JP6686640B2 - Quantum interference device, atomic oscillator, and electronic device - Google Patents

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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 body.

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(例えば、特
許文献1参照)。
An atomic oscillator that oscillates based on energy transition of atoms of an alkali metal such as rubidium or cesium is known as an oscillator having highly accurate oscillation characteristics in the long term (see, for example, Patent Document 1).

例えば、特許文献1に記載のルビジウム原子発振器は、ルビジウム原子の共振周波数に
より励振する光マイクロ波ユニットと、光マイクロ波ユニットを透過した光の強度を検出
する光検出部と、光検出部の出力を増幅するアンプと、アンプに現れる周波数誤差信号の
位相を検波する位相検波器と、位相検波器の出力信号を積分するループフィルターと、ル
ープフィルターの電圧に基づいて所定の周波数を発振する電圧制御型水晶発振器と、マイ
クロ波の位相を変調するための低周波信号を与える発振回路と、電圧制御型水晶発振器の
発振信号を位相変調すると共にマイクロ波に逓倍する位相変調逓倍部と、を備えている。
For example, the rubidium atomic oscillator described in Patent Document 1 is an optical microwave unit that is excited by the resonance frequency of a rubidium atom, a photodetector that detects the intensity of light that has passed through the optical microwave unit, and an output of the photodetector. Amplifier that amplifies the signal, a phase detector that detects the phase of the frequency error signal that appears in the amplifier, a loop filter that integrates the output signal of the phase detector, and a voltage control that oscillates a predetermined frequency based on the voltage of the loop filter. Type crystal oscillator, an oscillating circuit for giving a low-frequency signal for modulating the phase of the microwave, and a phase modulation / multiplication unit for phase-modulating the oscillation signal of the voltage-controlled crystal oscillator and multiplying it to the microwave There is.

特開2008−258862公報JP, 2008-258862, A

特許文献1に記載のルビジウム原子発振器において、位相変調逓倍部における位相変調
の周波数は、光に対するルビジウム原子の応答速度に基づく制約があるため、100Hz
オーダーと低くなっている。それに伴って、従来、位相検波器やループフィルターは、1
00〜300Hzの低周波帯域の同調回路、バンドパスフィルタ、バンドリジェクト回路
等のアナログ部品を用いて構成されている。一般に、低周波帯域のアナログ部品は、高周
波帯域のアナログ部品に比べて大きくなる。そのため、従来の原子発振器では、小型化が
難しいという問題があった。
In the rubidium atomic oscillator described in Patent Document 1, the frequency of phase modulation in the phase modulation multiplier is 100 Hz because there is a constraint based on the response speed of the rubidium atom to light.
It is lower than the order. Along with that, conventionally, the phase detector and loop filter have
It is configured by using analog components such as a tuning circuit in a low frequency band of 00 to 300 Hz, a bandpass filter, and a band reject circuit. In general, analog components in the low frequency band are larger than analog components in the high frequency band. Therefore, the conventional atomic oscillator has a problem that it is difficult to reduce the size.

本発明の目的は、周波数特性を優れたものとしつつ、小型化を図ることができる量子干
渉装置、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, an atomic oscillator, an electronic device, and a moving body that can be miniaturized while having excellent frequency characteristics.

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原子セルと、
前記アルカリ金属原子を励起する光を出射する光源部と、
前記原子セルを通過した前記光の強度に応じた信号を出力する光検出部と、
デジタル処理を用いて前記光検出部からの信号を周波数が高くなる側に周波数変換した
信号を出力する周波数変換部と、
前記周波数変換部からの信号を検波する検波部と、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 is an atomic cell in which alkali metal atoms are encapsulated,
A light source unit that emits light for exciting the alkali metal atom,
A photodetector that outputs a signal according to the intensity of the light that has passed through the atomic cell,
A frequency conversion unit that outputs a signal obtained by frequency-converting the signal from the photodetection unit to a higher frequency side using digital processing,
A detection unit that detects the signal from the frequency conversion unit.

このような量子干渉装置によれば、周波数変換部が光検出部からの信号を周波数が高く
なる側に周波数変換するため、検波部を構成するアナログ部品の周波数帯域を高くするこ
とができ、その結果、量子干渉装置の小型化を図ることができる。また、周波数変換部の
周波数変換にデジタル処理を用いるため、周波数変換部においてアナログ部品の数を減ら
すことができ、この点でも、量子干渉装置の小型化を図ることができる。また、周波数変
換部での周波数変換により、検波部での検波対象となる周波数成分と他の周波数成分との
周波数差を大きくすることができる。そのため、検波部の構成を簡単化しつつ、検波部で
の検波を高精度に行うことができる。このようなことから、周波数特性を優れたものとし
つつ、小型化を図ることができる量子干渉装置を提供することができる。
According to such a quantum interference device, since the frequency conversion unit frequency-converts the signal from the photodetection unit to the higher frequency side, it is possible to increase the frequency band of the analog component forming the detection unit. As a result, the quantum interference device can be downsized. Further, since digital processing is used for frequency conversion of the frequency conversion unit, the number of analog components in the frequency conversion unit can be reduced, and in this respect also, the quantum interference device can be downsized. Further, the frequency conversion in the frequency conversion unit can increase the frequency difference between the frequency component to be detected by the detection unit and other frequency components. Therefore, it is possible to perform the detection in the detection unit with high accuracy while simplifying the configuration of the detection unit. For this reason, it is possible to provide a quantum interference device that can be miniaturized while having excellent frequency characteristics.

本発明の量子干渉装置では、電圧信号に応じた周波数の信号を出力する電圧制御型水晶
発振器と、
前記電圧制御型水晶発振器からの信号を前記アルカリ金属原子の基底準位間の遷移周波
数に応じた周波数に周波数逓倍するとともに位相変調してマイクロ波信号を生成する逓倍
合成部と、を備え、
前記周波数変換部は、前記位相変調の周波数に応じた周波数成分を周波数変換すること
が好ましい。
これにより、逓倍合成部の位相変調の周波数よりも高い周波数で検波部での検波を行う
ことができる。
In the quantum interference device of the present invention, a voltage-controlled crystal oscillator that outputs a signal having a frequency according to a voltage signal,
A signal from the voltage-controlled crystal oscillator, a multiplication and synthesis unit that frequency-multiplies and phase-modulates a frequency signal according to the transition frequency between the ground levels of the alkali metal atoms to generate a microwave signal,
It is preferable that the frequency conversion unit frequency-converts a frequency component according to the frequency of the phase modulation.
As a result, the detection in the detection unit can be performed at a frequency higher than the frequency of the phase modulation of the multiplication / synthesis unit.

本発明の量子干渉装置では、発振器を備え、
前記逓倍合成部は、前記発振器からの信号に基づいてデジタル処理を用いて位相変調し
て、段階的に変化する周波数成分を有する前記マイクロ波信号を生成し、
前記検波部は、前記発振器からの信号を用いて前記検波を行うことが好ましい。
これにより、電圧制御型水晶発振器からの信号の位相変調にデジタル処理を用いるため
、低周波帯域のアナログ部品の数を減らすことができ、その結果、量子干渉装置の小型化
を図ることができる。また、マイクロ波信号が段階的に変化する周波数成分を有するため
、周波数を二値的に変化させる場合に比べて優れたS/N比で検波部での検波を行うこと
ができ、その結果、優れた短期周波数安定度を実現することができる。
The quantum interference device of the present invention includes an oscillator,
The multiplying / combining unit performs phase modulation using digital processing based on a signal from the oscillator, and generates the microwave signal having a frequency component that changes stepwise,
It is preferable that the detection section performs the detection using a signal from the oscillator.
Since digital processing is used for phase modulation of the signal from the voltage controlled crystal oscillator, the number of analog components in the low frequency band can be reduced, and as a result, the quantum interference device can be miniaturized. Further, since the microwave signal has a frequency component that changes in a stepwise manner, it is possible to perform detection in the detection unit with an S / N ratio that is superior to that in the case where the frequency is changed in a binary manner. Excellent short-term frequency stability can be achieved.

本発明の量子干渉装置では、発振器と、
前記発振器からの信号を周波数分周する分周器と、を備え、
前記逓倍合成部は、前記分周器からの信号を用いて前記位相変調を行い、
前記検波部は、前記発振器からの信号を用いて前記検波を行うことが好ましい。
これにより、逓倍合成部の構成を簡単化しつつ、検波部で同期検波を行うことができる
In the quantum interference device of the present invention, an oscillator,
A frequency divider for frequency-dividing the signal from the oscillator,
The multiplication and synthesis unit performs the phase modulation using the signal from the frequency divider,
It is preferable that the detection section performs the detection using a signal from the oscillator.
This allows the detection unit to perform synchronous detection while simplifying the configuration of the multiplication / synthesis unit.

