JP6662061B2 - Quantum interference devices, atomic oscillators, electronic equipment and moving objects - 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 high-precision oscillation characteristics in the long term, an atomic oscillator that oscillates based on energy transition of atoms of an alkali metal such as rubidium and 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。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)。   Generally, the operating principle of an atomic oscillator is roughly divided into a method using a double resonance phenomenon by light and a microwave, and a method using a quantum interference effect (CPT: Coherent Population Trapping) by two kinds of light having different wavelengths. Is done. Since an atomic oscillator using the quantum interference effect can be made smaller than an atomic oscillator using the double resonance phenomenon, it is expected that it is 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(原子セル)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(光検出部)と、を備えている。そして、このような原子発振器では、特定の値の周波数差を有する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信号を用いて発振する。   An atomic oscillator utilizing the quantum interference effect includes, for example, a gas cell (atomic cell) in which a gaseous alkali metal is sealed and a resonance light pair for resonating the alkali metal in the gas cell as disclosed in Patent Document 1. A light source that emits light, and a photodetector (photodetector) that detects a pair of resonance light transmitted through the gas cell are provided. In such an atomic oscillator, an EIT (Electromagnetically Induced Transparency) phenomenon occurs in which two types of resonance light having a specific frequency difference are transmitted without being absorbed by the alkali metal in the gas cell. Although it occurs, an EIT signal, which is a steep signal generated by the EIT phenomenon, is detected by a photodetector, and oscillation is performed using the EIT signal.

特開2014−17824号公報JP 2014-17824 A

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 increasing the short-term frequency stability, the EIT signal preferably has a small line width (half width) and a high intensity. Therefore, for example, the atomic oscillator according to Patent Document 1 uses a circularly polarized resonance light pair 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、互いに同方向に円偏光している共鳴光対のみをガスセル中のアルカリ金属に照射するため、当該アルカリ金属の磁気量子数の分布に偏りが生じてしまう。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が減少し、その結果、EIT信号の強度を十分に向上させることができない。   However, in the atomic oscillator according to Patent Document 1, since only the resonance light pair circularly polarized in the same direction irradiates the alkali metal in the gas cell, the magnetic quantum number distribution of the alkali metal is biased. . Therefore, the number of metal atoms having a desired magnetic quantum number that contributes to the EIT decreases, and as a result, the intensity of the EIT signal cannot be sufficiently improved.

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。   An object of the present invention is to provide a quantum interference device capable of effectively improving the intensity of an EIT signal, and to provide an atomic oscillator, an electronic device, and a moving object including the quantum interference device.

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の量子干渉装置は、アルカリ金属原子が封入されている内部空間を有する原子セルと、
互いに同方向に円偏光して前記アルカリ金属原子を励起する共鳴光対を出射する第1光源部と、
前記内部空間において前記共鳴光対とは逆方向に円偏光して前記アルカリ金属原子を励起する調整光を出射する第2光源と、
前記内部空間を通過した前記共鳴光対および前記調整光を検出し、その検出強度に応じた信号を出力する光検出部と、
第1周波数の信号を用いて、前記光検出部の出力信号を検波して第1信号を出力する第1検波部と、
前記第1周波数とは異なる第2周波数の信号を用いて、前記光検出部の出力信号を検波して第2信号を出力する第2検波部と、
前記第1周波数および前記第2周波数とは異なる第3周波数の信号を用いて、前記光検出部の出力信号を検波して第3信号を出力する第3検波部と、を備えることを特徴とする。
The above object is achieved by the present invention described below.
The quantum interference device of the present invention, an atomic cell having an internal space in which alkali metal atoms are enclosed,
A first light source unit that emits a resonance light pair that circularly polarizes in the same direction and excites the alkali metal atom,
A second light source that emits adjustment light that excites the alkali metal atom by circularly polarizing in the opposite direction to the resonance light pair in the internal space,
A light detection unit that detects the resonance light pair and the adjustment light that have passed through the internal space, and outputs a signal corresponding to the detected intensity.
A first detection unit that detects an output signal of the light detection unit and outputs a first signal using a signal of a first frequency;
A second detection unit that detects an output signal of the light detection unit and outputs a second signal by using a signal of a second frequency different from the first frequency;
A third detection unit that detects an output signal of the light detection unit and outputs a third signal by using a signal having a third frequency different from the first frequency and the second frequency. I do.

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、原子セル内において共鳴光対とは逆方向となる回転方向で円偏光している調整光を原子セル内のアルカリ金属原子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、アルカリ金属原子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、電磁誘起透過現象(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 resonance light pair circularly polarized in the same direction as each other, the adjustment light circularly polarized in the rotation direction opposite to the resonance light pair in the atom cell is adjusted. By irradiating the alkali metal atoms in the atomic cell, the bias of the magnetic quantum number distribution due to the resonance light pair can be offset or relaxed by the adjustment light, and the bias of the magnetic quantum number distribution of the alkali metal atoms can be reduced. . Therefore, the number of metal atoms having a desired magnetic quantum number that contributes to the electromagnetic induction transmission phenomenon (EIT) is increased, and as a result, the effect of improving the intensity of the EIT signal by using a circularly polarized resonance light pair is obtained. It can be significantly expressed. Therefore, the intensity of the EIT signal can be effectively improved.

ここで、第1周波数、第2周波数および第3周波数が互いに異なるため、第1検波部、第2検波部および第3検波部を用いて、1つの光検出部の出力信号から、共鳴光対の中心波長(中心周波数)、調整光の波長(周波数)および共鳴光対間の波長差(周波数差)に関する信号をそれぞれ区別して検出することができる。そのため、これらの検波部の信号を用いて、共鳴光対および調整光のそれぞれの波長や発振周波数を安定化させることができる。   Here, since the first frequency, the second frequency, and the third frequency are different from each other, the first light detection unit, the second detection unit, and the third detection unit are used to calculate the resonance light pair from the output signal of one light detection unit. , A signal related to the center wavelength (center frequency), the wavelength (frequency) of the adjustment light, and the wavelength difference (frequency difference) between the resonance light pair can be detected separately. Therefore, using the signals of these detectors, it is possible to stabilize the respective wavelengths and oscillation frequencies of the resonance light pair and the adjustment light.

本発明の量子干渉装置では、前記第1信号および前記第3信号を用いて前記第1光源部を駆動する第1駆動回路を備えることが好ましい。   The quantum interference device of the present invention preferably includes a first drive circuit that drives the first light source unit using the first signal and the third signal.

これにより、第1駆動回路が、第1信号に基づくバイアス電流と第3信号に基づく変調電流とを重畳して第1光源部に入力して第1光源部を駆動することができる。そして、第1信号に基づくバイアス電流により共鳴光対の中心波長を安定化させるとともに、第3信号に基づく変調電流により共鳴光対間の周波数差を安定化させることができる。   Accordingly, the first drive circuit can drive the first light source unit by superimposing the bias current based on the first signal and the modulation current based on the third signal and inputting the superimposed current to the first light source unit. The center wavelength of the resonance light pair can be stabilized by the bias current based on the first signal, and the frequency difference between the resonance light pairs can be stabilized by the modulation current based on the third signal.

本発明の量子干渉装置では、前記第2信号を用いて前記第2光源部を駆動する第2駆動回路を備えることが好ましい。   In the quantum interference device according to the aspect of the invention, it is preferable that the quantum interference device further include a second drive circuit that drives the second light source unit using the second signal.

これにより、第2駆動回路が、第2信号に基づくバイアス電流を第2光源部に入力して第2光源部を駆動することができる。そして、第2信号に基づくバイアス電流により調整光の波長を安定化させることができる。   Thus, the second drive circuit can drive the second light source unit by inputting the bias current based on the second signal to the second light source unit. Then, the wavelength of the adjustment light can be stabilized by the bias current based on the second signal.

本発明の量子干渉装置では、前記第3信号を用いてクロック信号を出力する発振器を備えることが好ましい。   The quantum interference device of the present invention preferably includes an oscillator that outputs a clock signal using the third signal.

これにより、発振器が、第3信号に基づく周波数のクロック信号を出力することができる。   Thus, the oscillator can output a clock signal having a frequency based on the third signal.

本発明の量子干渉装置では、前記第3周波数が前記第1周波数および前記第2周波数よりも大きいことが好ましい。   In the quantum interference device of the present invention, it is preferable that the third frequency is higher than the first frequency and the second frequency.

アルカリ金属原子のEIT信号の線幅はアルカリ金属原子の吸収スペクトルの線幅よりも小さい。したがって、第3周波数を第1周波数および第2周波数よりも大きくすることにより、第3検波部において共鳴光対間の周波数差に関する信号を共鳴光対の中心波長および調整光の波長に関する信号と容易に区別して検波することができる。   The line width of the EIT signal of the alkali metal atom is smaller than the line width of the absorption spectrum of the alkali metal atom. Therefore, by setting the third frequency higher than the first frequency and the second frequency, the signal relating to the frequency difference between the pair of resonance light and the signal relating to the center wavelength of the pair of resonance light and the wavelength of the adjustment light can be easily obtained in the third detection unit. Can be detected separately.

本発明の量子干渉装置では、前記共鳴光対がD1線であり、前記調整光がD2線であることが好ましい。   In the quantum interference device of the present invention, it is preferable that the resonance light pair is a D1 line and the adjustment light is a D2 line.

これにより、調整光によるEIT現象を低減し、EIT信号の強度を効率的に向上させることができる。   Thus, the EIT phenomenon caused by the adjustment light can be reduced, and the intensity of the EIT signal can be efficiently improved.

本発明の量子干渉装置では、前記第1光源部および前記第2光源部のそれぞれが面発光レーザーを有することが好ましい。   In the quantum interference device of the present invention, it is preferable that each of the first light source unit and the second light source unit has a surface emitting laser.

これにより、所望の周波数を有する共鳴光対および調整光を容易に生成することができる。   This makes it possible to easily generate the resonance light pair and the adjustment light having a desired frequency.

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。
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。
An atomic oscillator according to the present invention includes the quantum interference device according to the present invention.
Thereby, it is possible to provide an atomic oscillator including the quantum interference device that can effectively improve the intensity of the EIT signal.

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。
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。
An electronic device according to the present invention includes the quantum interference device according to the present invention.
Accordingly, it is possible to provide an electronic device including the quantum interference device that can effectively improve the intensity of the EIT signal.

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。
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移動体を提供することができる。
A mobile object according to the present invention includes the quantum interference device according to the present invention.
Accordingly, it is possible to provide a moving object including the quantum interference device that can effectively improve the intensity of the EIT signal.

