JP6520039B2 - 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金属を共鳴させる共鳴光を含む第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。
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る共鳴光と、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低減し、磁気誘起透過現象を発生させることを特徴とする。
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、
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、
前記金属の磁気量子数を調整する共鳴光を含む第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。
本発明の量子干渉装置では、前記第2の光の波長が前記共鳴光対の波長から離れていることが好ましい。
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。
本発明の量子干渉装置では、前記共鳴光対はD1線であり、
前記共鳴光はD2線であることが好ましい。
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。
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。
本発明の量子干渉装置では、前記第1光源部は、直線偏光されている光を出射する第1光源を有し、
前記第2光源部は、直線偏光されている光を出射する第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。
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。
本発明の量子干渉装置では、前記原子セルと前記受光部との間に配置されていて前記第1の光と前記第2の光とを分離する分離部を備えることが好ましい。
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。
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。
本発明の量子干渉装置では、前記第1光源部は変調を受け、前記第2光源部は変調を受けていないことが好ましい。
[適用例12]
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
以上、原子発振器1の構成を簡単に説明した。
図4は、図1に示す原子発振器が備える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。
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。
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。
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。
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。
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。
図15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16は、本発明の移動体の一例を示す図である。
1A‥‥原子発振器
1B‥‥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
10‥‥検出部
21‥‥胴体部
22‥‥窓部
23‥‥窓部
31‥‥第1光源部
31A‥‥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
82B‥‥光源制御部
83‥‥磁場制御部
91‥‥λ/4波長板
92‥‥偏光子
93‥‥偏光ビームスプリッター
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
314‥‥偏光ビームスプリッター
321‥‥第2光源
322‥‥減光フィルター
323‥‥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
824‥‥強度制御部
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(第1の光)
LL1a‥‥第1光
LL1b‥‥共鳴光対
LL1c‥‥共鳴光対
LL2‥‥調整光(第2の光)
LL2a‥‥第2光
LL2b‥‥共鳴光
LL2c‥‥調整光
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
ω0‥‥周波数
ω1‥‥周波数
ω2‥‥周波数
Claims (18)
- 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アルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光を含む第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、
前記共鳴光の波長と前記共鳴光対の波長とは異なることを特徴とする量子干渉装置。 - 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アルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光を含む第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、
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を特徴とする量子干渉装置。 - 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アルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光を含む第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、
前記第1の光の光軸と前記第2の光の光軸とが交差することを特徴とする量子干渉装置。 - 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アルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光を含む第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、
前記原子セルと前記受光部との間に配置されていて前記第1の光と前記第2の光とを分離する分離部と、
を備えることを特徴とする量子干渉装置。 - 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アルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光を含む第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、
前記原子セル内において、前記第2の光の幅は前記第1の光の幅よりも大きいことを特徴とする量子干渉装置。 - 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アルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光を含む第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、
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ことを特徴とする量子干渉装置。 - 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アルカリ金属原子を共鳴させる共鳴光を含む第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、
前記第1光源部は変調を受けており、前記第2光源部は変調を受けていないことを特徴とする量子干渉装置。 - アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、
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、
前記アルカリ金属原子の磁気量子数を調整する共鳴光を含む第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、
前記共鳴光の波長と前記共鳴光対の波長とは異なることを特徴とする量子干渉装置。 - アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、
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、
前記アルカリ金属原子の磁気量子数を調整する共鳴光を含む第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、
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を特徴とする量子干渉装置。 - アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、
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、
前記アルカリ金属原子の磁気量子数を調整する共鳴光を含む第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、
前記第1の光の光軸と前記第2の光の光軸とが交差することを特徴とする量子干渉装置。 - アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、
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、
前記アルカリ金属原子の磁気量子数を調整する共鳴光を含む第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、
前記原子セルと前記受光部との間に配置されていて前記第1の光と前記第2の光とを分離する分離部と、
を備えることを特徴とする量子干渉装置。 - アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、
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、
前記アルカリ金属原子の磁気量子数を調整する共鳴光を含む第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、
前記原子セル内において、前記第2の光の幅は前記第1の光の幅よりも大きいことを特徴とする量子干渉装置。 - アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、
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、
前記アルカリ金属原子の磁気量子数を調整する共鳴光を含む第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、
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ことを特徴とする量子干渉装置。 - アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、
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、
前記アルカリ金属原子の磁気量子数を調整する共鳴光を含む第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、
前記第1光源部は変調を受けており、前記第2光源部は変調を受けていないことを特徴とする量子干渉装置。 - 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、
前記共鳴光対および前記共鳴光のうち他方はD2線を含む、請求項1または8に記載の量子干渉装置。 - 前記第1光源部は、直線偏光されている光を出射し、
前記第2光源部は、直線偏光されている光を出射し、
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15のいずれか1項に記載の量子干渉装置。 - 請求項1ないし16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。
- 請求項1ないし16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。
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