JP6442969B2 - Quantum interference devices, atomic oscillators, and electronic equipment - Google Patents

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

本発明は、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。   The present invention relates to a quantum interference device, an atomic oscillator, an electronic device, and a moving object.

長期的に高精度な発振特性を有する発振器として、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の原子のエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器が知られている。   As an oscillator having long-term highly accurate oscillation characteristics, an atomic oscillator that oscillates based on energy transition of an alkali metal atom such as rubidium or cesium is known.

一般に、原子発振器の動作原理は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した方式と、波長の異なる2種類の光による量子干渉効果(CPT:Coherent Population Trapping)を利用した方式とに大別されるが、量子干渉効果を利用した原子発振器は、二重共鳴現象を利用した原子発振器よりも小型化できることから、近年、様々な機器への搭載が期待されている(例えば、特許文献1参照)。   In general, the operating principles of atomic oscillators are broadly divided into methods that use the double resonance phenomenon of light and microwaves, and methods that use the quantum interference effect (CPT: Coherent Population Trapping) of two types of light with different wavelengths. However, since an atomic oscillator using the quantum interference effect can be made smaller than an atomic oscillator using a double resonance phenomenon, it is expected to be mounted on various devices in recent years (for example, see Patent Document 1). ).

量子干渉効果を利用した原子発振器は、例えば、特許文献1に開示されているように、気体状のアルカリ金属を封入したガスセルと、ガスセル中のアルカリ金属を共鳴させる共鳴光対を出射する光源と、ガスセルを透過した共鳴光対を検出する光検出器(受光部)と、を備えている。そして、このような原子発振器では、2種類の共鳴光の周波数差が特定の値のときに2種類の共鳴光の双方がガスセル内のアルカリ金属に吸収されずに透過する電磁誘起透明化(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象を生じるが、そのEIT現象に伴って発生する急峻な信号であるEIT信号を光検出器で検出し、そのEIT信号を基準信号として用いる。   An atomic oscillator using the quantum interference effect includes, for example, as disclosed in Patent Document 1, a gas cell in which a gaseous alkali metal is sealed, and a light source that emits a resonant light pair that resonates the alkali metal in the gas cell. And a photodetector (light receiving unit) for detecting the resonant light pair transmitted through the gas cell. In such an atomic oscillator, when the frequency difference between the two types of resonance light is a specific value, both types of resonance light are transmitted without being absorbed by the alkali metal in the gas cell (EIT) : Electromagnetically Induced Transparency) phenomenon, an EIT signal which is a steep signal generated with the EIT phenomenon is detected by a photodetector, and the EIT signal is used as a reference signal.

ここで、短期周波数安定度を高める観点から、EIT信号は、線幅(半値幅)が小さく、かつ、強度が高いことが好ましい。そのため、例えば、特許文献1に係る原子発振器では、EIT信号の強度を向上させる目的で、円偏光している共鳴光対を用いている。   Here, from the viewpoint of improving short-term frequency stability, it is preferable that the EIT signal has a small line width (half-value width) and a high strength. Therefore, for example, in the atomic oscillator according to Patent Document 1, a circularly polarized resonant light pair is used for the purpose of improving the intensity of the EIT signal.

しかし、特許文献1に係る原子発振器では、その効果が十分ではないという問題があった。   However, the atomic oscillator according to Patent Document 1 has a problem that the effect is not sufficient.

特開2014−17824号公報JP 2014-17824 A

本発明の目的は、EIT信号の強度を効果的に向上させることができる量子干渉装置を提供すること、また、かかる量子干渉装置を備える原子発振器、電子機器および移動体を提供することにある。   The objective of this invention is providing the quantum interference apparatus which can improve the intensity | strength of an EIT signal effectively, and providing an atomic oscillator, an electronic device, and a moving body provided with this quantum interference apparatus.

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

[適用例1]
本発明の量子干渉装置は、金属が封入されている原子セルと、
互いに同方向に円偏光していて前記金属を共鳴させる共鳴光対を含む第1の光を出射する第1光源部と、
前記共鳴光対とは逆方向に円偏光していて前記共鳴光対よりも線幅の大きい第2の光を出射する第2光源部と、
前記原子セルを通過した前記共鳴光対を受光する受光部と、
を備えることを特徴とする。
[Application Example 1]
The quantum interference device of the present invention includes an atomic cell in which a metal is enclosed,
A first light source unit that emits a first light including a resonant light pair that is circularly polarized in the same direction and resonates the metal;
A second light source unit that emits second light that is circularly polarized in the opposite direction to the resonant light pair and has a line width larger than that of the resonant light pair;
A light receiving unit that receives the resonant light pair that has passed through the atomic cell;
It is characterized by providing.

このような量子干渉装置によれば、互いに同方向に円偏光している共鳴光対に加えて、共鳴光対とは逆方向に円偏光している第2の光を調整光として金属に照射することにより、共鳴光対による磁気量子数の分布の偏りを調整光により相殺または緩和させ、金属の磁気量子数の分布の偏りを低減することができる。そのため、EITに寄与する所望の磁気量子数の金属原子の数を増加させ、その結果、円偏光している共鳴光対を用いることによってEIT信号の強度を向上させる効果を顕著に発現させることができる。よって、EIT信号の強度を効果的に向上させることができる。   According to such a quantum interference device, in addition to the resonant light pair that is circularly polarized in the same direction, the second light that is circularly polarized in the opposite direction to the resonant light pair is irradiated to the metal as the adjustment light. By doing so, the bias in the distribution of the magnetic quantum number due to the resonant light pair can be canceled or relaxed by the adjustment light, and the bias in the distribution of the magnetic quantum number of the metal can be reduced. Therefore, the number of metal atoms having a desired magnetic quantum number that contributes to EIT is increased, and as a result, the effect of improving the intensity of the EIT signal by using a circularly polarized resonant light pair can be remarkably exhibited. it can. Therefore, the intensity of the EIT signal can be effectively improved.

しかも、調整光の線幅が共鳴光対よりも大きいため、幅広い速度分布の金属原子に対して調整光を共鳴させることができる。そのため、調整光の中心波長が多少ずれても、所望の速度にある金属原子に対して調整光を共鳴させることができる。その結果、調整光の周波数制御が不要となり、装置構成を簡単化することができる。   In addition, since the line width of the adjustment light is larger than that of the resonance light pair, the adjustment light can resonate with metal atoms having a wide velocity distribution. Therefore, even if the center wavelength of the adjustment light is slightly shifted, the adjustment light can be made to resonate with the metal atom at a desired speed. As a result, the frequency control of the adjustment light is not necessary, and the apparatus configuration can be simplified.

[適用例2]
本発明の量子干渉装置では、前記第2の光は、前記金属を共鳴させる共鳴光を含むことが好ましい。
これにより、金属原子の磁気量子数の分布を効率的に調整することができる。
[Application Example 2]
In the quantum interference device according to the aspect of the invention, it is preferable that the second light includes resonance light that resonates the metal.
Thereby, distribution of the magnetic quantum number of a metal atom can be adjusted efficiently.

[適用例3]
本発明の量子干渉装置では、前記共鳴光対は、D1線を含み、
前記共鳴光は、D2線を含むことが好ましい。
これにより、EIT信号の強度を効率的に向上させることができる。
[Application Example 3]
In the quantum interference device of the present invention, the resonant light pair includes a D1 line,
The resonant light preferably includes a D2 line.
Thereby, the intensity | strength of an EIT signal can be improved efficiently.

[適用例4]
本発明の量子干渉装置では、前記共鳴光対の波長帯域は、前記第2の光の波長帯域の外側にあることが好ましい。
これにより、調整光による不要な信号の発生を低減することができる。
[Application Example 4]
In the quantum interference device according to the aspect of the invention, it is preferable that the wavelength band of the resonant light pair is outside the wavelength band of the second light.
Thereby, generation | occurrence | production of the unnecessary signal by adjustment light can be reduced.

[適用例5]
本発明の量子干渉装置では、前記第2光源部は、前記第2の光を生成するための発光ダイオードを有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、線幅の広い調整光を生成させることができる。
[Application Example 5]
In the quantum interference device according to the aspect of the invention, it is preferable that the second light source unit includes a light emitting diode for generating the second light.
Thereby, adjustment light having a wide line width can be generated with a relatively simple configuration.

[適用例6]
本発明の量子干渉装置では、前記第2光源部は、非偏光の光を出射する光源と、前記光源からの光が入射する偏光子と、を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、線幅の広い調整光を生成させることができる。
[Application Example 6]
In the quantum interference device according to the aspect of the invention, it is preferable that the second light source unit includes a light source that emits non-polarized light and a polarizer that receives light from the light source.
Thereby, adjustment light having a wide line width can be generated with a relatively simple configuration.

[適用例7]
本発明の量子干渉装置では、前記第1光源部は、直線偏光成分を含む光を出射する第1光源を有し、
前記第2光源部は、直線偏光成分を含む光を出射する第2光源を有し、
前記第1光源部および前記第2光源部は、前記第1光源および前記第2光源からの双方の光が通過する共通のλ/4波長板を有することが好ましい。
これにより、装置構成を簡単化することができる。
[Application Example 7]
In the quantum interference device of the present invention, the first light source unit includes a first light source that emits light including a linearly polarized light component,
The second light source unit includes a second light source that emits light including a linearly polarized light component,
The first light source unit and the second light source unit preferably have a common λ / 4 wavelength plate through which both light from the first light source and the second light source passes.
Thereby, the apparatus configuration can be simplified.

[適用例8]
本発明の量子干渉装置では、前記原子セル内において前記第2の光の強度が前記第1の光の強度よりも小さいことが好ましい。
これにより、金属の磁気量子数の偏りを効果的に低減することができる。
[Application Example 8]
In the quantum interference device according to the aspect of the invention, it is preferable that the intensity of the second light is smaller than the intensity of the first light in the atomic cell.
Thereby, the deviation of the magnetic quantum number of a metal can be reduced effectively.

[適用例9]
本発明の量子干渉装置では、前記第1の光と前記第2の光との互いの光軸が交差していることが好ましい。
これにより、装置構成を簡単化することができる。
[Application Example 9]
In the quantum interference device of the present invention, it is preferable that the optical axes of the first light and the second light intersect each other.
Thereby, the apparatus configuration can be simplified.

[適用例10]
本発明の量子干渉装置では、前記原子セルは、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金属が封入されている内部空間を構成している胴体部と、を有し、
前記第2の光は、前記胴体部を透過して前記内部空間に入射することが好ましい。
これにより、受光部が調整光を受光してしまうのを防止または低減することができる。
[Application Example 10]
In the quantum interference device according to the aspect of the invention, the atomic cell includes a pair of window portions and an internal space in which the metal is enclosed together with the pair of window portions. A torso part comprising,
It is preferable that the second light passes through the body portion and enters the internal space.
Thereby, it can prevent or reduce that a light-receiving part receives adjustment light.

[適用例11]
本発明の量子干渉装置では、前記原子セル内において前記第2の光の通過領域内に前記第1の光の通過領域があることが好ましい。
これにより、金属の磁気量子数の分布の偏りを効率的に低減することができる。
[Application Example 11]
In the quantum interference device according to the aspect of the invention, it is preferable that the first light passage region is in the second light passage region in the atomic cell.
Thereby, the bias of the distribution of the metal magnetic quantum number can be efficiently reduced.

[適用例12]
本発明の量子干渉装置は、金属に、互いに同方向に円偏光している共鳴光対と、前記共鳴光対とは逆方向に円偏光していて前記共鳴光対よりも線幅の大きい共鳴光を含む光と、をそれぞれ照射することにより、前記金属の磁気量子数の分布の偏りを調整し、磁気誘起透過現象を発生させることを特徴とする。
[Application Example 12]
The quantum interference device of the present invention includes a resonant light pair that is circularly polarized in the same direction on a metal, and a resonance that is circularly polarized in the opposite direction to the resonant light pair and has a larger line width than the resonant light pair. Irradiation with light including light respectively adjusts the bias of the magnetic quantum number distribution of the metal and generates a magnetically induced transmission phenomenon.

このような量子干渉装置によれば、互いに同方向に円偏光している共鳴光対に加えて、共鳴光対とは逆方向に円偏光している第2の光を調整光として金属に照射することにより、共鳴光対による磁気量子数の分布の偏りを調整光により相殺または緩和させ、金属の磁気量子数の分布の偏りを低減することができる。そのため、EITに寄与する所望の磁気量子数の金属原子の数を増加させ、その結果、円偏光している共鳴光対を用いることによってEIT信号の強度を向上させる効果を顕著に発現させることができる。よって、EIT信号の強度を効果的に向上させることができる。   According to such a quantum interference device, in addition to the resonant light pair that is circularly polarized in the same direction, the second light that is circularly polarized in the opposite direction to the resonant light pair is irradiated to the metal as the adjustment light. By doing so, the bias in the distribution of the magnetic quantum number due to the resonant light pair can be canceled or relaxed by the adjustment light, and the bias in the distribution of the magnetic quantum number of the metal can be reduced. Therefore, the number of metal atoms having a desired magnetic quantum number that contributes to EIT is increased, and as a result, the effect of improving the intensity of the EIT signal by using a circularly polarized resonant light pair can be remarkably exhibited. it can. Therefore, the intensity of the EIT signal can be effectively improved.