本発明の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。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an atomic oscillator (quantum interference device) according to an 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。FIG. 3 is a diagram for simply explaining an 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、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。9 is a graph illustrating a relationship between a frequency difference between two lights emitted from the light source unit and an intensity of light detected by the light detection unit. 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 the distribution at the time of irradiation. アルカリ金属原子(セシウム原子)のD1線吸収スペクトルを説明する図である。It is a figure explaining the D1-line absorption spectrum of an alkali metal atom (cesium atom). アルカリ金属原子(セシウム原子)のD1線吸収スペクトルと共鳴光対の周波数との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relation between D1 line absorption spectrum of an alkali metal atom (cesium atom), and the frequency of a resonance light pair. アルカリ金属原子(セシウム原子)のD2線吸収スペクトルを説明する図である。It is a figure explaining the D2-line absorption spectrum of an alkali metal atom (cesium atom). アルカリ金属原子(セシウム原子)のD2線吸収スペクトルと調整光の周波数との関係を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a D2 line absorption spectrum of an alkali metal atom (cesium atom) and a frequency of adjustment light. アルカリ金属原子(セシウム原子)のEITスペクトルを説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an EIT spectrum of an alkali metal atom (cesium atom). 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。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration in a case where an atomic oscillator of the present invention is used in a 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 showing an example of a mobile of the present 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 object 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 (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 a magnetic sensor and a quantum memory. It is possible.

図1は、本発明の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、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。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an atomic oscillator (quantum interference device) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for simply explaining the energy state of an alkali metal atom. FIG. 3 is a graph illustrating a relationship between a frequency difference between two lights emitted from the light source unit and an intensity of light detected by the light detection unit.

原子発振器1は、量子干渉効果を利用した発振器であり、図1に示すように、量子干渉ユニット10と、量子干渉ユニット10に電気的に接続されている回路部20と、を有する。   The atomic oscillator 1 is an oscillator using the quantum interference effect, and includes a quantum interference unit 10 and a circuit unit 20 electrically connected to the quantum interference unit 10, as shown in FIG.

量子干渉ユニット10は、例えばルビジウム原子やセシウム原子等のアルカリ金属原子が封入されて原子セル2(ガスセル)と、共鳴光対LL1および調整光LL2を原子セル2に照射する光源部3と、原子セル2を透過した共鳴光対LL1および調整光LL2を検出する光検出部4と、原子セル2に磁場を印加するコイル5と、を有する。   The quantum interference unit 10 includes, for example, an atomic cell 2 (gas cell) in which an alkali metal atom such as rubidium atom or cesium atom is sealed, a light source unit 3 that irradiates the atomic cell 2 with the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2, It has a light detection unit 4 for detecting the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 transmitted through the cell 2, and a coil 5 for applying a magnetic field to the atomic cell 2.

回路部20は、回路部6(第1回路部)と、回路部7(第3回路部)と、回路部8(第2回路部)と、を有する。回路部6は、検波回路61(第1検波部)と、変調回路62と、低周波発振器63と、駆動回路64(第1駆動回路)と、を有する。回路部7は、検波回路71(第3検波部)と、電圧制御型水晶発振器72(VCXO:Voltage Controlled Crystal Oscillators)と、変調回路73と、低周波発振器74と、位相同期回路75(PLL:phase locked loop)と、を有する。回路部8は、検波回路81(第2検波部)と、変調回路82と、低周波発振器83と、駆動回路84(第2駆動回路)と、を有する。   The circuit section 20 includes a circuit section 6 (first circuit section), a circuit section 7 (third circuit section), and a circuit section 8 (second circuit section). The circuit unit 6 includes a detection circuit 61 (first detection unit), a modulation circuit 62, a low-frequency oscillator 63, and a drive circuit 64 (first drive circuit). The circuit unit 7 includes a detection circuit 71 (third detection unit), a voltage controlled crystal oscillator 72 (VCXO), a modulation circuit 73, a low frequency oscillator 74, and a phase synchronization circuit 75 (PLL: phase locked loop). The circuit unit 8 includes a detection circuit 81 (second detection unit), a modulation circuit 82, a low-frequency oscillator 83, and a drive circuit 84 (second drive circuit).

この原子発振器1では、回路部6が共鳴光対LL1の中心周波数を所定の周波数で安定化させるとともに、回路部7が共鳴光対の周波数差を所定の周波数差で安定化させる。これにより、特定の周波数差を有する2つの共鳴光がアルカリ金属に吸収されずに透過する電磁誘起透過(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象を発生させる。また、回路部7が、EIT現象に伴って発生する急峻な信号であるEIT信号を用いて、電圧制御型水晶発振器72(VCXO)の出力信号を所定の周波数で安定させてクロック信号として出力する。   In the atomic oscillator 1, the circuit section 6 stabilizes the center frequency of the resonance light pair LL1 at a predetermined frequency, and the circuit section 7 stabilizes the frequency difference between the resonance light pairs at the predetermined frequency difference. As a result, an electromagnetically induced transparency (EIT) phenomenon occurs in which two resonance lights having a specific frequency difference are transmitted without being absorbed by the alkali metal. Further, the circuit unit 7 stabilizes the output signal of the voltage controlled crystal oscillator 72 (VCXO) at a predetermined frequency using the steep EIT signal generated due to the EIT phenomenon and outputs it as a clock signal. .

特に、原子発振器1では、回路部8が調整光LL2の周波数を所定の周波数で安定化させる。ここで、共鳴光対LL1が互いに同方向に円偏光している2つの共鳴光からなり、一方、調整光LL2が共鳴光対LL1とは逆方向に円偏光している共鳴光からなる。これにより、EIT信号の強度を大きくして、原子発振器1の発振特性を向上させることができる。   In particular, in the atomic oscillator 1, the circuit section 8 stabilizes the frequency of the adjustment light LL2 at a predetermined frequency. Here, the resonance light pair LL1 is composed of two resonance lights circularly polarized in the same direction, while the adjustment light LL2 is composed of resonance light circularly polarized in the opposite direction to the resonance light LL1. Thereby, the intensity of the EIT signal can be increased, and the oscillation characteristics of the atomic oscillator 1 can be improved.

以下、原子発振器1の各部を順次説明する。
(量子干渉ユニット)
量子干渉ユニット10は、前述したように、例えばルビジウム原子やセシウム原子等のアルカリ金属原子が封入されて原子セル2(ガスセル)と、共鳴光対LL1および調整光LL2を原子セル2に照射する光源部3と、原子セル2を透過した共鳴光対LL1および調整光LL2を検出する光検出部4と、原子セル2に磁場を印加するコイル5と、を有する。
Hereinafter, each part of the atomic oscillator 1 will be sequentially described.
(Quantum interference unit)
As described above, the quantum interference unit 10 includes, for example, an atomic cell 2 (gas cell) in which alkali metal atoms such as rubidium atoms and cesium atoms are sealed, and a light source that irradiates the atomic cell 2 with the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2. A unit 3, a light detection unit 4 for detecting the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 transmitted through the atomic cell 2, and a coil 5 for applying a magnetic field to the atomic cell 2.

[原子セル]
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(アルカリ金属原子)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ガス状のアルカリ金属とともに封入されていてもよい。
[Atom cell]
The atomic cell 2 is filled with an alkali metal (alkali metal atom) such as gaseous rubidium, cesium, and sodium. In addition, a rare gas such as argon or neon, or an inert gas such as nitrogen may be sealed as a buffer gas together with the gaseous alkali metal in the atomic cell 2 as necessary.

より具体的に説明すると、図1に示すように、原子セル2は、貫通孔211を有する胴体部21と、貫通孔211を塞ぐように胴体部21に接合された1対の窓部22、23とを有している。そして、胴体部21および1対の窓部22、23が、気体状のアルカリ金属が封入されている内部空間Sを区画形成(構成)している。   More specifically, as shown in FIG. 1, the atomic cell 2 includes a body 21 having a through hole 211 and a pair of windows 22 joined to the body 21 so as to cover the through hole 211. 23. The body 21 and the pair of windows 22 and 23 define (configure) an internal space S in which gaseous alkali metal is sealed.

胴体部21の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶、シリコン材料等が挙げられる。一方、窓部22、23の構成材料としては、それぞれ、前述したような共鳴光対LL1および調整光LL2に対する透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。ここで、胴体部21をシリコンで構成するとともに、窓部22、23をガラスで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る。   The constituent material of the body portion 21 is not particularly limited, and examples thereof include a glass material, a quartz crystal, and a silicon material. On the other hand, the constituent materials of the windows 22 and 23 are not particularly limited as long as they have the above-described transmittance for the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2, respectively. No. Here, since the body 21 is made of silicon and the windows 22 and 23 are made of glass, the body 21 and the window 22 can be easily and hermetically joined by anodic bonding.

このような原子セル2に封入されているアルカリ金属原子は、図2に示すように、異なる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。第1基底準位は、第2基底準位よりも低いエネルギー準位である。   As shown in FIG. 2, the alkali metal atoms sealed in such an atomic cell 2 are composed of two different ground levels (a first ground level and a second ground level) and an excited level. It has a three-level energy level. The first ground level is an energy level lower than the second ground level.

ここで、第1基底準位と励起準位とのエネルギー差に相当する周波数ωを有する共鳴光(第1共鳴光)、および、第2の基底準位と励起準位とのエネルギー差に相当する周波数ωを有する共鳴光(第2共鳴光)を、それぞれ単独でアルカリ金属原子に照射すると光吸収が起きる。これに対し、第1共鳴光および第2共鳴光(共鳴光対)を同時に照射すると、第1共鳴光および第2共鳴光の双方がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する電磁誘起透過(EIT)現象が生じる。すなわち、このEIT現象は、第1共鳴光および第2共鳴光をアルカリ金属原子に同時に照射し、第1共鳴光の周波数ωと第2共鳴光の周波数ωとの周波数差(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に一致したときに起きる。したがって、図3に示すように、周波数差(ω−ω)に応じて第1共鳴光および第2共鳴光のアルカリ金属原子における光吸収率(光透過率)は変化し、周波数差(ω−ω)が周波数ωに一致したときにEIT現象が起き、アルカリ金属原子を透過した第1共鳴光および第2共鳴光の強度が急峻に上昇する。このような急峻な信号をEIT信号と呼ぶ。このEIT信号は、アルカリ金属原子の種類によって決まった固有値をもっている。それゆえ、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。 Here, the resonance light (first resonance light) having a frequency ω 1 corresponding to the energy difference between the first ground level and the excitation level, and the energy difference between the second ground level and the excitation level resonance light having a corresponding frequency omega 2 (second resonant light) alone by the light absorption by irradiating the alkali metal atoms occurs. On the other hand, when the first resonance light and the second resonance light (resonance light pair) are simultaneously irradiated, both of the first resonance light and the second resonance light are transmitted without being absorbed by the alkali metal atom (EIT). ) A phenomenon occurs. That is, in the EIT phenomenon, the alkali metal atoms are simultaneously irradiated with the first resonance light and the second resonance light, and the frequency difference (ω 1 −) between the frequency ω 1 of the first resonance light and the frequency ω 2 of the second resonance light. ω 2 ) coincides with the frequency ω 0 corresponding to the energy difference ΔE between the first ground level and the second ground level. Therefore, as shown in FIG. 3, the light absorptivity (light transmittance) of the first resonance light and the second resonance light in the alkali metal atom changes according to the frequency difference (ω 1 −ω 2 ), and the frequency difference (ω 1 −ω 2 ) When (ω 1 −ω 2 ) coincides with the frequency ω 0 , the EIT phenomenon occurs, and the intensity of the first resonance light and the second resonance light transmitted through the alkali metal atom sharply increases. Such a steep signal is called an EIT signal. This EIT signal has an eigenvalue determined by the type of the alkali metal atom. Therefore, by using such an EIT signal as a reference, a highly accurate oscillator can be configured.

