JP6511734B2 - 原子セル、量子干渉装置、原子発振器、および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の原子セルは、金属と、
1対の窓部と、
前記1対の窓部の間に配置されていて、気体状の前記金属が封入されている内部空間を前記1対の窓部とともに構成している胴体部と、
前記内部空間の一部を構成または前記内部空間に連通している空間であって、液体状または固体状の前記金属が配置されている金属溜り部と、
を備え、
前記金属溜り部を構成している前記空間と外部との間の壁部は、前記窓部よりも厚さが薄い薄肉部を有することを特徴とする。
本発明の原子セルでは、前記窓部を含み、前記胴体部に積層されている基板を備えており、
前記基板の厚さ方向から見たときに前記金属溜り部に重なる位置に配置されていて、前記基板に開口している凹部を有することが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記凹部は、前記基板を貫通していることが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記胴体部は、シリコンを含んで構成されていることが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記基板は、ガラスを含んで構成されていることが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記胴体部と前記基板とが直接接合または陽極接合されていることが好ましい。
本発明の原子セルでは、前記薄肉部を冷却する冷却手段を備えることが好ましい。
これにより、薄肉部をより効率的に放熱または冷却することができる。
本発明の量子干渉装置は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、優れた周波数安定度を有する量子干渉装置を提供することができる。
本発明の原子発振器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、優れた周波数安定度を有する原子発振器を提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
本発明の移動体は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
まず、本発明の原子発振器(本発明の量子干渉装置を備える原子発振器)について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る原子発振器(量子干渉装置)を示す概略図である。また、図2は、アルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図3は、光出射部から出射される2つの光の周波数差と、光検出部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。
図1に示すように、原子発振器1では、光出射部3がガスセル2に向けて励起光LLを出射し、ガスセル2を透過した励起光LLを光検出部5が検出する。
[ガスセル]
ガスセル2内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。また、ガスセル2内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
光出射部3(光源)は、ガスセル2中のアルカリ金属原子を励起する励起光LLを出射する機能を有する。
複数の光学部品41、42、43、44は、それぞれ、前述した光出射部3とガスセル2との間における励起光LLの光路上に設けられている。ここで、光出射部3側からガスセル2側へ、光学部品41、光学部品42、光学部品43、光学部品44の順に配置されている。
光検出部5は、ガスセル2内を透過した励起光LL(共鳴光1、2)の強度を検出する機能を有する。
ヒーター6(加熱部)は、前述したガスセル2(より具体的にはガスセル2中のアルカリ金属)を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル2中のアルカリ金属を適切な濃度のガス状に維持することができる。
温度センサー7は、ヒーター6またはガスセル2の温度を検出するものである。そして、この温度センサー7の検出結果に基づいて、前述したヒーター6の発熱量が制御される。これにより、ガスセル2内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
磁場発生部8は、ガスセル2内のアルカリ金属の縮退した複数のエネルギー準位をゼーマン分裂させる磁場を発生させる機能を有する。これにより、ゼーマン分裂により、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップを拡げて、分解能を向上させることができる。その結果、原子発振器1の発振周波数の精度を高めることができる。
制御部10は、光出射部3、ヒーター6および磁場発生部8をそれぞれ制御する機能を有する。
以上、原子発振器1の構成を簡単に説明した。
図4(a)は、図1に示す原子発振器が備える原子セルの斜視図、図4(b)は、図4(a)に示す原子セルの分解斜視図である。図5(a)は、図4に示す原子セルの横断面図、図5(b)は、図4に示す原子セルの縦断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図5(b)中の上側を「上」、下側を「下」という。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
図9は、本発明の第5実施形態に係る原子セルの縦断面図である。
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、優れた信頼性を有する。
図10は、GPS衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
GPS衛星200は、測位情報(GPS信号)を送信する。
図11は、本発明の移動体の一例を示す図である。
このような移動体によれば、優れた信頼性を発揮することができる。
2‥‥ガスセル
2A‥‥ガスセル
2B‥‥ガスセル
2C‥‥ガスセル
2D‥‥ガスセル
3‥‥光出射部
5‥‥光検出部
6‥‥ヒーター
7‥‥温度センサー
8‥‥磁場発生部
10‥‥制御部
11‥‥温度制御部
12‥‥励起光制御部
13‥‥磁場制御部
21‥‥胴体部
21A‥‥胴体部
21B‥‥胴体部
21C‥‥胴体部
22‥‥窓部
22C‥‥窓部
23‥‥窓部
23A‥‥窓部
23C‥‥窓部
24‥‥金属溜り部
25‥‥冷却部材
41‥‥光学部品
42‥‥光学部品
43‥‥光学部品
44‥‥光学部品
100‥‥測位システム
200‥‥GPS衛星
211‥‥貫通孔
211A‥‥貫通孔
211B‥‥貫通孔
211C‥‥貫通孔
212‥‥凹部
213‥‥溝
214‥‥貫通孔
215‥‥底部(薄肉部)
216‥‥凹部
217‥‥底部(薄肉部)
218‥‥凹部
219‥‥底部(薄肉部)
231‥‥貫通孔
241‥‥凹部
242‥‥底部(薄肉部)
300‥‥基地局装置
301‥‥アンテナ
302‥‥受信装置
303‥‥アンテナ
304‥‥送信装置
400‥‥GPS受信装置
401‥‥アンテナ
402‥‥衛星受信部
403‥‥アンテナ
404‥‥基地局受信部
1500‥‥移動体
1501‥‥車体
1502‥‥車輪
LL‥‥励起光
M‥‥アルカリ金属
S‥‥内部空間
Claims (8)
- 第1主面及び第2主面を有し、厚さ方向に貫通する第1貫通孔、前記第2主面側に開口する凹部、及び前記第1貫通孔内の第1空間と前記凹部内の第2空間とを連通する連通部が形成され、前記凹部より前記第1主面側に薄肉部を有する胴体部と、
前記胴体部の前記第1主面側に配置されている第1基板と、
前記胴体部の前記第2主面側に配置されている第2基板と、を備え、
前記第1基板の厚さ方向から見たときに前記薄肉部と重なる位置に第2貫通孔が形成されており、
前記第1空間には、気体状の金属が封入されており、
前記第2空間には、液体状または固体状の前記金属が配置されており、
前記薄肉部は、前記第1基板よりも厚さが薄い原子セル。 - 前記胴体部はシリコンを含む、請求項1に記載の原子セル。
- 前記第1基板及び第2基板はガラスを含む、請求項2に記載の原子セル。
- 前記胴体部と前記第1基板と前記第2基板とが直接接合または陽極接合されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の原子セル。
- 前記薄肉部を冷却する冷却手段を備える請求項1ないし4のいずれか1項に記載の原子セル。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の原子セルを備えることを特徴とする量子干渉装置。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の原子セルを備えることを特徴とする原子発振器。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の原子セルを備えることを特徴とする電子機器。
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