しかも、調整光の線幅が共鳴光対よりも大きいため、幅広い速度分布の金属原子に対して調整光を共鳴させることができる。そのため、調整光の中心波長が多少ずれても、所望の速度にある金属原子に対して調整光を共鳴させることができる。その結果、調整光の周波数制御が不要となり、装置構成を簡単化することができる。   In addition, since the line width of the adjustment light is larger than that of the resonance light pair, the adjustment light can resonate with metal atoms having a wide velocity distribution. Therefore, even if the center wavelength of the adjustment light is slightly shifted, the adjustment light can be made to resonate with the metal atom at a desired speed. As a result, the frequency control of the adjustment light is not necessary, and the apparatus configuration can be simplified.

[適用例13]
本発明の原子発振器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
[Application Example 13]
The atomic oscillator according to the present invention includes the quantum interference device according to the present invention.

これにより、EIT信号の強度を効果的に向上させることができる量子干渉装置を備える原子発振器を提供することができる。   Accordingly, it is possible to provide an atomic oscillator including a quantum interference device that can effectively improve the intensity of the EIT signal.

[適用例14]
本発明の電子機器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
[Application Example 14]
An electronic apparatus according to the present invention includes the quantum interference device according to the present invention.

これにより、EIT信号の強度を効果的に向上させることができる量子干渉装置を備える電子機器を提供することができる。   Thereby, an electronic apparatus provided with the quantum interference apparatus which can improve the intensity | strength of an EIT signal effectively can be provided.

[適用例15]
本発明の移動体は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
[Application Example 15]
The moving body of the present invention includes the quantum interference device of the present invention.

これにより、EIT信号の強度を効果的に向上させることができる移動体を提供することができる。   Thereby, the moving body which can improve the intensity | strength of an EIT signal effectively can be provided.

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。1 is a schematic diagram showing an atomic oscillator (quantum interference device) according to a first embodiment of the present invention. アルカリ金属原子のエネルギー状態を簡略的に説明するための図である。It is a figure for demonstrating simply the energy state of an alkali metal atom. 光源部から出射される2つの光の周波数差と、受光部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency difference of two light radiate | emitted from a light source part, and the intensity | strength of the light detected by a light-receiving part. 図1に示す原子発振器が備える光源部を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the light source part with which the atomic oscillator shown in FIG. 1 is provided. 図4に示す光源部の第1光源部および第2光源部からそれぞれ出射される光を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the light each radiate | emitted from the 1st light source part of the light source part shown in FIG. 4, and a 2nd light source part. 図5に示す原子セルの横断面図である。It is a cross-sectional view of the atomic cell shown in FIG. セシウム原子のエネルギー状態と共鳴光対(第1共鳴光、第2共鳴光)および調整光(第3共鳴光)との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the energy state of a cesium atom, a resonance light pair (1st resonance light, 2nd resonance light), and adjustment light (3rd resonance light). ナトリウム原子の磁気量子数の分布を示す図であって、(a)は、σ円偏光の共鳴光を照射した場合の分布を示す図、(b)は、σ円偏光の共鳴光を照射した場合の分布を示す図である。A diagram showing a magnetic quantum number of the distribution of sodium atoms, (a) represents a diagram showing a distribution of when irradiated with resonant light of sigma + circularly polarized light, (b), the sigma - a circularly polarized resonant light It is a figure which shows distribution at the time of irradiating. セシウム原子の磁気量子数の分布を示すグラフであって、(a)は、共鳴光対のみを照射した場合の分布を示すグラフ、(b)は、共鳴光対および調整光を照射した場合の分布を示すグラフである。It is a graph which shows distribution of the magnetic quantum number of a cesium atom, (a) is a graph which shows the distribution at the time of irradiating only a resonance light pair, (b) is the case at the time of irradiating a resonance light pair and adjustment light. It is a graph which shows distribution. 調整光の有無によるEIT信号の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the EIT signal by the presence or absence of adjustment light. 本発明の第1実施形態の変形例に係る光源部の第1光源部および第2光源部からそれぞれ出射される光を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the light each radiate | emitted from the 1st light source part of the light source part which concerns on the modification of 1st Embodiment of this invention, and a 2nd light source part. 本発明の第2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。It is the schematic which shows the atomic oscillator (quantum interference apparatus) which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図12に示す光源部の第1光源部および第2光源部からそれぞれ出射される光を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the light each radiate | emitted from the 1st light source part and 2nd light source part of a light source part shown in FIG. 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。It is a figure which shows schematic structure at the time of using the atomic oscillator of this invention for the positioning system using a GPS satellite. 本発明の移動体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the moving body of this invention.

以下、本発明の量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, a quantum interference device, an atomic oscillator, an electronic device, and a moving body of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.

1.原子発振器(量子干渉装置)
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、例えば、磁気センサー、量子メモリー等のデバイスにも適用可能である。
1. Atomic oscillator (quantum interference device)
First, the atomic oscillator of the present invention (the atomic oscillator including the quantum interference device of the present invention) will be described. In the following, an example in which the quantum interference device of the present invention is applied to an atomic oscillator will be described. However, the quantum interference device of the present invention is not limited to this, and may be applied to devices such as magnetic sensors and quantum memories. Is possible.

<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る原子発振器を簡単に説明する。
<First Embodiment>
First, the atomic oscillator according to the first embodiment of the present invention will be briefly described.

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。図2は、アルカリ金属原子のエネルギー状態を簡略的に説明するための図である。図3は、光源部から出射される2つの光の周波数差と、受光部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an atomic oscillator (quantum interference device) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for simply explaining the energy state of alkali metal atoms. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the frequency difference between the two lights emitted from the light source unit and the intensity of the light detected by the light receiving unit.

図1に示す原子発振器1は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。この原子発振器1は、図1に示すように、原子セル2(ガスセル)と、光源部3と、受光部4と、ヒーター5と、温度センサー6と、磁場発生部7と、制御部8と、を備えている。   An atomic oscillator 1 shown in FIG. 1 is an atomic oscillator using a quantum interference effect. As shown in FIG. 1, the atomic oscillator 1 includes an atomic cell 2 (gas cell), a light source unit 3, a light receiving unit 4, a heater 5, a temperature sensor 6, a magnetic field generating unit 7, a control unit 8, It is equipped with.

まず、原子発振器1の原理を簡単に説明する。
図1に示すように、原子発振器1では、光源部3が原子セル2に向けて光LLを出射し、原子セル2を透過した光LLを受光部4が検出する。
First, the principle of the atomic oscillator 1 will be briefly described.
As shown in FIG. 1, in the atomic oscillator 1, the light source unit 3 emits light LL toward the atomic cell 2, and the light receiving unit 4 detects the light LL transmitted through the atomic cell 2.

原子セル2内には、ガス状のアルカリ金属(金属原子)が封入されている。アルカリ金属は、図2に示すように、2つの基底準位(第1基底準位および第2基底準位)と励起準位とからなる3準位系のエネルギー準位を有する。ここで、第1基底準位は、第2基底準位よりも低いエネルギー状態である。   A gaseous alkali metal (metal atom) is enclosed in the atomic cell 2. As shown in FIG. 2, the alkali metal has a three-level energy level composed of two ground levels (a first ground level and a second ground level) and an excited level. Here, the first ground level is an energy state lower than the second ground level.

光源部3から出射された光LLは、周波数の異なる2種の共鳴光として第1共鳴光および第2共鳴光を含んでいる。これら第1共鳴光および第2共鳴光を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射したとき、第1共鳴光の周波数ωと第2共鳴光の周波数ωとの差(ω−ω)に応じて、共鳴光1、2のアルカリ金属における光吸収率(光透過率)が変化する。 The light LL emitted from the light source unit 3 includes first resonance light and second resonance light as two types of resonance light having different frequencies. When the gaseous alkali metal as described above is irradiated with the first resonance light and the second resonance light, the difference (ω 1 −ω) between the frequency ω 1 of the first resonance light and the frequency ω 2 of the second resonance light. 2 ), the light absorptance (light transmittance) of the resonance light 1 and 2 in the alkali metal changes.

そして、第1共鳴光の周波数ωと第2共鳴光の周波数ωとの差(ω−ω)が第1基底準位と第2基底準位とのエネルギー差ΔEに相当する周波数に一致したとき、第1基底準位および第2基底準位から励起準位への励起がそれぞれ停止する。このとき、第1共鳴光および第2共鳴光は、いずれも、アルカリ金属に吸収されずに透過する。このような現象をCPT現象または電磁誘起透明化現象(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)と呼ぶ。 The frequency (ω 1 −ω 2 ) between the frequency ω 1 of the first resonant light and the frequency ω 2 of the second resonant light corresponds to the energy difference ΔE between the first ground level and the second ground level. , The excitation from the first ground level and the second ground level to the excitation level stops. At this time, both the first resonance light and the second resonance light are transmitted without being absorbed by the alkali metal. Such a phenomenon is called a CPT phenomenon or an electromagnetically induced transparency (EIT) phenomenon.

例えば、光源部3が第1共鳴光の周波数ωを固定し、第2共鳴光の周波数ωを変化させていくと、第1共鳴光の周波数ωと第2共鳴光の周波数ωとの差(ω−ω)が第1基底準位と第2基底準位とのエネルギー差ΔEに相当する周波数ωに一致したとき、受光部4の検出強度は、図3に示すように、急峻に上昇する。このような急峻な信号をEIT信号として検出する。このEIT信号は、アルカリ金属の種類によって決まった固有値をもっている。したがって、このようなEIT信号を基準として用いることにより、高精度な発振器を構成することができる。 For example, when the light source unit 3 fixes the frequency ω 1 of the first resonance light and changes the frequency ω 2 of the second resonance light, the frequency ω 1 of the first resonance light and the frequency ω 2 of the second resonance light are changed. 3 is equal to the frequency ω 0 corresponding to the energy difference ΔE between the first and second ground levels (ω 1 −ω 2 ), the detected intensity of the light receiving unit 4 is shown in FIG. So as to rise steeply. Such a steep signal is detected as an EIT signal. This EIT signal has an eigenvalue determined by the type of alkali metal. Therefore, a highly accurate oscillator can be configured by using such an EIT signal as a reference.

以下、原子発振器1の各部を簡単に説明する。
[ガスセル]
原子セル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、原子セル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。
Hereinafter, each part of the atomic oscillator 1 will be briefly described.
[Gas cell]
The atomic cell 2 is filled with gaseous alkali metals such as rubidium, cesium, and sodium. Further, in the atomic cell 2, a rare gas such as argon or neon, or an inert gas such as nitrogen may be sealed together with an alkali metal gas as a buffer gas, if necessary.

後に詳述するが、原子セル2は、貫通孔を有する胴体部と、この胴体部の貫通孔の開口を塞ぐ1対の窓部とを有し、これにより、気体状のアルカリ金属が封入される内部空間が形成されている。   As will be described in detail later, the atomic cell 2 has a body portion having a through-hole and a pair of windows that close the opening of the through-hole of the body portion, thereby enclosing a gaseous alkali metal. An internal space is formed.

[光出射部]
光源部3は、原子セル2内のアルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光対を構成する前述した第1共鳴光および第2共鳴光を含む光LLを出射する機能を有する。
[Light emitting part]
The light source unit 3 has a function of emitting the light LL including the first resonance light and the second resonance light, which form the resonance light pair that resonates the alkali metal atoms in the atomic cell 2.

また、光源部3が出射する光LLは、第1共鳴光および第2共鳴光に加えて、第3共鳴光と、を含んでいる。   The light LL emitted from the light source unit 3 includes third resonance light in addition to the first resonance light and the second resonance light.