以上、原子セル2について説明した。このような原子セル2は、原子セル2の温度を検出する温度センサー(図示せず)の検出結果に基づいて駆動されるヒーター(図示せず)により加熱されている。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。   The atomic cell 2 has been described above. Such an atomic cell 2 is heated by a heater (not shown) driven based on a detection result of a temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of the atomic cell 2. Thereby, the alkali metal in the atomic cell 2 can be maintained in a gaseous state having an appropriate concentration.

[光出射部]
光源部3は、共鳴光対LL1および調整光LL2を出射する機能を有する。共鳴光対LL1は、互いに同方向に円偏光している前述した第1共鳴光(probe光)および第2共鳴光(coupling光)からなり、前述したように原子セル2内のアルカリ金属原子に対してEIT現象を生じさせる。一方、調整光LL2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第3共鳴光であり、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。ここで、「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。なお、共鳴光対LL1および調整光LL2については、後に詳述する。
[Light emitting unit]
The light source unit 3 has a function of emitting the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2. The resonance light pair LL1 is composed of the above-described first resonance light (probe light) and second resonance light (coupling light) which are circularly polarized in the same direction. On the other hand, an EIT phenomenon occurs. On the other hand, the adjustment light LL2 is third resonance light that is circularly polarized in the opposite direction to the first resonance light and the second resonance light, and adjusts the magnetic quantum number of the alkali metal atom in the atomic cell 2. Here, “circularly polarized light” means that when focusing on either the electric field component or the magnetic field component of a light wave, the direction of the vibration rotates at the frequency of the light wave in a plane perpendicular to the light traveling direction. However, it is light whose amplitude is constant irrespective of its direction, in other words, light in which the vibration of an electric field (or magnetic field) draws a circle as it propagates. Note that the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 will be described later in detail.

図1に示すように、光源部3は、共鳴光対LL1(第1光)を出射する第1光源部31と、調整光LL2(第2光)を出射する第2光源部32と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the light source unit 3 includes a first light source unit 31 that emits a resonance light pair LL1 (first light) and a second light source unit 32 that emits adjustment light LL2 (second light). Have.

第1光源部31は、第1光源311(第1発光素子)と、1/4波長板313と、絞り部材34と、を有している。一方、第2光源部32は、第2光源321と、1/4波長板313と、絞り部材34と、を有している。ここで、1/4波長板313および絞り部材34は、前述した第1光源部31と共通して設けられている。すなわち、1/4波長板313および絞り部材34は、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。   The first light source unit 31 includes a first light source 311 (first light emitting element), a 波長 wavelength plate 313, and an aperture member 34. On the other hand, the second light source section 32 includes a second light source 321, a 波長 wavelength plate 313, and a stop member 34. Here, the 波長 wavelength plate 313 and the aperture member 34 are provided in common with the first light source unit 31 described above. That is, it can be said that the 1 / wavelength plate 313 and the aperture member 34 are provided in the first light source unit 31 and that the second light source unit 32 is provided.

第1光源311および第2光源321は、シリコン基板等の基板33上に配置されている。第1光源311は、直線偏光されている第1共鳴光および第2共鳴光を含む光LL1aを出射する機能を有する。一方、第2光源321は、第1光源311からの光LL1aの直線偏光の方向と直交する方向に直線偏光されている第3共鳴光を含む光LL2aを出射する機能を有する。ここで、光LL1a、LL2aは、それぞれ、所定の放射角をもって拡がって出射される。これにより、共鳴光対LL1および調整光LL2を重ねた状態で原子セル2内に照射することができる。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 and the second light source 321 are arranged on a substrate 33 such as a silicon substrate. The first light source 311 has a function of emitting light LL1a that includes linearly polarized first resonance light and second resonance light. On the other hand, the second light source 321 has a function of emitting light LL2a including third resonance light linearly polarized in a direction orthogonal to the direction of linearly polarized light LL1a from the first light source 311. Here, the lights LL1a and LL2a are emitted with a predetermined radiation angle. Thereby, it is possible to irradiate the atomic cell 2 in a state where the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 are superimposed. Note that “linearly polarized light” is light in which the vibration surface of an electromagnetic wave (light) is within one plane, in other words, light in which the vibration direction of an electric field (or magnetic field) is constant.

第1光源311および第2光源321は、それぞれ、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。特に、第1光源311および第2光源321のそれぞれが面発光レーザーであることにより、所望の周波数を有する共鳴光対LL1および調整光LL2を容易に生成することができる。なお、第2光源321は、半導体レーザーの他、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ってもよい。   Each of the first light source 311 and the second light source 321 is, for example, but not limited to, a semiconductor laser such as an edge emitting laser or a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). In particular, since each of the first light source 311 and the second light source 321 is a surface emitting laser, the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 having a desired frequency can be easily generated. In addition, the second light source 321 may be a light emitting element such as a light emitting diode (LED) and an organic electroluminescence (organic EL) element in addition to the semiconductor laser.

また、第2光源321の出力(光LL2aの強度)は、第1光源311の出力(光LL1aの強度)よりも小さいことが好ましい。これにより、後述するような調整光による作用を効果的に生じさせることができる。   Further, it is preferable that the output of the second light source 321 (the intensity of the light LL2a) is smaller than the output of the first light source 311 (the intensity of the light LL1a). As a result, an effect by the adjustment light as described later can be effectively generated.

1/4波長板313は、入射した光の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1/4波長板313は、第1光源311からの光LL1a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。また、1/4波長板313は、第2光源321からの光LL2a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。ここで、直線偏光されている光LL2aの偏光方向は、直線偏光されている光LL1aの偏光方向と異なる方向(直交する方向)である。したがって、1/4波長板313で生成した共鳴光対LL1が右円偏光である場合、1/4波長板313で生成した調整光LL2は左円偏光であり、一方、共鳴光対LL1が左円偏光である場合、調整光LL2は右円偏光である。このような互いに反対方向となる回転方向で円偏光した共鳴光対LL1および調整光LL2を互いに同じ側から原子セル2に照射することにより、原子セル2内において、調整光LL2の円偏光の回転方向が共鳴光対LL1の円偏光の回転方向に対して逆方向となる。   The 波長 wavelength plate 313 is a birefringent element that generates a phase difference π / 2 (90 °) between orthogonal polarization components of incident light. This quarter-wave plate 313 has a function of converting the light LL1a from the first light source 311 from linearly polarized light to circularly polarized (including elliptically polarized light) resonant light pair LL1. The quarter-wave plate 313 also has a function of converting the light LL2a from the second light source 321 from linearly polarized light to circularly polarized light (including elliptically polarized light) LL2. Here, the polarization direction of the linearly polarized light LL2a is different from the polarization direction of the linearly polarized light LL1a (the direction orthogonal to the polarization direction). Therefore, when the resonance light pair LL1 generated by the 波長 wavelength plate 313 is right circularly polarized light, the adjustment light LL2 generated by the quarter wavelength plate 313 is left circularly polarized light, while the resonance light pair LL1 is left polarized. In the case of circularly polarized light, the adjustment light LL2 is right circularly polarized light. By irradiating the atomic cell 2 with the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 circularly polarized in the rotation directions opposite to each other from the same side, the rotation of the circularly polarized light of the adjustment light LL2 in the atom cell 2 The direction is opposite to the rotation direction of the circularly polarized light of the resonance light pair LL1.

絞り部材34は、1/4波長板313の原子セル2とは反対側の面上に配置されている。この絞り部材34は、入射した光のうちの一部の領域の光を通過させる開口341を有し、光の幅(径)および形状を調整する機能を有する。これにより、第1光源311からの光LL1aの一部が開口341を通過し、これにより、光LL1aの幅および形状が調整される。また、第2光源321からの光LL2aの一部が開口341を通過し、これにより、光LL2aの幅および形状が調整される。ここで、光源部3の光軸である軸線aに沿った方向から見たとき、絞り部材34に沿った面上において光LL1aと光LL2aとが重なる領域内に開口341が包含されていることが好ましい。これにより、絞り部材34を通過した光LL1aおよび光LL2aの通過領域を互いに揃える(一致または近似した領域とする)ことができる。   The aperture member 34 is arranged on the surface of the quarter-wave plate 313 opposite to the atomic cell 2. The aperture member 34 has an opening 341 for passing light in a partial region of the incident light, and has a function of adjusting the width (diameter) and shape of the light. Thereby, a part of the light LL1a from the first light source 311 passes through the opening 341 and thereby the width and the shape of the light LL1a are adjusted. Further, a part of the light LL2a from the second light source 321 passes through the opening 341 and thereby the width and the shape of the light LL2a are adjusted. Here, when viewed from the direction along the axis a that is the optical axis of the light source unit 3, the opening 341 is included in the area where the light LL1a and the light LL2a overlap on the surface along the diaphragm member 34. Is preferred. Thereby, the light LL1a and the light LL2a that have passed through the stop member 34 can be made to have the same passage area (matched or approximated area).

絞り部材34の開口341を除く部分は、遮光性を有する。このような絞り部材34の構成材料としては、絞り部材34の開口341を除く部分が遮光性を有することができれば、特に限定されず、例えば、樹脂材料、金属材料等を用いることができるが、絞り部材34の開口341を除く部分が光の反射を防止することができるものが好ましい。また、絞り部材34の形成方法は、特に限定されない。本実施形態の場合、例えば、1/4波長板313上に公知の成膜法を用いて絞り部材34を形成することができる。   The portion of the diaphragm member 34 except for the opening 341 has a light shielding property. The constituent material of the diaphragm member 34 is not particularly limited as long as the portion of the diaphragm member 34 except for the opening 341 can have light shielding properties. For example, a resin material, a metal material, or the like can be used. It is preferable that the portion other than the opening 341 of the aperture member 34 can prevent light reflection. Further, the method for forming the aperture member 34 is not particularly limited. In the case of the present embodiment, for example, the aperture member 34 can be formed on the 波長 wavelength plate 313 by using a known film forming method.

