invention is
An optical module of an atomic oscillator,
A surface emitting laser that emits light;
A polarization separation unit that separates light emitted from the surface emitting laser into first polarized light polarized in a first direction and second polarized light polarized in a second direction orthogonal to the first direction;
A λ / 4 plate on which the first polarized light is incident;
A gas cell filled with an alkali metal gas and irradiated with light transmitted through the λ / 4 plate;
A first light detector for detecting the intensity of light transmitted through the gas cell;
A second light detection unit for detecting the intensity of the second polarized light;
A drive unit for rotating the surface emitting laser around an optical axis;
A control unit that operates the driving unit in accordance with the amount of light detected by the second light detection unit;
including.

このような光学モジュールでは、面発光レーザーから射出した光を偏光分離部で分離して第1の方向に偏光する第1偏光光としてλ/4板に入射させるため、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、λ/4板に入射する偏光光の偏光方向をλ/4板に対して一定の方向にすることができる。これにより、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が経時的に変化することに起因して、ガスセルに照射される光の円偏光成分の割合が変化することを防ぐことができる。   In such an optical module, the light emitted from the surface-emitting laser is incident on the λ / 4 plate as the first polarized light that is separated in the polarization separation unit and polarized in the first direction. Even if the polarization direction changes, the polarization direction of the polarized light incident on the λ / 4 plate can be made constant with respect to the λ / 4 plate. Thereby, it is possible to prevent the ratio of the circularly polarized component of the light irradiated to the gas cell from changing due to the change in the polarization direction of the polarized light with time in the surface emitting laser.

さらに、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、制御部が駆動部を動作させて面発光レーザーを光軸まわりに回転させることにより、ガスセルに照射される光の光量を一定にすることができる。   Furthermore, even if the polarization direction of the polarized light in the surface emitting laser changes, the control unit operates the drive unit to rotate the surface emitting laser around the optical axis, so that the amount of light irradiated to the gas cell is kept constant. can do.

したがって、このような光学モジュールによれば、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が経時的に変化することに起因して、ガスセルに照射される光の円偏光成分の割合、およびその光量が変化することを防ぐことができるため、原子発振器の安定性を高めることができる。   Therefore, according to such an optical module, the ratio of the circularly polarized component of the light irradiated to the gas cell and the amount of light change due to the change in the polarization direction of the polarized light with time in the surface emitting laser. Therefore, the stability of the atomic oscillator can be improved.

本発明に係る光学モジュールにおいて、
前記制御部は、前記第2光検出部で検出される前記第2偏光光の光量が変化したときに、変化する前の前記第2偏光光の光量に戻すように前記駆動部を動作させてもよい。
In the optical module according to the present invention,
The control unit operates the driving unit to return the light amount of the second polarized light before the change when the light amount of the second polarized light detected by the second light detection unit is changed. Also good.

このような光学モジュールでは、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、第1偏光光の光量を一定にすることができるため、ガスセルに照射される光の光量を一定にすることができる。   In such an optical module, even if the polarization direction of the polarized light in the surface emitting laser changes, the amount of the first polarized light can be made constant, so that the amount of the light irradiated to the gas cell is made constant. Can do.

本発明に係る光学モジュールにおいて、
前記制御部は、前記第2光検出部で検出される前記第2偏光光の光量が所定の光量となるように前記駆動部を動作させてもよい。
In the optical module according to the present invention,
The control unit may operate the driving unit so that a light amount of the second polarized light detected by the second light detection unit becomes a predetermined light amount.

このような光学モジュールでは、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、第1偏光光の光量を一定にすることができるため、ガスセルに照射される光の光量を一定にすることができる。   In such an optical module, even if the polarization direction of the polarized light in the surface emitting laser changes, the amount of the first polarized light can be made constant, so that the amount of the light irradiated to the gas cell is made constant. Can do.

本発明に係る光学モジュールにおいて、
前記偏光分離部は、前記面発光レーザーから射出した光を、p偏光の光とs偏光の光とに分離する偏光ビームスプリッターであってもよい。
In the optical module according to the present invention,
The polarization separation unit may be a polarization beam splitter that separates light emitted from the surface emitting laser into p-polarized light and s-polarized light.

このような光学モジュールでは、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、λ/4板に入射する偏光光の偏光方向をλ/4板に対して一定の方向にすることができる。   In such an optical module, even if the polarization direction of the polarized light in the surface emitting laser changes, the polarization direction of the polarized light incident on the λ / 4 plate can be made constant with respect to the λ / 4 plate. .

本発明に係る光学モジュールにおいて、
前記面発光レーザーは、偏光光を射出してもよい。
In the optical module according to the present invention,
The surface emitting laser may emit polarized light.

本発明に係る原子発振器は、
本発明に係る光学モジュールを含む。
The atomic oscillator according to the present invention is
The optical module which concerns on this invention is included.

このような原子発振器では、本発明に係る光学モジュールを含むため、装置の安定性を高めることができる。     Since such an atomic oscillator includes the optical module according to the present invention, the stability of the apparatus can be improved.

本実施形態に係る光学モジュールを含む原子発振器を示すブロック図。The block diagram which shows the atomic oscillator containing the optical module which concerns on this embodiment. 共鳴光の周波数スペクトラムを示す図。The figure which shows the frequency spectrum of resonant light. アルカリ金属原子のΛ型3準位モデルと第1側帯波および第2側帯波の関係を示す図。The figure which shows the relationship of the (LAMBDA) type | mold 3 level model of an alkali metal atom, a 1st sideband, and a 2nd sideband. 本実施形態に係る光学モジュールの面発光レーザーおよび駆動部を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the surface emitting laser and drive part of the optical module which concern on this embodiment. 本実施形態に係る光学モジュールの面発光レーザーおよび駆動部を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the surface emitting laser and drive part of the optical module which concern on this embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1.光学モジュール
まず、本実施形態に係る光学モジュールについて、図面を参照しながら説明する。ここでは、本実施形態に係る光学モジュールを原子発振器に適用した例について説明する。図1は、本実施形態に係る光学モジュール100を含んで構成された原子発振器1を示すブロック図である。
1. Optical Module First, the optical module according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. Here, an example in which the optical module according to the present embodiment is applied to an atomic oscillator will be described. FIG. 1 is a block diagram showing an atomic oscillator 1 including an optical module 100 according to this embodiment.

原子発振器1は、図1に示すように、光学モジュール100と、中心波長制御部2と、高周波制御部4と、を含んで構成されている。   As shown in FIG. 1, the atomic oscillator 1 includes an optical module 100, a center wavelength control unit 2, and a high frequency control unit 4.