第1共鳴光は、原子セル2内のアルカリ金属原子を前述した第1基底準位から励起準位へ励起する光(probe光)である。一方、第2共鳴光は、原子セル2内のアルカリ金属原子を前述した第2基底準位から励起準位へ励起する光(coupling光)である。ここで、第1共鳴光および第2共鳴光は、互いに同方向に円偏光している。また、第3共鳴光は、原子セル2内のアルカリ金属の磁気量子数を調整する「調整光」(repump光)である。この第3共鳴光は、第1共鳴光および第2共鳴光とは逆方向に円偏光している。これにより、原子セル2内のアルカリ金属原子の磁気量子数を調整することができる。なお、光源部3については、後に詳述する。なお、「円偏光」とは、光波の電場成分または磁場成分の、どちらか一方の振動に着目するとき、その振動方向が光の進行方向に対して垂直な面内で光波の周波数で回転し、振幅がその向きによらず一定である光であり、言い換えれば電場(または磁場)の振動が伝播に伴って円を描く光である。   The first resonance light is light (probe light) that excites the alkali metal atom in the atomic cell 2 from the first ground level to the excitation level. On the other hand, the second resonance light is light (coupling light) for exciting the alkali metal atom in the atomic cell 2 from the second ground level to the excitation level. Here, the first resonance light and the second resonance light are circularly polarized in the same direction. The third resonance light is “adjustment light” (repump light) for adjusting the magnetic quantum number of the alkali metal in the atomic cell 2. The third resonance light is circularly polarized in the opposite direction to the first resonance light and the second resonance light. Thereby, the magnetic quantum number of the alkali metal atom in the atomic cell 2 can be adjusted. The light source unit 3 will be described in detail later. Note that “circularly polarized light” refers to either the electric field component or the magnetic field component of a light wave, and the vibration direction rotates at the frequency of the light wave in a plane perpendicular to the light traveling direction. , Light whose amplitude is constant regardless of its direction, in other words, light that draws a circle as the vibration of the electric field (or magnetic field) propagates.

[受光部]
受光部4は、原子セル2内を透過した光LL(特に、第1共鳴光および第2共鳴光で構成された共鳴光対)の強度を検出する機能を有する。
[Light receiving section]
The light receiving unit 4 has a function of detecting the intensity of the light LL transmitted through the atomic cell 2 (particularly, a resonance light pair composed of the first resonance light and the second resonance light).

この受光部4としては、上述したような光LLの強度を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、受光した光の強度に応じた信号を出力するフォトダイオード等の光検出器(受光素子)を用いることができる。   The light receiving unit 4 is not particularly limited as long as it can detect the intensity of the light LL as described above. For example, a photodetector such as a photodiode that outputs a signal corresponding to the intensity of the received light. (Light receiving element) can be used.

[ヒーター]
ヒーター5(加熱部)は、前述した原子セル2(より具体的には原子セル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、原子セル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。
[heater]
The heater 5 (heating unit) has a function of heating the above-described atomic cell 2 (more specifically, an alkali metal in the atomic cell 2). Thereby, the alkali metal in the atomic cell 2 can be maintained in a gaseous state with an appropriate concentration.

このヒーター5は、例えば、通電により発熱する発熱抵抗体を含んで構成されている。この発熱抵抗体は、原子セル2に対して接触して設けられていてもよいし、原子セル2に対して非接触で設けられていてもよい。   The heater 5 includes, for example, a heating resistor that generates heat when energized. The heating resistor may be provided in contact with the atomic cell 2 or may be provided in non-contact with the atomic cell 2.

より具体的には、例えば、発熱抵抗体を原子セル2に対して接触して設ける場合、原子セル2の1対の窓部にそれぞれ発熱抵抗体を設ける。これにより、原子セル2の窓部にアルカリ金属原子が結露することを防止することができる。その結果、原子発振器1の特性(発振特性)を長期にわたり優れたものとすることができる。このような発熱抵抗体は、光LLに対する透過性を有する材料、具体的には、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In、SnO、Sb含有SnO、Al含有ZnO等の酸化物等の透明電極材料で構成される。また、このような発熱抵抗体は、例えば、プラズマCVD、熱CVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成することができる。 More specifically, for example, when the heating resistor is provided in contact with the atomic cell 2, the heating resistor is provided in each of the pair of windows of the atomic cell 2. Thereby, it is possible to prevent condensation of alkali metal atoms on the window portion of the atomic cell 2. As a result, the characteristics (oscillation characteristics) of the atomic oscillator 1 can be made excellent over a long period of time. Such a heating resistor is a material having transparency to the light LL, specifically, for example, ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), In 3 O 3 , SnO 2 , Sb-containing SnO 2. Further, it is made of a transparent electrode material such as an oxide such as Al-containing ZnO. Such a heating resistor can be formed using, for example, a chemical vapor deposition method (CVD) such as plasma CVD or thermal CVD, a dry plating method such as vacuum vapor deposition, a sol-gel method, or the like.

また、発熱抵抗体を原子セル2に対して非接触で設ける場合、熱伝導性に優れる金属等、セラミックス等の部材を介して発熱抵抗体から原子セル2へ伝熱すればよい。   Further, when the heating resistor is provided in a non-contact manner with respect to the atomic cell 2, heat may be transferred from the heating resistor to the atomic cell 2 through a member such as a metal having excellent thermal conductivity, such as ceramic.

なお、ヒーター5は、原子セル2を加熱することができるものであれば、前述した形態に限定されず、各種ヒーターを用いることができる。また、ヒーター5に代えて、または、ヒーター5と併用して、ペルチェ素子を用いて、原子セル2を温度調節してもよい。   The heater 5 is not limited to the above-described form as long as the atomic cell 2 can be heated, and various heaters can be used. Further, the temperature of the atomic cell 2 may be adjusted using a Peltier element instead of the heater 5 or in combination with the heater 5.

[温度センサー]
温度センサー6は、ヒーター5または原子セル2の温度を検出する機能を有する。
[Temperature sensor]
The temperature sensor 6 has a function of detecting the temperature of the heater 5 or the atomic cell 2.

この温度センサー6は、例えば、ヒーター5または原子セル2に接触して配置される。
温度センサー6としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
This temperature sensor 6 is disposed in contact with, for example, the heater 5 or the atomic cell 2.
The temperature sensor 6 is not particularly limited, and various known temperature sensors such as a thermistor and a thermocouple can be used.

[磁場発生部]
磁場発生部7は、原子セル2内のアルカリ金属に磁場を印加する機能を有する。これにより、ゼーマン分裂により、原子セル2内のアルカリ金属原子の縮退している異なる複数の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。
[Magnetic field generator]
The magnetic field generator 7 has a function of applying a magnetic field to the alkali metal in the atomic cell 2. Thereby, the gap between a plurality of different energy levels in which the alkali metal atoms in the atomic cell 2 are degenerated can be expanded by Zeeman splitting, and the resolution can be improved. As a result, the accuracy of the oscillation frequency of the atomic oscillator 1 can be increased.

この磁場発生部7は、例えば、ソレノイド型を構成するように原子セル2の外周に沿って巻回して設けられたコイルで構成されていてもよいし、ヘルムホルツ型を構成するように原子セル2を介して対向して設けられた1対のコイルで構成されていてもよい。   The magnetic field generation unit 7 may be configured by, for example, a coil wound around the outer periphery of the atomic cell 2 so as to constitute a solenoid type, or the atomic cell 2 so as to constitute a Helmholtz type. It may be composed of a pair of coils provided to face each other.

また、磁場発生部7が発生する磁場は、定磁場(直流磁場)であるが、交流磁場が重畳されていてもよい。   The magnetic field generated by the magnetic field generator 7 is a constant magnetic field (DC magnetic field), but an AC magnetic field may be superimposed.

[制御部]
制御部8は、光源部3、ヒーター5および磁場発生部7をそれぞれ制御する機能を有する。
[Control unit]
The control unit 8 has a function of controlling the light source unit 3, the heater 5, and the magnetic field generation unit 7.

この制御部8は、光源部3を制御する光源制御部82と、原子セル2中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部81と、磁場発生部7からの磁場を制御する磁場制御部83とを有する。   The control unit 8 includes a light source control unit 82 that controls the light source unit 3, a temperature control unit 81 that controls the temperature of the alkali metal in the atomic cell 2, and a magnetic field control unit 83 that controls the magnetic field from the magnetic field generation unit 7. And have.

光源制御部82は、前述した受光部4の検出結果に基づいて、光源部3から出射される第1共鳴光および第2共鳴光の周波数を制御する機能を有する。より具体的には、光源制御部82は、前述した周波数差(ω−ω)が前述したアルカリ金属固有の周波数ωとなるように、光源部3から出射される第1共鳴光および第2共鳴光の周波数を制御する。なお、光源制御部82の構成については、後に詳述する。 The light source control unit 82 has a function of controlling the frequencies of the first resonance light and the second resonance light emitted from the light source unit 3 based on the detection result of the light receiving unit 4 described above. More specifically, the light source control unit 82 includes the first resonance light emitted from the light source unit 3 and the frequency difference (ω 1 −ω 2 ) described above to be the frequency ω 0 unique to the alkali metal described above. The frequency of the second resonance light is controlled. The configuration of the light source control unit 82 will be described in detail later.

また、温度制御部81は、温度センサー6の検出結果に基づいて、ヒーター5への通電を制御する。これにより、原子セル2を所望の温度範囲内に維持することができる。例えば、原子セル2は、ヒーター5により、例えば、70℃程度に温度調節される。   Further, the temperature control unit 81 controls energization to the heater 5 based on the detection result of the temperature sensor 6. Thereby, the atomic cell 2 can be maintained within a desired temperature range. For example, the temperature of the atomic cell 2 is adjusted to about 70 ° C. by the heater 5, for example.

また、磁場制御部83は、磁場発生部7が発生する磁場が一定となるように、磁場発生部7への通電を制御する。
このような制御部8は、例えば、基板上に実装されたICチップに設けられている。
以上、原子発振器1の構成を簡単に説明した。
The magnetic field control unit 83 controls energization to the magnetic field generation unit 7 so that the magnetic field generated by the magnetic field generation unit 7 is constant.
Such a control unit 8 is provided, for example, on an IC chip mounted on a substrate.
The configuration of the atomic oscillator 1 has been briefly described above.

(光源部の詳細な説明)
図4は、図1に示す原子発振器が備える光源部を説明するための概略図である。図5は、図4に示す光源部の第1光源部および第2光源部からそれぞれ出射される光を説明するための図、図6は、図5に示す原子セルの横断面図、すなわち1対の窓部が並ぶ方向に垂直な断面図である。
(Detailed description of the light source)
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a light source unit included in the atomic oscillator shown in FIG. 5 is a diagram for explaining light emitted from the first light source unit and the second light source unit of the light source unit shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the atomic cell shown in FIG. It is sectional drawing perpendicular | vertical to the direction where a pair of window part is located in a line.

図4に示すように、光源部3は、第1共鳴光および第2共鳴光を含む共鳴光対LL1を第1の光として出射する第1光源部31と、第3共鳴光を含む調整光LL2を第2の光として出射する第2光源部32と、を備えている。   As shown in FIG. 4, the light source unit 3 includes a first light source unit 31 that emits the first pair of resonant light LL1 including the first resonant light and the second resonant light as the first light, and adjustment light including the third resonant light. And a second light source unit 32 that emits LL2 as second light.

第1光源部31は、第1光源311と、λ/2波長板312と、λ/4波長板313と、を有している。   The first light source unit 31 includes a first light source 311, a λ / 2 wavelength plate 312, and a λ / 4 wavelength plate 313.

第1光源311は、直線偏光されている共鳴光対からなる第1光LL1aを出射する機能を有する。この第1光源311は、第1光LL1aを含む光を出射し得るものであれば特に限定されないが、例えば、端面発光レーザー、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)等の半導体レーザーである。なお、「直線偏光」とは、電磁波(光)の振動面が一平面内にある光であり、言い換えれば、電場(または磁場)の振動方向が一定な光である。   The first light source 311 has a function of emitting the first light LL1a composed of a resonant light pair that is linearly polarized. The first light source 311 is not particularly limited as long as it can emit light including the first light LL1a. For example, the first light source 311 is a semiconductor laser such as an edge emitting laser or a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). Note that “linearly polarized light” is light in which the vibration plane of electromagnetic waves (light) is in one plane, in other words, light in which the vibration direction of the electric field (or magnetic field) is constant.

λ/2波長板312は、直交する偏光成分間に位相差π(180°)を生じさせる複屈折素子である。したがって、λ/2波長板312は、第1光源311からの直線偏光の第1光LL1aの偏光方向を90°変更して、共鳴光対LL1bを生成する。なお、第1光源311を光軸まわりに90°回転させた姿勢で設置した場合には、第1光源311から出射した直線偏光の光が後述する第2光源321から出射した直線偏光の光の偏光方向と直交することとなるため、λ/2波長板312を省略することができる。   The λ / 2 wavelength plate 312 is a birefringent element that generates a phase difference π (180 °) between orthogonal polarization components. Therefore, the λ / 2 wavelength plate 312 changes the polarization direction of the linearly polarized first light LL1a from the first light source 311 by 90 ° to generate the resonant light pair LL1b. When the first light source 311 is installed in a posture rotated by 90 ° around the optical axis, the linearly polarized light emitted from the first light source 311 is converted into the linearly polarized light emitted from the second light source 321 described later. Since it is orthogonal to the polarization direction, the λ / 2 wavelength plate 312 can be omitted.

