JP2015185911A - 原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の原子セルは、金属と、
気体状の前記金属が封入されている光通過部と、
液体状または固体状の前記金属が配置されている金属溜り部と、
前記光通過部と前記金属溜り部とを連通させていて、前記金属溜り部の幅よりも狭い幅の部分を有する連通部と、
を備えることを特徴とする。
本発明の原子セルでは、1対の窓部と、
前記1対の窓部の間に配置されていて、前記1対の窓部とともに前記光通過部を構成し、前記金属溜り部および前記連通部を備えている胴体部と、
を有することが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記連通部は、前記1対の窓部が重なる方向から見たときに、前記金属溜り部の幅よりも狭い幅の部分を有することが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記連通部は、前記1対の窓部が重なる方向から見たときに、前記光通過部の幅に対して1/5以下の幅の部分を有することが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記連通部は、前記1対の窓部が重なる方向に対して交差する方向から見たときに、前記金属溜り部の幅よりも狭い幅の部分を有することが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記胴体部と前記窓部とが加熱接合されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単に胴体部と各窓部とを気密接合することができる。
本発明の原子セルでは、前記胴体部は、シリコンを含んで構成されていることが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記光通過部と前記金属溜り部との間の前記連通部に沿った距離が、前記連通部の幅よりも大きいことが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記光通過部と前記金属溜り部との間の前記連通部に沿った距離が、前記連通部の幅に対して2倍以上であることが好ましい。
本発明の量子干渉装置は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
本発明の原子発振器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
本発明の電子機器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
本発明の移動体は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
まず、本発明の原子発振器(本発明の量子干渉装置を備える原子発振器)について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る原子発振器(量子干渉装置)を示す概略図である。また、図2は、アルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図3は、光出射部から出射される2つの光の周波数差と、光検出部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。
図1に示すように、原子発振器1では、光出射部3がガスセル2に向けて励起光LLを出射し、ガスセル2を透過した励起光LLを光検出部5が検出する。
[ガスセル]
ガスセル2内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。また、ガスセル2内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
光出射部3(光源)は、ガスセル2中のアルカリ金属原子を励起する励起光LLを出射する機能を有する。
複数の光学部品41、42、43、44は、それぞれ、前述した光出射部3とガスセル2との間における励起光LLの光路上に設けられている。ここで、光出射部3側からガスセル2側へ、光学部品41、光学部品42、光学部品43、光学部品44の順に配置されている。
光検出部5は、ガスセル2内を透過した励起光LL(共鳴光1、2)の強度を検出する機能を有する。
ヒーター6(加熱部)は、前述したガスセル2(より具体的にはガスセル2中のアルカリ金属)を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル2中のアルカリ金属を適切な濃度のガス状に維持することができる。
温度センサー7は、ヒーター6またはガスセル2の温度を検出するものである。そして、この温度センサー7の検出結果に基づいて、前述したヒーター6の発熱量が制御される。これにより、ガスセル2内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
磁場発生部8は、ガスセル2内のアルカリ金属の縮退した複数のエネルギー準位をゼーマン分裂させる磁場を発生させる機能を有する。これにより、ゼーマン分裂により、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップを拡げて、分解能を向上させることができる。その結果、原子発振器1の発振周波数の精度を高めることができる。
制御部10は、光出射部3、ヒーター6および磁場発生部8をそれぞれ制御する機能を有する。
以上、原子発振器1の構成を簡単に説明した。
図4は、図1に示す原子発振器が備える原子セルの斜視図、図5(a)は、図4に示す原子セルの横断面図、図5(b)は、図4に示す原子セルの縦断面図である。
また、窓部22、23は、それぞれ、板状をなしている。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る原子セルを示す横断面図である。
本実施形態は、連通部の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
図8は、本発明の第3実施形態に係る原子セルを示す横断面図である。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
図9は、本発明の第4実施形態に係る原子セルを示す横断面図である。