光学モジュール100は、図1に示すように、面発光レーザー10と、偏光分離部20と、λ/4板30と、ガスセル40と、第1光検出部50と、第2光検出部60と、駆動部70と、制御部80と、を含んで構成されている。   As shown in FIG. 1, the optical module 100 includes a surface emitting laser 10, a polarization separation unit 20, a λ / 4 plate 30, a gas cell 40, a first light detection unit 50, and a second light detection unit 60. The drive unit 70 and the control unit 80 are included.

面発光レーザー10は、例えば、共振器を半導体基板に対して垂直に作りこんだ垂直共振器面発光レーザー(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。面発光レーザー10は、偏光光を射出する。ここで偏光光とは、直線偏光の場合と、実質的に直線偏光とみなせる楕円偏光の場合と、を含む。直線偏光とは、光の電場の振動方向が一平面内にある光をいう。また、実質的に直線偏光とみなせる楕円偏光とは、楕円偏光の長軸の長さが楕円偏光の短軸の長さに対して十分に長いものをいう。例えば、長軸の長さaと短軸の長さbの比がa/b≧10の関係を満たす楕円偏光である。ここで、楕円偏光の長軸とは、光の電場の振動ベクトルの先端が楕円運動する楕円偏光において、この振動ベクトルの先端が描く楕円の長軸をいう。また、楕円偏光の短軸とは、当該楕円の短軸をいう。なお、図1では、偏光光(直線偏光の光)を実線の白抜き矢印で示し、電場の振動ベクトルの先端が円運動をする光(円偏光の光)を破線の白抜き矢印で示している。   The surface emitting laser 10 is, for example, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) in which a resonator is formed perpendicular to a semiconductor substrate. The surface emitting laser 10 emits polarized light. Here, the polarized light includes a case of linearly polarized light and a case of elliptically polarized light that can be regarded as substantially linearly polarized light. Linearly polarized light refers to light in which the direction of vibration of the electric field of light is within one plane. In addition, elliptically polarized light that can be regarded as substantially linearly polarized light means that the length of the major axis of the elliptically polarized light is sufficiently longer than the length of the minor axis of the elliptically polarized light. For example, it is elliptically polarized light in which the ratio of the major axis length a to the minor axis length b satisfies the relationship of a / b ≧ 10. Here, the major axis of elliptically polarized light refers to the major axis of the ellipse drawn by the tip of the vibration vector in elliptically polarized light in which the tip of the vibration vector of the electric field of light moves elliptically. The minor axis of elliptically polarized light refers to the minor axis of the ellipse. In FIG. 1, polarized light (linearly polarized light) is indicated by a solid white arrow, and light (circularly polarized light) in which the tip of the vibration vector of the electric field makes a circular motion is indicated by a dashed white arrow. Yes.

面発光レーザー10では、経時的に偏光光の偏光方向(直線偏光における電場の振動方向)が変化する。すなわち、面発光レーザー10では、経時的に偏光面が回転する。ここで、偏光面とは、光の進行方向と電場の振動方向とを含む面である。なお、実質的に直線偏光とみなせる楕円偏光において、偏光光の偏光方向とは、楕円偏光の長軸の方向をいうことができる。   In the surface emitting laser 10, the polarization direction of polarized light (electric field vibration direction in linearly polarized light) changes with time. That is, in the surface emitting laser 10, the polarization plane rotates with time. Here, the polarization plane is a plane including the traveling direction of light and the vibration direction of the electric field. In elliptically polarized light that can be regarded as substantially linearly polarized light, the polarization direction of polarized light can refer to the direction of the major axis of elliptically polarized light.

面発光レーザー10から射出された光は、偏光分離部20に入射する。ここで、光学モジュール100では、面発光レーザー10において偏光光の偏光方向が変化しても、後述するように、制御部80が駆動部70を動作させて面発光レーザー10を光軸まわりに回転させることにより、偏光分離部20に入射する偏光光の偏光方向を一定の方向にすることができる。ここで、光軸とは、面発光レーザー10から射出された光の広がりの中心を通る軸である(図4および図5の光軸A参照)。   The light emitted from the surface emitting laser 10 enters the polarization separation unit 20. Here, in the optical module 100, even if the polarization direction of the polarized light in the surface emitting laser 10 changes, the control unit 80 operates the driving unit 70 to rotate the surface emitting laser 10 around the optical axis as will be described later. By doing so, the polarization direction of the polarized light incident on the polarization separation unit 20 can be set to a fixed direction. Here, the optical axis is an axis passing through the center of the spread of the light emitted from the surface emitting laser 10 (see the optical axis A in FIGS. 4 and 5).

図2は、面発光レーザー10が射出する光の周波数スペクトラムを示す図である。図3は、アルカリ金属原子のΛ型3準位モデルと第1側帯波W1および第2側帯波W2の関係を示す図である。面発光レーザー10から射出される光は、図2に示す、中心周波数f(=c/λ:cは光の速さ、λはレーザー光の中心波長)を有する基本波Fと、中心周波数fに対して上側サイドバンドに周波数fを有する第1側帯波W1と、中心周波数fに対して下側サイドバンドに周波数fを有する第2側帯波W2と、を含む。第1側帯波W1の周波数fは、f=f+fであり、第2側帯波W2の周波数fは、f=f−fである。 FIG. 2 is a diagram illustrating a frequency spectrum of light emitted from the surface emitting laser 10. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the Λ-type three-level model of alkali metal atoms and the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2. The light emitted from the surface emitting laser 10 includes a fundamental wave F having a center frequency f 0 (= c / λ 0, where c is the speed of light and λ 0 is the center wavelength of the laser light), as shown in FIG. It includes a first sideband W1 having a frequency f 1 to the upper sideband with respect to the center frequency f 0, and the second sideband wave W2 having a frequency f 2 to the lower sideband with respect to the center frequency f 0, the. Frequency f 1 of the first sideband W1 is f 1 = f 0 + f m , the frequency f 2 of the second sideband wave W2 is f 2 = f 0 -f m.

図3に示すように、第1側帯波W1の周波数fと第2側帯波W2の周波数fとの周波数差が、アルカリ金属原子の基底準位GL1と基底準位GL2とのエネルギー差ΔE12に相当する周波数と一致している。したがって、アルカリ金属原子は、周波数fを有する第1側帯波W1と、周波数fを有する第2側帯波W2と、によってEIT現象を起こす。 As shown in FIG. 3, the energy difference between the frequency f 1 of the first sideband wave W1 frequency difference between the frequency f 2 of the second sideband wave W2 is the ground level GL1 and ground level GL2 alkali metal atom ΔE This corresponds to the frequency corresponding to 12 . Therefore, the alkali metal atom is, causing the first sideband W1 having a frequency f 1, a second sideband wave W2 having a frequency f 2, the EIT phenomenon by.