ここで、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の通過領域に一致または包含されていることが好ましい。本実施形態では、原子セル2内において、共鳴光対LL1および調整光LL2のそれぞれの光軸は、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と平行となっている。これにより、絞り部材34を通過した共鳴光対LL1および調整光LL2の通過領域を互いに一致させることができる。なお、原子セル2内において共鳴光対LL1の通過領域を調整光LL2の通過領域に一致または近似させることができれば、共鳴光対LL1および調整光LL2のそれぞれの光軸が軸線aに対して傾斜していてもよい。   Here, in the atomic cell 2, it is preferable that the passage area of the resonance light pair LL1 coincides with or is included in the passage area of the adjustment light LL2. In the present embodiment, in the atomic cell 2, the respective optical axes of the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 are parallel to the axis a along the direction in which the windows 22 and 23 of the atomic cell 2 are aligned. ing. Thereby, the passage areas of the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 that have passed through the stop member 34 can be made to coincide with each other. If the passage area of the resonance light pair LL1 can be matched or approximated with the passage area of the adjustment light LL2 in the atomic cell 2, the optical axes of the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 are inclined with respect to the axis a. It may be.

以上、光源部3(第1光源部31および第2光源部32)について説明した。なお、第1光源311および第2光源321と原子セル2との間にレンズが配置されていてもよい。この場合、例えば原子セル2内の共鳴光対LL1および調整光LL2を平行光とすることができる。また、第1光源311および第2光源321と1/4波長板313との間に1/2波長板が配置されていてもよい。この場合、第1光源311および第2光源321をそれぞれ光軸まわりに90°回転させた姿勢で設置すればよい。   The light source unit 3 (the first light source unit 31 and the second light source unit 32) has been described above. Note that a lens may be arranged between the first light source 311 and the second light source 321 and the atomic cell 2. In this case, for example, the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 in the atomic cell 2 can be parallel light. Further, a 波長 wavelength plate may be arranged between the first light source 311 and the second light source 321 and the 波長 wavelength plate 313. In this case, the first light source 311 and the second light source 321 may be installed in a posture rotated by 90 ° around the optical axis.

[光検出部]
光検出部4は、原子セル2に対して光源部3とは反対側に配置されている。光検出部4は、原子セル2内を透過した共鳴光対LL1および調整光LL2の強度を検出し、その検出強度に応じた信号を出力する機能を有する。
[Light detector]
The light detection unit 4 is disposed on the side opposite to the light source unit 3 with respect to the atomic cell 2. The light detection unit 4 has a function of detecting the intensity of the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 transmitted through the atomic cell 2, and outputting a signal corresponding to the detected intensity.

光検出部4としては、共鳴光対LL1および調整光LL2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、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 detection unit 4 is not particularly limited as long as it can detect the intensity of the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2. For example, a light detector (light receiving element) such as a photodiode can be used.

[コイル]
コイル5は、通電により原子セル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。
[coil]
The coil 5 has a function of applying a magnetic field to the alkali metal in the atomic cell 2 by energization. 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 improved.

ここで、コイル5からの磁場は、原子セル2内において、共鳴光対LL1および調整光LL2の進行方向に沿っている(ほぼ平行である)。なお、原子セル2内のアルカリ金属に対して共鳴光対および調整光を効率的に作用させる観点から、原子セル2内において、コイル5からの磁場の方向は、共鳴光対LL1の進行方向に対して、0°以上30°以下であることが好ましく、0°以上20°以下であることがより好ましく、0°以上10°以下であることがさらに好ましい。   Here, the magnetic field from the coil 5 is along the traveling direction of the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 (substantially parallel) in the atomic cell 2. In addition, from the viewpoint of efficiently causing the resonance light pair and the adjustment light to act on the alkali metal in the atomic cell 2, the direction of the magnetic field from the coil 5 in the atomic cell 2 is in the traveling direction of the resonance light pair LL1. On the other hand, it is preferably from 0 ° to 30 °, more preferably from 0 ° to 20 °, and further preferably from 0 ° to 10 °.

本実施形態では、コイル5は、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ある。なお、コイル5は、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。   In the present embodiment, the coil 5 is a coil wound around the outer circumference of the atomic cell 2 so as to form a solenoid type. The coil 5 may be constituted by a pair of coils provided to face each other via the atomic cell 2 so as to form a Helmholtz type.

また、コイル5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。コイル5への通電は、図示しない磁場制御部により、コイル5が発生する磁場が一定となるように制御される。   Further, the magnetic field generated by the coil 5 is a constant magnetic field (DC magnetic field), but an AC magnetic field may be superimposed. The energization of the coil 5 is controlled by a magnetic field control unit (not shown) so that the magnetic field generated by the coil 5 becomes constant.

(回路部)
図1に示す回路部20は、前述したように、回路部6(第1回路部)と、回路部7(第3回路部)と、回路部8(第2回路部)と、を有する。
(Circuit section)
As described above, the circuit unit 20 illustrated in FIG. 1 includes the circuit unit 6 (first circuit unit), the circuit unit 7 (third circuit unit), and the circuit unit 8 (second circuit unit).

[第1回路部]
回路部6は、検波回路61(第1検波部)と、変調回路62と、低周波発振器63と、駆動回路64と、を有する。
[First circuit unit]
The circuit unit 6 includes a detection circuit 61 (first detection unit), a modulation circuit 62, a low-frequency oscillator 63, and a drive circuit 64.

検波回路61は、数Hz〜数百Hz程度の低い周波数f1(第1周波数)で発振する低周波発振器63の発振信号(第1周波数の信号)を用いて光検出部4の出力信号を同期検波する。変調回路62は、検波回路61による同期検波を可能とするために、低周波発振器63の出力信号(発振信号)を変調信号として検波回路61の出力信号を変調する。そして、変調回路62の出力信号は、駆動回路64に出力される。   The detection circuit 61 synchronizes the output signal of the light detection unit 4 using an oscillation signal (a signal of the first frequency) of the low frequency oscillator 63 that oscillates at a low frequency f1 (a first frequency) of about several Hz to several hundred Hz. Detect. The modulation circuit 62 modulates the output signal of the detection circuit 61 using the output signal (oscillation signal) of the low-frequency oscillator 63 as a modulation signal in order to enable synchronous detection by the detection circuit 61. Then, the output signal of the modulation circuit 62 is output to the drive circuit 64.

駆動回路64は、変調回路62の出力信号に応じてバイアス電流を微調整して、第1光源311に供給するバイアス電流を設定する(第1光源311から出射する光の中心波長を設定する)。すなわち、第1光源311、原子セル2、光検出部4、検波回路61、変調回路62および駆動回路64を通るフィードバックループにより第1光源311が出射する光の中心波長が制御(微調整)される。   The drive circuit 64 finely adjusts the bias current according to the output signal of the modulation circuit 62 and sets the bias current to be supplied to the first light source 311 (sets the center wavelength of the light emitted from the first light source 311). . That is, the center wavelength of light emitted from the first light source 311 is controlled (finely adjusted) by a feedback loop passing through the first light source 311, the atomic cell 2, the light detection unit 4, the detection circuit 61, the modulation circuit 62, and the drive circuit 64. You.

また、駆動回路64は、バイアス電流に、後述する位相同期回路75(PLL)から出力された変調周波数の電流(変調電流)を重畳して第1光源311に供給する。例えば、図示しないが、駆動回路64は、バイアス電流に変調電流を重畳して第1光源311に出力するバイアスティー(高周波部品)等を有する。   Further, the drive circuit 64 superimposes a current of a modulation frequency (modulation current) output from a phase synchronization circuit 75 (PLL) described later on the bias current and supplies the bias current to the first light source 311. For example, although not shown, the drive circuit 64 includes a bias tee (high-frequency component) that superimposes the modulation current on the bias current and outputs the resultant to the first light source 311.

[第2回路部]
回路部8は、検波回路81(第2検波部)と、変調回路82と、低周波発振器83と、駆動回路84と、を有する。
[Second circuit unit]
The circuit unit 8 includes a detection circuit 81 (second detection unit), a modulation circuit 82, a low-frequency oscillator 83, and a drive circuit 84.

検波回路81は、数Hz〜数百Hz程度の低い周波数f2(第2周波数)で発振する低周波発振器83の発振信号(第2周波数の信号)を用いて光検出部4の出力信号を同期検波する。変調回路82は、検波回路81による検波を可能とするために、低周波発振器83の出力信号(発振信号)を変調信号として検波回路81の出力信号を変調する。そして、変調回路82の出力信号は、駆動回路84に出力される。   The detection circuit 81 synchronizes the output signal of the light detection unit 4 using an oscillation signal (a signal of the second frequency) of the low frequency oscillator 83 that oscillates at a low frequency f2 (a second frequency) of about several Hz to several hundred Hz. Detect. The modulation circuit 82 modulates the output signal of the detection circuit 81 using the output signal (oscillation signal) of the low-frequency oscillator 83 as a modulation signal in order to enable detection by the detection circuit 81. Then, the output signal of the modulation circuit 82 is output to the drive circuit 84.

駆動回路84は、変調回路82の出力信号に応じてバイアス電流を微調整して、第2光源321に供給するバイアス電流を設定する(第2光源321から出射する光の波長を設定する)。すなわち、第2光源321、原子セル2、光検出部4、検波回路81、変調回路82および駆動回路84を通るフィードバックループにより第2光源321が出射する光の波長(中心波長)が制御(微調整)される。   The drive circuit 84 finely adjusts the bias current according to the output signal of the modulation circuit 82 and sets the bias current to be supplied to the second light source 321 (sets the wavelength of the light emitted from the second light source 321). That is, the wavelength (center wavelength) of the light emitted from the second light source 321 is controlled (fine) by a feedback loop passing through the second light source 321, the atomic cell 2, the light detection unit 4, the detection circuit 81, the modulation circuit 82, and the drive circuit 84. Adjusted).

[第3回路部]
回路部7は、検波回路71(第3検波部)と、電圧制御型水晶発振器72(VCXO:Voltage Controlled Crystal Oscillators)と、変調回路73と、低周波発振器74と、位相同期回路75(PLL:phase locked loop)と、を有する。
[Third circuit unit]
The circuit unit 7 includes a detection circuit 71 (third detection unit), a voltage controlled crystal oscillator (VCXO: Voltage Controlled Crystal Oscillators) 72, a modulation circuit 73, a low-frequency oscillator 74, and a phase synchronization circuit 75 (PLL: phase locked loop).