本発明の量子干渉装置では、前記周波数変換部は、フーリエ変換回路を有することが好
ましい。
これにより、周波数変換部での周波数変換を高精度に行うことができる。
In the quantum interference device of the present invention, it is preferable that the frequency conversion unit has a Fourier transform circuit.
Thereby, the frequency conversion in the frequency conversion unit can be performed with high accuracy.

本発明の量子干渉装置では、前記周波数変換部は、前記検波部での検波対象となる信号
の周波数を1kHz以上100MHz以下の周波数に変換することが好ましい。
これにより、検波部を構成するアナログ部品の周波数帯域を必要十分に高くすることが
でき、その結果、量子干渉装置の小型化を効果的に図ることができる。
In the quantum interference device of the present invention, it is preferable that the frequency conversion unit converts a frequency of a signal to be detected by the detection unit into a frequency of 1 kHz or more and 100 MHz or less.
As a result, the frequency band of the analog component forming the detection unit can be made sufficiently high, and as a result, the quantum interference device can be effectively downsized.

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。
このような原子発振器によれば、周波数特性を優れたものとしつつ、小型化を図ること
ができる。
An atomic oscillator of the present invention comprises the quantum interference device of the present invention.
According to such an atomic oscillator, it is possible to achieve miniaturization while providing excellent frequency characteristics.

本発明の原子発振器は、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励起する光を出射する光源部と、
前記原子セルを通過した前記光の強度に応じた信号を出力する光検出部と、
デジタル処理を用いて前記光検出部からの信号を周波数が高くなる側に周波数変換した
信号を出力する周波数変換部と、
前記周波数変換部からの信号を検波する検波部と、を備えることを特徴とする。
このような原子発振器によれば、周波数特性を優れたものとしつつ、小型化を図ること
ができる。
The atomic oscillator of the present invention is an atomic cell in which an alkali metal atom is encapsulated,
A light source unit that emits light for exciting the alkali metal atom,
A photodetector that outputs a signal according to the intensity of the light that has passed through the atomic cell,
A frequency conversion unit that outputs a signal obtained by frequency-converting the signal from the photodetection unit to a higher frequency side using digital processing,
A detection unit that detects the signal from the frequency conversion unit.
According to such an atomic oscillator, it is possible to achieve miniaturization while providing excellent frequency characteristics.

本発明の原子発振器では、前記光源部が出射する前記光は、前記アルカリ金属原子に電
磁誘起透過現象を生じさせる共鳴光対を含むことが好ましい。
これにより、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した原子発振器に比べて、
大幅に小型化を図ることができる。
In the atomic oscillator of the present invention, it is preferable that the light emitted from the light source unit includes a resonant light pair that causes an electromagnetically induced transmission phenomenon in the alkali metal atom.
Therefore, compared to an atomic oscillator that uses the double resonance phenomenon of light and microwaves,
The size can be greatly reduced.

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。
このような電子機器によれば、量子干渉装置の周波数特性を優れたものとしつつ小型化
を図ることができる。
The electronic equipment of the present invention is equipped with the quantum interference device of the present invention.
According to such an electronic device, it is possible to achieve miniaturization while improving the frequency characteristics of the quantum interference device.

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。
このような移動体によれば、量子干渉装置の周波数特性を優れたものとしつつ小型化を
図ることができる。
A mobile object of the present invention is characterized by including the quantum interference device of the present invention.
According to such a moving body, the quantum interference device can be miniaturized while having excellent frequency characteristics.

本発明の第1実施形態に係る原子発振器(量子干渉装置)の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the atomic oscillator (quantum interference apparatus) which concerns on 1st Embodiment of this invention. アルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the energy state of an alkali metal. 光源部から出射される第1光および第2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。6 is a graph showing the relationship between the frequency difference between the first light and the second light emitted from the light source unit and the intensity of the light detected by the light detection unit. 図1に示す原子発振器が備える逓倍合成部の出力信号の周波数を説明するグラフである。3 is a graph illustrating the frequency of the output signal of the multiplication / synthesis unit included in the atomic oscillator shown in FIG. 1. 逓倍合成部の出力信号とEIT信号との関係を説明するグラフである。7 is a graph illustrating the relationship between the output signal of the multiplication / synthesis unit and the EIT signal. 図5中のAで示す範囲に逓倍合成部の出力信号の周波数帯域があるときの光検出部の出力信号を説明するグラフである。6 is a graph illustrating the output signal of the photodetector when the frequency band of the output signal of the multiplication / synthesis unit is in the range indicated by A in FIG. 5. 図5中のBで示す範囲に逓倍合成部の出力信号の周波数帯域があるときの光検出部の出力信号を説明するグラフである。6 is a graph illustrating the output signal of the photodetector when the frequency band of the output signal of the multiplication / synthesis unit is in the range indicated by B in FIG. 5. 図5中のCで示す範囲に逓倍合成部の出力信号の周波数帯域があるときの光検出部の出力信号を説明するグラフである。6 is a graph illustrating the output signal of the photodetector when the frequency band of the output signal of the multiplication / synthesis unit is in the range indicated by C in FIG. 5. 図1に示す原子発振器が備える周波数変換部における周波数変換を説明する図である。It is a figure explaining the frequency conversion in the frequency conversion part with which the atomic oscillator shown in FIG. 1 is equipped. 本発明の第2実施形態に係る原子発振器(量子干渉装置)の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the atomic oscillator (quantum interference apparatus) which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の電子機器の実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the electronic device of this invention. 本発明の移動体の実施形態を示す図である。It is a figure showing an embodiment 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好
適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
Hereinafter, a quantum interference device, an atomic oscillator, an electronic device and a moving body of the present invention will be described in detail based on preferred 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、量子干渉効果を利用した原子発振器に本発明の量子干渉装置およ
び原子発振器を適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、原子発振器の他、例
えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能であり、また、本発明の原子発振器は
、例えば、二重共鳴現象を利用した原子発振器にも適用可能である。
1. Atomic oscillator (quantum interference device)
First, an atomic oscillator of the present invention (an 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 and the atomic oscillator of the present invention are applied to an atomic oscillator utilizing the quantum interference effect will be described.However, the quantum interference device of the present invention includes, in addition to the atomic oscillator, a magnetic sensor, The atomic oscillator of the present invention is also applicable to a quantum memory and the like, and is also applicable to an atomic oscillator utilizing the double resonance phenomenon, for example.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る原子発振器(量子干渉装置)の概略構成を示す模
式図である。図2は、アルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図である。図3は
、光源部から出射される第1光および第2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。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an atomic oscillator (quantum interference device) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining the energy state of an alkali metal. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the frequency difference between the first light and the second light emitted from the light source unit and the intensity of the light detected by the light detection unit.

図1に示す原子発振器1は、量子干渉効果の一つであるCPT(Coherent Population
Trapping)を利用した発振器であり、周波数精度の高いクロック信号を出力することがで
きる。
The atomic oscillator 1 shown in FIG. 1 has a CPT (Coherent Population) which is one of the quantum interference effects.
Trapping) is used, and a clock signal with high frequency accuracy can be output.

図1に示すように、原子発振器1は、量子干渉ユニット2と、量子干渉ユニット2に電
気的に接続されている回路部10とを有する。量子干渉ユニット2は、光を出射する光源
22(光源部)と、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
れた原子セル21(ガスセル)と、光検出器23(光検出部)と、を有する。回路部10
は、増幅器31、検波回路32と、変調回路33と、低周波発振器34と、駆動回路35
と、周波数変換部5と、検波回路41と、電圧制御型水晶発振器42(VCXO:Voltag
e Controlled Crystal Oscillators)と、逓倍合成部43と、発振器44と、を有する。
As shown in FIG. 1, the atomic oscillator 1 has a quantum interference unit 2 and a circuit unit 10 electrically connected to the quantum interference unit 2. The quantum interference unit 2 includes a light source 22 (light source unit) that emits light, an atomic cell 21 (gas cell) in which an alkali metal atom such as a rubidium atom or a cesium atom is sealed, and a photodetector 23 (photodetection unit). And. Circuit part 10
Is an amplifier 31, a detection circuit 32, a modulation circuit 33, a low frequency oscillator 34, and a drive circuit 35.
, A frequency conversion unit 5, a detection circuit 41, a voltage control type crystal oscillator 42 (VCXO: Voltag
e Controlled Crystal Oscillators), a multiplication / synthesis unit 43, and an oscillator 44.