偏光分離部20は、面発光レーザー10から射出した光を、第1の方向に偏光する第1偏光光L1と、第1の方向と直交する第2の方向に偏光する第2偏光光L2とに分離する。ここで、第1の方向に偏光する第1偏光光L1とは、電場の振動方向が第1の方向である直線偏光の光をいう。同様に、第2の方向に偏光する第2偏光光L2とは、電場の振動方向が第2の方向である直線偏光の光をいう。このように偏光分離部20は、入射した光の偏光成分を分離する。   The polarization separation unit 20 includes a first polarized light L1 that polarizes light emitted from the surface emitting laser 10 in a first direction, and a second polarized light L2 that polarizes the light in a second direction orthogonal to the first direction. To separate. Here, the first polarized light L1 polarized in the first direction refers to linearly polarized light whose electric field vibration direction is the first direction. Similarly, the second polarized light L2 polarized in the second direction refers to linearly polarized light whose electric field vibration direction is the second direction. Thus, the polarization separation unit 20 separates the polarization component of the incident light.

偏光分離部20は、例えば、面発光レーザー10から射出した光を、p偏光の光とs偏光の光とに分離する偏光ビームスプリッターである。ここで、p偏光の光とは、偏光分離部20の偏向分離面22の入射面に対して、偏光方向が平行な光(電場の振動方向が平行な光)である。また、s偏光の光とは、偏光分離部20の偏向分離面22の入射面に対して、偏光方向が垂直な光(電場の振動方向が垂直な光)である。なお、偏向分離面22の入射面とは、偏向分離面22に入射する光の光軸と偏向分離面22にて反射する光の光軸とを含む平面であり、図1の紙面に平行な面である。偏光分離部20は、面発光レーザー10から射出された光のp偏光成分を透過させ、s偏光成分を反射させることで、p偏光の光とs偏光の光とに分離する。このとき、上記第1の方向は、偏向分離面22の入射面に対して平行な方向であり、上記第2の方向は、偏向分離面22の入射面に対して垂直な方向である。また、第1偏光光L1は、p偏光の光に対応し、第2偏光光L2は、s偏光の光に対応する。   The polarization separation unit 20 is, for example, a polarization beam splitter that separates light emitted from the surface emitting laser 10 into p-polarized light and s-polarized light. Here, the p-polarized light is light having a polarization direction parallel to the incident surface of the polarization separation surface 22 of the polarization separation unit 20 (light having a parallel vibration direction of the electric field). Further, the s-polarized light is light having a polarization direction perpendicular to the incident surface of the polarization separation surface 22 of the polarization separation unit 20 (light having a perpendicular vibration direction of the electric field). The incident surface of the deflection separation surface 22 is a plane including the optical axis of light incident on the deflection separation surface 22 and the optical axis of light reflected by the deflection separation surface 22, and is parallel to the paper surface of FIG. Surface. The polarization separation unit 20 separates the p-polarized light and the s-polarized light by transmitting the p-polarized component of the light emitted from the surface emitting laser 10 and reflecting the s-polarized component. At this time, the first direction is a direction parallel to the incident surface of the deflection separation surface 22, and the second direction is a direction perpendicular to the incidence surface of the deflection separation surface 22. The first polarized light L1 corresponds to p-polarized light, and the second polarized light L2 corresponds to s-polarized light.

偏光分離部20は、入射する偏光光の偏光方向に応じて、第1偏光光L1と第2偏光光L2の分離比が異なる特性を持つ。例えば、偏光分離部20に入射する偏光光の偏光方向が変化した場合には、第1偏光光L1の光量と第2偏光光L2の光量の比も変化する。光学モジュール100では、後述するように、面発光レーザー10から射出されて偏光分離部20に入射する偏光光の偏光方向を一定の方向にすることができるため、第1偏光光L1の光量と第2偏光光L2の光量の比も一定にすることができる。   The polarization separation unit 20 has a characteristic in which the separation ratio of the first polarized light L1 and the second polarized light L2 differs depending on the polarization direction of the incident polarized light. For example, when the polarization direction of the polarized light incident on the polarization separation unit 20 changes, the ratio between the light amount of the first polarized light L1 and the light amount of the second polarized light L2 also changes. In the optical module 100, since the polarization direction of the polarized light emitted from the surface emitting laser 10 and incident on the polarization separation unit 20 can be set to a fixed direction, as described later, the light amount of the first polarized light L1 and the first light The ratio of the light quantity of the two polarized light L2 can also be made constant.

光学モジュール100では、面発光レーザー10から射出された光は、偏光分離部20によって第1偏光光L1と第2偏光光L2とに分離されることにより、2つの経路(経路R1、経路R2)に分かれる。経路R1は、偏光分離部20で分離されてからλ/4板30、ガスセル40を通って第1光検出部50で検出されるまでの光の経路である。経路R1は、EIT現象を利用して原子発振器1を発振器として動作させるための光の経路である。経路R2は、偏光分離部20で分離されてから第2光検出部60で検出されるまでの光の経路である。経路R2は、第2偏光光L2の光量をモニターするための光の経路である。また、経路R2は、第2偏光光L2の光量を介して、間接的に第1偏向光L1の光量をモニターする経路であるともいえる。   In the optical module 100, the light emitted from the surface emitting laser 10 is separated into the first polarized light L1 and the second polarized light L2 by the polarization separation unit 20, thereby two paths (path R1, path R2). Divided into The path R <b> 1 is a light path from being separated by the polarization separation unit 20 to being detected by the first light detection unit 50 through the λ / 4 plate 30 and the gas cell 40. The path R1 is a light path for operating the atomic oscillator 1 as an oscillator using the EIT phenomenon. The path R <b> 2 is a light path from being separated by the polarization separation unit 20 to being detected by the second light detection unit 60. The path R2 is a light path for monitoring the amount of the second polarized light L2. The path R2 can also be said to be a path for indirectly monitoring the light quantity of the first polarized light L1 via the light quantity of the second polarized light L2.

λ/4板30には、偏光分離部20で分離された第1偏光光L1が入射する。λ/4板30は、光の直交する直線偏光成分間に1/4波長の光路差(90°の位相差)を与える波長板である。λ/4板30は、第1偏光光L1(直線偏光)を円偏光に変換する。λ/4板30は、第1偏光光L1の偏光方向(直線偏光の振動方向)に対して、速軸が45°の角度となるように配置されている。これにより、第1偏光光L1を円偏光に変換することができる。ここで、速軸(高速軸)とは、λ/4板において小さい屈折率を持つ方向の軸をいい、λ/4板の遅軸(低速軸、大きい屈折率を持つ方向の軸)に対して直交する軸である。λ/4板30としては、例えば、水晶板や、雲母板等を用いることができる。   The first polarized light L1 separated by the polarization separation unit 20 is incident on the λ / 4 plate 30. The λ / 4 plate 30 is a wave plate that gives an optical path difference of ¼ wavelength (90 ° phase difference) between orthogonal linearly polarized light components. The λ / 4 plate 30 converts the first polarized light L1 (linearly polarized light) into circularly polarized light. The λ / 4 plate 30 is arranged such that the fast axis is at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction of the first polarized light L1 (the vibration direction of linearly polarized light). As a result, the first polarized light L1 can be converted into circularly polarized light. Here, the fast axis (high-speed axis) means an axis having a small refractive index in the λ / 4 plate, and a slow axis (slow axis, axis having a large refractive index) of the λ / 4 plate. Are orthogonal axes. As the λ / 4 plate 30, for example, a crystal plate, a mica plate, or the like can be used.

