JP7232510B2

JP7232510B2 - 量子光学装置

Info

Publication number: JP7232510B2
Application number: JP2019015342A
Authority: JP
Inventors: 基揚原; 雄一郎矢野; 雅稔梶田; 哲也井戸
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2023-03-03
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: JP2020123883A

Description

本発明は、レーザと原子との相互作用を利用して安定した標準周波数信号を取得する原子時計や原子コンパス、原子ジャイロ等に用いることが可能な量子光学装置に関する。

原子時計のような量子光学装置では、レーザと原子との相互作用を利用して、ガス状のアルカリ金属元素、希ガスまたは不活性ガスより、安定した標準周波数信号を取得する。量子光学装置では、ガスを封入・密閉したガス充填容器（ガスセル）が必要不可欠であり、例えばガラス管を利用したガスセルが一般に用いられている。また、標準周波数信号となる原子の吸収線は磁場や角加速度に感度を持つことが知られており、この性質を運動量の高感度検知に利用することで、原子コンパスや原子ジャイロを構成することも出来る。近年は、量子光学装置に対する小型化への強い要望から、陽極接合やプラズマエッチングなどのウェハープロセスを使用した小型のガスセルの開発も多数、報告されている。

上述したような量子光学装置の一例として、ＣＰＴ（ＣｏｈｅｒｅｎｔＰｏｐｕｌａｔｉｏｎＴｒａｐｐｉｎｇ）方式の量子光学装置１００の概略構成を図９に示す。電流ドライバ１０１より供給される定電流は、バイアス・ティ１０２を介して、マイクロ波発信器１０３よりの高周波変調信号と共に発光素子４へ供給される。発光素子１０４に定電流を印加することで、発光素子１０４は一定振動数ν₀にて発光する。この印加される電流にマイクロ波発振器１０３から振動数ν_modなる高周波変調信号を重畳すると、発光素子１０４からはν₀－ν_mod、ν_0mod、ν₀＋ν_modの振動数を有する光が生成され、ガスセル５に入力され、光路ＯＰを経た出力光を受光素子１０６で受信する。なお、実際にはν_modの高次項も生成されるが、その影響は無視できる程度であるから、以下では、強勢に生成される三つの振動数のみに着目する。

ガスセル５には、ガス状のアルカリ金属元素が緩衝ガスとなる不活性な希ガス類とともに充填されており、光と原子との相互干渉によってＣＰＴ現象が生ずる。ＣＰＴ現象は、図１０に示すように、相互に禁制帯にある二つの基底準位（＜１｜と＜２｜）と一つの励起準位（＜３｜）とからなる３準位系で観測される共鳴現象である。この３準位系を呈するガスセル１０５に＜３｜と＜１｜とのエネルギー差に相当する第１励起光ＥｘＬ１を導入すると、誘導吸収と誘導放出に伴う吸発光現象が観測される。同様に、＜３｜と＜２｜とのエネルギー差に相当する第２励起光ＥｘＬ２をガスセル１０５に導入すると、誘導吸収と誘導放出に伴う吸発光現象が観測される。ここで、第１励起光ＥｘＬ１と第２励起光ＥｘＬ２が同時にガスセル１０５へ導入されると、各々のエネルギー準位間の誘導吸収と誘導放出とが相殺され、励起光との相互作用が起こらない暗共鳴が観測される。これをＣＰＴ現象、またはＣＰＴ共鳴と呼ぶ。

したがって、図１０のようなエネルギー準位を有するガスセル１０５に入力する複数の振動数のうち、二つが第１励起光ＥｘＬ１および第２励起光ＥｘＬ２に合致したとき、ＣＰＴ現象が発現する。このことから、発光素子１０５の定常状態での出力振動数ν₀を適切に選定することで、外部入力となるマイクロ波発振器１０３の出力振動数ν_modを用いてＣＰＴ現象の発現を制御できることがわかる。

ＣＰＴ現象の発現は、ガスセル１０５を透過する光量を最大化し、受光素子１０６の出力を最大化する。また、ガスセル１０５に封入されているガス成分が気体状態を保持するように、ヒータ等の昇温手段１０７によって高温に温度管理されると共に、保持手段１０８によって定位置に保持される。保持手段１０８の一例を図１１に示す。主フレーム１０８１によって第１テザー１０８２ａと第２テザー１０８２ｂを保持し、第１，第２テザー１０８２ａ，１０８２ｂによってガスセル１０５、発光素子１０４、受光素子１０６を定位置に固定する。

保持手段１０８によって、発光素子１０４の発光部から受光素子１０６の受光部に向けて、光路ＯＰを経てガスセル１０５内をレーザ光が通過する配置を安定的に保持する。そして、受光素子１０５の出力を、判別器１０９とループフィルタ１１０とを用いて常に出力ピークを捕捉するようにマイクロ波発振器１０３の出力振動数をフィードバック制御する。すなわち、マイクロ波発振器１０３の出力となる高周波変調信号が所望の出力振動数となるよう、ガスセル１０５内原子のエネルギー準位によって安定化が図られる。このように、ＣＰＴ共鳴の捕捉を行う機能手段は、半導体製造プロセスにより微細化した１つ以上の半導体素子で構成できる。なお、全ての機能をパッケージングして１つの半導体素子で構成することも可能である。上述した量子光学部やＣＰＴ共鳴捕捉機能は、減圧された密閉容器１１１内に収納される。

