JP2018085719A - 原子時計システム - Google Patents
原子時計システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018085719A JP2018085719A JP2017196852A JP2017196852A JP2018085719A JP 2018085719 A JP2018085719 A JP 2018085719A JP 2017196852 A JP2017196852 A JP 2017196852A JP 2017196852 A JP2017196852 A JP 2017196852A JP 2018085719 A JP2018085719 A JP 2018085719A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alkali metal
- frequency
- optical
- opt
- sequence
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 150000001340 alkali metals Chemical group 0.000 claims abstract description 213
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 194
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 87
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 73
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 88
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 76
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 41
- IGLNJRXAVVLDKE-NJFSPNSNSA-N Rubidium-87 Chemical group [87Rb] IGLNJRXAVVLDKE-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 21
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 21
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 15
- 241000143252 Idaea infirmaria Species 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 15
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 14
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 description 6
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 2
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G04—HOROLOGY
- G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
- G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
- G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
- G04F5/145—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks using Coherent Population Trapping
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Ecology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
【解決手段】原子時計システムは、一連のコヒーレントポピュレーショントラッピング(CPT)サイクルの各々の捕捉段階中にセル内のアルカリ金属原子を捕捉する磁気光学トラップ(MOT)システムを含む。このシステムは、第1の周波数を有する第1の光ビームと、第1の周波数と異なる第2の周波数を有する第2の光ビームとを含む光差分ビームを生成するインテロゲーションシステムも含む。インテロゲーションシステムは、捕捉されたアルカリ金属原子のCPTインテロゲーションを作動するために、一連のクロック計測サイクルの各々のCPTインテロゲーション段階中に、セルを通過する光差分ビームの方向を周期的に交互に切替える方向制御器を含む。このシステムは、一連のクロック計測サイクルの各々における状態読み出し段階中に、CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の光応答に基づいて局部発振器の周波数を調節する発振器システムも含む。
【選択図】 図2
Description
上記実施形態から把握できる技術思想を付記として以下に記載する。
[付記1]
原子時計システムであって、
一連のコヒーレントポピュレーショントラッピング(CPT)サイクルの各々の捕捉段階中にセル内のアルカリ金属原子を捕捉する光捕捉システムと、
第1の周波数を有する第1の光ビームと、前記第1の周波数と異なる第2の周波数を有する第2の光ビームとを含む光差分ビームを生成するインテロゲーションシステムであって、前記アルカリ金属原子のCPTインテロゲーションを作動するために、前記一連のクロック計測サイクルの各々のCPTインテロゲーション段階中に、前記セルを通過する前記光差分ビームの方向を周期的に交互に切替える方向制御器を含む前記インテロゲーションシステムと、
前記一連のクロック計測サイクルの各々における状態読み出し段階中に、CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の光応答に基づいて局部発振器の周波数を調節する発振器システムと
を備え、
前記光捕捉システムは、磁気光学トラップ(MOT)システムとして構成され、前記磁気光学トラップ(MOT)システムは、
光捕捉ビームに応答して前記セル内の前記アルカリ金属原子を捕捉するように構成された捕捉磁場を生成するように構成された第1の磁場発生器と、
前記一連のクロック計測サイクルの前記CPTインテロゲーション段階中に均一クロック磁場を生成するように構成された第2の磁場発生器であって、前記均一クロック磁場は、第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団のCPTインテロゲーションを作動するために、前記アルカリ金属原子のゼーマンシフト特性に基づく振幅を有する、前記第2の磁場発生器とを含み、