λ/4波長板313は、直交する偏光成分間に位相差π/2(90°)を生じさせる複屈折素子である。このλ/4波長板313は、λ/2波長板312で生成した共鳴光対LL1bを直線偏光から円偏光(楕円偏光も含む)の共鳴光対LL1に変換する機能を有する。これにより、前述した第1共鳴光および第2共鳴光で構成された共鳴光対LL1を生成することができる。   The λ / 4 wavelength plate 313 is a birefringent element that generates a phase difference π / 2 (90 °) between orthogonal polarization components. This λ / 4 wavelength plate 313 has a function of converting the resonant light pair LL1b generated by the λ / 2 wavelength plate 312 from linearly polarized light to circularly polarized light (including elliptically polarized light) resonant light pair LL1. Thereby, the resonant light pair LL1 configured by the first resonant light and the second resonant light described above can be generated.

一方、第2光源部32は、第2光源321と、偏光子322と、前述した第1光源部31と共通のλ/4波長板313と、を有している。ここで、λ/4波長板313は、前述したように第1光源部31が備えているともいえるし、第2光源部32が備えているともいえる。   On the other hand, the second light source unit 32 includes a second light source 321, a polarizer 322, and a λ / 4 wavelength plate 313 common to the first light source unit 31 described above. Here, it can be said that the λ / 4 wavelength plate 313 is included in the first light source unit 31 as described above, and can be said to be included in the second light source unit 32.

第2光源321は、前述した第1光源311と同方向に直線偏光されている共鳴光を含む第2光LL2aを出射する機能を有する。特に、第2光LL2aは、前述した第1光源311からの第1光LL1a(共鳴光対)よりも線幅が大きい共鳴光を含んでいる。これにより、後述するように、共鳴光対LL1よりも線幅の大きい調整光LL2を生成することができる。この第2光源321は、第1光LL1aよりも線幅の大きい共鳴光となる直線偏光成分を含む光を出射し得るものであれば特に限定されないが、例えば、端面発光レーザー、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)等の半導体レーザー、発光ダイオード(LED)、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)素子等の発光素子である。   The second light source 321 has a function of emitting the second light LL2a including the resonance light linearly polarized in the same direction as the first light source 311 described above. In particular, the second light LL2a includes resonance light having a larger line width than the first light LL1a (resonance light pair) from the first light source 311 described above. Thereby, as will be described later, the adjustment light LL2 having a line width larger than that of the resonance light pair LL1 can be generated. The second light source 321 is not particularly limited as long as the second light source 321 can emit light including a linearly polarized light component that is resonance light having a line width larger than that of the first light LL1a. It is a light emitting element such as a semiconductor laser such as a light emitting laser (VCSEL), a light emitting diode (LED), or an organic electroluminescence (organic EL) element.

中でも、第2光源321は、非偏光の光を出射するもの、例えば、発光ダイオードであることが好ましい。すなわち、第2光源部32が、第2光源321を構成する発光ダイオードからの光を用いて調整光LL2を生成することが好ましい。これにより、比較的簡単な構成で、線幅の広い調整光LL2を生成させることができる。   Especially, it is preferable that the 2nd light source 321 is what emits non-polarized light, for example, a light emitting diode. That is, it is preferable that the second light source unit 32 generates the adjustment light LL <b> 2 using light from the light emitting diode constituting the second light source 321. Thereby, adjustment light LL2 with a wide line width can be generated with a relatively simple configuration.

偏光子322は、第2光源321からの第2光LL2aが入射し、その第2光LL2aに含まれる特定方向の直線偏光成分のみからなる共鳴光LL2bを通過させて取り出す。共鳴光LL2bは、前述した共鳴光対LL1bの偏光方向と異なる方向(直交する方向)に直線偏光している。   The polarizer 322 receives the second light LL2a from the second light source 321 and passes and extracts the resonance light LL2b including only the linearly polarized light component in a specific direction included in the second light LL2a. The resonant light LL2b is linearly polarized in a direction (orthogonal direction) different from the polarization direction of the resonant light pair LL1b described above.

前述したように、λ/4波長板313は、直交する偏光成分間に位相差π/2(90°)を生じさせる複屈折素子である。このλ/4波長板313は、偏光子322で生成した共鳴光LL2bを直線偏光から円偏光(楕円偏光も含む)の調整光LL2に変換する機能を有する。これにより、前述した第3共鳴光で構成された調整光LL2を生成することができる。ここで、直線偏光されている共鳴光LL2bの偏光方向(図5に示すb2方向)は、直線偏光されている共鳴光対LL1bの偏光方向(図5に示すb1方向)と異なる方向(直交する方向)である。したがって、共鳴光対LL1bおよび共鳴光LL2bを共通のλ/4波長板313を通過させることにより、円偏光されている共鳴光対LL1と、この共鳴光対LL1とは逆方向に円偏光している調整光LL2とを生成させることができる。このように、第1光源部31および第2光源部32が共鳴光対LL1および調整光LL2の双方が通過する共通のλ/4波長板313を有するため、第1光源部31および第2光源部32がそれぞれ個別にλ/4波長板を備える場合に比べて、装置構成を簡単化することができる。   As described above, the λ / 4 wavelength plate 313 is a birefringent element that generates a phase difference π / 2 (90 °) between orthogonal polarization components. The λ / 4 wavelength plate 313 has a function of converting the resonance light LL2b generated by the polarizer 322 from linearly polarized light to circularly polarized light (including elliptically polarized light) adjusting light LL2. Thereby, the adjustment light LL2 composed of the third resonance light described above can be generated. Here, the polarization direction (b2 direction shown in FIG. 5) of the linearly polarized resonance light LL2b is different (orthogonal) from the polarization direction (b1 direction shown in FIG. 5) of the linearly polarized resonance light LL1b. Direction). Therefore, by passing the resonant light pair LL1b and the resonant light LL2b through the common λ / 4 wavelength plate 313, the resonant light pair LL1 that is circularly polarized and the resonant light pair LL1 are circularly polarized in the opposite direction. The adjustment light LL2 that is present can be generated. Thus, since the first light source unit 31 and the second light source unit 32 have the common λ / 4 wavelength plate 313 through which both the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 pass, the first light source unit 31 and the second light source Compared with the case where each unit 32 includes a λ / 4 wavelength plate, the configuration of the apparatus can be simplified.

特に、調整光LL2は、前述したように線幅の広い第2光LL2aを用いて生成されているため、共鳴光対LL1よりも線幅が広い。これにより、幅広い速度分布のアルカリ金属原子に対して調整光LL2を共鳴させることができる。そのため、調整光LL2の中心波長が多少ずれても、所望の速度にあるアルカリ金属原子に対して調整光LL2を共鳴させることができる。その結果、調整光LL2の周波数制御、すなわち第2光源321の周波数制御が不要となり、装置構成を簡単化することができる。   In particular, since the adjustment light LL2 is generated using the second light LL2a having a wide line width as described above, the line width is wider than that of the resonance light pair LL1. Thereby, the adjustment light LL2 can be resonated with respect to alkali metal atoms having a wide velocity distribution. Therefore, even if the center wavelength of the adjustment light LL2 is slightly deviated, the adjustment light LL2 can resonate with the alkali metal atom at a desired speed. As a result, the frequency control of the adjustment light LL2, that is, the frequency control of the second light source 321 becomes unnecessary, and the apparatus configuration can be simplified.

また、第2光源部32において、第2光源321として非偏光の光を出射する光源を用いた場合、第2光源321からの光を偏光子322に入射させることにより、比較的簡単な構成で、線幅の広い調整光LL2を生成させることができる。   Further, in the second light source unit 32, when a light source that emits non-polarized light is used as the second light source 321, the light from the second light source 321 is incident on the polarizer 322 with a relatively simple configuration. The adjustment light LL2 having a wide line width can be generated.

以上のように構成された光源部3は、第1光源311が光源制御部82により前述した第1共鳴光および第2共鳴光を出射するように制御される。   The light source unit 3 configured as described above is controlled such that the first light source 311 emits the first resonance light and the second resonance light described above by the light source control unit 82.

光源制御部82は、周波数制御部821と、電圧制御型水晶発振器822(VCXO:Voltage Controlled Crystal Oscillators)と、位相同期回路823(PLL:phase locked loop)と、を有している。   The light source control unit 82 includes a frequency control unit 821, a voltage controlled crystal oscillator 822 (VCXO: Voltage Controlled Crystal Oscillators), and a phase locked loop 823 (PLL: phase locked loop).

周波数制御部821は、受光部4の受光強度に基づいて原子セル2内のEIT状態を検出し、その検出結果に応じた制御電圧を出力する。これにより、周波数制御部821は、受光部4でEIT信号が検出されるように電圧制御型水晶発振器822を制御する。   The frequency control unit 821 detects the EIT state in the atomic cell 2 based on the received light intensity of the light receiving unit 4 and outputs a control voltage corresponding to the detection result. Thus, the frequency control unit 821 controls the voltage controlled crystal oscillator 822 so that the light receiving unit 4 detects the EIT signal.

電圧制御型水晶発振器822は、周波数制御部821により所望の発振周波数となるように制御され、例えば、数MHz〜数10MHz程度の周波数で発振する。また、電圧制御型水晶発振器822の出力信号は、位相同期回路823に入力されるとともに、原子発振器1の出力信号として出力される。   The voltage controlled crystal oscillator 822 is controlled by the frequency control unit 821 to have a desired oscillation frequency, and oscillates at a frequency of about several MHz to several tens of MHz, for example. The output signal of the voltage controlled crystal oscillator 822 is input to the phase synchronization circuit 823 and also output as the output signal of the atomic oscillator 1.

位相同期回路823は、電圧制御型水晶発振器822からの出力信号を周波数逓倍する。これにより、位相同期回路823は、前述したアルカリ金属原子の2つの異なる2つの基底準位のエネルギー差ΔEに相当する周波数の1/2の周波数で発振する。このように逓倍された信号(高周波信号)は、直流バイアス電流が重畳された上で駆動信号として第1光源部31の第1光源311に入力される。これにより、第1光源311に含まれる半導体レーザー等の発光素子を変調して、周波数差(ω−ω)がωとなる2つの光である第1共鳴光および第2共鳴光を出射させることができる。ここで、直流バイアス電流の電流値は、図示しないバイアス制御部により所定値に制御される。これにより、第1共鳴光および第2共鳴光の中心波長を所望に制御することができる。 The phase synchronization circuit 823 multiplies the output signal from the voltage controlled crystal oscillator 822 by frequency. As a result, the phase locked loop 823 oscillates at a frequency that is half the frequency corresponding to the energy difference ΔE between two different ground levels of the alkali metal atom. The signal (high frequency signal) multiplied in this way is input to the first light source 311 of the first light source unit 31 as a drive signal after a DC bias current is superimposed. Thus, the first resonant light and the second resonant light, which are two lights having a frequency difference (ω 1 −ω 2 ) of ω 0 , are modulated by modulating a light emitting element such as a semiconductor laser included in the first light source 311. Can be emitted. Here, the current value of the DC bias current is controlled to a predetermined value by a bias control unit (not shown). Thereby, the center wavelengths of the first resonance light and the second resonance light can be controlled as desired.

なお、第1光源311および第2光源321は、それぞれ、図示しない温度調節素子(発熱抵抗体、ペルチェ素子等)により、所定温度に温度調節される。また、第1光源311および第2光源321の温度を調整することにより、第1光源311および第2光源321からの光の中心波長を制御することもできる。   The first light source 311 and the second light source 321 are each adjusted to a predetermined temperature by a temperature adjusting element (a heating resistor, a Peltier element, etc.) not shown. In addition, by adjusting the temperatures of the first light source 311 and the second light source 321, the center wavelengths of the light from the first light source 311 and the second light source 321 can be controlled.

以上説明したように構成された第1光源部31および第2光源部32からの共鳴光対LL1および調整光LL2は、原子セル2に照射される。   The resonant light pair LL1 and the adjustment light LL2 from the first light source unit 31 and the second light source unit 32 configured as described above are applied to the atomic cell 2.

図5に示すように、原子セル2は、胴体部21と、胴体部21を挟んで設けられた1対の窓部22、23とを有している。この原子セル2では、胴体部21が1対の窓部22、23の間に配置されていて、気体状のアルカリ金属が封入されている内部空間Sを胴体部21および1対の窓部22、23が区画形成(構成)している。   As shown in FIG. 5, the atomic cell 2 includes a body part 21 and a pair of window parts 22 and 23 provided with the body part 21 interposed therebetween. In the atomic cell 2, the body portion 21 is disposed between the pair of window portions 22, 23, and the body space 21 and the pair of window portions 22 are formed in the internal space S in which gaseous alkali metal is sealed. , 23 are formed (configured).

より具体的に説明すると、胴体部21は、板状をなしており、この胴体部21には、胴体部21の厚さ方向に貫通している貫通孔211が形成されている。   More specifically, the body portion 21 has a plate shape, and the body portion 21 is formed with a through hole 211 penetrating in the thickness direction of the body portion 21.