この原子発振器1は、アルカリ金属原子に対して波長の異なる2つの共鳴光を同時に照
射すると、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)現象を利用している。かかる原子発振器1
は、この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42(VCXO)の出力信号を所定の周波数で安定させる。そして、原子発振
器1は、電圧制御型水晶発振器42(VCXO)の出力信号を所望の周波数のクロック信
号として出力する。
In this atomic oscillator 1, when two resonance lights having different wavelengths are simultaneously applied to an alkali metal atom, the two resonance lights are transmitted by the alkali metal without being absorbed by the alkali metal (EIT:
Electromagnetically Induced Transparency) phenomenon is used. Such atomic oscillator 1
Stabilizes the output signal of the voltage controlled crystal oscillator 42 (VCXO) at a predetermined frequency by using an EIT signal which is a steep signal generated with the EIT phenomenon. Then, the atomic oscillator 1 outputs the output signal of the voltage controlled crystal oscillator 42 (VCXO) as a clock signal of a desired frequency.

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〉
図1に示す量子干渉ユニット2は、前述したように、光源22(光源部)と、原子セ
ル21(ガスセル)と、光検出器23(光検出部)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 2 illustrated in FIG. 1 includes the light source 22 (light source section), the atom cell 21 (gas cell), and the photodetector 23 (photodetection section).

(光源部)
光源22は、原子セル21内のアルカリ金属原子を励起させる第1共鳴光および第2共
鳴光を含む光を出射する機能を有する。光源22から出射した光は原子セル21に入射す
る。
(Light source part)
The light source 22 has a function of emitting light including first resonance light and second resonance light that excite the alkali metal atoms in the atomic cell 21. The light emitted from the light source 22 enters the atomic cell 21.

光源22としては、前述した光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例え
ば、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser
)等の半導体レーザー等を用いることができる。
The light source 22 is not particularly limited as long as it can emit the above-mentioned light. For example, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is used.
) Etc. semiconductor laser etc. can be used.

(原子セル)
原子セル21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21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。
(Atomic cell)
In the atomic cell 21, alkali metal such as gaseous rubidium, cesium, sodium (
Alkali metal atom) is enclosed. Further, in the atomic cell 21, a rare gas such as argon or neon or an inert gas such as nitrogen may be enclosed as a buffer gas together with a gaseous alkali metal, if necessary.

図2に示すように、アルカリ金属原子は、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 atom has a three-level energy level consisting of two different ground levels (first ground level and second ground level) and an excitation 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1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 When the resonance light (first resonance light) having the corresponding frequency ω 1 is individually irradiated to the alkali metal atom, light absorption occurs. On the other hand, when the first resonance light and the second resonance light (resonance light pair) are simultaneously irradiated, both the first resonance light and the second resonance light are transmitted without being absorbed by the alkali metal atom (EIT). ) Phenomenon occurs. That is, in this EIT phenomenon, the first resonance light and the second resonance light are simultaneously irradiated to the alkali metal atoms, 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 is generated. ω 2 ) occurs when the frequency ω 0 corresponds to the energy difference ΔE between the first and second ground levels. Therefore, as shown in FIG. 3, the light absorption rate (light transmittance) in the alkali metal atoms of the first resonance light and the second resonance light changes according to the frequency difference (ω 1 −ω 2 ), and the frequency difference ( When ω 1 −ω 2 ) coincides with the frequency ω 0 , the EIT phenomenon occurs, and the intensities of the first resonance light and the second resonance light transmitted through the alkali metal atoms sharply increase. Such a steep signal is called an EIT signal. This EIT signal has an eigenvalue determined by the type of alkali metal atom. Therefore, by using such an EIT signal as a reference, a highly accurate oscillator can be constructed.

例えば、アルカリ金属原子がセシウム原子である場合、エネルギー差ΔEに相当する周
波数ωは9.1926GHzであるので、セシウム原子に、周波数差(ω−ω)が
9.1926GHzである2種類の光を同時に照射すると、EIT信号が検出される。
For example, when the alkali metal atom is a cesium atom, the frequency ω 0 corresponding to the energy difference ΔE is 9.1926 GHz, and therefore the cesium atom has two types of frequency difference (ω 1 −ω 2 ) of 9.1926 GHz. When the above light is simultaneously emitted, the EIT signal is detected.

原子セル21は、原子セル21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21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。また、原子セル
21の近傍には、例えば、通電によりアルカリ金属に磁場を印加するコイル等を有する磁
場発生部(図示せず)が設けられている。この磁場発生部からの磁場によって、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ゼーマン分裂により
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。
The atomic cell 21 is heated by a heater (not shown) driven based on the detection result of a temperature sensor (not shown) that detects the temperature of the atomic cell 21. Thereby, the alkali metal in the atomic cell 21 can be maintained in a gaseous state with an appropriate concentration. Further, in the vicinity of the atomic cell 21, for example, a magnetic field generation unit (not shown) having a coil for applying a magnetic field to the alkali metal by energization is provided. By the magnetic field from this magnetic field generation unit, the gap between a plurality of different energy levels in which the alkali metal atoms 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.

また、上述した光源22と原子セル21との間には、波長板、減光フィルター、レンズ
、偏光板等の光学部品が配置されていてもよい。
In addition, optical components such as a wave plate, a neutral density filter, a lens, and a polarizing plate may be arranged between the light source 22 and the atomic cell 21 described above.

(光検出部)
光検出器23は、原子セル21内を透過した光(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)を検出し、検出した光の強度に応じた検出信号を出力する。
(Light detector)
The photodetector 23 detects the light transmitted through the atomic cell 21 (in particular, the resonance light pair composed of the first resonance light and the second resonance light) and outputs a detection signal corresponding to the intensity of the detected light. To do.

光検出器23としては、前述した光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 photodetector 23 is not particularly limited as long as it can detect the intensity of light described above, but for example, a photodetector (light receiving element) such as a photodiode can be used.

〈回路部〉
図1に示す回路部10は、前述したように、増幅器31、検波回路32と、変調回路3
3と、低周波発振器34と、駆動回路35と、周波数変換部5と、検波回路41と、電圧
制御型水晶発振器42と、逓倍合成部43と、発振器44と、分周器45と、を有する。
<Circuit part>
The circuit unit 10 shown in FIG. 1 includes the amplifier 31, the detection circuit 32, and the modulation circuit 3 as described above.
3, a low frequency oscillator 34, a drive circuit 35, a frequency conversion unit 5, a detection circuit 41, a voltage control type crystal oscillator 42, a multiplication and synthesis unit 43, an oscillator 44, and a frequency divider 45. Have.

増幅器31は、光検出器23の出力信号を増幅する。増幅器31の出力信号は、検波回
路32および周波数変換部5のそれぞれに入力される。
検波回路32は、数Hz〜数百Hz程度の低い周波数で発振する低周波発振器34の出
力信号(発振信号)を用いて増幅器31の出力信号を同期検波する。変調回路33は、検
波回路32による検波を可能とするために、低周波発振器34の出力信号(発振信号)を
変調信号として検波回路32の出力信号を変調する。
The amplifier 31 amplifies the output signal of the photodetector 23. The output signal of the amplifier 31 is input to each of the detection circuit 32 and the frequency conversion unit 5.
The detection circuit 32 synchronously detects the output signal of the amplifier 31 using the output signal (oscillation signal) of the low-frequency oscillator 34 that oscillates at a low frequency of about several Hz to several hundred Hz. The modulation circuit 33 modulates the output signal of the detection circuit 32 using the output signal (oscillation signal) of the low-frequency oscillator 34 as a modulation signal in order to enable the detection by the detection circuit 32.

駆動回路35は、変調回路33の出力信号に応じてバイアス電流を微調整して、光源2
2に供給するバイアス電流を設定する(光源22から出射する光の中心波長を設定する)
。すなわち、光源22、原子セル21、光検出器23、検波回路32、変調回路33およ
び駆動回路35を通るフィードバックループにより光源22が出射する光の中心波長が制
御(微調整)されて安定する。なお、このフィードバックループは、アナログ処理のみで
行ってもよいが、デジタル処理を用いることができる。
The drive circuit 35 finely adjusts the bias current according to the output signal of the modulation circuit 33, and
Set the bias current supplied to 2 (set the center wavelength of the light emitted from the light source 22)
. That is, the central wavelength of the light emitted from the light source 22 is controlled (finely adjusted) by the feedback loop passing through the light source 22, the atomic cell 21, the photodetector 23, the detection circuit 32, the modulation circuit 33, and the drive circuit 35, and is stabilized. Note that this feedback loop may be performed only by analog processing, but digital processing can be used.