ガスセル40は、容器中に気体状のアルカリ金属原子(ナトリウム原子、ルビジウム原子、セシウム原子等)が封入されたものである。このガスセル40に対して、アルカリ金属原子の2つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数(波長)を有する2つの光波が照射されると、アルカリ金属原子がEIT現象を起こす。例えば、アルカリ金属原子がセシウム原子であれば、D1線における基底準位GL1と基底準位GL2のエネルギー差に相当する周波数が9.19263・・・GHzなので、周波数差が9.19263・・・GHzの2つの光波が照射されるとEIT現象を起こす。   The gas cell 40 is a container in which gaseous alkali metal atoms (sodium atom, rubidium atom, cesium atom, etc.) are sealed. When the gas cell 40 is irradiated with two light waves having a frequency (wavelength) corresponding to the energy difference between the two ground levels of the alkali metal atoms, the alkali metal atoms cause an EIT phenomenon. For example, if the alkali metal atom is a cesium atom, the frequency corresponding to the energy difference between the ground level GL1 and the ground level GL2 in the D1 line is 9.19263... GHz, so the frequency difference is 9.19263. When two light waves of GHz are irradiated, an EIT phenomenon occurs.

ガスセル40には、λ/4板30を透過した光(円偏光)が照射される。光学モジュール100では、面発光レーザー10から射出された光を偏光分離部20を介してλ/4板30で円偏光に変換して、ガスセル40に照射する。これにより、EIT現象の発現確率を高めることができる。   The gas cell 40 is irradiated with light (circularly polarized light) transmitted through the λ / 4 plate 30. In the optical module 100, the light emitted from the surface emitting laser 10 is converted into circularly polarized light by the λ / 4 plate 30 via the polarization separation unit 20 and irradiated to the gas cell 40. Thereby, the expression probability of the EIT phenomenon can be increased.

第1光検出部50は、ガスセル40に封入されたアルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する。第1光検出部50は、アルカリ金属原子を透過した光の強度に応じた検出信号を出力する。第1光検出部50としては、例えば、フォトダイオードを用いる。   The first light detection unit 50 detects the intensity of light transmitted through the alkali metal atoms enclosed in the gas cell 40. The first light detection unit 50 outputs a detection signal corresponding to the intensity of light transmitted through the alkali metal atom. For example, a photodiode is used as the first light detection unit 50.

第2光検出部60は、偏光分離部20で分離された第2偏光光L2の強度を検出する。第2光検出部60は、第2偏光光L2の強度に応じた検出信号を出力する。第2光検出部60としては、例えば、フォトダイオードを用いる。第2光検出部60の検出信号は、制御部80に出力される。   The second light detection unit 60 detects the intensity of the second polarized light L <b> 2 separated by the polarization separation unit 20. The second light detection unit 60 outputs a detection signal corresponding to the intensity of the second polarized light L2. For example, a photodiode is used as the second light detection unit 60. The detection signal of the second light detection unit 60 is output to the control unit 80.

駆動部70は、面発光レーザー10を光軸周りに回転させる。これにより、偏光分離部20に入射する偏光光の偏光方向を変えることができる。ここで、第1偏光光L1の光量および第2偏光光L2の光量は、偏光分離部20における偏光光L1,L2の分離比によって決まる。また、偏光光L1,L2の分離比は、偏光分離部20に入射する偏光光の偏光方向によって決まる。そのため、駆動部70が面発光レーザー10を回転させることにより偏光分離部20に入射する偏光光の偏光方向を変えることで、第2偏光光L2の光量(第1偏光光L1の光量)を変化させることができる。駆動部70は、制御部80によって、制御される。駆動部70の具体的な構成については後述する。   The drive unit 70 rotates the surface emitting laser 10 around the optical axis. Thereby, the polarization direction of the polarized light incident on the polarization separator 20 can be changed. Here, the light quantity of the first polarized light L1 and the light quantity of the second polarized light L2 are determined by the separation ratio of the polarized lights L1 and L2 in the polarization separation unit 20. Further, the separation ratio of the polarized light L1 and L2 is determined by the polarization direction of the polarized light incident on the polarization separation unit 20. Therefore, the light amount of the second polarized light L2 (the light amount of the first polarized light L1) is changed by changing the polarization direction of the polarized light incident on the polarization separation unit 20 by rotating the surface emitting laser 10 by the driving unit 70. Can be made. The drive unit 70 is controlled by the control unit 80. A specific configuration of the drive unit 70 will be described later.

制御部80は、第2光検出部60で検出した光の光量に応じて、駆動部70を動作させる。具体的には、制御部80は、第2光検出部60で検出される第2偏光光L2の光量が変化したときに、変化する前の第2偏光光L2の光量に戻すように駆動部70を動作させる。これにより、第1偏光光L1の光量も変化する前の光量に戻すことができるため、ガスセル40に照射される光の量を一定にすることができる。   The control unit 80 operates the driving unit 70 in accordance with the amount of light detected by the second light detection unit 60. Specifically, when the light amount of the second polarized light L2 detected by the second light detection unit 60 changes, the control unit 80 returns the light amount of the second polarized light L2 before the change to the drive unit. 70 is operated. Thereby, since the light quantity of the 1st polarized light L1 can also be returned to the light quantity before changing, the quantity of the light irradiated to the gas cell 40 can be made constant.

制御部80は、例えば、第2光検出部60で検出される第2偏光光L2の光量が所定の光量となるように駆動部70を動作させる。なお、所定の光量は、例えば、第2偏光光L2の光量が最小となるときの光量である。すなわち、第1偏光光L1の光量が最大となるときの第2偏光光L2の光量である。なお、所定の光量は、第2偏光光L2の光量が最小となるときの光量に限定されず、適宜設定することができる。   For example, the control unit 80 operates the driving unit 70 so that the light amount of the second polarized light L2 detected by the second light detection unit 60 becomes a predetermined light amount. The predetermined light amount is, for example, the light amount when the light amount of the second polarized light L2 is minimized. That is, the light amount of the second polarized light L2 when the light amount of the first polarized light L1 is maximized. The predetermined light amount is not limited to the light amount when the light amount of the second polarized light L2 is minimized, and can be set as appropriate.