前記アルカリ金属原子はルビジウム87原子であり、前記均一クロック磁場は、約3.23ガウスの大きさを有して、<1、−1>の第1のエネルギー状態から<2、1>の第2のエネルギー状態への前記ルビジウム87原子の集団のCPTインテロゲーションを作動する、原子時計システム。
[付記2]
原子時計システムであって、
一連のコヒーレントポピュレーショントラッピング(CPT)サイクルの各々の捕捉段階中にセル内のアルカリ金属原子を捕捉する光捕捉システムと、
第1の周波数を有する第1の光ビームと、前記第1の周波数と異なる第2の周波数を有する第2の光ビームとを含む光差分ビームを生成するインテロゲーションシステムであって、前記アルカリ金属原子のCPTインテロゲーションを作動するために、前記一連のクロック計測サイクルの各々のCPTインテロゲーション段階中に、前記セルを通過する前記光差分ビームの方向を周期的に交互に切替える方向制御器を含む前記インテロゲーションシステムと、
前記一連のクロック計測サイクルの各々における状態読み出し段階中に、CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の光応答に基づいて局部発振器の周波数を調節する発振器システムと
を備え、
前記局部発振器は、前記第1及び第2の光ビームの各々の間の差分周波数を安定化させる周波数安定化システムに周波数基準を供給して、前記発振器システムが前記局部発振器の周波数をフィードバック方式で調節するようにする、原子時計システム。
[付記3]
原子時計システムの局部発振器を安定化させるための方法であって、
冷却アルカリ原子源及びアルカリ金属原子のベースライン光応答を供給するために、一連のコヒーレントポピュレーショントラッピング(CPT)サイクルの各々の捕捉段階中にセル内のアルカリ金属原子を捕捉するステップと、
第1の周波数を有する第1の光ビームと、前記第1の周波数と異なる第2の周波数を有する第2の光ビームとを含む光差分ビームを生成するステップと、
前記第1及び第2の光ビームの相対的円偏光に基づいて、捕捉されたアルカリ金属原子のCPTインテロゲーションを作動するために、前記一連のクロック計測サイクルの各々のCPTインテロゲーション段階中に、前記セルを通過する前記光差分ビームの方向を周期的に交互に切替えるステップと、
前記一連のクロック計測サイクルの各々における状態読み出し段階中に、CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の光応答を監視するステップと、
前記ベースライン光応答に対する、前記一連のクロック計測サイクルの各々の前記CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の前記光応答に基づいて前記局部発振器の周波数を調節するステップと
を含み、
前記一連のクロック計測サイクルの前記CPTインテロゲーション段階中に均一クロック磁場を生成するステップを更に含み、前記均一クロック磁場は、第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団のCPTインテロゲーションを作動するために、前記アルカリ金属原子のゼーマンシフト特性に基づく振幅を有する、方法。
[付記4]
原子時計システムであって、
冷却アルカリ原子源及びアルカリ金属原子のベースライン光応答を供給するために、一連のコヒーレントポピュレーショントラッピング(CPT)サイクルの各々の捕捉段階中にセル内の前記アルカリ金属原子を捕捉するように構成された磁気光学トラップ(MOT)システムと、
第1の周波数を有する第1の光ビームと、前記第1の周波数と異なる第2の周波数を有し、且つ可変相対強度比を有する第2の光ビームとを含む光差分ビームを生成するように構成されたインテロゲーションシステムであって、前記光差分ビームは、第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団の最大励起に対応するピークに関連した周波数の共振外れである周波数を有し、前記インテロゲーションシステムは、前記一連のクロック計測サイクルの各々のCPTインテロゲーション段階中に前記セルを通過する前記光差分ビームの方向を周期的に交互に切替えて、前記アルカリ金属原子のゼーマンシフト特性に基づく振幅を有する均一クロック磁場の存在下で第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団のCPTインテロゲーションを作動するように構成された方向制御器を含む、前記インテロゲーションシステムと、
前記一連のクロック計測サイクルの各々における状態読み出し段階中に、前記ベースライン光応答に対する、CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の光応答に基づいて局部発振器の周波数を調節するように構成された発振器システムと
を備える、原子時計システム。
[付記5]
前記方向制御器は、
前記第1及び第2の光ビームを受け取って、第1のシーケンスで前記セルを通過する第1の方向に前記光差分ビームを供給するように構成された第1のビーム合成器と、
前記第1及び第2の光ビームを受け取って、第2のシーケンスで前記第1の方向とは反対の前記セルを通過する第2の方向に前記光差分ビームを供給するように構成された第2のビーム合成器と、
前記第1のシーケンスと前記第2のシーケンスとの間で交互に切替えるように構成された光スイッチと
を含む、付記4に記載の原子時計システム。
[付記6]
前記第1のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第1のシーケンスにおいて、第1の相対的円偏光で前記第1の方向に第1の可変波長板を通過して且つ前記セルを通過するように前記光差分ビームを供給するように構成され、前記第2のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第2のシーケンスにおいて、第2の相対的円偏光で前記第2の方向に第2の可変波長板を通過して且つ前記セルを通過するように前記光差分ビームを供給するように構成される、付記5に記載の原子時計システム。
[付記7]
前記第1のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを受け取って、前記第1の光ビーム及び前記第2の光ビームのうちの一方をそれぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて第1の直線偏光で供給し、前記第2のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを受け取って、前記第2の光ビーム及び前記第1の光ビームのうちの一方をそれぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて第2の直線偏光で供給し、前記システムは、