量子光学装置１００の量子光学部は、磁気シールドなどによってガスセル１０５が遮蔽されており、また、装置全体に加速度運動が加えられていないことを前提として、標準周波数信号を得られる装置である。しかしながら、磁気や慣性運動が加わった場合は、エネルギー準位も鋭敏に反応し、出力周波数はそれに応じて変動する。そこで、図１２に示す量子光学装置１００′のように、外部磁気を作用させた出力信号Ｓを取り出すことで、原子コンパスとして利用することができる。また、図１３に示す量子光学装置１００″のように、加速度運動が加えられた標準周波数信号と基準クロック源１１２からの基準クロックとを比較器１１３で比較し、差分波長の出力信号Ｓを取り出すことで、原子ジャイロとして利用することができる。

量子光学部におけるガスセル１０５は、封入されたアルカリ金属元素を気体状に保持するため、６０～９０℃程度に温度管理される必要がある。これは、分子運動論的に、原子の運動量を上げ、光と相互干渉する原子の数を増大させるためである。よって、ガスセル１０５を加熱するための昇温手段１０７には、ヒータ電流等を供給する配線を接続しなければならない。また、発光素子１０４や受光素子１０６はもちろん、ＣＰＴ共鳴捕捉機能を実現するために用いる半導体素子に対しても電源や制御信号を供給したり、検出信号を取り出したりするための配線が必要である。しかし、コンパクトな構造とする量子光学部は、ガスセルや各種半導体素子を積層状に配置するマウント実装を行うため、立体的な配線構造が必要である。

そこで、異なる層にある光源やヒータをワイヤ状の立体配線で接続する手法がある（例えば、特許文献１を参照）。また、マウント構造を支える架橋構造物に配線を作り込んで光源やヒータへの配線を行う手法も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２０１７－１８３８６９号公報特開２０１８－０５８１６２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された量子光学装置で採用されている配線構造では、ウェハープロセスにより作成する小型のガスセルを用いた量子光学装置に十分対応できるものではない。上述したように、ＣＰＴ共鳴捕捉機能を実現するためには、マイクロ波発振器を含む高周波回路も必須であるから、高周波信号が流れることで生ずる高周波ノイズが他の半導体素子の動作に悪影響を与えないようにしなければならない。

例えば、原子時計などに一般に用いられるアルカリ金属原子として８７Ｒｂ，８５Ｒｂ，Ｃｓが挙げられ、これらのＣＰＴ共鳴周波数はそれぞれ３．４１７ＧＨｚ、１．５１８ＧＨｚ、４．５９６ＧＨｚである。したがって、図９，図１２、図１３に示した量子光学装置１００，１００′，１００″における信号のほとんどは、高周波帯にて精緻に制御する必要がある。

このような高周波信号用の配線と、電源用の配線や低周波の制御信号用の配線が混在していると、高周波ノイズが電源や低周波の制御信号に重畳するため、システムの誤動作や故障、周波数精度の低下を誘引することとなる。したがって、高周波信号の入出力により生ずる高周波ノイズへの対策を適切に行わなければ、安定動作する量子光学装置を実現することは困難である。

本発明は、高周波信号により生ずる高周波ノイズの影響を抑制できる量子光学装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、本構成に係る量子光学装置は、アルカリ金属元素の吸収波長帯で複数周波数の励起光を出射する発光素子と、前記発光素子からの励起光を透明な窓部より受ける位置に配置され、ウェハープロセスにより作成された微細な内空部にアルカリ金属元素とバッファガスが封入された小型のガス充填容器と、前記ガス充填容器に封入されているガス成分が気体状態を保持するよう、ガス充填容器を加熱する昇温手段と、前記ガス充填容器を通過した光を受信する位置に配置され、受信光の光強度を検出する受光素子と、前記受光素子で検出される光強度を最大化させるＣＰＴ共鳴を発生させるように、発光素子から出力させる励起光の周波数差を、アルカリ金属元素における基底順位間の周波数差に一致させるＣＰＴ共鳴捕捉機能を実現する１つ以上の半導体素子と、必要十分な耐荷重性を有するフレームに固定され、前記ガス充填容器、発光素子、受光素子、半導体素子を含む保持対象をそれぞれ所要位置に保持する複数の構造保持テザーと、配線を必要とする前記保持対象を保持可能な位置で前記フレームに固定され、少なくとも誘電体基板の片面側に配線を形成した配線テザーと、を備えることを特徴とする。

また、前記構成において、前記配線テザーは、少なくとも、直流電源や直流信号の伝送に用いる直流信号配線を形成した直流信号用配線テザーと、高周波ノイズの発生要因となり得る高周波信号の伝送に用いる高周波信号配線を形成した高周波信号用配線テザーと、を含むものでも良い。