具体的には、制御部80は、例えば、駆動部70を動作させて面発光レーザー10を光軸まわりに回転させて偏光分離部20に入射する偏光光の偏光方向を変化させながら第2偏光光L2の光量をモニターし、第2偏光光L2の光量が所定の光量となったところで駆動部70の動作を止める。これにより、第2偏光光L2の光量を所定の光量とすることができる。   Specifically, for example, the control unit 80 operates the driving unit 70 to rotate the surface emitting laser 10 about the optical axis and change the polarization direction of the polarized light incident on the polarization separation unit 20 while changing the polarization direction of the second polarized light. The light quantity of the light L2 is monitored, and the operation of the drive unit 70 is stopped when the light quantity of the second polarized light L2 reaches a predetermined light quantity. Thereby, the light quantity of the 2nd polarized light L2 can be made into predetermined light quantity.

中心波長制御部2は、第1光検出部50が出力する検出信号に応じた大きさの駆動電流を発生させて面発光レーザー10に供給し、面発光レーザー10が射出する光の中心波長λを制御する。面発光レーザー10、ガスセル40、第1光検出部50、中心波長制御部2を通るフィードバックループにより、面発光レーザー10が射出する光の中心波長λが微調整されて安定する。 The center wavelength control unit 2 generates a drive current having a magnitude corresponding to the detection signal output from the first light detection unit 50, supplies the drive current to the surface emitting laser 10, and the center wavelength λ of light emitted from the surface emitting laser 10 Control 0 . The center wavelength λ 0 of the light emitted from the surface emitting laser 10 is finely adjusted and stabilized by the feedback loop that passes through the surface emitting laser 10, the gas cell 40, the first light detection unit 50, and the center wavelength control unit 2.

高周波制御部4は、第1光検出部50が出力する検出結果に基づいて、第1側帯波W1および第2側帯波W2の波長(周波数)差が、ガスセル40に封入されたアルカリ金属原子の2つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数に等しくなるように制御する。高周波制御部4は、第1光検出部50が出力する検出結果に応じた変調周波数f(図2参照)を有する変調信号を発生させる。 Based on the detection result output from the first light detection unit 50, the high-frequency control unit 4 determines that the difference in wavelength (frequency) between the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 is that of alkali metal atoms enclosed in the gas cell 40 Control is made to be equal to the frequency corresponding to the energy difference between the two ground levels. The high frequency control unit 4 generates a modulation signal having a modulation frequency f m (see FIG. 2) corresponding to the detection result output from the first light detection unit 50.

面発光レーザー10、ガスセル40、第1光検出部50、高周波制御部4を通るフィードバックループにより、第1側帯波W1と第2側帯波W2との周波数差がアルカリ金属原子の2つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数と極めて正確に一致するようにフィードバック制御がかかる。その結果、変調周波数fは極めて安定した周波数になるので、変調信号を原子発振器1の出力信号(クロック出力)とすることができる。 Due to the feedback loop passing through the surface emitting laser 10, the gas cell 40, the first light detection unit 50, and the high frequency control unit 4, the frequency difference between the first sideband W1 and the second sideband W2 is two ground levels of alkali metal atoms. The feedback control is applied so as to match the frequency corresponding to the energy difference very accurately. As a result, the modulation frequency f m is very since a stable frequency can be a modulation signal and the atomic oscillator 1 of the output signal (clock output).

2. 面発光レーザーおよび駆動部の構成
次に、面発光レーザー10および駆動部70の構成の一例について、図面を参照しながら説明する。図4は、面発光レーザー10および駆動部70を模式的に示す平面図である。図5は、面発光レーザー10および駆動部70を模式的に示す断面図であり、図4のV−V線断面図である。
2. Configuration of Surface Emitting Laser and Driving Unit Next, an example of the configuration of the surface emitting laser 10 and the driving unit 70 will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a plan view schematically showing the surface emitting laser 10 and the driving unit 70. 5 is a cross-sectional view schematically showing the surface-emitting laser 10 and the drive unit 70, and is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.

面発光レーザー10は、図4および図5に示すように、半導体積層体11と、電極12a,12bと、支持基板16と、を含んで構成されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the surface emitting laser 10 includes a semiconductor stacked body 11, electrodes 12 a and 12 b, and a support substrate 16.

半導体積層体11は、例えば、第1半導体多層膜ミラーと、第2半導体多層膜ミラーと、第1および第2半導体多層膜ミラーに挟まれた活性層と、を含んで構成されている。この第1および第2半導体多層膜ミラーと活性層により、垂直共振器が構成される。   The semiconductor stacked body 11 includes, for example, a first semiconductor multilayer film mirror, a second semiconductor multilayer film mirror, and an active layer sandwiched between the first and second semiconductor multilayer film mirrors. The first and second semiconductor multilayer mirrors and the active layer constitute a vertical resonator.

電極12a,12bは、半導体積層体11の表面に設けられている。電極12a,12bに駆動信号が供給されると、活性層において光が発生する。そして、面発光レーザー10は、射出面13から光を射出する。   The electrodes 12 a and 12 b are provided on the surface of the semiconductor stacked body 11. When a drive signal is supplied to the electrodes 12a and 12b, light is generated in the active layer. The surface emitting laser 10 emits light from the emission surface 13.

支持基板16は、半導体積層体11を支持している。支持基板16には、電極12a,12bに駆動信号(中心波長制御部2の出力信号および高周波制御部4の出力信号)を供給するための端子14a,14bが設けられている。端子14aと電極12aとは配線ワイヤー15aによって接続されている。端子14bと電極12bとは配線ワイヤー15bによって接続されている。支持基板16の形状は、例えば、円盤状である。   The support substrate 16 supports the semiconductor stacked body 11. The support substrate 16 is provided with terminals 14a and 14b for supplying drive signals (an output signal of the central wavelength control unit 2 and an output signal of the high frequency control unit 4) to the electrodes 12a and 12b. The terminal 14a and the electrode 12a are connected by a wiring wire 15a. The terminal 14b and the electrode 12b are connected by a wiring wire 15b. The shape of the support substrate 16 is, for example, a disk shape.

面発光レーザー10は、図示の例では、ステム17に実装されている。   The surface emitting laser 10 is mounted on the stem 17 in the illustrated example.