前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第1及び第2のシーケンスの各々で第1の可変波長板を通過して前記光差分ビームを供給して、それぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて、前記セルを通過する第1の方向にそれぞれ第1の相対的円偏光及び第2の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給するように構成された第3のビーム合成器と、
前記第1及び第2のシーケンスの各々で前記セルを通過する第2の方向に前記光差分ビームを反射して、それぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて、それぞれ前記第2の相対的円偏光及び前記第1の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給するように構成されたミラー及び第2の可変波長板を含む反射システムと
を更に含む、付記5に記載の原子時計システム。
[付記8]
前記第1のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第1のシーケンスにおいて、第1の相対的円偏光で前記第1の方向に第1の可変波長板を通過して且つ前記セルを通過するように前記光差分ビームを供給するように構成され、前記第2のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第2のシーケンスにおいて、第2の相対的円偏光で前記第2の方向に第2の可変波長板を通過して且つ前記セルを通過するように前記光差分ビームを供給するように構成される、付記5に記載の原子時計システム。
[付記9]
前記第1のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを受け取って、前記第1の光ビーム及び前記第2の光ビームのうちの一方をそれぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて第1の直線偏光で供給し、前記第2のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを受け取って、前記第2の光ビーム及び前記第1の光ビームのうちの一方をそれぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて第2の直線偏光で供給し、前記システムは、
前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第1及び第2のシーケンスの各々で第1の可変波長板を通過して前記光差分ビームを供給して、それぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて、前記セルを通過する第1の方向にそれぞれ第1の相対的円偏光及び第2の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給するように構成された第3のビーム合成器と、
前記第1及び第2のシーケンスの各々で前記セルを通過する第2の方向に前記光差分ビームを反射して、それぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて、それぞれ前記第2の相対的円偏光及び前記第1の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給するように構成されたミラー及び第2の可変波長板を含む反射システムと
を更に含む、付記5に記載の原子時計システム。
Claims (22)
- 原子時計システムであって、
一連のコヒーレントポピュレーショントラッピング(CPT)サイクルの各々の捕捉段階中にセル内のアルカリ金属原子を捕捉する光捕捉システムと、
第1の周波数を有する第1の光ビームと、前記第1の周波数と異なる第2の周波数を有する第2の光ビームとを含む光差分ビームを生成するインテロゲーションシステムであって、前記アルカリ金属原子のCPTインテロゲーションを作動するために、前記一連のクロック計測サイクルの各々のCPTインテロゲーション段階中に、前記セルを通過する前記光差分ビームの方向を周期的に交互に切替える方向制御器を含む前記インテロゲーションシステムと、
前記一連のクロック計測サイクルの各々における状態読み出し段階中に、CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の光応答に基づいて局部発振器の周波数を調節する発振器システムと
を備える原子時計システム。 - 前記光捕捉システムは、磁気光学トラップ(MOT)システムとして構成され、前記磁気光学トラップ(MOT)システムは、
光捕捉ビームに応答して前記セル内の前記アルカリ金属原子を捕捉するように構成された捕捉磁場を生成するように構成された第1の磁場発生器と、
前記一連のクロック計測サイクルの前記CPTインテロゲーション段階中に均一クロック磁場を生成するように構成された第2の磁場発生器であって、前記均一クロック磁場は、第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団のCPTインテロゲーションを作動するために、前記アルカリ金属原子のゼーマンシフト特性に基づく振幅を有する、前記第2の磁場発生器とを含む、請求項1に記載の原子時計システム。 - 前記アルカリ金属原子はルビジウム87原子であり、前記均一クロック磁場は、約3.23ガウスの大きさを有して、<1、−1>の第1のエネルギー状態から<2、1>の第2のエネルギー状態への前記ルビジウム87原子の集団のCPTインテロゲーションを作動する、請求項2に記載の原子時計システム。
- 前記第1の光ビームは、前記捕捉段階中に前記光捕捉ビームと共に前記セルを通過するように供給されて、前記アルカリ金属原子の実質的に全てを励起させて冷却アルカリ原子源及び前記アルカリ金属原子のベースライン光応答を供給し、前記発振器システムは、前記一連のクロック計測サイクルの各々における前記状態読み出し段階中に、前記アルカリ金属原子の前記ベースライン光応答に対する、前記CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の前記光応答に基づいて前記局部発振器の周波数を調節する、請求項2に記載の原子時計システム。
- 前記インテロゲーションシステムは、前記CPTインテロゲーション段階中に、前記第1の光ビーム及び前記第2の光ビームのそれぞれの強度を制御して、可変相対強度比を供給して前記アルカリ金属原子の励起に関連したACシュタルクシフトを緩和するように構成される、請求項1に記載の原子時計システム。
- 前記方向制御器は、
前記第1及び第2の光ビームを受け取って、第1のシーケンスで前記セルを通過する第1の方向に前記光差分ビームを供給するように構成された第1のビーム合成器と、
前記第1及び第2の光ビームを受け取って、第2のシーケンスで前記第1の方向とは反対の前記セルを通過する第2の方向に前記光差分ビームを供給するように構成された第2のビーム合成器と、