検波回路71は、数Hz〜数百Hz程度の低い周波数f3(第3周波数)で発振する低周波発振器74の発振信号(第3周波数の信号)を用いて光検出部4の出力信号を同期検波する。そして、電圧制御型水晶発振器72(VCXO)は、検波回路71の出力信号の大きさに応じて、電圧制御型水晶発振器(VCXO)72の発振周波数が微調整される。電圧制御型水晶発振器(VCXO)72は、例えば、数十Hz〜数百Hz程度の低い周波数で発振する。   The detection circuit 71 synchronizes the output signal of the light detection unit 4 using an oscillation signal (a signal of the third frequency) of the low frequency oscillator 74 that oscillates at a low frequency f3 (a third frequency) of about several Hz to several hundred Hz. Detect. The oscillation frequency of the voltage-controlled crystal oscillator (VCXO) 72 is finely adjusted according to the magnitude of the output signal of the detection circuit 71. The voltage controlled crystal oscillator (VCXO) 72 oscillates at a low frequency of, for example, several tens Hz to several hundreds Hz.

変調回路73は、検波回路71による検波を可能とするために、低周波発振器74の発振信号を変調信号として電圧制御型水晶発振器(VCXO)72の出力信号を変調する。   The modulation circuit 73 modulates the output signal of the voltage-controlled crystal oscillator (VCXO) 72 using the oscillation signal of the low-frequency oscillator 74 as a modulation signal in order to enable detection by the detection circuit 71.

位相同期回路75は、一定の周波数変換率(逓倍比)で変調回路73の出力信号を変換して出力する。これにより、位相同期回路75は、変調回路73の出力を逓倍して変調電流を生成する。例えば、位相同期回路75は、原子セル2に封入された磁気量子数m=0のアルカリ金属原子の2つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数差の1/2(セシウム原子の場合は9.1926GHz/2=4.5963GHz)に等しい周波数の信号に変換する。なお、位相同期回路75は、変調回路73の出力信号を、原子セル2に封入された磁気量子数m=0のアルカリ金属原子の2つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数差(セシウム原子の場合は9.1926GHz)に等しい周波数の信号に変換するようにしてもよい。   The phase synchronization circuit 75 converts the output signal of the modulation circuit 73 at a constant frequency conversion rate (multiplication ratio) and outputs it. Thereby, the phase locked loop 75 multiplies the output of the modulation circuit 73 to generate a modulation current. For example, the phase locked loop 75 determines that the frequency difference corresponding to the energy difference between the two ground levels of the alkali metal atom having the magnetic quantum number m = 0 enclosed in the atomic cell 2 is 2 (9 in the case of cesium atom). (1926 GHz / 2 = 4.5963 GHz). Note that the phase synchronization circuit 75 converts the output signal of the modulation circuit 73 into a frequency difference (cesium atom) corresponding to the energy difference between two ground levels of the alkali metal atom having the magnetic quantum number m = 0 sealed in the atomic cell 2. May be converted into a signal having a frequency equal to 9.1926 GHz.

そして、位相同期回路75の出力信号は、変調電流として駆動回路64に入力される。この変調電流により、第1光源311から出射される光に周波数変調がかかると、バイアス電流に応じた中心周波数(中心波長)の光とともに、その両側にサイドバンド光としてそれぞれ変調電流の周波数分だけずれた2つの周波数の光が発生する(図7参照)。   Then, the output signal of the phase synchronization circuit 75 is input to the drive circuit 64 as a modulation current. When the light emitted from the first light source 311 is frequency-modulated by the modulation current, the light having a center frequency (center wavelength) corresponding to the bias current and sideband light on both sides thereof are respectively provided by the frequency of the modulation current. Light of two shifted frequencies is generated (see FIG. 7).

第1光源311、原子セル2、光検出部4、検波回路71、電圧制御水晶発振器74、変調回路73、位相同期回路75および駆動回路64を通るフィードバックループにより第1光源311が出射する2つのサンドバンド光の周波数差が、アルカリ金属原子にEIT現象を発生させるように制御(微調整)される。このとき、電圧制御型水晶発振器74の出力信号は、所定の周波数で安定する。そして、電圧制御型水晶発振器74の出力信号は、外部に出力される。その際、電圧制御型水晶発振器74の出力信号は、必要に応じて、例えばDDS(Direct Digital Synthesizer)等の周波数変換回路(図示せず)によって所定の周波数変換率で所望の周波数に周波数変換してもよい。   The first light source 311 emits light through a feedback loop passing through the first light source 311, the atomic cell 2, the light detection unit 4, the detection circuit 71, the voltage controlled crystal oscillator 74, the modulation circuit 73, the phase synchronization circuit 75, and the drive circuit 64. The frequency difference of the sand band light is controlled (finely adjusted) so that the EIT phenomenon occurs in the alkali metal atom. At this time, the output signal of the voltage controlled crystal oscillator 74 is stabilized at a predetermined frequency. The output signal of the voltage controlled crystal oscillator 74 is output to the outside. At this time, the output signal of the voltage controlled crystal oscillator 74 is frequency-converted to a desired frequency at a predetermined frequency conversion rate by a frequency conversion circuit (not shown) such as a DDS (Direct Digital Synthesizer) as necessary. You may.

以上説明したような回路部20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。   The circuit unit 20 described above is provided, for example, on an IC chip mounted on a substrate.

以上、原子発振器1の構成を説明した。このような原子発振器1では、前述したように、原子セル2内のアルカリ金属原子に対してEIT現象を生じさせる共鳴光対LL1だけでなく、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調整光LL2を用いる。以下、共鳴光対LL1および調整光LL2について詳述する。   The configuration of the atomic oscillator 1 has been described above. In such an atomic oscillator 1, as described above, not only the resonance light pair LL <b> 1 causing the EIT phenomenon for the alkali metal atoms in the atomic cell 2, but also the magnetic quantum number of the alkali metal atoms in the atomic cell 2. The adjustment light LL2 to be adjusted is used. Hereinafter, the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 will be described in detail.

(共鳴光対および調整光の詳細な説明)
図4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。図5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、図5(a)は、σ円偏光の共鳴光を照射した場合の分布を示す図、図5(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。
(Detailed description of resonance light pair and adjustment light)
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the energy state of a cesium atom, a resonance light pair (first resonance light, second resonance light), and adjustment light (third resonance light). 5A and 5B are diagrams showing the distribution of the magnetic quantum number of sodium atoms. FIG. 5A is a diagram showing the distribution when σ + circularly polarized resonance light is irradiated, and FIG. sigma - is a diagram showing the distribution of when irradiated with circularly polarized light of the resonant 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4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 sealed in the atomic cell 2, as shown in FIG. 4, D1 which is σ + polarized light (left circularly polarized light) as the first resonance light and the second resonance light (resonance light pair). A D2 line that is σ - polarized (right circularly polarized light) is used as the third resonance light (adjustment light). Note that the first resonance light and the second resonance light may be σ - polarized light, the third resonance light may be σ + polarization, and the first resonance light and the second resonance light may be D2 line and the third resonance 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. In addition, each level of 6S 1/2 , 6P 1/2 , and 6P 3/2 has a fine structure split into a plurality of energy levels. Specifically, the 6S 1/2 level has two ground levels of F = 3, 4, the 6P 1/2 level has two excited levels of F ′ = 3, 4, The 6P 3/2 level has four excitation levels of F ″ = 2, 3, 4, 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 any of the excitation levels of F ″ = 2, 3, or 4 of 6P 3/2 by absorbing the D2 line. But cannot 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 excitation level of F ″ = 3, 4, or 5 of 6P 3/2 by absorbing the D2 line. But cannot transition to the excitation level of F ″ = 2. These are based on a transition selection rule when an electric dipole transition is assumed. Conversely, a cesium atom at any of the excitation levels of F ″ = 3, 4 of 6P 3/2 emits a D2 line, and the 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 ground levels and 6P 3/2 F ″ = A three-level consisting of any one of the three or four excitation levels is called a Λ-type three-level because a 2-type transition by absorption and emission of the D2 line is possible. Similarly, the three levels including the two ground levels of F = 3 and 4 of 6S 1/2 and the excitation level of F ′ = 3 and 4 of 6P 1/2 are also the absorption levels of the D1 line. Since Λ-type transition by light emission is possible, Λ-type three levels are 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 at the excitation level of F ″ = 2 of 6P 3/2 emits the D2 line and always becomes the ground level of F = 3 of 6S 1/2 (original ground level). Similarly, the cesium atom at the excitation level of F ″ = 5 of 6P 3/2 emits the D2 line and the ground level of F = 4 of 6S 1/2 (the original ground level) ). Therefore, the three levels consisting of two ground levels of F = 3 and 4 of 6S 1/2 and an excitation level of F ″ = 2 or F ″ = 5 of 6P 3/2 are absorbed and emitted by the D2 line. Does not form a Λ-type three level.

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852.347nmであり、6S1/2の超微細分裂周波数(エネルギー差ΔEに相当する周波数ω)が9.1926GHzである。 Such a cesium atom has a D1 line wavelength in a vacuum of 894.593 nm, a D2 line wavelength in a vacuum of 852.347 nm, and a hyperfine splitting frequency of 6S 1/2 (energy difference ΔE). corresponding to frequency ω 0) in is 9.1926GHz.

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(ω)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(ω)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(ω)が6.8346GHzである。 Note that an alkali metal atom other than a cesium atom also has two ground levels and an excited level that form a Λ-type three level. Here, the sodium atom has a D1 line wavelength in a vacuum of 589.756 nm, a D2 line wavelength in a vacuum of 589.158 nm, and a hyperfine splitting frequency (ω 0 ) of 3S 1/2. Is 1.7716 GHz. The rubidium ( 85 Rb) atom has a D1 line wavelength in a vacuum of 794.979 nm, a D2 line wavelength in a vacuum of 780.241 nm, and a hyperfine splitting frequency of 5S 1/2 ( ω 0 ) is 3.0357 GHz. Furthermore, rubidium (87 Rb) atom is the wavelength of the D1 line is 794.979nm in vacuum, the wavelength of the D2 line is 780.241nm in vacuum, 5S 1/2 of hyperfine splitting frequency ( ω 0 ) is 6.8346 GHz.

例えば、図5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F’=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. 5, 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 has a 3S 1/2 F = 1. The first ground level has three magnetic quantum numbers of m F1 = −1, 0, and 1, and the second ground level of F = 2 of 3S 1/2 is m F2 = −2, −1. has the number five magnetic quantum of 0, 1, 2, F a 3P 1/2 '= 2 excited state density, m F' = -2, five magnetic -1,0,1,2 It has a quantum number.