この胴体部21の構成材料としては、特に限定されず、ガラス材料、水晶、金属材料、樹脂材料、シリコン材料等が挙げられるが、中でも、ガラス材料、水晶、シリコン材料のいずれかを用いることが好ましく、シリコン材料を用いることがより好ましい。これにより、幅や高さが10mm以下となるような小さい原子セル2を形成する場合であっても、エッチング等の微細加工技術を用いて、高精度な胴体部21を容易に形成することができる。特に、シリコンは、エッチングによる微細加工が可能である。したがって、シリコンを用いて胴体部21を構成することにより、原子セル2の小型化を図っても、胴体部21を簡単かつ高精度に形成することができる。また、一般に、窓部22、23はガラスで構成されるが、シリコンはガラスに比べて熱伝導性に優れている。したがって、胴体部21の放熱性を優れたものとすることができる。また、窓部22、23がガラスで構成されている場合、胴体部21と窓部22、23とを陽極接合により簡単に気密的に接合することができ、原子セル2の信頼性を優れたものとすることができる。   The constituent material of the body portion 21 is not particularly limited, and examples thereof include a glass material, a crystal, a metal material, a resin material, and a silicon material. Among these, any one of a glass material, a crystal, and a silicon material is used. It is preferable to use a silicon material. Thereby, even when the small atomic cell 2 having a width or height of 10 mm or less is formed, the highly accurate body portion 21 can be easily formed by using a microfabrication technique such as etching. it can. In particular, silicon can be finely processed by etching. Therefore, by forming the body part 21 using silicon, the body part 21 can be formed easily and with high accuracy even if the atomic cell 2 is downsized. Moreover, although the window parts 22 and 23 are generally comprised with glass, silicon is excellent in thermal conductivity compared with glass. Therefore, the heat dissipation of the body part 21 can be made excellent. Moreover, when the window parts 22 and 23 are comprised with glass, the trunk | drum 21 and the window parts 22 and 23 can be easily airtightly joined by anodic bonding, and the reliability of the atomic cell 2 was excellent. Can be.

このような胴体部21の一方の面には、窓部22が接合され、一方、胴体部21の他方の面には、窓部23が接合されている。これにより、貫通孔211の一端開口が窓部22により封鎖されるとともに、貫通孔211の他端開口が窓部23により封鎖されている。   A window portion 22 is joined to one surface of the body portion 21, and a window portion 23 is joined to the other surface of the body portion 21. Thus, one end opening of the through hole 211 is sealed by the window portion 22, and the other end opening of the through hole 211 is sealed by the window portion 23.

胴体部21と窓部22、23との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、気密的に接合できるものであれば、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法、表面活性化接合法等を用いることができるが、直接接合法または陽極接合法を用いることが好ましい。これにより、胴体部21と窓部22、23とを簡単に気密的に接合することができ、原子セル2の信頼性を優れたものとすることができる。   The joining method of the body part 21 and the window parts 22 and 23 is determined according to these constituent materials and is not particularly limited as long as it can be hermetically joined. For example, joining by an adhesive Although a method, a direct bonding method, an anodic bonding method, a surface activated bonding method, and the like can be used, it is preferable to use a direct bonding method or an anodic bonding method. Thereby, the trunk | drum 21 and the window parts 22 and 23 can be easily airtightly joined, and the reliability of the atomic cell 2 can be made excellent.

このような胴体部21に接合されている各窓部22、23は、前述した光源部3からの光LLに対する透過性を有している。そして、一方の窓部22は、原子セル2の内部空間S内へ光LLが入射する入射側窓部であり、他方の窓部23は、原子セル2の内部空間S内から光LLが出射する出射側窓部である。また、窓部22、23は、それぞれ、板状をなしている。   Each window part 22 and 23 joined to the trunk | drum 21 has the transmittance | permeability with respect to the light LL from the light source part 3 mentioned above. One window portion 22 is an incident-side window portion into which the light LL enters the internal space S of the atomic cell 2, and the other window portion 23 emits the light LL from within the internal space S of the atomic cell 2. It is an emission side window part. Each of the window portions 22 and 23 has a plate shape.

窓部22、23の構成材料としては、それぞれ、前述したような光LLに対する透過性を有していれば、特に限定されず、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられるが、ガラス材料を用いることが好ましい。これにより、励起光に対する透過性を有する窓部22、23を実現することができる。また、胴体部21がシリコンで構成されている場合、ガラスを用いて窓部22、23を構成することにより、胴体部21と窓部22、とを陽極接合により簡単に気密的に接合することができ、原子セル2の信頼性を優れたものとすることができる。なお、窓部22、23の厚さや光LLの強度によっては、窓部22、23をシリコンで構成することもできる。この場合でも、胴体部21と窓部22、23とを直接接合または陽極接合することができる。   The constituent materials of the window portions 22 and 23 are not particularly limited as long as they have transparency to the light LL as described above, and examples thereof include glass materials and crystal, but glass materials are used. It is preferable. Thereby, the window parts 22 and 23 which have the transparency with respect to excitation light are realizable. In addition, when the body portion 21 is made of silicon, the body portions 21 and the window portion 22 can be easily and airtightly joined by anodic bonding by forming the window portions 22 and 23 using glass. And the reliability of the atomic cell 2 can be improved. Depending on the thickness of the windows 22 and 23 and the intensity of the light LL, the windows 22 and 23 may be made of silicon. Even in this case, the body portion 21 and the window portions 22 and 23 can be directly bonded or anodic bonded.

このような窓部22、23により封鎖された貫通孔211内の空間である内部空間Sには、主に、気体状のアルカリ金属が収納されている。この内部空間S内に収納されている気体状のアルカリ金属は、光LLによって励起される。ここで、内部空間Sの少なくとも一部は、光LLが通過する「光通過空間」を構成する。本実施形態では、内部空間Sの横断面は、円形をなしており、一方、光通過空間の横断面は、内部空間Sの横断面と相似形状(すなわち円形)をなし、かつ、内部空間Sの横断面よりも若干小さく設定されている。なお、内部空間Sの横断面形状は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。   Gaseous alkali metals are mainly stored in the internal space S, which is a space in the through hole 211 sealed by the window portions 22 and 23. The gaseous alkali metal accommodated in the internal space S is excited by the light LL. Here, at least a part of the internal space S constitutes a “light passage space” through which the light LL passes. In the present embodiment, the cross section of the internal space S has a circular shape, while the cross section of the light passage space has a similar shape (that is, a circular shape) to the cross section of the internal space S, and the internal space S. It is set to be slightly smaller than the cross section. The cross-sectional shape of the internal space S is not limited to a circle, and may be, for example, a polygon such as a quadrangle or a pentagon, an ellipse, or the like.

以上説明したように構成された原子セル2内において、図5に示すように、共鳴光対LL1の光軸a1は、調整光LL2の光軸a2に対して傾斜角度θで傾斜していて、光軸a2と交点Pにて交差している。また、図5では、原子セル2内において、共鳴光対LL1の光軸a1が、原子セル2の窓部22と窓部23とが並ぶ方向に沿った軸線aと平行であり、一方、調整光LL2の光軸a2が、軸線aに対して傾斜角度θで傾斜している。なお、図5では、光軸a1が軸線aと一致している。   In the atomic cell 2 configured as described above, as shown in FIG. 5, the optical axis a1 of the resonant light pair LL1 is inclined at an inclination angle θ with respect to the optical axis a2 of the adjustment light LL2. It intersects with the optical axis a2 at the intersection P. In FIG. 5, in the atomic cell 2, the optical axis a <b> 1 of the resonant light pair LL <b> 1 is parallel to the axis line a along the direction in which the window portion 22 and the window portion 23 of the atomic cell 2 are aligned, The optical axis a2 of the light LL2 is inclined at an inclination angle θ with respect to the axis a. In FIG. 5, the optical axis a1 coincides with the axis a.

ここで、原子セル2の共鳴光対LL1および調整光LL2が出射する側において、光軸a1またはその延長線上には、前述した受光部4が配置されており、原子セル2を通過した共鳴光対LL1が受光部4で受光されるが、一方、光軸a2は、原子セル2を通過した調整光LL2を受光部4が受光しないように設定されている。これにより、受光部4が調整光LL2を受光してしまうのを防止または低減することができる。   Here, on the side of the atomic cell 2 where the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 are emitted, the light receiving unit 4 described above is disposed on the optical axis a1 or an extension thereof, and the resonance light that has passed through the atomic cell 2 is disposed. The pair LL1 is received by the light receiving unit 4, while the optical axis a2 is set so that the light receiving unit 4 does not receive the adjustment light LL2 that has passed through the atomic cell 2. Thereby, it can prevent or reduce that the light-receiving part 4 receives adjustment light LL2.

本実施形態では、原子セル2を通過した調整光LL2は、迷光とならないように、図示しない反射防止部に入射する。   In the present embodiment, the adjustment light LL2 that has passed through the atomic cell 2 is incident on an antireflection portion (not shown) so as not to be stray light.

また、図6に示すように、原子セル2内において、調整光LL2の幅W2は、共鳴光対LL1の幅W1よりも大きい。これにより、原子セル2内において、共鳴光対LL1の通過領域は、調整光LL2の通過領域内に包含されている。
また、調整光LL2の幅W2は、原子セル2内の幅Wよりも小さい。
As shown in FIG. 6, in the atomic cell 2, the width W2 of the adjustment light LL2 is larger than the width W1 of the resonance light pair LL1. Thereby, in the atomic cell 2, the passage region of the resonance light pair LL1 is included in the passage region of the adjustment light LL2.
Further, the width W2 of the adjustment light LL2 is smaller than the width W in the atomic cell 2.

図7は、セシウム原子のエネルギー状態と共鳴光対(第1共鳴光、第2共鳴光)および調整光(第3共鳴光)との関係の一例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the relationship between the energy state of the cesium atom, the resonance light pair (first resonance light, second resonance light), and the adjustment light (third resonance light).

例えば、原子セル2内にセシウム原子が封入されている場合、図7に示すように、第1共鳴光および第2共鳴光(共鳴光対)としてσ偏光(左円偏光)しているD1線を用い、第3共鳴光(調整光)としてσ偏光(右円偏光)しているD2線を用いる。なお、第1共鳴光および第2共鳴光がσ偏光、第3共鳴光がσ偏光であってもよいし、また、第1共鳴光および第2共鳴光がD2線、第3共鳴光がD1線であってもよい。 For example, when cesium atoms are enclosed in the atomic cell 2, as shown in FIG. 7, D1 is σ + polarized (left circularly polarized) as the first resonant light and the second resonant light (resonant light pair) A D2 line that is σ - polarized (right circularly polarized) is used as the third resonance light (adjustment light). The first resonant light and the second resonant light may be σ polarized light, and the third resonant light may be σ + polarized light, or the first resonant light and the second resonant light may be D2 line and the third resonant light. May be the D1 line.

アルカリ金属原子の一種であるセシウム原子は、6S1/2の基底準位と、6P1/2および6P3/2の2つの励起準位と、を有する。また、6S1/2、6P1/2、6P3/2の各準位は、複数のエネルギー準位に分裂した微細構造を有している。具体的には、6S1/2準位はF=3、4の2つの基底準位を有し、6P1/2準位はF’=3、4の2つの励起準位を有し、6P3/2準位はF”=2、3、4、5の4つの励起準位を有している。 Cesium atom is a kind of alkali metal atoms has a ground level of 6S 1/2, and two excited levels of 6P 1/2 and 6P 3/2, the. Each level of 6S 1/2 , 6P 1/2 , 6P 3/2 has a fine structure divided into a plurality of energy levels. Specifically, the 6S 1/2 level has two ground levels of F = 3 and 4, and the 6P 1/2 level has two excitation levels of F ′ = 3 and 4, The 6P 3/2 level has four excitation levels of F ″ = 2, 3, 4, and 5.

6S1/2のF=3の第1基底準位にあるセシウム原子は、D2線を吸収することで、6P3/2のF”=2、3、4のいずれかの励起準位に遷移することができるが、F”=5の励起準位に遷移することはできない。6S1/2のF=4の第2基底準位にあるセシウム原子は、D2線を吸収することで、6P3/2のF”=3、4、5のいずれかの励起準位に遷移することができるが、F”=2の励起準位に遷移することはできない。これらは、電気双極子遷移を仮定した場合の遷移選択則による。逆に、6P3/2のF”=3、4のいずれかの励起準位にあるセシウム原子は、D2線を放出して6S1/2のF=3またはF=4の基底準位(元の基底準位または他方の基底準位のいずれか)に遷移することができる。このような6S1/2のF=3、4の2つの基底準位と6P3/2のF”=3、4のいずれかの励起準位からなる3準位は、D2線の吸収・発光によるΛ型の遷移が可能であることからΛ型3準位と呼ばれる。同様に、6S1/2のF=3、4の2つの基底準位と6P1/2のF’=3、4のいずれかの励起準位からなる3準位も、D1線の吸収・発光によるΛ型の遷移が可能であるからΛ型3準位を形成する。 The cesium atom in the first ground level of F = 3 of 6S 1/2 transitions to the excited level of F ″ = 2, 3 and 4 of 6P 3/2 by absorbing the D2 line. However, it is not possible to transition to an excitation level of F ″ = 5. The cesium atom in the second ground level of F = 4 of 6S 1/2 transitions to the excited level of F ″ = 3, 4 or 5 of 6P 3/2 by absorbing the D2 line. However, it is not possible to transition to an excitation level of F ″ = 2. These are based on the transition selection rule when electric dipole transition is assumed. Conversely, a cesium atom in an excited level of F ″ = 3, 4 of 6P 3/2 emits a D2 line, and a ground level of F = 3 or F = 4 of 6S 1/2 ( Either the original ground level or the other ground level), such 6S 1/2 F = 3, 4 two ground levels and 6P 3/2 F ″ = The three levels consisting of any of the three or four excitation levels are called Λ-type three levels because Λ-type transition by absorption and emission of the D2 line is possible. Similarly, three levels consisting of two ground levels of F = 3, 4 of 6S 1/2 and excited levels of F ′ = 3, 4 of 6P 1/2 are also absorbed by the D1 line. Since a Λ-type transition by light emission is possible, a Λ-type three level is formed.