また、駆動回路35は、前述したように微調整したバイアス電流に、後述する逓倍合成
部43の出力信号の周波数成分の電流(変調電流)を重畳して光源22に供給する。変調
電流により、光源22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周波数が変調電流の
周波数ずつずれた周波数の複数組の光が発生する。
Further, the drive circuit 35 supplies the light source 22 with the current (modulation current) of the frequency component of the output signal of the multiplication / combination unit 43, which will be described later, superimposed on the bias current finely adjusted as described above. When the light emitted from the light source 22 is frequency-modulated by the modulation current, light having a center frequency corresponding to the bias current and a plurality of sets of frequencies on both sides of which are shifted as sideband light by the frequency of the modulation current. Light is emitted.

周波数変換部5は、増幅器31の出力信号を周波数が高くなる側に周波数変換する。特
に、周波数変換部5は、デジタル処理を用いて周波数変換する。具体的には、周波数変換
部5は、フーリエ変換回路51を有し、このフーリエ変換回路51が増幅器31の出力信
号をフーリエ変換する処理を経て周波数変換する。なお、周波数変換部5に関する事項に
ついては、後に詳述する。
The frequency converter 5 frequency-converts the output signal of the amplifier 31 to the side where the frequency becomes higher. In particular, the frequency converter 5 performs frequency conversion using digital processing. Specifically, the frequency conversion unit 5 has a Fourier transform circuit 51, and the Fourier transform circuit 51 performs a frequency transform on the output signal of the amplifier 31 by performing a Fourier transform. The matters regarding the frequency conversion unit 5 will be described in detail later.

検波回路41は、発振器44の出力信号を用いて周波数変換部5の出力信号を同期検波
する。この検波回路41は、発振器44の出力信号を用いて増幅器31の出力信号を同期
検波する位相検波器411と、位相検波器411の出力信号が入力されるローパスフィル
ター412(ループフィルター)と、を有する。ローパスフィルター412は、光検出器
23の検出結果に応じた電圧信号を出力する。そして、ローパスフィルター412の出力
信号は、電圧制御型水晶発振器42に入力される。
The detection circuit 41 synchronously detects the output signal of the frequency conversion unit 5 using the output signal of the oscillator 44. The detection circuit 41 includes a phase detector 411 that synchronously detects the output signal of the amplifier 31 using the output signal of the oscillator 44, and a low-pass filter 412 (loop filter) to which the output signal of the phase detector 411 is input. Have. The low pass filter 412 outputs a voltage signal according to the detection result of the photodetector 23. Then, the output signal of the low-pass filter 412 is input to the voltage-controlled crystal oscillator 42.

電圧制御型水晶発振器42は、検波回路41の出力信号の大きさに応じて、電圧制御型
水晶発振器42(VCXO)の発振周波数が微調整される。電圧制御型水晶発振器42(
VCXO)の発振周波数は、特に限定されないが、例えば、10MHz程度である。電圧
制御型水晶発振器42の出力信号は、逓倍合成部43に入力されるとともに、原子発振器
1の出力信号として用いられる。
In the voltage controlled crystal oscillator 42, the oscillation frequency of the voltage controlled crystal oscillator 42 (VCXO) is finely adjusted according to the magnitude of the output signal of the detection circuit 41. Voltage controlled crystal oscillator 42 (
The oscillation frequency of (VCXO) is not particularly limited, but is about 10 MHz, for example. The output signal of the voltage-controlled crystal oscillator 42 is input to the multiplication / combination unit 43 and used as the output signal of the atomic oscillator 1.

逓倍合成部43は、電圧制御型水晶発振器42の出力信号の周波数を逓倍するとともに
位相変調してマイクロ波信号を出力する。この逓倍合成部43は、電圧制御型水晶発振器
42の出力信号を周波数逓倍するフラクショナル位相同期回路431(F−PLL)と、
発振器44の出力信号に基づいてフラクショナル位相同期回路431の逓倍率をデジタル
処理により段階的に変更する制御部432と、を有する。このように、逓倍合成部43は
、逓倍率が可変であり、逓倍率を段階的に変更する。これにより、電圧制御型水晶発振器
42の出力信号を位相変調する。このような逓倍合成部43の出力信号は、前述した光源
22の光の周波数変調のための周波数成分(マイクロ波成分)と、検波回路41による検
波を可能とするための周波数成分(検波周波数成分)と、を含む。そして、逓倍合成部4
3の出力信号は、駆動回路35に入力される。なお、逓倍合成部43に関する事項は、後
に詳述する。
The multiplication / combination unit 43 multiplies the frequency of the output signal of the voltage-controlled crystal oscillator 42 and phase-modulates it to output a microwave signal. The multiplication / combination unit 43 includes a fractional phase synchronization circuit 431 (F-PLL) that frequency-multiplies the output signal of the voltage-controlled crystal oscillator 42,
And a control unit 432 that gradually changes the multiplication rate of the fractional phase synchronization circuit 431 based on the output signal of the oscillator 44 by digital processing. As described above, the multiplication / combination unit 43 has a variable multiplication ratio, and changes the multiplication ratio stepwise. As a result, the output signal of the voltage controlled crystal oscillator 42 is phase-modulated. Such an output signal of the multiplication / combination unit 43 has a frequency component (microwave component) for frequency modulation of the light of the light source 22 described above and a frequency component (detection frequency component) for enabling detection by the detection circuit 41. ) And, including. Then, the multiplication / synthesis unit 4
The output signal of No. 3 is input to the drive circuit 35. The matters regarding the multiplication / combination unit 43 will be described later in detail.

発振器44は、10kHz以上10MHz以下の周波数で発振する。そして、発振器4
4の出力信号は、制御部432および位相検波器411のそれぞれに入力される。
The oscillator 44 oscillates at a frequency of 10 kHz or more and 10 MHz or less. And oscillator 4
The output signal of No. 4 is input to each of the control unit 432 and the phase detector 411.

光源22、原子セル21、光検出器23、増幅器31、周波数変換部5、検波回路41
、電圧制御型水晶発振器42、逓倍合成部43および駆動回路35を通るフィードバック
ループにより光源22が出射する1組のサイドバンド光が、アルカリ金属原子にEIT現
象を発生させる共鳴光対になるように制御(微調整)される。
Light source 22, atomic cell 21, photodetector 23, amplifier 31, frequency converter 5, detection circuit 41
, A pair of sideband lights emitted from the light source 22 by a feedback loop that passes through the voltage controlled crystal oscillator 42, the multiplication / combination unit 43, and the drive circuit 35 becomes a resonant light pair that causes the EIT phenomenon in the alkali metal atom. It is controlled (fine-tuned).

上述したように、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
23で検出し、そのEIT信号を基準信号として利用して、電圧制御型水晶発振器42の
出力信号を所定の周波数で安定させる。そして、電圧制御型水晶発振器42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42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。
As described above, the EIT signal, which is a steep signal generated due to the EIT phenomenon, is detected by the photodetector 23, and the EIT signal is used as the reference signal to output the output signal of the voltage-controlled crystal oscillator 42 to a predetermined value. Stabilize at the frequency of. Then, the output signal of the voltage-controlled crystal oscillator 42 is output to the outside. At that time, the output signal of the voltage-controlled crystal oscillator 42 is, if necessary,
For example, a frequency conversion circuit (not shown) such as a DDS (Direct Digital Synthesizer) may convert the frequency to a desired frequency at a predetermined frequency conversion rate.

(逓倍合成部)
以下、逓倍合成部43およびこれに関連する事項について詳述する。
図4は、図1に示す原子発振器が備える逓倍合成部の出力信号の周波数を説明するグラ
フである。
(Multiply synthesizer)
Hereinafter, the multiplication / combination unit 43 and matters related thereto will be described in detail.
FIG. 4 is a graph for explaining the frequency of the output signal of the multiplication / synthesis unit included in the atomic oscillator shown in FIG.

逓倍合成部43が備えるフラクショナル位相同期回路431は、例えば、分周比が可変
なプログラマブル分周器を有しており、その分周器の分周比を変更することで逓倍率が変
更可能となっている。そして、逓倍合成部43が備える制御部432は、例えば、CPU
であり、発振器44の出力信号に基づいて、前述したプログラマブル分周器の分周比を制
御することで、フラクショナル位相同期回路431の逓倍率をデジタル処理により段階的
に変更する。
The fractional phase synchronization circuit 431 included in the multiplication / combination unit 43 has, for example, a programmable frequency divider whose frequency division ratio is variable, and the frequency multiplication ratio can be changed by changing the frequency division ratio of the frequency divider. Has become. The control unit 432 included in the multiplication / combination unit 43 is, for example, a CPU
By controlling the frequency division ratio of the programmable frequency divider based on the output signal of the oscillator 44, the multiplication rate of the fractional phase synchronization circuit 431 is changed stepwise by digital processing.