前記第1のシーケンスと前記第2のシーケンスとの間で交互に切替わるように構成された光スイッチとを含む、請求項1に記載の原子時計システム。 - 前記第1のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第1のシーケンスにおいて、第1の相対的円偏光で前記第1の方向に第1の可変波長板を通過して且つ前記セルを通過するように前記光差分ビームを供給するように構成され、前記第2のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第2のシーケンスにおいて、第2の相対的円偏光で前記第2の方向に第2の可変波長板を通過して且つ前記セルを通過するように前記光差分ビームを供給するように構成される、請求項6に記載の原子時計システム。
- 第1及び第2の光信号の経路長は、前記セルを通過する差分光ビームの別個の個々の第1及び第2の印加方向に関してほぼ等しいか、又は前記第1及び第2の光信号の前記経路長は、前記第1及び第2の光ビームの差分周波数に対応する均等なマイクロ波波長の整数倍だけ異なっている、請求項7に記載の原子時計システム。
- 前記第1のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを受け取って、前記第1の光ビーム及び前記第2の光ビームのうちの一方を前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスそれぞれにおいて第1の直線偏光で供給し、前記第2のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを受け取って、前記第2の光ビーム及び前記第1の光ビームのうちの一方を前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスそれぞれにおいて第2の直線偏光で供給し、前記原子時計システムは、
前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第1及び第2のシーケンスの各々で第1の可変波長板を通過して前記光差分ビームを供給して、前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスそれぞれにおいて、前記セルを通過する第1の方向に第1の相対的円偏光及び第2の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給するように構成された第3のビーム合成器と、
前記第1及び第2のシーケンスの各々で前記セルを通過する第2の方向に前記光差分ビームを反射して、前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスそれぞれにおいて、前記第2の相対的円偏光及び前記第1の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給するように構成されたミラー及び第2の可変波長板を含む反射システムと
を更に備える、請求項6に記載の原子時計システム。 - 前記ミラーは、前記アルカリ金属原子のCPTインテロゲーション領域に対応する前記セルのほぼ中心からの距離が、前記第1及び第2の光ビームの差分周波数に対応する均等なマイクロ波波長の整数倍の2分の1にほぼ等しくなるように物理的に配置される、請求項9に記載の原子時計システム。
- 前記第1の光ビームの周波数及び前記第2の光ビームの周波数は、第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団の最大励起に対応するピークに関連した共振周波数の共振外れである差分周波数で差分光ビームを供給するように設定される、請求項1に記載の原子時計システム。
- 前記差分周波数は、前記一連のクロック計測サイクルの各々において前記共振周波数の+Δ及び−Δのうちの一方となって、前記一連のクロック計測サイクルにおける前記状態読み出し段階中のCPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の光応答に関連した差分強度を決定するように調節される、請求項11に記載の原子時計システム。
- 前記局部発振器は、前記第1及び第2の光ビームの各々の間の差分周波数を安定化させる周波数安定化システムに周波数基準を供給して、前記発振器システムが前記局部発振器の周波数をフィードバック方式で調節するようにする、請求項1に記載の原子時計システム。
- 原子時計システムの局部発振器を安定化させるための方法であって、
冷却アルカリ原子源及びアルカリ金属原子のベースライン光応答を供給するために、一連のコヒーレントポピュレーショントラッピング(CPT)サイクルの各々の捕捉段階中にセル内のアルカリ金属原子を捕捉するステップと、
第1の周波数を有する第1の光ビームと、前記第1の周波数と異なる第2の周波数を有する第2の光ビームとを含む光差分ビームを生成するステップと、
前記第1及び第2の光ビームの相対的円偏光に基づいて、捕捉されたアルカリ金属原子のCPTインテロゲーションを作動するために、前記一連のクロック計測サイクルの各々のCPTインテロゲーション段階中に、前記セルを通過する前記光差分ビームの方向を周期的に交互に切替えるステップと、
前記一連のクロック計測サイクルの各々における状態読み出し段階中に、CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の光応答を監視するステップと、
前記ベースライン光応答に対する、前記一連のクロック計測サイクルの各々の前記CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の前記光応答に基づいて前記局部発振器の周波数を調節するステップと
を含む、方法。 - 前記一連のクロック計測サイクルの前記CPTインテロゲーション段階中に均一クロック磁場を生成するステップを更に含み、前記均一クロック磁場は、第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団のCPTインテロゲーションを作動するために、前記アルカリ金属原子のゼーマンシフト特性に基づく振幅を有する、請求項14に記載の方法。
- 前記光差分ビームの前記方向を周期的に交互に切替えるステップは、
前記第1及び第2の光ビームを第1のビーム合成器に供給して、第1のシーケンスにおいて、第1の方向に第1の相対的円偏光として前記セルを通過するように第1の可変波長板を通過して前記光差分ビームを供給するステップと、
前記第1及び第2の光ビームを第2のビーム合成器に供給して、第2のシーケンスにおいて、前記第1の方向とは反対の第2の方向に第2の相対的円偏光として前記セルを通過するように第2の可変波長板を通過して前記光差分ビームを供給するステップと、
前記第1のシーケンスと前記第2のシーケンスとの間で交互に切替えるステップと
を含む、請求項14に記載の方法。 - 前記光差分ビームの方向を周期的に交互に切替えるステップは、
前記第1及び第2の光ビームを第1のビーム合成器に供給して、前記第1の光ビーム及び前記第2の光ビームのうちの一方を第1のシーケンス及び第2のシーケンスそれぞれにおいて第1の直線偏光で供給するステップと、