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5(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 sodium atom at the ground level of F = 1 or F = 2 is irradiated with a σ + circularly-polarized resonance light pair, as shown in FIG. Is excited to an excited level. At this time, the distribution of the sodium atom at the ground level of F = 1 or F = 2 changes in the direction 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5(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 resonance light pair, the magnetic quantum number is reduced by one as shown in FIG. It is excited to an excited level by a rule. 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 smaller magnetic quantum number.

なお、図5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. 5, 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, the ground level and the excitation level are each 2F + 1. The number of magnetic quantum numbers (magnetic sub-levels), and the distribution of magnetic quantum numbers changes according to the above-described selection rule.

以上説明したように、原子セル2内のアルカリ金属に対して共鳴光対LL1および調整光LL2を同じ方向から照射する場合、共鳴光対LL1および調整光LL2の一方を右円偏光とし、他方を左円偏光とすることにより、アルカリ金属の磁気量子数の偏りを低減することができる。   As described above, when irradiating the alkali metal in the atomic cell 2 with the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 from the same direction, one of the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 is right-circularly polarized light, and the other is the other. By using left-handed circularly polarized light, the bias of the magnetic quantum number of the alkali metal can be reduced.

ここで、共鳴光対LL1がD1線であり、調整光LL2がD2線であることにより、調整光LL2によるEIT現象を低減し、EIT信号の強度を効率的に向上させることができる。   Here, since the resonance light pair LL1 is the D1 line and the adjustment light LL2 is the D2 line, the EIT phenomenon caused by the adjustment light LL2 can be reduced, and the intensity of the EIT signal can be efficiently improved.

ここで、共鳴光対LL1は、前述したように、第1光源311からの光の中心周波数(中心波長)が回路部6により制御されるとともに、第1光源311からのサイドバンド光間の周波数差が回路部7により制御されることにより生成される。また、調整光LL2は、第2光源321からの光の周波数(波長)が回路部8により制御されることにより生成される。   Here, as described above, the resonance light pair LL1 has the center frequency (center wavelength) of the light from the first light source 311 controlled by the circuit unit 6 and the frequency between the sideband lights from the first light source 311. The difference is generated by being controlled by the circuit unit 7. The adjustment light LL <b> 2 is generated by controlling the frequency (wavelength) of the light from the second light source 321 by the circuit unit 8.

このように共鳴光対LL1および調整光LL2を生成するに際して、回路部6、7、8では、低周波発振器63、74、83の発振周波数である周波数f1、f2、f3が互い異なる。これにより、検波回路61、71、81が、1つの光検出部4の出力信号から、共鳴光対LL1の中心波長(中心周波数)、調整光LL2の波長(周波数)および共鳴光対LL1間(第1共鳴光と第2共鳴光との間)の波長差(周波数差)に関する信号をそれぞれ区別して検出することができる。以下、これらの同期検波について詳述する。   When the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 are generated as described above, the frequencies f1, f2, and f3 that are the oscillation frequencies of the low-frequency oscillators 63, 74, and 83 are different from each other in the circuit units 6, 7, and 8. As a result, the detection circuits 61, 71, and 81 detect the center wavelength (center frequency) of the resonance light pair LL1, the wavelength (frequency) of the adjustment light LL2, and the resonance light pair LL1 (from the output signal of one photodetector 4). Signals relating to the wavelength difference (frequency difference) between the first resonance light and the second resonance light) can be detected separately. Hereinafter, these synchronous detections will be described in detail.

(検波回路の検波)
図6は、アルカリ金属原子(セシウム原子)のD1線吸収スペクトルを説明する図である。図7は、アルカリ金属原子(セシウム原子)のD1線吸収スペクトルと共鳴光対の周波数との関係を説明する図である。なお、図6の横軸「離調周波数」は、後述するピークDを基準とした周波数である。また、図7では、アルカリ金属原子がセシウム原子である場合のエネルギー準位と、このエネルギー準位に対応する第1光源311からの光の周波数成分(+3次以上および−3次以下の周波数成分は省略)との関係を示している。
(Detection of detection circuit)
FIG. 6 is a diagram illustrating a D1 line absorption spectrum of an alkali metal atom (cesium atom). FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the D1 line absorption spectrum of an alkali metal atom (cesium atom) and the frequency of a resonance light pair. The “detuning frequency” on the horizontal axis in FIG. 6 is a frequency based on a peak D described later. In FIG. 7, the energy level when the alkali metal atom is a cesium atom and the frequency components of the light from the first light source 311 corresponding to this energy level (frequency components of + 3rd order or higher and −3rd or lower order) Are omitted).

光検出部4の出力信号には、周波数f1(第1周波数)に同期して、例えば、図6に示すようなアルカリ金属原子のD1線の吸収スペクトル成分が含まれる。そして、回路部6では、検波回路61が、低周波発振器63からの周波数f1の信号を用いて、光検出部4の出力信号を検波して第1信号を出力する。   The output signal of the light detection unit 4 includes, for example, an absorption spectrum component of a D1 line of an alkali metal atom as shown in FIG. 6 in synchronization with the frequency f1 (first frequency). Then, in the circuit section 6, the detection circuit 61 detects the output signal of the light detection section 4 using the signal of the frequency f1 from the low frequency oscillator 63 and outputs the first signal.

ここで、かかる吸収スペクトルは、周波数ω/2ずつずれた7つのピークA〜Gを有する。このうち、中央のピークDが最もピーク強度が高い。このピークDは、図7に示すように、+1次のサイドバンド光の周波数が第1基底準位と励起準位とのエネルギー差に対応する周波数となり、−1次のサイドバンド光の周波数が第2基底準位と励起準位とのエネルギー差に対応する周波数となった状態に相当する。すなわち、ピークDは、±1次のサイドバンド光が共鳴光対となった状態に対応する。なお、ピークCは、+2次のサイドバンド光および0次の光が共鳴光対となった状態、ピークBは、+3次のサイドバンド光および+1次のサイドバンド光が共鳴光対となった状態、ピークAは、+4次のサイドバンド光および+2次のサイドバンド光が共鳴光対となった状態、ピークEは、−2次のサイドバンド光および0次の光が共鳴光対となった状態、ピークFは、−3次のサイドバンド光および−1次のサイドバンド光が共鳴光対となった状態、ピークGは、−4次のサイドバンド光および−2次のサイドバンド光が共鳴光対となった状態に対応する。 Here, such absorption spectrum has seven peaks A~G shifted by frequency ω 0/2. Among them, the peak D at the center has the highest peak intensity. As shown in FIG. 7, the peak D has a frequency of the + 1st-order sideband light corresponding to the energy difference between the first ground level and the excitation level, and has a frequency of the -1st-order sideband light. This corresponds to a state in which the frequency corresponds to the energy difference between the second ground level and the excitation level. That is, the peak D corresponds to a state in which the ± 1st-order sideband light forms a resonance light pair. The peak C is a state in which the + 2nd-order sideband light and the 0th-order light are a resonance light pair, and the peak B is a + 3rd-order sideband light and a + 1st-order sideband light are a resonance light pair. The state, peak A, is a state in which the + 4th-order sideband light and the + 2nd-order sideband light are a resonance light pair, and the peak E is a -2nd-order sideband light and 0th-order light are a resonance light pair. , The peak F is a state in which the -3 order sideband light and the -1 order sideband light are a resonance light pair, and the peak G is a -4 order sideband light and a -2nd order sideband light. Corresponds to a state in which a resonance light pair is formed.

そして、回路部6では、ピークA〜Gのうちのいずれかのピークを検出して、その検出状態を安定化させるように制御を行う。すなわち、回路部6では、ピークA〜Gのうちのいずれかのピークとなるときのバイアス電流を駆動回路64に設定する。   Then, the circuit unit 6 detects any one of the peaks A to G and performs control so as to stabilize the detection state. That is, in the circuit section 6, the bias current when any one of the peaks A to G is set in the drive circuit 64.

特に、回路部6では、ピークDを検出して、その検出状態を安定化させるように制御を行うことが好ましい。これにより、第1光源311からの光の中心波長を所望の波長に最も安定化させることができる。   In particular, it is preferable that the circuit section 6 detects the peak D and performs control so as to stabilize the detection state. Thereby, the center wavelength of the light from the first light source 311 can be most stabilized at a desired wavelength.

図8は、アルカリ金属原子(セシウム原子)のD2線吸収スペクトルを説明する図である。図9は、アルカリ金属原子(セシウム原子)のD2線吸収スペクトルと調整光の周波数との関係を説明する図である。なお、図8の横軸「離調周波数」は、後述するピークHとピークIとの中間値を基準とした周波数である。また、図9では、アルカリ金属原子がセシウム原子である場合のエネルギー準位と、このエネルギー準位に対応する第2光源321からの光の周波数との関係を示している。   FIG. 8 is a diagram illustrating a D2-line absorption spectrum of an alkali metal atom (cesium atom). FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the D2 line absorption spectrum of an alkali metal atom (cesium atom) and the frequency of the adjustment light. The “detuning frequency” on the horizontal axis in FIG. 8 is a frequency based on an intermediate value between a peak H and a peak I described later. FIG. 9 shows the relationship between the energy level when the alkali metal atom is a cesium atom and the frequency of light from the second light source 321 corresponding to this energy level.

光検出部4の出力信号には、周波数f2(第2周波数)に同期して、例えば、図8に示すようなアルカリ金属原子のD2線の吸収スペクトルの成分が含まれる。そして、回路部8では、検波回路81が、低周波発振器83からの周波数f2の信号を用いて、光検出部4の出力信号を検波して第2信号を出力する。   The output signal of the light detection unit 4 includes, for example, a component of an absorption spectrum of a D2 line of an alkali metal atom as illustrated in FIG. 8 in synchronization with the frequency f2 (second frequency). Then, in the circuit section 8, the detection circuit 81 detects the output signal of the light detection section 4 using the signal of the frequency f2 from the low frequency oscillator 83, and outputs a second signal.

ここで、かかる吸収スペクトルは、周波数ωずれた2つのピークH、Iを有する。このうち、低い周波数側のピークHが高い周波数側のピークIよりもピーク強度が高い。このピークHは、図9に示すように、第2光源321の光の周波数が第2基底準位と励起準位とのエネルギー差に対応する周波数となったときに対応する。なお、ピークIは、第2光源321の光の周波数が第1基底準位と励起準位とのエネルギー差に対応する周波数となった状態に対応する。 Here, such absorption spectrum has a frequency omega 0 shifted two peaks H, a I. Among them, the peak H on the lower frequency side has a higher peak intensity than the peak I on the higher frequency side. This peak H corresponds to the case where the frequency of the light from the second light source 321 reaches a frequency corresponding to the energy difference between the second ground level and the excitation level, as shown in FIG. Note that the peak I corresponds to a state in which the frequency of the light of the second light source 321 becomes a frequency corresponding to the energy difference between the first ground level and the excitation level.