フラクショナル位相同期回路431の出力信号、すなわち、逓倍合成部43の出力信号
は、前述したように、光源22の光の周波数変調のための周波数成分(マイクロ波成分)
と、検波回路41による検波を可能とするための周波数成分と、を含む。このような逓倍
合成部43の出力信号の周波数は、図4中の実線aで示すように、光源22の光の周波数
変調のための周波数成分の周波数fを中心として、振幅Δf、周期Tで周期的に変化す
る。特に、逓倍合成部43の出力信号の周波数は、発振器44の出力信号に基づいて、段
階的に変化する。また、逓倍合成部43の出力信号の周波数は、図4中の一点鎖線bで示
すサイン波形に沿うように変化している。
As described above, the output signal of the fractional phase synchronization circuit 431, that is, the output signal of the multiplication / combination unit 43, is the frequency component (microwave component) for frequency modulation of the light of the light source 22.
And a frequency component for enabling detection by the detection circuit 41. As shown by the solid line a in FIG. 4, the frequency of the output signal of the multiplication / combination unit 43 has an amplitude Δf and a period T with the frequency f 0 of the frequency component for frequency modulation of the light of the light source 22 as the center. Changes periodically. In particular, the frequency of the output signal of the multiplication / combination unit 43 changes stepwise based on the output signal of the oscillator 44. Further, the frequency of the output signal of the multiplication / combination unit 43 changes so as to follow the sine waveform shown by the alternate long and short dash line b in FIG.

分周器45の出力信号の周波数をfbとしたとき、周期Tは、分周器45の出力信号の
周期1/fbに等しい。すなわち、逓倍合成部43の出力信号の検波周波数成分の周波数
は、分周器45の出力信号の周波数fbと等しい。これにより、逓倍合成部43の出力信
号に基づく光検出器23の出力信号の変化を検波回路41で同期検波することができる。
また、周波数fbは、発振器44の出力信号の周波数をfaとし、分周器45の分周比を
N1としたとき、fa/N1である。
When the frequency of the output signal of the frequency divider 45 is fb, the cycle T is equal to the cycle 1 / fb of the output signal of the frequency divider 45. That is, the frequency of the detection frequency component of the output signal of the multiplication / combination unit 43 is equal to the frequency fb of the output signal of the frequency divider 45. This allows the detection circuit 41 to synchronously detect a change in the output signal of the photodetector 23 based on the output signal of the multiplication / combination unit 43.
The frequency fb is fa / N1 when the frequency of the output signal of the oscillator 44 is fa and the frequency division ratio of the frequency divider 45 is N1.

このような逓倍合成部43の出力信号の周期T内における周波数の変更回数N(ステッ
プ数)は、分周器45の分周比N1に等しい。図4では、説明の便宜上、逓倍合成部43
の出力信号の周波数が1周期あたり10段階で変化するよう図示しているが、逓倍合成部
43の出力信号の周期T内における周波数の変更回数N(ステップ数)は、半周期あたり
2段階以上であればよく、任意である。ただし、SN比を高める観点から、かかる変更回
数は、100回以上10000回以下であることが好ましい。
The frequency change frequency N (the number of steps) within the cycle T of the output signal of the frequency multiplication / combination unit 43 is equal to the frequency division ratio N1 of the frequency divider 45. In FIG. 4, for convenience of explanation, the multiplication / combination unit 43
, The frequency of the output signal changes in 10 steps per cycle, but the frequency change frequency N (step number) within the cycle T of the output signal of the multiplication / combination unit 43 is 2 steps or more per half cycle. However, it is optional. However, from the viewpoint of increasing the SN ratio, the number of such changes is preferably 100 times or more and 10000 times or less.

以上説明したような逓倍合成部43の出力信号を用いた光源22の光は、原子セル21
を通過し、光検出器23で検出される。その際、光検出器23の出力信号(電流信号)に
は、前述したアルカリ金属の第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に対する周波数fのずれ(誤差)に応じた波形の変化が誤差信号として現
れる。
The light of the light source 22 using the output signal of the multiplication / combination unit 43 as described above is generated by the atomic cell 21.
And is detected by the photodetector 23. At that time, in the output signal (current signal) of the photodetector 23, the deviation of the frequency f 0 from the frequency ω 0 corresponding to the energy difference ΔE between the first and second ground levels of the alkali metal described above. A change in the waveform according to (error) appears as an error signal.

図5は、逓倍合成部の出力信号とEIT信号との関係を説明するグラフである。図6は
、図5中のAで示す範囲に逓倍合成部の出力信号の周波数帯域があるときの光検出部の出
力信号を説明するグラフである。図7は、図5中のBで示す範囲に逓倍合成部の出力信号
の周波数帯域があるときの光検出部の出力信号を説明するグラフである。図8は、図5中
のCで示す範囲に逓倍合成部の出力信号の周波数帯域があるときの光検出部の出力信号を
説明するグラフである。
FIG. 5 is a graph illustrating the relationship between the output signal of the multiplication / synthesis unit and the EIT signal. FIG. 6 is a graph for explaining the output signal of the photodetector when the frequency band of the output signal of the multiplication / synthesis unit is in the range indicated by A in FIG. FIG. 7 is a graph for explaining the output signal of the photodetector when the frequency band of the output signal of the multiplication / synthesis unit is in the range indicated by B in FIG. FIG. 8 is a graph for explaining the output signal of the photodetector when the frequency band of the output signal of the multiplication / synthesis unit is in the range indicated by C in FIG.

逓倍合成部43の出力信号の周波数帯域(周波数の掃引範囲)が、図5中に示す範囲A
のように周波数ωに対して一方側(低周波数側)にあるとき、光検出器23の出力信号
(誤差信号)は、図6に示すように、前述した周期Tで周期的に変化する。また、逓倍合
成部43の出力信号の周波数帯域が、図5中に示す範囲Bのように周波数ωに対して他
方側(高周波数側)にあるとき、光検出器23の出力信号は、図7に示すように、前述し
た範囲Aにあるときとは位相が180度ずれた状態で、周期Tで周期的に変化する。した
がって、逓倍合成部43の出力信号の周波数帯域が周波数ωに対して一方側にあるかま
たは他方側にあるかを、光検出器23の出力信号に基づいて判断することができる。
The frequency band (frequency sweep range) of the output signal of the multiplication / combination unit 43 is the range A shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the output signal (error signal) of the photodetector 23 cyclically changes at the above-described cycle T when it is on the one side (low frequency side) with respect to the frequency ω 0 . . Further, when the frequency band of the output signal of the multiplication / combination unit 43 is on the other side (high frequency side) with respect to the frequency ω 0 as in the range B shown in FIG. 5, the output signal of the photodetector 23 is As shown in FIG. 7, the phase is cyclically changed at a cycle T with a phase difference of 180 degrees from that in the range A described above. Therefore, whether the frequency band of the output signal of the multiplication / combination unit 43 is on the one side or the other side with respect to the frequency ω 0 can be determined based on the output signal of the photodetector 23.

また、逓倍合成部43の出力信号の周波数帯域が、図5中に示す範囲Cのように周波数
ωを含むとき、光検出器23の出力信号は、図8に示すようになる。特に、逓倍合成部
43の出力信号の周波数fが周波数ωに一致するとき、光検出器23の出力信号は、
図8に示すように、前述した周期Tの半分の周期T/2で周期的に変化する。したがって
、逓倍合成部43の出力信号の周波数帯域が周波数ωに対して一方側または他方側にあ
るかまたは周波数ωを含むかを、光検出器23の出力信号に基づいて判断することがで
きる。また、周期T/2ごとの波形が互いに等しくなっていれば、逓倍合成部43の出力
信号の周波数fが周波数ωに一致していると判断することができる。
Further, when the frequency band of the output signal of the multiplication / combination unit 43 includes the frequency ω 0 as in the range C shown in FIG. 5, the output signal of the photodetector 23 becomes as shown in FIG. In particular, when the frequency f 0 of the output signal of the multiplier / synthesizer 43 matches the frequency ω 0 , the output signal of the photodetector 23 is
As shown in FIG. 8, it periodically changes at a cycle T / 2 that is half the cycle T described above. Therefore, it can be determined based on the output signal of the photodetector 23 whether the frequency band of the output signal of the multiplication / combination unit 43 is on one side or the other side with respect to the frequency ω 0 or includes the frequency ω 0. it can. Further, if the waveforms for each cycle T / 2 are equal to each other, it can be determined that the frequency f 0 of the output signal of the multiplication / combination unit 43 matches the frequency ω 0 .