前記第1及び第2の光ビームを第2のビーム合成器に供給して、前記第1の光ビーム及び前記第2の光ビームのうちの一方を前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスそれぞれにおいて第2の直線偏光で供給するステップと、
直線偏光された第1及び第2のビームを第3のビーム合成器に供給して前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第1及び第2のシーケンスの各々で第1の可変波長板を通過して前記光差分ビームを供給して、前記セルを通過する第1の方向に第1の相対的円偏光及び第2の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給するステップであって、前記光差分ビームは、ミラーを介して反射され、且つ第2の可変波長板を通過して供給されて、前記第1及び第2のシーケンスの各々で前記セルを通過する第2の方向に前記光差分ビームを供給して、前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスそれぞれにおいて、前記第2の相対的円偏光及び前記第1の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給する、前記光差分ビームを供給ステップと、
前記第1のシーケンスと前記第2のシーケンスとの間で交互に切替えるステップと
を含む、請求項14に記載の方法。 - 前記光差分ビームを生成するステップは、第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団の最大励起に対応するピークに関連した共振周波数の共振外れである差分周波数で差分光ビームを供給することを含み、前記方法は、前記差分周波数が前記一連のクロック計測サイクルの各々において前記共振周波数の+Δ及び−Δのうちの一方となって、前記一連のクロック計測サイクルにおける前記状態読み出し段階中に、ベースライン強度に対する、前記CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の前記光応答に関連した差分強度を決定するように前記差分周波数を調節するステップを更に含む、請求項14に記載の方法。
- 原子時計システムであって、
冷却アルカリ原子源及びアルカリ金属原子のベースライン光応答を供給するために、一連のコヒーレントポピュレーショントラッピング(CPT)サイクルの各々の捕捉段階中にセル内の前記アルカリ金属原子を捕捉するように構成された磁気光学トラップ(MOT)システムと、
第1の周波数を有する第1の光ビームと、前記第1の周波数と異なる第2の周波数を有し、且つ可変相対強度比を有する第2の光ビームとを含む光差分ビームを生成するように構成されたインテロゲーションシステムであって、前記光差分ビームは、第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団の最大励起に対応するピークに関連した周波数の共振外れである周波数を有し、前記インテロゲーションシステムは、前記一連のクロック計測サイクルの各々のCPTインテロゲーション段階中に前記セルを通過する前記光差分ビームの方向を周期的に交互に切替えて、前記アルカリ金属原子のゼーマンシフト特性に基づく振幅を有する均一クロック磁場の存在下で第1のエネルギー状態から第2のエネルギー状態への前記アルカリ金属原子の集団のCPTインテロゲーションを作動するように構成された方向制御器を含む、前記インテロゲーションシステムと、
前記一連のクロック計測サイクルの各々における状態読み出し段階中に、前記ベースライン光応答に対する、CPTインテロゲーションされたアルカリ金属原子の光応答に基づいて局部発振器の周波数を調節するように構成された発振器システムと
を備える、原子時計システム。 - 前記方向制御器は、
前記第1及び第2の光ビームを受け取って、第1のシーケンスで前記セルを通過する第1の方向に前記光差分ビームを供給するように構成された第1のビーム合成器と、
前記第1及び第2の光ビームを受け取って、第2のシーケンスで前記第1の方向とは反対の前記セルを通過する第2の方向に前記光差分ビームを供給するように構成された第2のビーム合成器と、
前記第1のシーケンスと前記第2のシーケンスとの間で交互に切替えるように構成された光スイッチと
を含む、請求項19に記載の原子時計システム。 - 前記第1のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第1のシーケンスにおいて、第1の相対的円偏光で前記第1の方向に第1の可変波長板を通過して且つ前記セルを通過するように前記光差分ビームを供給するように構成され、前記第2のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第2のシーケンスにおいて、第2の相対的円偏光で前記第2の方向に第2の可変波長板を通過して且つ前記セルを通過するように前記光差分ビームを供給するように構成される、請求項20に記載の原子時計システム。
- 前記第1のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを受け取って、前記第1の光ビーム及び前記第2の光ビームのうちの一方をそれぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて第1の直線偏光で供給し、前記第2のビーム合成器は、前記第1及び第2の光ビームを受け取って、前記第2の光ビーム及び前記第1の光ビームのうちの一方をそれぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて第2の直線偏光で供給し、前記原子時計システムは、
前記第1及び第2の光ビームを合成して、前記第1及び第2のシーケンスの各々で第1の可変波長板を通過して前記光差分ビームを供給して、それぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて、前記セルを通過する第1の方向にそれぞれ第1の相対的円偏光及び第2の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給するように構成された第3のビーム合成器と、
前記第1及び第2のシーケンスの各々で前記セルを通過する第2の方向に前記光差分ビームを反射して、それぞれ前記第1のシーケンス及び前記第2のシーケンスにおいて、それぞれ前記第2の相対的円偏光及び前記第1の相対的円偏光の各々で前記光差分ビームを供給するように構成されたミラー及び第2の可変波長板を含む反射システムと
を更に含む、請求項20に記載の原子時計システム。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201662406653P | 2016-10-11 | 2016-10-11 | |
US62/406,653 | 2016-10-11 | ||
US15/722,595 US10539929B2 (en) | 2016-10-11 | 2017-10-02 | Atomic clock system |