本実施形態は、光通過部の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
図10は、本発明の第5実施形態に係る原子セルを示す横断面図である。
次に、本発明の第6実施形態について説明する。
図11は、本発明の第6実施形態に係る原子セルを示す横断面図である。
次に、本発明の第7実施形態について説明する。
図12は、本発明の第7実施形態に係る原子セルを示す斜視図である。
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、優れた信頼性を有する。
図13は、GPS衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
GPS衛星200は、測位情報(GPS信号)を送信する。
図14は、本発明の移動体の一例を示す図である。
このような移動体によれば、優れた信頼性を発揮することができる。
2‥‥ガスセル
2A‥‥ガスセル
2B‥‥ガスセル
2C‥‥ガスセル
2D‥‥ガスセル
2E‥‥ガスセル
2F‥‥ガスセル
3‥‥光出射部
5‥‥光検出部
6‥‥ヒーター
7‥‥温度センサー
8‥‥磁場発生部
10‥‥制御部
11‥‥温度制御部
12‥‥励起光制御部
13‥‥磁場制御部
21‥‥胴体部
21A‥‥胴体部
21B‥‥胴体部
21C‥‥胴体部
21D‥‥胴体部
21E‥‥胴体部
21F‥‥胴体部
22‥‥窓部
23‥‥窓部
41‥‥光学部品
42‥‥光学部品
43‥‥光学部品
44‥‥光学部品
100‥‥測位システム
200‥‥GPS衛星
211‥‥貫通孔
211A‥‥貫通孔
211B‥‥貫通孔
211C‥‥貫通孔
211D‥‥貫通孔
211E‥‥貫通孔
211F‥‥貫通孔
211a‥‥貫通孔
211b‥‥貫通孔
211c‥‥貫通孔
211d‥‥貫通孔
211e‥‥貫通孔
211f‥‥貫通孔
211g‥‥貫通孔
211h‥‥貫通孔
211i‥‥貫通孔
211j‥‥貫通孔
211k‥‥貫通孔
211l‥‥貫通孔
211m‥‥貫通孔
211n‥‥空洞部
211o‥‥空洞部
300‥‥基地局装置
301‥‥アンテナ
302‥‥受信装置
303‥‥アンテナ
304‥‥送信装置
400‥‥GPS受信装置
401‥‥アンテナ
402‥‥衛星受信部
403‥‥アンテナ
404‥‥基地局受信部
1500‥‥移動体
1501‥‥車体
1502‥‥車輪
L‥‥距離
LL‥‥励起光
M‥‥アルカリ金属
S‥‥内部空間
S1‥‥空間
S2‥‥空間
S3‥‥空間
W‥‥幅
W1‥‥幅
W2‥‥幅
W3‥‥幅
WX‥‥幅
WY‥‥幅
2‥‥ガスセル
2A‥‥ガスセル
2B‥‥ガスセル
2C‥‥ガスセル
2D‥‥ガスセル
2E‥‥ガスセル
2F‥‥ガスセル
3‥‥光出射部
5‥‥光検出部
6‥‥ヒーター
7‥‥温度センサー
8‥‥磁場発生部
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11‥‥温度制御部
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13‥‥磁場制御部
21‥‥胴体部
21A‥‥胴体部
21B‥‥胴体部
21C‥‥胴体部
21D‥‥胴体部
21E‥‥胴体部
21F‥‥胴体部
22‥‥窓部
23‥‥窓部
41‥‥光学部品
42‥‥光学部品
43‥‥光学部品
44‥‥光学部品
100‥‥測位システム
200‥‥GPS衛星
211‥‥貫通孔
211A‥‥貫通孔
211B‥‥貫通孔
211C‥‥貫通孔
211D‥‥貫通孔
211E‥‥貫通孔
211F‥‥貫通孔
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300‥‥基地局装置
301‥‥アンテナ
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L‥‥距離
LL‥‥励起光
M‥‥アルカリ金属
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S1‥‥空間
S2‥‥空間
S3‥‥空間
W‥‥幅
W1‥‥幅
W2‥‥幅
W3‥‥幅
WX‥‥幅
WY‥‥幅
Claims (13)
- 金属と、
気体状の前記金属が封入されている光通過部と、
液体状または固体状の前記金属が配置されている金属溜り部と、
前記光通過部と前記金属溜り部とを連通させていて、前記金属溜り部の幅よりも狭い幅の部分を有する連通部と、
を備えることを特徴とする原子セル。 - 1対の窓部と、
前記1対の窓部の間に配置されていて、前記1対の窓部とともに前記光通過部を構成し、前記金属溜り部および前記連通部を備えている胴体部と、
を有する請求項1に記載の原子セル。 - 前記連通部は、前記1対の窓部が重なる方向から見たときに、前記金属溜り部の幅よりも狭い幅の部分を有する請求項2に記載の原子セル。
- 前記連通部は、前記1対の窓部が重なる方向から見たときに、前記光通過部の幅に対して1/5以下の幅の部分を有する請求項2または3に記載の原子セル。
- 前記連通部は、前記1対の窓部が重なる方向に対して交差する方向から見たときに、前記金属溜り部の幅よりも狭い幅の部分を有する請求項2ないし4のいずれか1項に記載の原子セル。
- 前記胴体部と前記窓部とが加熱接合されている請求項2ないし5のいずれか1項に記載の原子セル。
- 前記胴体部は、シリコンを含んで構成されている請求項2ないし6のいずれか1項に記載の原子セル。
- 前記光通過部と前記金属溜り部との間の前記連通部に沿った距離が、前記連通部の幅よりも大きい請求項1ないし7のいずれか1項に記載の原子セル。
- 前記光通過部と前記金属溜り部との間の前記連通部に沿った距離が、前記連通部の幅に対して2倍以上である請求項8に記載の原子セル。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の原子セルを備えることを特徴とする量子干渉装置。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の原子セルを備えることを特徴とする原子発振器。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の原子セルを備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の原子セルを備えることを特徴とする移動体。
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