以上のように周波数ωに対する周波数fのずれ(誤差)に応じて波形が変化する誤
差信号を用いて、逓倍合成部43の出力信号の周波数fが周波数ωに一致するように
、検波回路41が電圧制御型水晶発振器42の制御電圧を制御することで、所望の周波数
fの出力信号を得ることができる。
以上説明したような光検出器23の出力信号(誤差信号)は、増幅器31で増幅された
後に、周波数変換部5で周波数変換される。
Using the error signal is waveform changes in accordance with the deviation of the frequency f 0 with respect to the frequency omega 0 (error) As described above, as the frequency f 0 of the output signal of the multiplier combining unit 43 coincides with the frequency omega 0, The detection circuit 41 controls the control voltage of the voltage-controlled crystal oscillator 42, so that the output signal of the desired frequency f can be obtained.
The output signal (error signal) of the photodetector 23 as described above is frequency-converted by the frequency converter 5 after being amplified by the amplifier 31.

(周波数変換部)
以下、周波数変換部5およびこれに関連する事項について詳述する。
図9は、図1に示す原子発振器が備える周波数変換部における周波数変換を説明する図
である。
(Frequency converter)
Hereinafter, the frequency conversion unit 5 and matters related thereto will be described in detail.
FIG. 9 is a diagram for explaining frequency conversion in the frequency conversion unit included in the atomic oscillator shown in FIG.

周波数変換部5は、前述したように、デジタル処理を用いて増幅器31の出力信号(以
下、「誤差信号」とも言う)を周波数が高くなる側に周波数変換する。より具体的には、
図9に示すように、誤差信号の周波数をfbからfaに変換する。これにより、検波回路
41が周波数faで誤差信号を同期検波することができる。
As described above, the frequency conversion unit 5 frequency-converts the output signal of the amplifier 31 (hereinafter, also referred to as “error signal”) to the higher frequency side by using digital processing. More specifically,
As shown in FIG. 9, the frequency of the error signal is converted from fb to fa. As a result, the detection circuit 41 can synchronously detect the error signal at the frequency fa.

ここで、周波数変換部5は、誤差信号の強度変化を抑えつつ、周波数変換を行う。また
、周波数変換部5は、周波数変換に伴って、誤差信号の所望の周波数成分と他の周波数成
分との周波数差を大きくする。これにより、検波回路41の検波精度を高めることができ
る。
本実施形態では、前述したように、周波数変換部5は、フーリエ変換回路51を有し、
このフーリエ変換回路51が増幅器31の出力信号をフーリエ変換する処理を経て周波数
変換する。このフーリエ変換回路51は、例えば、高速フーリエ変換(FFT)を行うも
のであり、ハードウエアに限定されず、アルゴリズムやソフトウエアを用いて構成するこ
とができる。また、フーリエ変換回路51は、アナログ処理だけでなく、デジタル処理を
用いることもできる。
Here, the frequency conversion unit 5 performs frequency conversion while suppressing the intensity change of the error signal. Further, the frequency conversion unit 5 increases the frequency difference between the desired frequency component of the error signal and the other frequency components in accordance with the frequency conversion. Thereby, the detection accuracy of the detection circuit 41 can be improved.
In the present embodiment, as described above, the frequency conversion unit 5 has the Fourier transform circuit 51,
The Fourier transform circuit 51 frequency-converts the output signal of the amplifier 31 through a process of performing Fourier transform. The Fourier transform circuit 51 performs, for example, a fast Fourier transform (FFT), and is not limited to hardware, and can be configured using an algorithm or software. Further, the Fourier transform circuit 51 can use not only analog processing but also digital processing.

以上説明したような量子干渉装置の一種である原子発振器1は、前述したように、アル
カリ金属原子が封入されている原子セル21と、光源部である光源22と、光検出部であ
る光検出器23と、周波数変換部5と、検波部である検波回路41と、を備える。ここで
、光源22は、アルカリ金属原子を励起する光を出射する。光検出器23は、原子セル2
1を通過した光の強度に応じた信号を出力する。周波数変換部5は、デジタル処理を用い
て光検出器23からの信号を周波数が高くなる側に周波数変換した信号を出力する。検波
回路41は、周波数変換部5からの信号を検波する。
As described above, the atomic oscillator 1 which is a kind of the quantum interference device described above includes the atomic cell 21 in which the alkali metal atoms are encapsulated, the light source 22 which is the light source section, and the light detection section which is the light detection section. The device 23, the frequency conversion unit 5, and the detection circuit 41 that is a detection unit. Here, the light source 22 emits light that excites the alkali metal atoms. The photodetector 23 is the atomic cell 2
It outputs a signal corresponding to the intensity of the light passing through 1. The frequency conversion unit 5 outputs a signal obtained by frequency-converting the signal from the photodetector 23 to the side where the frequency becomes higher by using digital processing. The detection circuit 41 detects the signal from the frequency conversion unit 5.

このような原子発振器1によれば、周波数変換部5が光検出器23からの信号を周波数
が高くなる側に周波数変換するため、検波回路41を構成するアナログ部品の周波数帯域
を高くすることができ、その結果、原子発振器1の小型化を図ることができる。また、周
波数変換部5の周波数変換にデジタル処理を用いるため、周波数変換部5においてアナロ
グ部品の数を減らすことができ、この点でも、原子発振器1の小型化を図ることができる
。また、周波数変換部5での周波数変換により、検波回路41での検波対象となる周波数
成分と他の周波数成分との周波数差を大きくすることができる。そのため、検波回路41
の構成を簡単化しつつ、検波回路41での検波を高精度に行うことができる。このような
ことから、周波数特性を優れたものとしつつ、小型化を図ることができる原子発振器1を
提供することができる。
According to such an atomic oscillator 1, since the frequency conversion unit 5 frequency-converts the signal from the photodetector 23 to the side where the frequency becomes higher, the frequency band of the analog components constituting the detection circuit 41 can be increased. As a result, the atomic oscillator 1 can be downsized. Moreover, since digital processing is used for frequency conversion of the frequency conversion unit 5, the number of analog components in the frequency conversion unit 5 can be reduced, and in this respect also, the atomic oscillator 1 can be downsized. In addition, the frequency conversion in the frequency conversion unit 5 can increase the frequency difference between the frequency component to be detected by the detection circuit 41 and other frequency components. Therefore, the detection circuit 41
It is possible to perform the detection in the detection circuit 41 with high accuracy while simplifying the configuration of. For this reason, it is possible to provide the atomic oscillator 1 that can be miniaturized while having excellent frequency characteristics.

また、原子発振器1は、電圧信号に応じた周波数の信号を出力する電圧制御型水晶発振
器42と、電圧制御型水晶発振器42からの信号をアルカリ金属原子の基底準位間の遷移
周波数に応じた周波数に周波数逓倍するとともに位相変調してマイクロ波信号を生成する
逓倍合成部43と、を備える。そして、周波数変換部5は、誤差信号の周波数、すなわち
、位相変調の周波数に応じた周波数成分を周波数変換する。これにより、逓倍合成部43
の位相変調の周波数よりも高い周波数で検波回路41での検波を行うことができる。
Further, the atomic oscillator 1 responds to the voltage controlled crystal oscillator 42 that outputs a signal having a frequency corresponding to the voltage signal, and the signal from the voltage controlled crystal oscillator 42 according to the transition frequency between the ground levels of the alkali metal atoms. And a frequency multiplication / combining unit 43 that frequency-multiplies the frequency and performs phase modulation to generate a microwave signal. Then, the frequency conversion unit 5 frequency-converts the frequency of the error signal, that is, the frequency component corresponding to the frequency of the phase modulation. As a result, the multiplication / synthesis unit 43
The detection in the detection circuit 41 can be performed at a frequency higher than the frequency of the phase modulation.

また、原子発振器1は、発振器44を備え、逓倍合成部43は、発振器44からの信号
に基づいてデジタル処理を用いて位相変調して、段階的に変化する周波数成分を有するマ
イクロ波信号を生成する。そして、検波回路41は、発振器44からの信号を用いて検波
を行う。これにより、電圧制御型水晶発振器42からの信号の位相変調にデジタル処理を
用いるため、低周波帯域のアナログ部品の数を減らすことができ、その結果、原子発振器
1の小型化を図ることができる。また、マイクロ波信号が段階的に変化する周波数成分を
有するため、周波数を二値的に変化させる場合に比べて優れたS/N比で検波回路41で
の検波を行うことができ、その結果、優れた短期周波数安定度を実現することができる。
Further, the atomic oscillator 1 includes an oscillator 44, and the multiplication / combination unit 43 phase-modulates the signal from the oscillator 44 using digital processing to generate a microwave signal having a frequency component that changes stepwise. To do. Then, the detection circuit 41 performs detection using the signal from the oscillator 44. Thereby, since the digital processing is used for the phase modulation of the signal from the voltage controlled crystal oscillator 42, the number of analog components in the low frequency band can be reduced, and as a result, the atomic oscillator 1 can be downsized. . Further, since the microwave signal has a frequency component that changes stepwise, it is possible to perform detection in the detection circuit 41 with an excellent S / N ratio as compared with the case where the frequency is changed in a binary manner. , Can achieve excellent short-term frequency stability.