US15/722,595 | 2017-10-02 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019040494A Division JP6743216B2 (ja) | 2016-10-11 | 2019-03-06 | 原子時計システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018085719A true JP2018085719A (ja) | 2018-05-31 |
JP6495409B2 JP6495409B2 (ja) | 2019-04-03 |
Family
ID=60043104
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017196852A Active JP6495409B2 (ja) | 2016-10-11 | 2017-10-10 | 原子時計システム |
JP2019040494A Active JP6743216B2 (ja) | 2016-10-11 | 2019-03-06 | 原子時計システム |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019040494A Active JP6743216B2 (ja) | 2016-10-11 | 2019-03-06 | 原子時計システム |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US10539929B2 (ja) |
EP (2) | EP3499322B1 (ja) |
JP (2) | JP6495409B2 (ja) |
AU (2) | AU2017239529B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10725431B2 (en) | 2016-10-11 | 2020-07-28 | Northrop Grumman Systems Corporation | Atomic clock system |
JP2020141401A (ja) * | 2019-02-26 | 2020-09-03 | 日本電信電話株式会社 | 磁気光学トラップ方法および装置 |
JP2020184633A (ja) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションNorthrop Grumman Systems Corporation | 原子干渉計システム |
WO2022181408A1 (ja) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | 国立大学法人東京大学 | 原子の電子状態スプリッター、原子干渉計、原子遷移周波数測定装置、原子発振器、光格子時計、量子コンピュータおよび原子の電子状態重ね合わせ状態の生成方法 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10782368B2 (en) | 2017-05-31 | 2020-09-22 | Northrop Grumman Systems Corporation | Pulsed-beam atomic magnetometer system |
CN110333651B (zh) * | 2019-07-15 | 2021-04-02 | 温州激光与光电子协同创新中心 | 基于相干布居数囚禁模式锁定的激光原子钟 |
CN111123311B (zh) * | 2019-11-18 | 2021-12-03 | 北京卫星导航中心 | 星载原子钟调频调相方法 |
EP4044467A4 (en) * | 2019-11-20 | 2022-11-30 | Huawei Technologies Co., Ltd. | METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING A TIME SOURCE FOR AN AUTOMATIC DRIVE |
CN112304442B (zh) * | 2020-10-28 | 2022-09-02 | 中国科学院国家授时中心 | 双调制cpt差分探测方法及系统 |
US20230333415A1 (en) * | 2022-04-18 | 2023-10-19 | Northrop Grumman Systems Corporation | Atomic optical reference system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009129955A (ja) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Epson Toyocom Corp | 光学系及び原子発振器 |
EP2131500A2 (en) * | 2008-06-02 | 2009-12-09 | SEPA - Sistemi Elettronici Per Automazione S.P.A. | Atomic beam tube with counter propagating optical or atomic beams |
JP2012019261A (ja) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Seiko Epson Corp | 原子発振器 |
KR20130082468A (ko) * | 2012-01-11 | 2013-07-19 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 원자 발진기용 광학 모듈 및 원자 발진기 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5136261A (en) | 1990-12-11 | 1992-08-04 | Ball Corporation | Saturated absorption double resonance system and apparatus |
US7102451B2 (en) * | 2004-02-18 | 2006-09-05 | Princeton University, Office Of Technology, Licensing & Intellectual Property | Method and system for operating an atomic clock with alternating-polarization light |
US7893780B2 (en) | 2008-06-17 | 2011-02-22 | Northrop Grumman Guidance And Electronic Company, Inc. | Reversible alkali beam cell |