これに対し、6P3/2のF”=2の励起準位にあるセシウム原子は、D2線を放出して必ず6S1/2のF=3の基底準位(元の基底準位)に遷移し、同様に、6P3/2のF”=5の励起準位にあるセシウム原子は、D2線を放出して必ず6S1/2のF=4の基底準位(元の基底準位)に遷移する。したがって、6S1/2のF=3、4の2つの基底準位と6P3/2のF=2またはF=5の励起準位からなる3準位は、D2線の吸収・放出によるΛ型の遷移が不可能であることからΛ型3準位を形成しない。 On the other hand, the cesium atom in the excitation level of F ″ = 2 of 6P 3/2 emits the D2 line and is always in the ground level of F = 3 of 6S 1/2 (original ground level). Similarly, the cesium atom in the excited level of F ″ = 5 in 6P 3/2 emits the D2 line, and the F = 4 ground level of 6S 1/2 (the original ground level) ). Therefore, the three levels consisting of two ground levels of 6S 1/2 F = 3 and 4 and 6P 3/2 F = 2 or F = 5 excited levels are Λ due to absorption and emission of the D2 line. Since type transition is impossible, Λ-type three levels are not formed.

このようなセシウム原子は、真空中でのD1線の波長が894.593nmであり、真空中でのD2線の波長が892.347nmであり、6S1/2の超微細分裂周波数(ΔEに相当する周波数)が9.1926GHzである。 Such a cesium atom has a wavelength of D1 line in vacuum of 894.593 nm and a wavelength of D2 line in vacuum of 892.347 nm, which corresponds to a hyperfine splitting frequency of 6S 1/2 (corresponding to ΔE). Frequency) is 9.1926 GHz.

なお、セシウム原子以外のアルカリ金属原子も、同様に、Λ型3準位を形成する2つの基底準位と励起準位を有する。ここで、ナトリウム原子は、真空中でのD1線の波長が589.756nmであり、真空中でのD2線の波長が589.158nmであり、3S1/2の超微細分裂周波数が1.7716GHzである。また、ルビジウム(85Rb)原子は、真空中でのD1線の波長が794.979nmであり、真空中でのD2線の波長が780.241nmであり、5S1/2の超微細分裂周波数が3.0357GHzである。また、ルビジウム(87Rb)原子は、真空中でのD1線の波長が794.979nmであり、真空中でのD2線の波長が780.241nmであり、5S1/2の超微細分裂周波数が6.8346GHzである。 Note that alkali metal atoms other than the cesium atom similarly have two ground levels and an excited level that form a Λ-type three level. Here, the wavelength of the D1 line in vacuum is 589.756 nm, the wavelength of the D2 line in vacuum is 589.158 nm, and the hyperfine splitting frequency of 3S 1/2 is 1.7716 GHz for sodium atoms. It is. The rubidium ( 85 Rb) atom has a D1 line wavelength of 7944.979 nm in vacuum, a D2 line wavelength of 780.241 nm in vacuum, and an ultrafine splitting frequency of 5S 1/2. 3.0357 GHz. In addition, the rubidium ( 87 Rb) atom has a wavelength of D1 line in a vacuum of 7944.979 nm, a wavelength of D2 line in a vacuum of 780.241 nm, and has a hyperfine splitting frequency of 5S 1/2. 6.8346 GHz.

図8は、ナトリウム原子の磁気量子数の分布を示す図であって、(a)は、σ円偏光の共鳴光を照射した場合の分布を示す図、(b)は、σ円偏光の共鳴光を照射した場合の分布を示す図である。 8A and 8B are diagrams showing the distribution of magnetic quantum numbers of sodium atoms, where FIG. 8A is a diagram showing the distribution when σ + circularly polarized resonance light is irradiated, and FIG. 8B is a diagram showing σ circularly polarized light. It is a figure which shows distribution at the time of irradiating the resonant light of.

例えば、図8に示すように、アルカリ金属原子の一種であるナトリウム原子は、Λ型3準位を形成する2つの基底準位と励起準位を有し、3S1/2のF=1の第1基底準位は、mF1=−1、0、1の3つの磁気量子数を有し、3S1/2のF=2の第2基底準位は、mF2=−2、−1、0、1、2の5つの磁気量子数を有し、3P1/2の励起準位は、mF’=−2、−1、0、1、2の5つの磁気量子数を有する。 For example, as shown in FIG. 8, a sodium atom, which is a kind of alkali metal atom, has two ground levels and an excited level that form a Λ-type three level, and 3S 1/2 F = 1 The first ground level has three magnetic quantum numbers of m F1 = −1, 0, 1 and the second ground level of F = 2 of 3S 1/2 is m F2 = −2, −1. , 0, 1 and 5 and the excitation level of 3P1 / 2 has five magnetic quantum numbers m F ′ = −2, −1, 0, 1 and 2.

F=1またはF=2の基底準位にあるナトリウム原子に対してσ円偏光の共鳴光対を照射すると、図8(a)に示すように、磁気量子数が1増えるという選択則をもって、励起準位に励起される。このとき、F=1またはF=2の基底準位にあるナトリウム原子は、磁気量子数が大きい方に分布が変化する。 When a σ + circularly polarized resonant light pair is irradiated onto a sodium atom at the ground level of F = 1 or F = 2, as shown in FIG. 8 (a), the magnetic quantum number increases by one. And excited to the excited level. At this time, the distribution of the sodium atom at the ground level of F = 1 or F = 2 changes to the one with the larger magnetic quantum number.

一方、F=1またはF=2の基底準位にあるナトリウム原子に対してσ円偏光の共鳴光対を照射すると、図8(b)に示すように、磁気量子数が1減るという選択則をもって、励起準位に励起される。このとき、F=1またはF=2の基底準位にあるナトリウム原子は、磁気量子数が小さい方に分布が変化する。 On the other hand, when a sodium atom at the ground level of F = 1 or F = 2 is irradiated with a σ - circularly polarized resonant light pair, the magnetic quantum number is reduced by 1 as shown in FIG. According to the law, it is excited to the excitation level. At this time, the distribution of the sodium atom at the ground level of F = 1 or F = 2 changes toward the smaller magnetic quantum number.

なお、図8では、説明の便宜上、簡単な構造のナトリウム原子を例に磁気量子数の分布を示しているが、他のアルカリ金属原子においても、基底準位および励起準位のそれぞれは、2F+1個の磁気量子数(磁気副準位)を有し、前述したような選択則をもって磁気量子数の分布が変化する。   In FIG. 8, for convenience of explanation, the distribution of the magnetic quantum number is shown by taking a sodium atom having a simple structure as an example. However, in other alkali metal atoms, each of the ground level and the excited level is 2F + 1. It has a number of magnetic quantum numbers (magnetic sublevels), and the distribution of the magnetic quantum numbers changes with the selection rule as described above.

図9は、セシウム原子の磁気量子数の分布を示すグラフであって、(a)は、共鳴光対のみを照射した場合の分布を示すグラフ、(b)は、共鳴光対および調整光を照射した場合の分布を示すグラフである。   FIG. 9 is a graph showing the distribution of magnetic quantum numbers of cesium atoms, (a) is a graph showing the distribution when only the resonant light pair is irradiated, and (b) is a graph showing the resonant light pair and the adjustment light. It is a graph which shows distribution at the time of irradiation.

共鳴光対LL1のみをセシウム原子に照射した場合、図9(a)に示すように、第1基底準位にあるセシウム原子は、磁気量子数mF3の分布の偏りが小さいものの、その数が少なく、また、第2基底準位にあるセシウム原子は、磁気量子数mF4が大きい方へ分布が大きく偏っている。 When the cesium atom is irradiated with only the resonant light pair LL1, as shown in FIG. 9A, the cesium atom at the first ground level has a small bias in the distribution of the magnetic quantum number m F3 , but the number thereof is In addition, the distribution of the cesium atoms at the second ground level is greatly biased toward the larger magnetic quantum number mF4 .

すなわち、従来の原子発振器(例えば特許文献1に係る原子発振器)では、金属に照射される共鳴光のすべてが一方向に円偏光しているため、例えば共鳴光が直線偏光している場合に比べて、EIT信号の強度を向上させることができるものの、その効果が十分ではなかった。これは、共鳴光のすべてが一方向に円偏光していることにより、金属の磁気量子数の小さい方または大きい方のいずれかに分布が偏ってしまい、これにより、EITに寄与する所望の磁気量子数の金属原子の数が少なくなってしまうためであった。   That is, in the conventional atomic oscillator (for example, the atomic oscillator according to Patent Document 1), all of the resonance light irradiated to the metal is circularly polarized in one direction, and therefore, for example, compared to the case where the resonance light is linearly polarized. Although the strength of the EIT signal can be improved, the effect is not sufficient. This is because all of the resonant light is circularly polarized in one direction, so that the distribution is biased to either the smaller or the larger magnetic quantum number of the metal, and thus the desired magnetism contributing to EIT. This is because the number of quantum metal atoms is reduced.

これに対し、共鳴光対LL1および調整光LL2の双方をセシウム原子に同時に照射した場合、図9(b)に示すように、第1基底準位および第2基底準位のそれぞれにあるセシウム原子は、磁気量子数mF3、mF4の分布の偏りが比較的少なく、かつ、その数も比較的多くなっている。特に、磁場に対して安定な磁気量子数mF3、mF4=0となるセシウム原子の数を多くすることができる。すなわち、共鳴光対LL1および調整光LL2の双方をセシウム原子に同時に照射した場合、共鳴光対LL1のみをセシウム原子に照射した場合に比べて、第1基底準位および第2基底準位のそれぞれの準位において、各準位にあるセシウム原子の数を増やしつつ、セシウム原子の磁気量子数の分布を平均化することができる。 On the other hand, when the cesium atoms are simultaneously irradiated with both the resonant light pair LL1 and the adjustment light LL2, as shown in FIG. 9B, the cesium atoms in each of the first ground level and the second ground level Has a relatively small distribution of the magnetic quantum numbers m F3 and m F4 , and the number thereof is also relatively large. In particular, the number of cesium atoms with which the magnetic quantum numbers m F3 and m F4 = 0 are stable against a magnetic field can be increased. That is, when both the resonant light pair LL1 and the adjustment light LL2 are simultaneously irradiated to the cesium atom, compared with the case where only the resonant light pair LL1 is irradiated to the cesium atom, each of the first ground level and the second ground level In this level, the distribution of magnetic quantum numbers of cesium atoms can be averaged while increasing the number of cesium atoms in each level.

図10は、調整光の有無によるEIT信号の違いを示すグラフである。
図10に示すように、共鳴光対LL1および調整光LL2の双方をセシウム原子に同時に照射した場合(repump on)、共鳴光対LL1のみをセシウム原子に照射した場合(repump off)に比べて、半値全幅をほぼ同等としつつ、EIT信号の信号強度を3倍程度に高めることができる。
FIG. 10 is a graph showing the difference in EIT signal depending on the presence or absence of adjustment light.
As shown in FIG. 10, when both the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 are simultaneously irradiated to the cesium atom (repump on), compared to the case where only the resonance light pair LL1 is irradiated to the cesium atom (repump off), The signal intensity of the EIT signal can be increased by about three times while making the full width at half maximum substantially the same.

なお、図9、10に示す結果は、図7に示すような偏光の共鳴光対(第1共鳴光、第2共鳴光)および調整光(第3共鳴光)を用い、原子セル2内の調整光の強度(光量子束密度)を共鳴光対の半分程度とした。   The results shown in FIGS. 9 and 10 are obtained by using a polarized resonance light pair (first resonance light, second resonance light) and adjustment light (third resonance light) as shown in FIG. The intensity of the adjustment light (photon flux density) was about half that of the resonant light pair.

以上説明したように、原子発振器1では、互いに同方向に円偏光している共鳴光対LL1に加えて、その共鳴光対LL1とは逆方向に円偏光している調整光LL2をアルカリ金属に照射することにより、共鳴光対LL1による磁気量子数の分布の偏りを調整光LL2により相殺または緩和させ、アルカリ金属の磁気量子数の分布の偏りを低減することができる。そのため、EITに寄与する所望の磁気量子数のアルカリ金属原子の数を増加させ、その結果、円偏光している共鳴光対LL1を用いることによってEIT信号の強度を向上させる効果を顕著に発現させ、よって、EIT信号の強度を効果的に向上させることができる。   As described above, in the atomic oscillator 1, in addition to the resonant light pair LL1 that is circularly polarized in the same direction, the adjustment light LL2 that is circularly polarized in the opposite direction to the resonant light pair LL1 is used as an alkali metal. By irradiating, the bias of the magnetic quantum number distribution by the resonant light pair LL1 can be canceled or relaxed by the adjustment light LL2, and the bias of the magnetic metal quantum number distribution of the alkali metal can be reduced. For this reason, the number of alkali metal atoms having a desired magnetic quantum number that contributes to EIT is increased, and as a result, the effect of improving the intensity of the EIT signal by using the circularly polarized resonant light pair LL1 is remarkably exhibited. Therefore, the strength of the EIT signal can be effectively improved.

しかも、調整光LL2の線幅が共鳴光対LL1よりも大きいため、幅広い速度分布のアルカリ金属原子に対して調整光LL2を共鳴させることができる。そのため、調整光LL2の中心波長が多少ずれても、所望の速度にあるアルカリ金属原子に対して調整光LL2を共鳴させることができる。その結果、調整光LL2の周波数制御が不要となり、装置構成を簡単化することができる。   Moreover, since the line width of the adjustment light LL2 is larger than that of the resonance light pair LL1, the adjustment light LL2 can be resonated with respect to alkali metal atoms having a wide velocity distribution. Therefore, even if the center wavelength of the adjustment light LL2 is slightly deviated, the adjustment light LL2 can resonate with the alkali metal atom at a desired speed. As a result, frequency control of the adjustment light LL2 becomes unnecessary, and the apparatus configuration can be simplified.

ここで、調整光LL2は、アルカリ金属を共鳴させるため、アルカリ金属原子の磁気量子数の分布を効率的に調整することができる。   Here, since the adjustment light LL2 resonates the alkali metal, the distribution of the magnetic quantum number of the alkali metal atom can be adjusted efficiently.

また、図7に示すように、共鳴光対LL1がD1線であり、調整光LL2がD2線である場合、EIT現象を効率よく生じさせ、その結果、EIT信号の強度を効率的に向上させることができる。   Also, as shown in FIG. 7, when the resonant light pair LL1 is a D1 line and the adjustment light LL2 is a D2 line, the EIT phenomenon is efficiently generated, and as a result, the intensity of the EIT signal is efficiently improved. be able to.

また、共鳴光対LL1の波長帯域は、調整光LL2の波長帯域の外側にあることが好ましい。すなわち、調整光LL2の波長帯域には共鳴光対LL1の波長帯域が含まれないことが好ましい。これにより、調整光LL2による不要な信号の発生を低減することができる。   The wavelength band of the resonant light pair LL1 is preferably outside the wavelength band of the adjustment light LL2. That is, it is preferable that the wavelength band of the resonance light pair LL1 is not included in the wavelength band of the adjustment light LL2. Thereby, generation | occurrence | production of the unnecessary signal by adjustment light LL2 can be reduced.

また、調整光LL2の線幅は、共鳴光対LL1の線幅よりも大きければよいが、共鳴光対LL1の線幅に対して、1.5倍以上1000倍以下であることが好ましく、10倍以上100倍以下であることがより好ましい。これにより、調整光LL2の中心波長が多少ずれても、所望の速度にあるアルカリ金属原子に対して調整光LL2を共鳴させることができる。   Further, the line width of the adjustment light LL2 may be larger than the line width of the resonant light pair LL1, but is preferably 1.5 times or more and 1000 times or less than the line width of the resonant light pair LL1. It is more preferable that it is not less than 100 times and not more than 100 times. Thereby, even if the center wavelength of adjustment light LL2 shifts | deviates somewhat, adjustment light LL2 can be resonated with respect to the alkali metal atom in desired speed.

また、原子セル2内において調整光LL2の強度(光量子束密度)が共鳴光対LL1よりも小さい。これにより、原子セル2内のアルカリ金属の磁気量子数の偏りを効果的に低減することができる。   Further, the intensity (photon flux density) of the adjustment light LL2 in the atomic cell 2 is smaller than that of the resonance light pair LL1. Thereby, the bias | inclination of the magnetic quantum number of the alkali metal in the atomic cell 2 can be reduced effectively.

また、調整光LL2の強度が強すぎると、原子セル2内のアルカリ金属の磁気量子数の分布が、共鳴光対LL1による磁気量子数の分布の偏りとは反対側に大きく偏ってしまう場合がある。一方、調整光LL2の強度が弱すぎると、共鳴光対LL1による磁気量子数の分布の偏りを調整光LL2により十分に相殺または緩和させることができない場合がある。   In addition, if the intensity of the adjustment light LL2 is too strong, the distribution of the magnetic quantum number of the alkali metal in the atomic cell 2 may be greatly biased to the side opposite to the bias of the distribution of the magnetic quantum number by the resonant light pair LL1. is there. On the other hand, if the intensity of the adjustment light LL2 is too weak, the bias of the distribution of the magnetic quantum numbers by the resonance light pair LL1 may not be sufficiently canceled or relaxed by the adjustment light LL2.

このような観点から、原子セル2内の共鳴光対LL1の光量子束密度をD1とし、原子セル2内の調整光LL2の光量子束密度をD2としたとき、D2/D1は、0.1以上0.9以下であることが好ましく、0.2以上0.7以下であることがより好ましく、0.3以上0.5以下であることがさらに好ましい。   From such a viewpoint, when the photon flux density of the resonant light pair LL1 in the atomic cell 2 is D1, and the photon flux density of the adjustment light LL2 in the atomic cell 2 is D2, D2 / D1 is 0.1 or more It is preferably 0.9 or less, more preferably 0.2 or more and 0.7 or less, and further preferably 0.3 or more and 0.5 or less.

ここで、調整光LL2の強度は、減光フィルターの減光率によって調整することもできるし、第2光源321の駆動電流を調整することによって調整することもできる。   Here, the intensity of the adjustment light LL2 can be adjusted by the dimming rate of the neutral density filter, or can be adjusted by adjusting the drive current of the second light source 321.

また、原子セル2内において共鳴光対LL1の通過領域が調整光LL2の通過領域内に包含されているため、アルカリ金属の磁気量子数の分布の偏りを効率的に低減することができる。   In addition, since the pass region of the resonant light pair LL1 is included in the pass region of the adjustment light LL2 in the atomic cell 2, it is possible to effectively reduce the bias of the magnetic metal quantum number distribution of the alkali metal.

また、本実施形態では、前述したように共鳴光対LL1と調整光LL2との互いの光軸a1、a2が原子セル2内の交点Pにて交差しているため、共鳴光対LL1と調整光LL2とを合成するための光学部品が不要であり、装置構成を簡単化することができる。   In the present embodiment, since the optical axes a1 and a2 of the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 intersect at the intersection P in the atomic cell 2 as described above, the adjustment is performed with the resonance light pair LL1. An optical component for synthesizing the light LL2 is unnecessary, and the apparatus configuration can be simplified.

ここで、原子セル2内における調整光LL2の光軸a2に対する共鳴光対LL1の光軸a1の傾斜角度θは、1°以上30°以下であることが好ましく、2°以上10°以下であることがより好ましい。これにより、装置の小型化および簡単化を図りつつ、調整光LL2による磁気量子数の分布の調整を容易に行うことができる。これに対し、傾斜角度θが小さすぎると、第1光源311および第2光源321の設置の自由度が極端に小さくなり装置の大型化を招く傾向となる。一方、傾斜角度θが大きすぎると、原子セル2内のアルカリ金属原子のドップラー幅等を考慮して、第2光源部32を設計しなければならず、設計が難しくなる傾向となる。   Here, the inclination angle θ of the optical axis a1 of the resonant light pair LL1 with respect to the optical axis a2 of the adjustment light LL2 in the atomic cell 2 is preferably 1 ° or more and 30 ° or less, and is 2 ° or more and 10 ° or less. It is more preferable. Thereby, the distribution of the magnetic quantum number by the adjustment light LL2 can be easily adjusted while reducing the size and simplification of the apparatus. On the other hand, when the inclination angle θ is too small, the degree of freedom of installation of the first light source 311 and the second light source 321 becomes extremely small and the apparatus tends to be enlarged. On the other hand, if the inclination angle θ is too large, the second light source unit 32 must be designed in consideration of the Doppler width of alkali metal atoms in the atomic cell 2, and the design tends to be difficult.

(変形例)
図11は、本発明の第1実施形態の変形例に係る光源部の第1光源部および第2光源部からそれぞれ出射される光を説明するための図である。
(Modification)
FIG. 11 is a diagram for explaining light emitted from the first light source unit and the second light source unit of the light source unit according to the modification of the first embodiment of the present invention.

図11に示す変形例では、原子セル2内において、共鳴光対LL1の光軸a1が、軸線aに対して傾斜角度θ1で傾斜しており、一方、調整光LL2の光軸a2が、軸線aに対して光軸a1とは反対側へ傾斜角度θ2で傾斜している。これにより、軸線aに対する対称性が高い構成を実現することができる。   In the modification shown in FIG. 11, in the atomic cell 2, the optical axis a1 of the resonant light pair LL1 is inclined at an inclination angle θ1 with respect to the axis a, while the optical axis a2 of the adjustment light LL2 is It is inclined at an inclination angle θ2 to the opposite side of the optical axis a1 with respect to a. Thereby, the structure with high symmetry with respect to the axis line a is realizable.

ここで、図11に示す変形例においても、前述した図5に示す例と同様、原子セル2内において、共鳴光対LL1の光軸a1は、調整光LL2の光軸a2に対して傾斜角度θで傾斜していて、光軸a2と交点Pにて交差している。したがって、傾斜角度θは、傾斜角度θ1と傾斜角度θ2との和である。   Here, also in the modification shown in FIG. 11, the optical axis a1 of the resonant light pair LL1 is inclined with respect to the optical axis a2 of the adjustment light LL2 in the atomic cell 2 as in the example shown in FIG. It is inclined at θ and intersects the optical axis a2 at the intersection P. Therefore, the inclination angle θ is the sum of the inclination angle θ1 and the inclination angle θ2.

図11では、傾斜角度θ1と傾斜角度θ2とが互いに等しい場合を図示しているが、傾斜角度θ1と傾斜角度θ2とが互いに異なっていてもよい。   Although FIG. 11 illustrates a case where the inclination angle θ1 and the inclination angle θ2 are equal to each other, the inclination angle θ1 and the inclination angle θ2 may be different from each other.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

図12は、本発明の第2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。図13は、図12に示す光源部の第1光源部および第2光源部からそれぞれ出射される光を説明するための図である。   FIG. 12 is a schematic view showing an atomic oscillator (quantum interference device) according to the second embodiment of the present invention. FIG. 13 is a diagram for explaining light emitted from the first light source unit and the second light source unit of the light source unit shown in FIG.

本実施形態は、第2光源部の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。   The present embodiment is the same as the first embodiment described above except that the configuration of the second light source unit is different.

なお、以下の説明では、第2実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図12、13において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。   In the following description, the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted. 12 and 13, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.

図12に示す原子発振器1Aは、光源部3Aを備えている。
光源部3Aは、共鳴光対LL1を出射する第1光源部31と、調整光LL2を出射する第2光源部32Aと、を備えている。
An atomic oscillator 1A shown in FIG. 12 includes a light source unit 3A.
The light source unit 3A includes a first light source unit 31 that emits the resonant light pair LL1, and a second light source unit 32A that emits the adjustment light LL2.

第2光源部32Aは、λ/4波長板313を省略するとともに偏光子322と原子セル2との間にλ/4波長板323およびミラー324を追加した以外は、前述した第1実施形態の第2光源部32と同様に構成されている。すなわち、第2光源部32Aは、第2光源321と、偏光子322と、λ/4波長板323と、ミラー324と、を有している。   The second light source unit 32A is the same as that of the first embodiment described above except that the λ / 4 wavelength plate 313 is omitted and a λ / 4 wavelength plate 323 and a mirror 324 are added between the polarizer 322 and the atomic cell 2. The second light source unit 32 is configured in the same manner. That is, the second light source unit 32 </ b> A includes a second light source 321, a polarizer 322, a λ / 4 wavelength plate 323, and a mirror 324.

λ/4波長板323は、直交する偏光成分間に位相差π/2(90°)を生じさせる複屈折素子である。このλ/4波長板323は、偏光子322で生成した共鳴光LL2bを直線偏光から円偏光(楕円偏光も含む)の調整光LL2に変換する機能を有する。このように、第2光源部32Aが第1光源部31のλ/4波長板313とは別個のλ/4波長板323を有することにより、第2光源部32Aの設置の自由度を高めることができる。   The λ / 4 wavelength plate 323 is a birefringent element that generates a phase difference π / 2 (90 °) between orthogonal polarization components. The λ / 4 wavelength plate 323 has a function of converting the resonance light LL2b generated by the polarizer 322 from linearly polarized light to circularly polarized light (including elliptically polarized light) adjusting light LL2. As described above, the second light source unit 32A includes the λ / 4 wavelength plate 323 that is separate from the λ / 4 wavelength plate 313 of the first light source unit 31, thereby increasing the degree of freedom of installation of the second light source unit 32A. Can do.

λ/4波長板323で生成した調整光LL2は、ミラー324で反射して原子セル2に入射する。なお、ミラー324は、省略してもよい。この場合、調整光LL2が原子セル2に入射するような向きで、第2光源321および偏光子322を設置すればよい。   The adjustment light LL2 generated by the λ / 4 wavelength plate 323 is reflected by the mirror 324 and enters the atomic cell 2. Note that the mirror 324 may be omitted. In this case, the second light source 321 and the polarizer 322 may be installed in such a direction that the adjustment light LL2 enters the atomic cell 2.

特に、本実施形態では、図13に示すように、調整光LL2が原子セル2の胴体部21を介して内部空間Sに入射する。これにより、受光部4が調整光LL2を受光してしまうのを防止または低減することができる。なお、図13では、説明の便宜上、ミラー324の図示を省略している。   In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, the adjustment light LL2 enters the internal space S via the body portion 21 of the atomic cell 2. Thereby, it can prevent or reduce that the light-receiving part 4 receives adjustment light LL2. In FIG. 13, the mirror 324 is not shown for convenience of explanation.

以上説明したような第2実施形態によっても、EIT信号の強度を効果的に向上させることができる。   Also according to the second embodiment as described above, the intensity of the EIT signal can be effectively improved.

2.電子機器
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。
2. Electronic equipment The atomic oscillator described above can be incorporated into various electronic equipment.

以下、本発明の電子機器について説明する。
図14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。
Hereinafter, the electronic apparatus of the present invention will be described.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration when the atomic oscillator of the present invention is used in a positioning system using a GPS satellite.

図14に示す測位システム100は、GPS衛星200と、基地局装置300と、GPS受信装置400とで構成されている。   The positioning system 100 shown in FIG. 14 includes a GPS satellite 200, a base station device 300, and a GPS receiver 400.

GPS衛星200は、測位情報(GPS信号)を送信する。
基地局装置300は、例えば電子基準点(GPS連続観測局)に設置されたアンテナ301を介してGPS衛星200からの測位情報を高精度に受信する受信装置302と、この受信装置302で受信した測位情報をアンテナ303を介して送信する送信装置304とを備える。
The GPS satellite 200 transmits positioning information (GPS signal).
The base station device 300 receives the positioning information from the GPS satellite 200 with high accuracy via, for example, an antenna 301 installed at an electronic reference point (GPS continuous observation station), and the reception device 302 receives the positioning information. And a transmission device 304 that transmits positioning information via the antenna 303.

ここで、受信装置302は、その基準周波数発振源として前述した本発明の原子発振器1を備える電子装置である。このような受信装置302は、優れた信頼性を有する。また、受信装置302で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置304により送信される。   Here, the receiving device 302 is an electronic device provided with the above-described atomic oscillator 1 of the present invention as its reference frequency oscillation source. Such a receiving apparatus 302 has excellent reliability. In addition, the positioning information received by the receiving device 302 is transmitted by the transmitting device 304 in real time.

GPS受信装置400は、GPS衛星200からの測位情報をアンテナ401を介して受信する衛星受信部402と、基地局装置300からの測位情報をアンテナ403を介して受信する基地局受信部404とを備える。   The GPS receiver 400 includes a satellite receiver 402 that receives positioning information from the GPS satellite 200 via the antenna 401, and a base station receiver 404 that receives positioning information from the base station device 300 via the antenna 403. Prepare.

3.移動体
図15は、本発明の移動体の一例を示す図である。
3. Mobile Object FIG. 15 is a diagram showing an example of the mobile object of the present invention.

この図において、移動体1500は、車体1501と、4つの車輪1502とを有しており、車体1501に設けられた図示しない動力源(エンジン)によって車輪1502を回転させるように構成されている。このような移動体1500には、原子発振器1が内蔵されている。   In this figure, a moving body 1500 has a vehicle body 1501 and four wheels 1502, and is configured to rotate the wheels 1502 by a power source (engine) (not shown) provided in the vehicle body 1501. In such a moving body 1500, the atomic oscillator 1 is built.

なお、本発明の電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、パーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター)、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター、地上デジタル放送、携帯電話基地局、GPSモジュール等に適用することができる。   Note that the electronic apparatus of the present invention is not limited to the above-described ones. For example, a mobile phone, a digital still camera, an ink jet discharge device (for example, an ink jet printer), a personal computer (a mobile personal computer, a laptop personal computer). , TV, camcorder, video tape recorder, car navigation device, pager, electronic notebook (including communication function), electronic dictionary, calculator, electronic game device, word processor, workstation, video phone, security TV monitor, electronic binoculars POS terminal, medical equipment (eg electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring equipment, instruments (eg, vehicle, aircraft, ship) Instrumentation) Ito simulator, terrestrial digital broadcasting, cellular base stations, can be applied to the GPS module or the like.

以上、本発明の量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。   As described above, the quantum interference device, the atomic oscillator, the electronic device, and the moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to these.

また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。また、本発明は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。   Moreover, the structure of each part of this invention can be substituted by the thing of the arbitrary structures which exhibit the same function of embodiment mentioned above, and arbitrary structures can also be added. Moreover, you may make it this invention combine arbitrary structures of each embodiment mentioned above.

1‥‥原子発振器
1A‥‥原子発振器
2‥‥原子セル
3‥‥光源部
3A‥‥光源部
4‥‥受光部
5‥‥ヒーター
6‥‥温度センサー
7‥‥磁場発生部
8‥‥制御部
21‥‥胴体部
22‥‥窓部
23‥‥窓部
31‥‥第1光源部
32‥‥第2光源部
32A‥‥第2光源部
81‥‥温度制御部
82‥‥光源制御部
83‥‥磁場制御部
100‥‥測位システム
200‥‥GPS衛星
211‥‥貫通孔
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
311‥‥第1光源
312‥‥λ/2波長板
313‥‥λ/4波長板
321‥‥第2光源
322‥‥偏光子
323‥‥λ/4波長板
324‥‥ミラー
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
821‥‥周波数制御部
822‥‥電圧制御型水晶発振器
823‥‥位相同期回路
1500‥‥移動体
1501‥‥車体
1502‥‥車輪
a‥‥軸線
a1‥‥光軸
a2‥‥光軸
LL‥‥光
LL1‥‥共鳴光対
LL1a‥‥第1光
LL1b‥‥共鳴光対
LL2‥‥調整光
LL2a‥‥第2光
LL2b‥‥共鳴光
P‥‥交点
S‥‥内部空間
W‥‥幅
W1‥‥幅
W2‥‥幅
ΔE‥‥エネルギー差
θ‥‥傾斜角度
θ1‥‥傾斜角度
θ2‥‥傾斜角度
ω‥‥周波数
ω‥‥周波数
ω‥‥周波数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Atomic oscillator 1A ... Atomic oscillator 2 ... Atomic cell 3 ... Light source part 3A ... Light source part 4 ... Light receiving part 5 ... Heater 6 ... Temperature sensor 7 ... Magnetic field generation part 8 ... Control part 21 ... Body part 22 ... Window part 23 ... Window part 31 ... First light source part 32 ... Second light source part 32A ... Second light source part 81 ... Temperature control part 82 ... Light source control part 83 ... Magnetic field control unit 100 Positioning system 200 GPS satellite 211 Through-hole 300 Base station device 301 Antenna 302 Reception device 303 Antenna 304 Transmission device 311 First light source 312 Λ / 2 wavelength plate 313 λ / 4 wavelength plate 321 Second light source 322 Polarizer 323 λ / 4 wavelength plate 324 Mirror 400 GPS receiver 401 Antenna 402 Satellite receiver 403 Antenna 404 Ground station receiver 821 ... Frequency controller 822 ... Voltage controlled crystal oscillator 823 ... Phase synchronization circuit 1500 ... Mobile body 1501 ... Car body 1502 ... Wheel a ... Axis line a1 ... Optical axis a2 ... Light Axis LL ... Light LL1 ... Resonant light pair LL1a ... First light LL1b ... Resonant light pair LL2 ... Adjusted light LL2a ... Second light LL2b ... Resonant light P ... Intersection S ... Internal space W ... Width W1 ... Width W2 ... Width ΔE ... Energy difference θ ... Inclination angle θ1 ... Inclination angle θ2 ... Inclination angle ω 0 ... Frequency ω 1 ... Frequency ω 2 ... Frequency

Claims (13)

アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、
互いに同方向に円偏光していて前記アルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光対を含む第1の光を出射する第1光源部と、
前記共鳴光対とは逆方向に円偏光していて前記共鳴光対よりも線幅の大きい第2の光を出射する第2光源部と、
前記原子セルを通過した前記共鳴光対を受光する受光部と、
を備えることを特徴とする量子干渉装置。
An atomic cell encapsulating an alkali metal atom ;
A first light source unit that emits a first light including a resonant light pair that is circularly polarized in the same direction and resonates with the alkali metal atom ;
A second light source unit that emits second light that is circularly polarized in the opposite direction to the resonant light pair and has a line width larger than that of the resonant light pair;
A light receiving unit that receives the resonant light pair that has passed through the atomic cell;
A quantum interference device comprising:
前記第2の光は、前記アルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光を含む請求項1に記載の量子干渉装置。 The second light includes a resonant light to resonate the alkali metal atom, quantum interference device according to claim 1. 前記共鳴光対および前記共鳴光のうち一方は、D1線を含み、
前記共鳴光および前記共鳴光のうち一方は、D2線を含む請求項1または2に記載の量子干渉装置。
One of the resonant light pair and the resonant light includes a D1 line,
Wherein one of the resonant light and the resonant light comprises D2 line, quantum interference device according to claim 1 or 2.
前記共鳴光対の波長帯域は、前記第2の光の波長帯域の外ある請求項1ないし3のいずれか1項に記載の量子干渉装置。 The wavelength band of the resonant light pair, the second is outside the wavelength band of light, quantum interference device according to any one of claims 1 to 3. 前記第2光源部は、前記第2の光を生成する発光ダイオードを有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の量子干渉装置。 The second light source unit, the has a second light-emitting diodes that generate light, quantum interference device according to any one of claims 1 to 4. 前記第2光源部は、非偏光の光を出射する光源と、前記光源からの光が入射する偏光子と、を有する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の量子干渉装置。 The quantum interference device according to claim 1 , wherein the second light source unit includes a light source that emits non-polarized light and a polarizer that receives light from the light source. 前記第1光源部は、直線偏光成分を含む光を出射
前記第2光源部は、直線偏光成分を含む光を出射
前記第1光源部からの光および前記第2光源部からの光が通過する共通のλ/4波長板を有する請求項1ないし6のいずれか1項に記載の量子干渉装置。
The first light source unit emits light including linearly polarized light component,
The second light source unit emits light including linearly polarized light component,
The light from the light and the second light source section from the first light source unit have a common lambda / 4 wave plate passing through, quantum interference device according to any one of claims 1 to 6.
前記原子セル内において前記第2の光の強度が前記第1の光の強度よりも小さい請求項1ないし7のいずれか1項に記載の量子干渉装置。 Intensity of the second light is smaller than the intensity of the first light in said atomic cell, quantum interference device according to any one of claims 1 to 7. 前記第1の光の光軸と前記第2の光の光軸交差する、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の量子干渉装置。 The first is the optical axis and the optical axis of said second optical light crosses, quantum interference device according to any one of claims 1 to 8. 前記原子セルは、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金属が封入されている内部空間を構成している胴体部と、を有し、
前記第2の光は、前記胴体部を透過して前記内部空間に入射する請求項1ないし9のいずれか1項に記載の量子干渉装置。
The atomic cell includes a pair of window portions, and a body portion that is disposed between the pair of window portions and forms an internal space in which the metal is sealed together with the pair of window portions; Have
10. The quantum interference device according to claim 1 , wherein the second light passes through the body portion and enters the internal space. 11.
前記原子セル内において前記第2の光の通過領域内に前記第1の光の通過領域が包含される、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の量子干渉装置。 11. The quantum interference device according to claim 1 , wherein in the atomic cell, the first light passage region is included in the second light passage region. 11. 請求項1ないし11のいずれか1項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする原子発振器。 It claims 1 to atomic oscillator comprising: a quantum interference device as claimed in any one of 11. 請求項1ないし11のいずれか1項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising: a quantum interference device according to any one of claims 1 to 11.
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