また、周波数変換部5は、フーリエ変換回路51を有することにより、周波数変換部5
での周波数変換を高精度に行うことができる。
Further, the frequency conversion unit 5 has the Fourier transform circuit 51, and thus the frequency conversion unit 5
The frequency conversion can be performed with high accuracy.

ここで、周波数変換部5は、検波部である検波回路41での検波対象となる信号の周波
数を1kHz以上100MHz以下の周波数に変換することが好ましい。これにより、検
波回路41を構成するアナログ部品の周波数帯域を必要十分に高くすることができ、その
結果、原子発振器1の小型化を効果的に図ることができる。
Here, the frequency conversion unit 5 preferably converts the frequency of the signal to be detected by the detection circuit 41, which is the detection unit, into a frequency of 1 kHz or more and 100 MHz or less. As a result, the frequency band of the analog components forming the detection circuit 41 can be made sufficiently high, and as a result, the atomic oscillator 1 can be effectively downsized.

また、原子発振器1は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。すなわち、光源2
2が出射する光は、アルカリ金属原子に電磁誘起透過現象を生じさせる共鳴光対を含む。
これにより、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した原子発振器に比べて、大
幅に小型化を図ることができる。
Further, the atomic oscillator 1 is an atomic oscillator that utilizes the quantum interference effect. That is, the light source 2
The light emitted by 2 includes a resonance light pair that causes an electromagnetically induced transmission phenomenon in the alkali metal atom.
As a result, the size of the atomic oscillator can be significantly reduced as compared with an atomic oscillator that uses the double resonance phenomenon of light and microwaves.

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

図10は、本発明の第2実施形態に係る原子発振器(量子干渉装置)の概略構成を示す
模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an atomic oscillator (quantum interference device) according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態は、逓倍合成部の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である
The present embodiment is the same as the above-described first embodiment except that the configuration of the multiplication / synthesis unit is different.

なお、以下の説明では、第2実施形態に関し、第1実施形態との相違点を中心に説明し
、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図10において、前述した実施形態
と同様の構成については、同一符号を付している。
In the following description, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment, and the description of the same matters will be omitted. Further, in FIG. 10, the same components as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals.

図10に示す原子発振器1Aは、逓倍合成部43Aおよび分周器45を有する回路部1
0Aを備える。この回路部10Aでは、発振器44の出力信号は、位相検波器411およ
び分周器45のそれぞれに入力される。分周器45は、出力信号が数Hz〜数百Hz程度
の低い周波数となるように、発振器44の出力信号を分周する。
The atomic oscillator 1A shown in FIG. 10 includes a circuit unit 1 having a multiplication / synthesis unit 43A and a frequency divider 45.
With 0A. In this circuit section 10A, the output signal of the oscillator 44 is input to each of the phase detector 411 and the frequency divider 45. The frequency divider 45 frequency-divides the output signal of the oscillator 44 so that the output signal has a low frequency of about several Hz to several hundred Hz.

逓倍合成部43Aは、変調回路433と、位相同期回路434(PLL)と、を有する
The multiplication / combination unit 43A includes a modulation circuit 433 and a phase synchronization circuit 434 (PLL).

変調回路433は、検波回路41による検波を可能とするために、分周器45の出力信
号を変調信号として電圧制御型水晶発振器42の出力信号を変調する。
The modulation circuit 433 modulates the output signal of the voltage-controlled crystal oscillator 42 using the output signal of the frequency divider 45 as a modulation signal to enable the detection by the detection circuit 41.

位相同期回路434は、一定の周波数変換率(逓倍比)で変調回路433の出力信号を
変換してマイクロ波信号を出力する。
The phase synchronization circuit 434 converts the output signal of the modulation circuit 433 at a constant frequency conversion rate (multiplication ratio) and outputs a microwave signal.

このように、本実施形態の原子発振器1は、発振器44と、発振器44からの信号を周
波数分周する分周器45と、を備える。そして、逓倍合成部43Aは、分周器45からの
信号を用いて位相変調を行う。また、検波部である検波回路41は、発振器44からの信
号を用いて検波を行う。これにより、逓倍合成部43Aの構成を簡単化しつつ、検波回路
41で同期検波を行うことができる。
以上説明したような第2実施形態によっても、周波数特性を優れたものとしつつ、小型
化を図ることができる。
As described above, the atomic oscillator 1 of the present embodiment includes the oscillator 44 and the frequency divider 45 that frequency-divides the signal from the oscillator 44. Then, the multiplication / combination unit 43A performs phase modulation using the signal from the frequency divider 45. Further, the detection circuit 41, which is a detection unit, performs detection using the signal from the oscillator 44. As a result, the detection circuit 41 can perform synchronous detection while simplifying the configuration of the multiplication / synthesis unit 43A.
Also according to the second embodiment as described above, it is possible to reduce the size while making the frequency characteristic excellent.

2.電子機器
以下、本発明の電子機器について説明する。
2. Electronic Device Hereinafter, the electronic device of the present invention will be described.

図11は、本発明の電子機器の実施形態を示す図である。
図11に示す測位システム100(電子機器)は、GPS衛星200と、基地局装置3
00と、GPS受信装置400とで構成されている。
FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of the electronic device of the invention.
The positioning system 100 (electronic device) shown in FIG. 11 includes a GPS satellite 200 and a base station device 3.
00 and a GPS receiver 400.

GPS衛星200は、測位情報(GPS信号)を送信する。
基地局装置300は、例えば電子基準点(GPS連続観測局)に設置されたアンテナ3
01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 includes, for example, an antenna 3 installed at an electronic reference point (GPS continuous observation station).
The receiving device 302 that receives the positioning information from the GPS satellite 200 with high precision via 01, and the transmitting device 304 that transmits the positioning information received by this receiving device 302 via the antenna 303.
With.

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. Further, 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 receiving device 400 includes a satellite receiving unit 402 that receives positioning information from a GPS satellite 200 via an antenna 401 and a base station receiving unit 404 that receives positioning information from a base station device 300 via an antenna 403. Prepare

以上説明したような測位システム100によれば、量子干渉装置の一種である原子発振
器1の周波数特性を優れたものとしつつ小型化を図ることができる。
According to the positioning system 100 as described above, it is possible to make the atomic oscillator 1 which is a type of quantum interference device excellent in frequency characteristics and downsize.

3.移動体
図12は、本発明の移動体の実施形態を示す図である。
3. Moving Object FIG. 12 is a diagram showing an embodiment of a 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 in the vehicle body 1501. The atomic oscillator 1 is built in such a moving body 1500.

以上説明したような移動体1500によれば、量子干渉装置の一種である原子発振器1
の周波数特性を優れたものとしつつ小型化を図ることができる。
According to the moving body 1500 described above, the atomic oscillator 1 which is a kind of quantum interference device
It is possible to achieve miniaturization while improving the frequency characteristics of.

なお、本発明の原子発振器(量子干渉装置)を備える電子機器は、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、携帯電話基地局等に適
用することができる。
The electronic device including the atomic oscillator (quantum interference device) of the present invention is not limited to the above-mentioned ones, and examples thereof include a smartphone, a tablet terminal, a clock, a mobile phone, a digital still camera, and an inkjet ejection device (for example, an inkjet printer). ), Personal computer (mobile personal computer, laptop personal computer), TV, video camera, video tape recorder, car navigation device, pager, electronic notebook (including communication function), electronic dictionary, calculator, electronic game device , Word processors, workstations, video phones, crime prevention TV monitors, electronic binoculars, POS terminals, medical devices (eg electronic thermometers, blood pressure monitors, blood glucose meters, electrocardiogram measurement devices, ultrasonic diagnostic devices, electronic endoscopes), fish Detector, various measuring instruments, gages (e.g., gages for vehicles, aircraft, and ships), a flight simulator, terrestrial digital broadcasting, can be applied to a mobile phone base station 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。
Although the quantum interference device, atomic oscillator, electronic device, and moving body of the present invention have been described above based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to these.