そして、回路部8では、ピークH、Iのうちのいずれかのピークを検出して、その検出状態を安定化させるように制御を行う。すなわち、回路部8では、ピークH、Iのうちのいずれかのピークとなるときのバイアス電流を駆動回路84に設定する。   Then, the circuit unit 8 detects one of the peaks H and I, and performs control so as to stabilize the detection state. That is, the circuit section 8 sets the bias current at the time of one of the peaks H and I in the drive circuit 84.

特に、回路部8では、ピークHを検出して、その検出状態を安定化させるように制御を行うことが好ましい。これにより、第2光源321からの光の波長を所望の波長に最も安定化させることができる。   In particular, it is preferable that the circuit unit 8 detects the peak H and performs control so as to stabilize the detection state. Thereby, the wavelength of the light from the second light source 321 can be most stabilized at a desired wavelength.

図10は、アルカリ金属原子(セシウム原子)のEITスペクトルを説明する図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an EIT spectrum of an alkali metal atom (cesium atom).

光検出部4の出力信号には、周波数f3(第3周波数)に同期して、例えば、図10に示すようなアルカリ金属原子のEITスペクトル(EIT現象によるスペクトル)の成分が含まれる。そして、回路部7では、低周波発振器74からの周波数f3の信号を用いて、光検出部4の出力信号を検波して第3信号を出力する。   The output signal of the light detection unit 4 includes, for example, a component of an EIT spectrum (spectrum due to the EIT phenomenon) of an alkali metal atom as shown in FIG. 10 in synchronization with the frequency f3 (third frequency). Then, the circuit unit 7 detects the output signal of the light detection unit 4 using the signal of the frequency f3 from the low frequency oscillator 74 and outputs a third signal.

ここで、かかるEITスペクトルは、EIT信号である1つのピークを有する。EIT信号は、前述したように、第1光源311からの2つのサイドバンド光の周波数差がωとなるときに生じる。 Here, the EIT spectrum has one peak that is an EIT signal. EIT signal, as described above, occurs when the frequency difference between the two sidebands light from the first light source 311 is omega 0.

このようなことから、回路部8では、EITスペクトルのピークを検出して、その検出状態を安定化させるように制御を行う。すなわち、回路部8では、EITスペクトルのピークとなるときの変調電流を位相同期回路75に生成させる。   For this reason, the circuit unit 8 detects the peak of the EIT spectrum and performs control so as to stabilize the detection state. That is, the circuit section 8 causes the phase synchronization circuit 75 to generate a modulation current when the EIT spectrum reaches a peak.

以上説明したように、光検出部4の出力信号から、アルカリ金属原子のD1線吸収スペクトル、D2線吸収スペクトルおよびEITスペクトルを区別して検出する。   As described above, the D1 line absorption spectrum, the D2 line absorption spectrum, and the EIT spectrum of the alkali metal atom are detected separately from the output signal of the light detection unit 4.

前述したように、回路部6では、低周波発振器63から出力される周波数f1の発振信号を用いて、第1光源311に入力されるバイアス電流を生成するとともに、光検出部4の出力信号を同期検波する。また、回路部7では、低周波発振器74から出力される周波数f3の発振信号を用いて、第1光源311に入力される変調電流を生成するとともに、光検出部4の出力信号を同期検波する。また、回路部8では、低周波発振器83から出力される周波数f2の発振信号を用いて、第2光源321に入力されるバイアス電流を生成するとともに、光検出部4の出力信号を同期検波する。   As described above, the circuit unit 6 generates the bias current input to the first light source 311 using the oscillation signal of the frequency f1 output from the low-frequency oscillator 63, and converts the output signal of the light detection unit 4 Perform synchronous detection. Further, the circuit unit 7 generates a modulation current input to the first light source 311 using the oscillation signal of the frequency f3 output from the low-frequency oscillator 74, and synchronously detects the output signal of the light detection unit 4. . Further, the circuit unit 8 generates a bias current input to the second light source 321 using the oscillation signal of the frequency f2 output from the low-frequency oscillator 83, and synchronously detects the output signal of the light detection unit 4. .

ここで、光検出部4の出力信号には、前述したアルカリ金属原子のD1線吸収スペクトルが周波数f1に同期して現れ、D2線吸収スペクトルが周波数f2に同期して現れ、EITスペクトルが周波数f3に同期して現れる。そのため、このような光検出部4の出力信号から、アルカリ金属原子のD1線吸収スペクトル、D2線吸収スペクトルおよびEITスペクトルを区別して検出するには、周波数f1、f2、f3が互いに異なっていることが必要となる。すなわち、f1<f2<f3なる関係、f1<f3<f2なる関係、f2<f1<f3なる関係、f2<f3<f1なる関係、f3<f1<f2なる関係、f3<f2<f1なる関係のうちのいずれかを満たすことが必要となる。   Here, in the output signal of the light detection unit 4, the D1 line absorption spectrum of the alkali metal atom appears in synchronization with the frequency f1, the D2 line absorption spectrum appears in synchronization with the frequency f2, and the EIT spectrum appears in the frequency f3. Appears in synchronization with. Therefore, in order to detect the D1 line absorption spectrum, the D2 line absorption spectrum and the EIT spectrum of the alkali metal atom from the output signal of the photodetecting section 4, the frequencies f1, f2 and f3 must be different from each other. Is required. That is, the relationship of f1 <f2 <f3, the relationship of f1 <f3 <f2, the relationship of f2 <f1 <f3, the relationship of f2 <f3 <f1, the relationship of f3 <f1 <f2, and the relationship of f3 <f2 <f1 One of these needs to be met.

その際、周波数f1、f2、f3は、互いに整数倍の関係になっていないか、または、互いに整数倍の関係になっていたとしても、互いに周波数差が十分に離れていることが好ましい。   At this time, it is preferable that the frequencies f1, f2, and f3 do not have an integral multiple of each other, or that the frequencies f1, f2, and f3 have sufficiently different frequencies even if they have an integral multiple of each other.

より具体的には、周波数f1、f2、f3のうちの任意の2つの周波数の大きい方をAとし、小さい方をBとしたとき、A/Bは、5以上100以下であることが好ましく、7以上50以下であることがより好ましい。これにより、周波数f1、f2、f3が互いに整数倍の関係になっていても、アルカリ金属原子のD1線吸収スペクトル、D2線吸収スペクトルおよびEITスペクトルを区別して高精度に検出することができる。これに対し、A/Bが小さすぎると、周波数f1、f2、f3が互いに整数倍の関係になっている場合、アルカリ金属原子のD1線吸収スペクトル、D2線吸収スペクトルおよびEITスペクトルを区別して高精度に検出することが難しい。一方、A/Bが大きすぎると、アルカリ金属原子のD1線吸収スペクトル、D2線吸収スペクトルおよびEITスペクトルを区別して検出するのに必要な回路部6、7、8の構成が複雑化する。   More specifically, when the larger one of any two of the frequencies f1, f2, and f3 is A and the smaller one is B, A / B is preferably 5 or more and 100 or less, More preferably, it is 7 or more and 50 or less. Thus, even if the frequencies f1, f2, and f3 are in integral multiples of each other, the D1 line absorption spectrum, the D2 line absorption spectrum, and the EIT spectrum of the alkali metal atom can be distinguished and detected with high accuracy. On the other hand, if A / B is too small, the frequencies f1, f2, and f3 are integral multiples of each other, and the D1 line absorption spectrum, D2 line absorption spectrum, and EIT spectrum of the alkali metal atom are distinguished from each other. It is difficult to detect with accuracy. On the other hand, if the A / B ratio is too large, the configurations of the circuit units 6, 7, and 8 necessary for distinguishing and detecting the D1 line absorption spectrum, D2 line absorption spectrum, and EIT spectrum of the alkali metal atom become complicated.

また、周波数f3が周波数f1および周波数f2のいずれよりも大きいことが好ましい。アルカリ金属原子のEIT信号の線幅はアルカリ金属原子の吸収スペクトルの線幅よりも小さい。したがって、周波数f3を周波数f1および周波数f2よりも大きくすることにより、検波回路71において共鳴光対LL1間の周波数差に関する信号を共鳴光対LL1の中心波長および調整光LL2の波長に関する信号と容易に区別して検波することができる。   Further, it is preferable that the frequency f3 is higher than both the frequency f1 and the frequency f2. The line width of the EIT signal of the alkali metal atom is smaller than the line width of the absorption spectrum of the alkali metal atom. Therefore, by making the frequency f3 higher than the frequencies f1 and f2, the signal relating to the frequency difference between the resonance light pair LL1 and the signal relating to the center wavelength of the resonance light pair LL1 and the signal relating to the wavelength of the adjustment light LL2 can be easily detected in the detection circuit 71. Detection can be performed separately.

以上説明した原子発振器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、原子セル2内において共鳴光対LL1とは逆方向となる回転方向で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。   In the atomic oscillator 1 described above, in addition to the resonance light pair LL1 circularly polarized in the same direction as each other, the adjustment light circularly polarized in the rotational direction opposite to the resonance light pair LL1 in the atomic cell 2 in the atomic cell 2. By irradiating the alkali metal with LL2, the bias of the distribution of magnetic quantum numbers due to the resonance light pair LL1 is offset or reduced by the adjustment light LL2, and the bias of the distribution of magnetic quantum numbers of the alkali metal can be reduced. Therefore, the number of alkali metal atoms having a desired magnetic quantum number contributing to the EIT is increased, and as a result, the effect of improving the intensity of the EIT signal is significantly exhibited by using the circularly polarized resonance light pair LL1. Therefore, the intensity of the EIT signal can be effectively improved.

ここで、周波数f1、f2、f3が互いに異なるため、共鳴光対LL1の中心波長(中心周波数)、調整光LL2の波長(周波数)および共鳴光対LL1間の波長差(周波数差)をこれらの周波数に同期して変化させることで、検波回路61、71、81を用いて、1つの光検出部4の出力信号から、共鳴光対LL1の中心波長(中心周波数)、調整光LL2の波長(周波数)および共鳴光対LL1間の波長差(周波数差)に関する信号をそれぞれ区別して検出することができる。そのため、これらの検波回路61、71、81の信号を用いて、共鳴光対LL1および調整光LL2のそれぞれの波長や発振周波数を安定化させることができる。   Here, since the frequencies f1, f2, and f3 are different from each other, the center wavelength (center frequency) of the resonance light pair LL1, the wavelength (frequency) of the adjustment light LL2, and the wavelength difference (frequency difference) between the resonance light pair LL1 are determined. By changing the frequency in synchronization with the frequency, the center wavelength (center frequency) of the resonance light pair LL1 and the wavelength (adjustment light LL2) of the resonance light pair LL1 are obtained from the output signals of one light detection unit 4 using the detection circuits 61, 71, 81. The signals relating to the frequency (frequency) and the wavelength difference (frequency difference) between the resonance light pair LL1 can be detected separately. Therefore, it is possible to stabilize the respective wavelengths and oscillation frequencies of the resonance light pair LL1 and the adjustment light LL2 using the signals of the detection circuits 61, 71, 81.