JP5369803B2 (ja) * | 2009-03-23 | 2013-12-18 | セイコーエプソン株式会社 | 量子干渉装置、及び原子発振器 |
US7965148B2 (en) | 2009-08-03 | 2011-06-21 | Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. | Atomic frequency clock systems and methods |
US8237105B1 (en) | 2011-02-03 | 2012-08-07 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Company, Inc. | Magneto-optical trap for cold atom beam source |
CN102629102B (zh) * | 2012-03-26 | 2014-06-04 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 相干双色光源装置及相干双色光的生成方法 |
JP5988023B2 (ja) * | 2012-05-11 | 2016-09-07 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器の制御方法及び原子発振器 |
US20140028405A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-01-30 | Qualcomm Incorporated | Low power microfabricated atomic clock |
JP6187758B2 (ja) * | 2013-09-27 | 2017-08-30 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器、電子機器及び移動体 |
JP6511298B2 (ja) * | 2015-03-12 | 2019-05-15 | 株式会社リコー | Cpt共鳴発生方法、cpt共鳴検出方法、cpt共鳴発生装置、原子発振器、磁気センサ |
US10539929B2 (en) * | 2016-10-11 | 2020-01-21 | Northrop Grumman Systems Corporation | Atomic clock system |
-
2017
- 2017-10-02 US US15/722,595 patent/US10539929B2/en active Active
- 2017-10-04 AU AU2017239529A patent/AU2017239529B2/en active Active
- 2017-10-09 EP EP18206585.4A patent/EP3499322B1/en active Active
- 2017-10-09 EP EP17195497.7A patent/EP3309629B1/en active Active
- 2017-10-10 JP JP2017196852A patent/JP6495409B2/ja active Active
-
2019
- 2019-03-06 JP JP2019040494A patent/JP6743216B2/ja active Active
- 2019-12-12 US US16/712,614 patent/US10725431B2/en active Active
-
2022
- 2022-03-02 AU AU2022201426A patent/AU2022201426B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009129955A (ja) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Epson Toyocom Corp | 光学系及び原子発振器 |
EP2131500A2 (en) * | 2008-06-02 | 2009-12-09 | SEPA - Sistemi Elettronici Per Automazione S.P.A. | Atomic beam tube with counter propagating optical or atomic beams |
JP2012019261A (ja) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Seiko Epson Corp | 原子発振器 |
KR20130082468A (ko) * | 2012-01-11 | 2013-07-19 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 원자 발진기용 광학 모듈 및 원자 발진기 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
F.-X.ESNAULT, ET AL.: "Cold-atom double-Λ coherent population trapping clock", PHYSICAL REVIEW A, vol. Volume 88, Issue 4, JPN6018043015, October 2013 (2013-10-01), pages 042120 - 1, ISSN: 0003911712 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10725431B2 (en) | 2016-10-11 | 2020-07-28 | Northrop Grumman Systems Corporation | Atomic clock system |
JP2020141401A (ja) * | 2019-02-26 | 2020-09-03 | 日本電信電話株式会社 | 磁気光学トラップ方法および装置 |
JP7386478B2 (ja) | 2019-02-26 | 2023-11-27 | 日本電信電話株式会社 | 磁気光学トラップ方法および装置 |
JP2020184633A (ja) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションNorthrop Grumman Systems Corporation | 原子干渉計システム |
JP6994539B2 (ja) | 2019-05-08 | 2022-01-14 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション | 原子干渉計システム |
WO2022181408A1 (ja) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | 国立大学法人東京大学 | 原子の電子状態スプリッター、原子干渉計、原子遷移周波数測定装置、原子発振器、光格子時計、量子コンピュータおよび原子の電子状態重ね合わせ状態の生成方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20180101139A1 (en) | 2018-04-12 |