また、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は、各部の構成は、
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。
Further, in the quantum interference device, the atomic oscillator, the electronic device and the moving body of the present invention, the configuration of each part is
It can be replaced with an arbitrary configuration that exhibits a similar function, or an arbitrary configuration can be added.

また、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。
前述した実施形態では、量子干渉効果を利用した原子発振器に本発明の原子発振器を適
用した例を説明したが、本発明の原子発振器は、例えば、二重共鳴現象を利用した原子発
振器にも適用可能である。この場合、逓倍合成部で生成したマイクロ波信号を用いて、ア
ルカリ金属原子に印加するマイクロ波を発生させればよい。
Further, the quantum interference device, the atomic oscillator, the electronic device, and the moving body of the present invention may be formed by combining arbitrary configurations of the above-described embodiments.
In the above-described embodiment, an example in which the atomic oscillator of the present invention is applied to the atomic oscillator utilizing the quantum interference effect has been described, but the atomic oscillator of the present invention is also applied to an atomic oscillator utilizing the double resonance phenomenon. It is possible. In this case, the microwave signal applied to the alkali metal atoms may be generated using the microwave signal generated by the multiplication / combination unit.

1…原子発振器、1A…原子発振器、2…量子干渉ユニット、5…周波数変換部、10…
回路部、10A…回路部、21…原子セル、22…光源、23…光検出器、31…増幅器
、32…検波回路、33…変調回路、34…低周波発振器、35…駆動回路、41…検波
回路、42…電圧制御型水晶発振器、43…逓倍合成部、43A…逓倍合成部、44…発
振器、45…分周器、51…フーリエ変換回路、100…測位システム、200…GPS
衛星、300…基地局装置、301…アンテナ、302…受信装置、303…アンテナ、
304…送信装置、400…GPS受信装置、401…アンテナ、402…衛星受信部、
403…アンテナ、404…基地局受信部、411…位相検波器、412…ローパスフィ
ルター、431…フラクショナル位相同期回路、432…制御部、433…変調回路、4
34…位相同期回路、1500…移動体、1501…車体、1502…車輪、A…範囲、
B…範囲、C…範囲、N…変更回数、T…周期、a…実線、b…一点鎖線、f…周波数、
…周波数、fa…周波数、fb…周波数、ΔE…エネルギー差、Δf…振幅、ω
周波数、ω…周波数、ω…周波数
1 ... Atomic oscillator, 1A ... Atomic oscillator, 2 ... Quantum interference unit, 5 ... Frequency conversion unit, 10 ...
Circuit part, 10A ... Circuit part, 21 ... Atomic cell, 22 ... Light source, 23 ... Photodetector, 31 ... Amplifier, 32 ... Detection circuit, 33 ... Modulation circuit, 34 ... Low frequency oscillator, 35 ... Driving circuit, 41 ... Detection circuit, 42 ... Voltage control type crystal oscillator, 43 ... Multiplying synthesis section, 43A ... Multiplying synthesis section, 44 ... Oscillator, 45 ... Divider, 51 ... Fourier transform circuit, 100 ... Positioning system, 200 ... GPS
Satellite, 300 ... Base station device, 301 ... Antenna, 302 ... Receiving device, 303 ... Antenna,
304 ... Transmitting device, 400 ... GPS receiving device, 401 ... Antenna, 402 ... Satellite receiving unit,
403 ... Antenna, 404 ... Base station receiving section, 411 ... Phase detector, 412 ... Low pass filter, 431 ... Fractional phase synchronization circuit, 432 ... Control section, 433 ... Modulation circuit, 4
34 ... Phase synchronization circuit, 1500 ... Moving body, 1501 ... Vehicle body, 1502 ... Wheels, A ... Range,
B ... range, C ... range, N ... number of changes, T ... period, a ... solid line, b ... chain line, f ... frequency,
f 0 ... Frequency, fa ... Frequency, fb ... Frequency, ΔE ... Energy difference, Δf ... Amplitude, ω 0 ...
Frequency, ω 1 ... frequency, ω 2 ... frequency

Claims (6)

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励起する光を出射する光源部と、
前記原子セルを通過した光の強度に応じた信号を出力する光検出部と、
電圧信号に応じた周波数の信号を出力する電圧制御型発振器と、
発振器と、
前記電圧制御型発振器からの信号を、前記アルカリ金属原子の基底準位間の遷移周波数に応じた周波数に周波数逓倍するとともに、前記発振器からの信号に基づいてデジタル処理を用いて位相変調して、段階的に変化する周波数成分を有するマイクロ波信号を生成する逓倍合成部と、
前記マイクロ波信号を用いて前記光源部を制御する駆動回路と、
デジタル処理を用いて前記光検出部からの信号の、前記位相変調の周波数に応じた周波数成分を周波数が高くなる側に周波数変換した信号を出力する周波数変換部と、
前記周波数変換部からの信号を前記発振器からの信号を用いて検波し、検波結果に応じた前記電圧信号を出力する検波部と、を備える、量子干渉装置。
An atomic cell containing alkali metal atoms,
A light source unit that emits light for exciting the alkali metal atom,
A photodetector that outputs a signal according to the intensity of light that has passed through the atomic cell,
A voltage-controlled oscillator that outputs a signal of a frequency according to the voltage signal,
Oscillator,
A signal from the voltage-controlled oscillator is frequency-multiplied to a frequency according to the transition frequency between the ground levels of the alkali metal atoms, and phase-modulated using digital processing based on the signal from the oscillator, A multiplication / combination unit that generates a microwave signal having a frequency component that changes stepwise;
A drive circuit for controlling the light source unit using the microwave signal;
Using digital processing, and the optical signal from the detector, the phase frequency converter for a frequency component frequency and outputs the frequency-converted signal to the side higher in accordance with the frequency of the modulation,
The signals from the frequency conversion unit detects by using a signal from the oscillator, and a detection unit which outputs the voltage signal according to the detection result, Ru with a quantum interference device.
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励起する光を出射する光源部と、
前記原子セルを通過した光の強度に応じた信号を出力する光検出部と、
電圧信号に応じた周波数の信号を出力する電圧制御型発振器と、
発振器と、
前記発振器からの信号を周波数分周する分周器と、
前記電圧制御型発振器からの信号を、前記アルカリ金属原子の基底準位間の遷移周波数に応じた周波数に周波数逓倍するとともに、前記分周器からの信号を用いて位相変調して、マイクロ波信号を生成する逓倍合成部と、
前記マイクロ波信号を用いて前記光源部を制御する駆動回路と、
デジタル処理を用いて、前記光検出部からの信号の、前記位相変調の周波数に応じた周波数成分を周波数が高くなる側に周波数変換した信号を出力する周波数変換部と、
前記周波数変換部からの信号を前記発振器からの信号を用いて検波する検波部と、を備える、量子干渉装置。
An atomic cell containing alkali metal atoms,
A light source unit that emits light for exciting the alkali metal atom,
A photodetector that outputs a signal according to the intensity of light that has passed through the atomic cell,
A voltage-controlled oscillator that outputs a signal of a frequency according to the voltage signal,
Oscillator,
A frequency divider that frequency-divides the signal from the oscillator;
The signal from the voltage-controlled oscillator, as well as frequency multiplication in a frequency corresponding to the transition frequency between the ground level of the alkali metal atoms, and position phase modulation using signals from previous SL divider, A multiplication and synthesis unit that generates a microwave signal,
A drive circuit for controlling the light source unit using the microwave signal;
By using digital processing, a signal from the photodetector, a frequency conversion unit that outputs a frequency-converted signal to a side where the frequency component corresponding to the frequency of the phase modulation has a higher frequency,
And a detection unit for detecting by using the signal from the previous SL oscillator signal from the frequency conversion unit, quantum interference device.
前記周波数変換部は、フーリエ変換回路を有する請求項1または2に記載の量子干渉装置。 The frequency conversion unit, quantum interference device according to claim 1 or 2 having a Fourier transform circuit. 前記周波数変換部は、前記検波部での検波対象となる信号の周波数を1kHz以上100MHz以下の周波数に変換する請求項1ないしのいずれか1項に記載の量子干渉装置。 The frequency conversion unit, quantum interference device according to any one of claims 1 to 3 for converting a frequency of a detection subject to the signal at the detection unit to frequencies below 1kHz or 100 MHz. 請求項1ないしのいずれか1項に記載の量子干渉装置を備える原子発振器。 Claims 1 comprises a quantum interference device according to any one of 4, atomic oscillator. 請求項1ないしのいずれか1項に記載の量子干渉装置を備える電子機器。 Comprising a quantum interference device according to any one of claims 1 to 5, electronic apparatus.
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