ステム17は、支持基板16を支持している。ステム17には、端子14aが挿入される溝18aと、端子14bが挿入される溝18bとが設けられている。溝18a,18bは、図4に示すように平面視において、射出面13から射出される光の光軸Aを中心とする同心円状に設けられている。溝18aの内面には外部電極19aが設けられ、溝18bの内面には外部電極19bが設けられている。中心波長制御部2および高周波制御部4で生成された駆動信号は、外部電極19a,19b、端子14a,14b、配線ワイヤー15a,15bを介して電極12a,12bに供給される。溝18a,18bに端子14a,14bが挿入されていることにより、面発光レーザー10が回転しても、電極12a,12bに駆動信号を供給することができる。   The stem 17 supports the support substrate 16. The stem 17 is provided with a groove 18a into which the terminal 14a is inserted and a groove 18b into which the terminal 14b is inserted. As shown in FIG. 4, the grooves 18 a and 18 b are provided concentrically around the optical axis A of the light emitted from the emission surface 13 in plan view. An external electrode 19a is provided on the inner surface of the groove 18a, and an external electrode 19b is provided on the inner surface of the groove 18b. The drive signals generated by the center wavelength control unit 2 and the high frequency control unit 4 are supplied to the electrodes 12a and 12b via the external electrodes 19a and 19b, the terminals 14a and 14b, and the wiring wires 15a and 15b. Since the terminals 14a and 14b are inserted into the grooves 18a and 18b, a drive signal can be supplied to the electrodes 12a and 12b even when the surface emitting laser 10 rotates.

ステム17は、例えば、Cu、Al、Mo、W、Si、C、Be、Auや、これらの化合物(例えば、AlN、BeOなど)や合金(例えばCuMoなど)などからなる。また、これらの例示を組み合わせたもの、例えば銅(Cu)層とモリブデン(Mo)層の多層構造などから、ステム17を構成することもできる。   The stem 17 is made of, for example, Cu, Al, Mo, W, Si, C, Be, Au, a compound thereof (for example, AlN, BeO), an alloy (for example, CuMo), or the like. Moreover, the stem 17 can also be comprised from what combined these illustrations, for example, the multilayered structure of a copper (Cu) layer and a molybdenum (Mo) layer.

駆動部70は、モーター71を含んで構成されている。モーター71は、例えば、ステップモーター(ステッピングモーター)である。モーター71は、制御部80によって制御される。モーター71は、軸部材71aを回転させる。   The drive unit 70 includes a motor 71. The motor 71 is, for example, a step motor (stepping motor). The motor 71 is controlled by the control unit 80. The motor 71 rotates the shaft member 71a.

軸部材71aは、ステム17を貫通する貫通孔を通って、支持基板16に接続されている。軸部材71aは、平面視で光軸Aと重なるように配置される。そのため、モーター71の動作により軸部材71aが回転することで、面発光レーザー10が光軸A周りに回転する。これにより、面発光レーザー10から射出される偏光光の偏光方向を変える(偏光面を回転させる)ことができる。   The shaft member 71 a is connected to the support substrate 16 through a through hole that penetrates the stem 17. The shaft member 71a is disposed so as to overlap the optical axis A in plan view. Therefore, the surface emitting laser 10 rotates around the optical axis A by rotating the shaft member 71 a by the operation of the motor 71. Thereby, the polarization direction of the polarized light emitted from the surface emitting laser 10 can be changed (the polarization plane is rotated).

3. 光学モジュールの動作
次に、光学モジュール100の動作について、図1を参照しながら説明する。
3. Operation of Optical Module Next, the operation of the optical module 100 will be described with reference to FIG.

面発光レーザー10は、偏光光を射出する。面発光レーザー10から射出された偏光光は、偏光分離部20に入射する。偏光分離部20に入射した光は、互いに偏光方向が垂直な方向である第1偏光光L1と第2偏光光L2とに分離される。このように、面発光レーザー10から射出された光は、偏光分離部20によって第1偏光光L1と第2偏光光L2とに分離されることにより、2つの経路(経路R1、経路R2)に分かれる。以下、各経路R1,R2ごとに説明する。   The surface emitting laser 10 emits polarized light. The polarized light emitted from the surface emitting laser 10 enters the polarization separation unit 20. The light incident on the polarization separation unit 20 is separated into the first polarized light L1 and the second polarized light L2 whose directions of polarization are perpendicular to each other. As described above, the light emitted from the surface emitting laser 10 is separated into the first polarized light L1 and the second polarized light L2 by the polarization separation unit 20, thereby being divided into two paths (path R1 and path R2). Divided. Hereinafter, each route R1, R2 will be described.

まず、経路R1について説明する。   First, the route R1 will be described.

偏光分離部20を透過した第1偏光光L1は、λ/4板30に入射する。第1偏光光L1は、λ/4板30で円偏光に変換され、ガスセル40に入射する。ここで、面発光レーザー10から射出される光は、アルカリ金属原子の2つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数(波長)を有する2つの光波(第1側帯波W1、第2側帯波W2)を含んでおり、アルカリ金属原子がEIT現象を起こす。ガスセル40を透過した光の強度は第1光検出部50で検出される。   The first polarized light L1 transmitted through the polarization separation unit 20 is incident on the λ / 4 plate 30. The first polarized light L <b> 1 is converted into circularly polarized light by the λ / 4 plate 30 and enters the gas cell 40. Here, the light emitted from the surface emitting laser 10 is two light waves (first sideband wave W1 and second sideband wave W2) having a frequency (wavelength) corresponding to the energy difference between the two ground levels of the alkali metal atom. ), And an alkali metal atom causes an EIT phenomenon. The intensity of the light transmitted through the gas cell 40 is detected by the first light detection unit 50.

中心波長制御部2および高周波制御部4は、第1側帯波W1と第2側帯波W2との周波数差がアルカリ金属原子の2つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数と極めて正確に一致するように、フィードバック制御を行う。原子発振器1では、EIT現象を利用し、第1側帯波W1と第2側帯波W2との周波数差f−fが基底準位GL1と基底準位GL2とのエネルギー差ΔE12に相当する周波数からずれた時の光吸収挙動の急峻な変化を検出し制御することで、高精度な発振器をつくることができる。 The center wavelength control unit 2 and the high frequency control unit 4 match the frequency difference between the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 very accurately with the frequency corresponding to the energy difference between the two ground levels of the alkali metal atom. Thus, feedback control is performed. In atomic oscillator 1, utilizing the EIT phenomenon, the frequency difference f 1 -f 2 between the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 corresponds to the energy difference Delta] E 12 between the ground level GL1 and ground level GL2 By detecting and controlling a steep change in light absorption behavior when deviating from the frequency, a highly accurate oscillator can be produced.

次に、経路R2について説明する。   Next, the route R2 will be described.

偏光分離部20で反射された第2偏光光L2は、第2光検出部60に入射する。第2光検出部60では、第2偏光光L2の強度が検出される。   The second polarized light L <b> 2 reflected by the polarization separation unit 20 enters the second light detection unit 60. The second light detection unit 60 detects the intensity of the second polarized light L2.

ここで、偏光分離部20は、入射する偏光光の偏光方向に応じて、第1偏光光L1と第2偏光光L2の分離比が異なる特性を持つ。そのため、例えば、面発光レーザー10から射出される偏光光の偏光方向が変化すると、偏光分離部20において第1偏光光L1と第2偏光光L2の分離比が変わる。これにより、ガスセル40に照射される光の量が変化してしまう。   Here, the polarization separation unit 20 has a characteristic in which the separation ratio of the first polarized light L1 and the second polarized light L2 differs depending on the polarization direction of the incident polarized light. Therefore, for example, when the polarization direction of the polarized light emitted from the surface emitting laser 10 is changed, the separation ratio between the first polarized light L1 and the second polarized light L2 is changed in the polarization separation unit 20. As a result, the amount of light applied to the gas cell 40 changes.

そのため、制御部80は、第2光検出部60で検出される第2偏光光L2の光量が変化したときに、変化する前の第2偏光光L2の光量に戻すように駆動部70を動作させる。これにより、第1偏光光L1の光量も変化する前の光量に戻すことができるため、ガスセル40に照射される光の量を一定にすることができる。   Therefore, when the light amount of the second polarized light L2 detected by the second light detection unit 60 changes, the control unit 80 operates the drive unit 70 so as to return to the light amount of the second polarized light L2 before the change. Let Thereby, since the light quantity of the 1st polarized light L1 can also be returned to the light quantity before changing, the quantity of the light irradiated to the gas cell 40 can be made constant.

制御部80の処理の一例について具体的に説明する。   An example of the processing of the control unit 80 will be specifically described.

制御部80は、第2光検出部60が出力する検出信号の強度が設定値から変化すると、駆動部70を動作させて面発光レーザー10を回転させる。ここで、設定値は、例えば、第2偏光光L2の光量が最小となるときの第2光検出部60の検出信号の強度である。面発光レーザー10を回転させることにより、偏光分離部20に入射する偏光光の偏光方向が変化する。これにより、偏光分離部20の偏光光L1,L2の分離比が変化し、第2偏光光L2の光量が変化する。   When the intensity of the detection signal output from the second light detection unit 60 changes from the set value, the control unit 80 operates the driving unit 70 to rotate the surface emitting laser 10. Here, the set value is, for example, the intensity of the detection signal of the second light detection unit 60 when the light amount of the second polarized light L2 is minimized. By rotating the surface emitting laser 10, the polarization direction of the polarized light incident on the polarization separation unit 20 changes. Thereby, the separation ratio of the polarized light L1 and L2 of the polarization separation unit 20 changes, and the light amount of the second polarized light L2 changes.

制御部80は、第2光検出部60が出力する検出信号の強度(第2偏光光L2の光量)をモニターしながら、当該検出信号の強度が設定値(最小値)になるまで駆動部70を動作させて面発光レーザー10を回転させる。そして、制御部80は、当該検出信号の強度が設定値(最小値)になると処理を終了する。   The control unit 80 monitors the intensity of the detection signal output from the second light detection unit 60 (the amount of light of the second polarized light L2), and drives the driving unit 70 until the intensity of the detection signal reaches a set value (minimum value). Is operated to rotate the surface emitting laser 10. Then, the control unit 80 ends the process when the intensity of the detection signal reaches a set value (minimum value).

なお、制御部80は、第2光検出部60が出力する検出信号の強度をモニターしながら面発光レーザー10を回転させる際に、面発光レーザー10の回転(例えば右まわりの回転)に伴って当該検出信号の強度が大きくなる場合には、面発光レーザー10を逆回転(例えば左まわりの回転)させる処理を行ってもよい。   When the surface emitting laser 10 is rotated while the control unit 80 monitors the intensity of the detection signal output from the second light detection unit 60, the control unit 80 is accompanied by rotation of the surface emitting laser 10 (for example, clockwise rotation). When the intensity of the detection signal increases, a process of rotating the surface emitting laser 10 in the reverse direction (for example, counterclockwise rotation) may be performed.

4. 光学モジュールの特徴
本実施形態に係る光学モジュール100は、例えば、以下の特徴を有する。
4). Features of Optical Module The optical module 100 according to this embodiment has the following features, for example.

光学モジュール100では、面発光レーザー10と、面発光レーザー10から射出した光を、第1の方向に偏光する第1偏光光L1と前記第1の方向と直交する第2の方向に偏光する第2偏光光L2とに分離する偏光分離部20と、第1偏光光L1が入射するλ/4板30と、アルカリ金属ガスが封入され、かつ、λ/4板30を透過した光が照射されるガスセル40と、ガスセル40を透過した光の強度を検出する第1光検出部50と、第2偏光光L2の強度を検出する第2光検出部60と、面発光レーザー10を光軸周りに回転させる駆動部70と、第2光検出部60で検出した光量に応じて、駆動部70を動作させる制御部80と、を含む。このように、光学モジュール100では、面発光レーザー10から射出した光を偏光分離部20で分離して第1の方向に偏光する第1偏光光L1として、λ/4板30に入射させる。したがって、面発光レーザー10において偏光光の偏光方向が変化してもλ/4板30に入射する偏光光の偏光方向をλ/4板30に対して一定の方向(λ/4板30の速軸に対して45°傾いた方向)にすることができる。これにより、面発光レーザー10において偏光光の偏光方向が経時的に変化することに起因して、ガスセル40に照射される光の円偏光成分の割合が変化することを防ぐことができる。   In the optical module 100, the surface emitting laser 10 and the first polarized light L1 that is polarized in the first direction and the second polarized light that is polarized in the second direction orthogonal to the first direction are emitted from the surface emitting laser 10. The polarized light separating unit 20 that separates into the two polarized light L2, the λ / 4 plate 30 on which the first polarized light L1 is incident, the alkali metal gas is sealed, and the light transmitted through the λ / 4 plate 30 is irradiated. Gas cell 40, first light detection unit 50 for detecting the intensity of light transmitted through gas cell 40, second light detection unit 60 for detecting the intensity of second polarized light L2, and surface emitting laser 10 around the optical axis. And a control unit 80 that operates the drive unit 70 in accordance with the amount of light detected by the second light detection unit 60. As described above, in the optical module 100, the light emitted from the surface emitting laser 10 is incident on the λ / 4 plate 30 as the first polarized light L1 that is separated by the polarization separation unit 20 and polarized in the first direction. Therefore, even if the polarization direction of the polarized light in the surface emitting laser 10 is changed, the polarization direction of the polarized light incident on the λ / 4 plate 30 is set to a fixed direction relative to the λ / 4 plate 30 (the speed of the λ / 4 plate 30). Direction inclined by 45 ° with respect to the axis). Thereby, it is possible to prevent the ratio of the circularly polarized component of the light irradiated to the gas cell 40 from changing due to the polarization direction of the polarized light changing with time in the surface emitting laser 10.

さらに、光学モジュール100では、面発光レーザー10において偏光光の偏光方向が変化しても、制御部80が駆動部70を動作させて面発光レーザー10を光軸まわりに回転させることにより、ガスセル40に照射される光の光量を一定にすることができる。   Further, in the optical module 100, even if the polarization direction of the polarized light in the surface emitting laser 10 changes, the control unit 80 operates the driving unit 70 to rotate the surface emitting laser 10 around the optical axis, whereby the gas cell 40. The amount of light applied to the light can be made constant.

このように、光学モジュール100によれば、面発光レーザー10において偏光光の偏光方向が経時的に変化することに起因して、ガスセル40に照射させる光の円偏光成分の割合、およびその光量が変化することを防ぐことができるため、原子発振器1の安定性を高めることができる。   As described above, according to the optical module 100, the ratio of the circularly polarized component of the light irradiated to the gas cell 40 and the amount of light are changed due to the change in the polarization direction of the polarized light with time in the surface emitting laser 10. Since the change can be prevented, the stability of the atomic oscillator 1 can be improved.

光学モジュール100では、制御部80は、第2光検出部60で検出される第2偏光光L2の光量が変化したときに、変化する前の第2偏光光L2の光量に戻すように駆動部70を動作させる。これにより、第1偏光光L1の光量を一定にすることができるため、ガスセル40に照射される光の量を一定にすることができる。   In the optical module 100, when the light amount of the second polarized light L2 detected by the second light detection unit 60 changes, the control unit 80 returns the light amount of the second polarized light L2 before the change to the drive unit. 70 is operated. Thereby, since the light quantity of the 1st polarized light L1 can be made constant, the quantity of the light irradiated to the gas cell 40 can be made constant.

光学モジュール100では、制御部80は、第2光検出部60で検出される第2偏光光L2の光量が所定の光量となるように駆動部70を動作させる。これにより、第1偏光光L1の光量を一定にすることができるため、ガスセル40に照射される光の量を一定にすることができる。   In the optical module 100, the control unit 80 operates the drive unit 70 so that the light amount of the second polarized light L2 detected by the second light detection unit 60 becomes a predetermined light amount. Thereby, since the light quantity of the 1st polarized light L1 can be made constant, the quantity of the light irradiated to the gas cell 40 can be made constant.

光学モジュール100では、偏光分離部20は、面発光レーザー10から射出した光を、p偏光の光とs偏光の光とに分離する偏光ビームスプリッターであるため、面発光レーザー10において偏光光の偏光方向が変化してもλ/4板30に入射する偏光光の偏光方向をλ/4板30に対して一定の方向にすることができる。   In the optical module 100, the polarization separation unit 20 is a polarization beam splitter that separates the light emitted from the surface emitting laser 10 into p-polarized light and s-polarized light. Even if the direction changes, the polarization direction of the polarized light incident on the λ / 4 plate 30 can be made constant with respect to the λ / 4 plate 30.

上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。   The above-described embodiments are examples, and the present invention is not limited to these.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

1…原子発振器、2…中心波長制御部、4…高周波制御部、10…面発光レーザー、11…半導体積層体、12a,12b…電極、13…射出面、14a,14b…端子、15a,15b…配線ワイヤー、16…支持基板、17…ステム、18a,18b…溝、19a,19b…外部電極、20…偏光分離部、30…λ/4板、40…ガスセル、50…第1光検出部、60…第2光検出部、70…駆動部、71…モーター、71a…軸部材、80…制御部、100…光学モジュール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Atomic oscillator, 2 ... Center wavelength control part, 4 ... High frequency control part, 10 ... Surface emitting laser, 11 ... Semiconductor laminated body, 12a, 12b ... Electrode, 13 ... Ejection surface, 14a, 14b ... Terminal, 15a, 15b DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Wiring wire, 16 ... Support substrate, 17 ... Stem, 18a, 18b ... Groove, 19a, 19b ... External electrode, 20 ... Polarization separation part, 30 ... λ / 4 plate, 40 ... Gas cell, 50 ... 1st light detection part , 60 ... second light detection unit, 70 ... drive unit, 71 ... motor, 71a ... shaft member, 80 ... control unit, 100 ... optical module

Claims (6)

原子発振器の光学モジュールであって、
光を射出する面発光レーザーと、
前記面発光レーザーから射出した光を、第1の方向に偏光する第1偏光光と前記第1の方向と直交する第2の方向に偏光する第2偏光光とに分離する偏光分離部と、
前記第1偏光光が入射するλ/4板と、
アルカリ金属ガスが封入され、かつ、前記λ/4板を透過した光が照射されるガスセルと、
前記ガスセルを透過した光の強度を検出する第1光検出部と、
前記第2偏光光の強度を検出する第2光検出部と、
前記面発光レーザーを光軸周りに回転させる駆動部と、
前記第2光検出部で検出した光量に応じて、前記駆動部を動作させる制御部と、
を含むことを特徴とする光学モジュール。
An optical module of an atomic oscillator,
A surface emitting laser that emits light;
A polarization separation unit that separates light emitted from the surface emitting laser into first polarized light polarized in a first direction and second polarized light polarized in a second direction orthogonal to the first direction;
A λ / 4 plate on which the first polarized light is incident;
A gas cell filled with an alkali metal gas and irradiated with light transmitted through the λ / 4 plate;
A first light detector for detecting the intensity of light transmitted through the gas cell;
A second light detection unit for detecting the intensity of the second polarized light;
A drive unit for rotating the surface emitting laser around an optical axis;
A control unit that operates the driving unit in accordance with the amount of light detected by the second light detection unit;
An optical module comprising:
前記制御部は、前記第2光検出部で検出される前記第2偏光光の光量が変化したときに、変化する前の前記第2偏光光の光量に戻すように前記駆動部を動作させる、ことを特徴とする請求項1に記載の光学モジュール。   The control unit operates the driving unit to return the light amount of the second polarized light before the change when the light amount of the second polarized light detected by the second light detection unit is changed. The optical module according to claim 1. 前記制御部は、前記第2光検出部で検出される前記第2偏光光の光量が所定の光量となるように前記駆動部を動作させる、ことを特徴とする請求項1または2に記載の光学モジュール。   The said control part operates the said drive part so that the light quantity of the said 2nd polarized light detected by the said 2nd light detection part may become predetermined light quantity, The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Optical module. 前記偏光分離部は、前記面発光レーザーから射出した光を、p偏光の光とs偏光の光とに分離する偏光ビームスプリッターである、ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光学モジュール。   4. The polarization beam splitter according to claim 1, wherein the polarization separation unit is a polarization beam splitter that separates light emitted from the surface-emitting laser into p-polarized light and s-polarized light. 5. An optical module according to 1. 前記面発光レーザーは、偏光光を射出する、ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光学モジュール。   The optical module according to claim 1, wherein the surface emitting laser emits polarized light. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光学モジュールを含む、ことを特徴とする原子発振器。   An atomic oscillator comprising the optical module according to claim 1.
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