より具体的には、前述したように、駆動回路64が検波回路61、71の出力信号(第1信号および第3信号)を用いて第1光源311を駆動する。これにより、駆動回路64が、第1信号に基づくバイアス電流と第3信号に基づく変調電流とを重畳して第1光源311に入力して第1光源311を駆動することができる。そして、第1信号に基づくバイアス電流により共鳴光対LL1の中心波長を安定化させるとともに、第3信号に基づく変調電流により共鳴光対LL1間の周波数差を安定化させることができる。   More specifically, as described above, the drive circuit 64 drives the first light source 311 using the output signals (the first signal and the third signal) of the detection circuits 61 and 71. Thus, the drive circuit 64 can drive the first light source 311 by superimposing the bias current based on the first signal and the modulation current based on the third signal and inputting the superimposed current to the first light source 311. The center wavelength of the resonance light pair LL1 can be stabilized by the bias current based on the first signal, and the frequency difference between the resonance light pair LL1 can be stabilized by the modulation current based on the third signal.

また、前述したように、駆動回路84が検波回路81の出力信号(第2信号)を用いて第2光源321を駆動する。これにより、駆動回路84が、第2信号に基づくバイアス電流を第2光源321に入力して第2光源321を駆動することができる。そして、第2信号に基づくバイアス電流により調整光LL2の波長を安定化させることができる。   Further, as described above, the drive circuit 84 drives the second light source 321 using the output signal (second signal) of the detection circuit 81. Accordingly, the drive circuit 84 can drive the second light source 321 by inputting the bias current based on the second signal to the second light source 321. Then, the wavelength of the adjustment light LL2 can be stabilized by the bias current based on the second signal.

また、前述したように、電圧制御型水晶発振器72が検波回路71の出力信号(第3信号)を用いてクロック信号を出力する。これにより、電圧制御型水晶発振器72が、第3信号に基づく周波数のクロック信号を出力することができる。   Further, as described above, the voltage-controlled crystal oscillator 72 outputs a clock signal using the output signal (third signal) of the detection circuit 71. Thus, the voltage-controlled crystal oscillator 72 can output a clock signal having a frequency based on the third signal.

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 as described above can be incorporated in various electronic equipment.

以下、本発明の電子機器について説明する。
図11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 device of the present invention will be described.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration when the atomic oscillator of the present invention is used in a positioning system using GPS satellites.

図11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. 11 includes a GPS satellite 200, a base station device 300, and a GPS receiving device 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, for example, a receiving device 302 that receives positioning information from the GPS satellite 200 with high accuracy via an antenna 301 installed at an electronic reference point (a GPS continuous observation station), and the receiving device 302 receives the positioning information. A transmission device 304 for transmitting 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 including the above-described atomic oscillator 1 of the present invention as its reference frequency oscillation source. Such a receiving device 302 has excellent reliability. 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 an antenna 401, and a base station receiver 404 that receives positioning information from the base station 300 via an antenna 403. Prepare.

3.移動体
図12は、本発明の移動体の一例を示す図である。
3. Moving Object FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the moving 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 on the vehicle body 1501. The atomic oscillator 1 is built in such a moving object 1500.

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、スマートフォン、タブレット端末、時計、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 device of the present invention is not limited to the above-described devices. For example, a smartphone, a tablet terminal, a clock, a mobile phone, a digital still camera, an inkjet discharge device (eg, an inkjet printer), a personal computer (mobile personal computer) , Laptop personal computer), TV, video camera, video tape recorder, car navigation system, pager, electronic organizer (including communication function), electronic dictionary, calculator, electronic game machine, word processor, workstation, videophone, Security TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, sphygmomanometer, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish finder, various measuring devices, instruments ( An example If, gages for vehicles, aircraft, and ships), a flight 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 object 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。   Further, the configuration of each unit of the present invention can be replaced with any configuration that exhibits the same function as the above-described embodiment, and any configuration can be added. In addition, the present invention may be configured to combine arbitrary configurations of the embodiments described above.

1…原子発振器、2…原子セル、3…光源部、4…光検出部、5…コイル、6…回路部、7…回路部、8…回路部、10…量子干渉ユニット、20…回路部、21…胴体部、22…窓部、23…窓部、31…第1光源部、32…第2光源部、33…基板、34…絞り部材、61…検波回路(第1検波部)、62…変調回路、63…低周波発振器、64…駆動回路(第1駆動回路)、71…検波回路(第3検波部)、72…電圧制御型水晶発振器(発振器)、73…変調回路、74…低周波発振器、75…位相同期回路、81…検波回路(第2検波部)、82…変調回路、83…低周波発振器、84…駆動回路(第2駆動回路)、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、313…1/4波長板、321…第2光源、341…開口、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、A…ピーク、a…軸線、B…ピーク、C…ピーク、D…ピーク、E…ピーク、F…ピーク、f1…周波数、f2…周波数、f3…周波数、G…ピーク、H…ピーク、I…ピーク、LL1…共鳴光対、LL1a…光、LL2…調整光、LL2a…光、S…内部空間、ΔE…エネルギー差、ω…周波数、ω…周波数、ω…周波数 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Atomic oscillator, 2 ... Atomic cell, 3 ... Light source part, 4 ... Light detection part, 5 ... Coil, 6 ... Circuit part, 7 ... Circuit part, 8 ... Circuit part, 10 ... Quantum interference unit, 20 ... Circuit part , 21 ... body part, 22 ... window part, 23 ... window part, 31 ... first light source part, 32 ... second light source part, 33 ... substrate, 34 ... diaphragm member, 61 ... detection circuit (first detection part), 62 modulation circuit, 63 low frequency oscillator, 64 drive circuit (first drive circuit), 71 detection circuit (third detection unit), 72 voltage controlled crystal oscillator (oscillator), 73 modulation circuit, 74 ... Low frequency oscillator, 75 ... Phase synchronization circuit, 81 ... Detection circuit (second detection unit), 82 ... Modulation circuit, 83 ... Low frequency oscillator, 84 ... Drive circuit (second drive circuit), 100 ... Positioning system, 200 ... GPS satellites, 211 ... through-holes, 300 ... base station devices, 301 ... antennas, 302 Receiving device, 303: Antenna, 304: Transmitting device, 311: First light source, 313: 1/4 wavelength plate, 321: Second light source, 341: Aperture, 400: GPS receiving device, 401: Antenna, 402: Satellite reception Unit, 403 antenna, 404 base station receiver, 1500 mobile unit, 1501 vehicle body, 1502 wheels, A peak, a axis, B peak, C peak, D peak, E peak, F: peak, f1: frequency, f2: frequency, f3: frequency, G: peak, H: peak, I: peak, LL1: resonance light pair, LL1a: light, LL2: adjustment light, LL2a: light, S: inside Space, ΔE: energy difference, ω 0 : frequency, ω 1 : frequency, ω 2 : frequency

Claims (10)

アルカリ金属原子が封入されている内部空間を有する原子セルと、
互いに同方向に円偏光して前記アルカリ金属原子を励起する共鳴光対を出射する第1光源部と、
前記内部空間において前記共鳴光対とは逆方向に円偏光して前記アルカリ金属原子を励起する調整光を出射する第2光源と、
前記内部空間を通過した前記共鳴光対および前記調整光を検出し、その検出強度に応じた信号を出力する光検出部と、
第1周波数の信号を用いて、前記光検出部の出力信号を検波して第1信号を出力する第1検波部と、
前記第1周波数とは異なる第2周波数の信号を用いて、前記光検出部の出力信号を検波して第2信号を出力する第2検波部と、
前記第1周波数および前記第2周波数とは異なる第3周波数の信号を用いて、前記光検出部の出力信号を検波して第3信号を出力する第3検波部と、を備えることを特徴とする量子干渉装置。
An atomic cell having an internal space in which alkali metal atoms are enclosed,
A first light source unit that emits a resonance light pair that circularly polarizes in the same direction and excites the alkali metal atom,
A second light source that emits adjustment light that excites the alkali metal atom by circularly polarizing in the opposite direction to the resonance light pair in the internal space,
A light detection unit that detects the resonance light pair and the adjustment light that have passed through the internal space, and outputs a signal corresponding to the detected intensity.
A first detection unit that detects an output signal of the light detection unit and outputs a first signal using a signal of a first frequency;
A second detection unit that detects an output signal of the light detection unit and outputs a second signal by using a signal having a second frequency different from the first frequency;
A third detection unit that detects an output signal of the light detection unit and outputs a third signal by using a signal having a third frequency different from the first frequency and the second frequency. Quantum interference device.
前記第1信号および前記第3信号を用いて前記第1光源部を駆動する第1駆動回路を備える請求項1に記載の量子干渉装置。   2. The quantum interference device according to claim 1, further comprising: a first drive circuit that drives the first light source unit using the first signal and the third signal. 3. 前記第2信号を用いて前記第2光源部を駆動する第2駆動回路を備える請求項2に記載の量子干渉装置。   The quantum interference device according to claim 2, further comprising a second driving circuit that drives the second light source unit using the second signal. 前記第3信号を用いてクロック信号を出力する発振器を備える請求項2または3に記載の量子干渉装置。   The quantum interference device according to claim 2, further comprising an oscillator that outputs a clock signal using the third signal. 前記第3周波数が前記第1周波数および前記第2周波数よりも大きい請求項2ないし4のいずれか1項に記載の量子干渉装置。   The quantum interference device according to claim 2, wherein the third frequency is higher than the first frequency and the second frequency. 前記共鳴光対がD1線であり、前記調整光がD2線である請求項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 resonance light pair is a D1 line, and the adjustment light is a D2 line. 前記第1光源部および前記第2光源部のそれぞれが面発光レーザーを有する請求項1ないし6のいずれか1項に記載の量子干渉装置。   The quantum interference device according to claim 1, wherein each of the first light source unit and the second light source unit has a surface emitting laser. 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を備えることを特徴とする原子発振器。   An atomic oscillator comprising the quantum interference device according to any one of claims 1 to 7. 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を備えることを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the quantum interference device according to claim 1. 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を備えることを特徴とする移動体。   A moving object comprising the quantum interference device according to claim 1.
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