US10539929B2 (en) | 2020-01-21 |
AU2017239529B2 (en) | 2022-01-06 |
JP6495409B2 (ja) | 2019-04-03 |
EP3309629B1 (en) | 2019-07-31 |
EP3309629A1 (en) | 2018-04-18 |
EP3499322B1 (en) | 2020-08-26 |
US20200117146A1 (en) | 2020-04-16 |
US10725431B2 (en) | 2020-07-28 |
JP2019134456A (ja) | 2019-08-08 |
EP3499322A1 (en) | 2019-06-19 |
AU2017239529A1 (en) | 2018-04-26 |
AU2022201426B2 (en) | 2022-06-02 |
JP6743216B2 (ja) | 2020-08-19 |
AU2022201426A1 (en) | 2022-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6495409B2 (ja) | 原子時計システム | |
US7323941B1 (en) | Method and system for operating a laser self-modulated at alkali-metal atom hyperfine frequency | |
US7944317B2 (en) | Cold atom micro primary standard | |
EP2282243B1 (en) | Atomic clock system and frequency tuning method for such a system | |
Perrella et al. | Dichroic two-photon rubidium frequency standard | |
Farkas et al. | Production of rubidium bose-einstein condensates at a 1 hz rate | |
Zhang et al. | High-resolution laser microwave double-resonance spectroscopy of hyperfine splitting of trapped 113 Cd+ and 111 Cd+ ions | |
Kong et al. | A transportable optical lattice clock at the National Time Service Center | |
Wang et al. | Optical-plus-microwave pumping in a magnetically insensitive state of cold atoms | |
US20210278486A1 (en) | Optically pumped magnetometer and magnetic sensing method | |
Zhang et al. | Enhanced cold mercury atom production with two-dimensional magneto-optical trap | |
EP3736532B1 (en) | Atomic interferometer system | |
Rubtsova et al. | 174Yb 3P1 level relaxation found via weak magnetic field dependence of collision-induced stimulated photon echo | |
CN112242843A (zh) | 一种实现高对比度cpt反相探测的方法和装置 | |
Ouyang et al. | An effective pumping method for increasing atomic utilization in a compact cold atom clock | |
Shah et al. | A compact and low-power cold atom clock | |
Wang et al. | The optical system of the fountain clock | |
Miao et al. | Improvement of the signal-to-noise ratio of the clock signal for the frequency standard based on 113 Cd+ ions | |
Honda et al. | Enhancement of laser power from a mode lock laser with an optical cavity | |
Nesterenko et al. | Absolute frequency measurements for emission transitions of molecular iodine in the range of 1053–1068 nm | |
CN117806144A (zh) | 一种基于光栅磁光阱冷却的芯片主动光钟及其实现方法 | |
CN117826561A (zh) | 一种基于铯原子的双波段光学-微波原子钟及其实现方法 | |
WO2009087621A1 (en) | Frequency standard based on coherent population trapping (cpt) | |
Zhu et al. | A subminiature adjustable and measurable atomic clock based on coherent population trapping | |
Rauschenbeutel et al. | Six-beam optical lattice with intrinsically stable time phases |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181031 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181106 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190118 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190205 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190306 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6495409 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |