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
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
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.
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
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
Is an
, A
e Controlled Crystal Oscillators), a multiplication /
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
Electromagnetically Induced Transparency) phenomenon is used. Such
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
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
<Quantum interference unit>
As described above, the
(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
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
) 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
Alkali metal atom) is enclosed. Further, in the
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ω1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ω1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ω1と第2共鳴光の周
波数ω2との周波数差(ω1−ω2)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ω0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(ω1−ω2)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(ω1−ω2)が周波数ω0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ω0は9.1926GHzであるので、セシウム原子に、周波数差(ω1−ω2)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
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
(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
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
〈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
3, a
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
The
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
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
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
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
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
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
The oscillation frequency of (VCXO) is not particularly limited, but is about 10 MHz, for example. The output signal of the voltage-controlled
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 /
And a
The output signal of No. 3 is input to the
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
The output signal of No. 4 is input to each of the
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。
, A pair of sideband lights emitted from the
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
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 /
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
By controlling the frequency division ratio of the programmable frequency divider based on the output signal of the
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f0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
And a frequency component for enabling detection by the
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
The frequency fb is fa / N1 when the frequency of the output signal of the
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 /
, 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 /
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ω0に対する周波数f0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
And is detected by the
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ω0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ω0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ω0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 /
As shown in FIG. 6, the output signal (error signal) of the
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
ω0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f0が周波数ω0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ω0に対して一方側または他方側にあ
るかまたは周波数ω0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f0が周波数ω0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 /
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
以上のように周波数ω0に対する周波数f0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f0が周波数ω0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
The output signal (error signal) of the
(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
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
As shown in FIG. 9, the frequency of the error signal is converted from fb to fa. As a result, the
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
In the present embodiment, as described above, the
The
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
It outputs a signal corresponding to the intensity of the light passing through 1. The
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
It is possible to perform the detection in the
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
The detection in the
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
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
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
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
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
With 0A. In this
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 /
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
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
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
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
00 and a
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
The
The receiving
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
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
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
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
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
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、
f0…周波数、fa…周波数、fb…周波数、ΔE…エネルギー差、Δf…振幅、ω0…
周波数、ω1…周波数、ω2…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)
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.
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.
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