また、前記構成において、前記配線テザーは、更に、高周波ノイズの発生要因とならない低周波信号の伝送に用いる低周波信号配線を形成した低周波信号用配線テザー、を含むものでも良い。

また、前記構成において、前記高周波信号配線用テザーの幅を、他の配線テザーの幅よりも狭く設定したものでも良い。

また、前記構成において、前記直流信号用配線テザーは、直流信号配線と対向する面に、電気的に接地された接地配線を備えるものでも良い。

また、前記構成において、前記直流信号用配線テザーは、直流信号配線の両側に、電気的に接地された接地配線を備えるものでも良い。

本発明に係る量子光学装置によれば、保持対象をそれぞれ所要位置に保持する構造保持テザーとは別に、配線を形成した配線テザーを設けたので、電源供給や信号の入出力を配線テザー単位で独立して行うことが可能となる。したがって、高周波ノイズ源となる高周波信号と、他の直流や低周波信号とを物理的に離し、高周波ノイズの影響を効果的に抑制できる。

実施形態に係る量子光学装置の概略構成図である。第１改変例のガスセルを示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＢ－ＩＩＢ線の矢視断面図、（Ｃ）は図２（Ａ）のＩＩＣ－ＩＩＣ線の矢視断面図である。第２改変例のガスセルを示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線の矢視断面図、（Ｃ）は図３（Ａ）のＩＩＩＣ－ＩＩＩＣ線の矢視断面図である。第３改変例のガスセルを示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ－ＩＶＢ線の矢視断面図、（Ｃ）は図４（Ａ）のＩＶＣ－ＩＶＣ線の矢視断面図である。（Ａ）は第１改変例のガスセルにおけるガス封入空部を増大させた概略断面図である。（Ｂ）は第２改変例のガスセルにおけるガス封入空部を増大させた概略断面図である。（Ｃ）は第３改変例のガスセルにおけるガス封入空部を増大させた概略断面図である。（Ａ）は第１構成例の量子光学部の概略横断面図である。（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＶＩＢ－ＶＩＢ矢視線の拡大端面図である。（Ａ）は第２構成例の量子光学部の概略横断面図である。（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ矢視線の拡大端面図である。（Ａ）は第３構成例の量子光学部の概略横断面図である。（Ｂ）は図８（Ａ）におけるＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ矢視線の拡大端面図である。原子時計に適用可能な従来の量子光学装置を示す機能ブロック図である。ＣＰＴ現象の原理説明図である。従来の量子光学装置の概略構成図である。原子コンパスに適用可能な従来の量子光学装置を示す機能ブロック図である。原子ジャイロに適用可能な従来の量子光学装置を示す機能ブロック図である。

次に、添付図面に基づき、量子光学装置の実施形態について詳述する。

図１に示す量子光学装置１は、減圧された密閉容器２内に量子光学部３を備える構造である。量子光学部３の保持手段１０は、アルカリ金属元素が封入されたガス充填容器であるガスセル２０を所定位置に保持する。ガスセル２０の周囲には、封入されたガスを気体状に保持（例えば、６０～９０℃の高温を保持）するための加熱ヒータ等で構成できる昇温手段３０を配置してある。

保持手段１０は、必要十分な耐荷重性を有する主フレーム１１の適所からフレーム内側へ延出するように固定されたテザー１２を複数段（例えば、５段）備える。各テザー１２は、昇温手段３０を備えたガスセル２０、発光素子４１、受光素子４２、ＣＰＴ捕捉機能を実現するために用いる半導体素子５０等（以下、これらをテザー１２の保持対象という）を、それぞれ離隔させつつ積層状に所要位置へ保持する。すなわち、各テザー１２を適宜離隔させて配置することで、各テザー１２に保持された保持対象は、互いに断熱されるので、特性に応じた温度帯で温度管理することができる。例えば、発光素子４１、受光素子４２、半導体素子５０は、ガスセル２０の温度管理とは異なる独自の温度制御系（例えば、４０～６０℃程度の低温）で温度管理を実施することも可能である。

ガスセル２０は、第１面板２３ａ側と第２面板２３ｂ側をそれぞれテザー１２で保持する二段保持構造とすることで、耐荷重性を高めてあるが、一段のみの保持構造（例えば、図１において、下から支える構造、或いは上から吊り下げる構造のみ）でも構わない。このガスセル２０の第１面２３ａ側には、テザー１２に保持された発光素子４１を、ガスセル２０の第２面２３ｂ側には、テザー１２に保持された受光素子４２を、それぞれ配置し、発光素子４１からの照射光がガスセル２０を経て受光素子４２の受光部へ至る光路ＯＰが形成される。

ガスセル２０は、ベース体２１の二面（図１においては、上面と下面）を貫通するガス封入空部２２を設け、透光性の第１面板２３ａと第２面板２３ｂにて封止した構造である。例えば、ガスセル２０の第１面板２３ａが発光素子４１に対向する配置とすることで、こちらを入射面とし、第２面板２３ｂが受光素子４２に対向する配置とすることで、こちらを出射面とする。昇温手段３０は、ガスセル２０のガス封入空部２２内に封入されたガスを気体状に保持するために加熱するものであるが、第１面板２３ａの入射窓部と第２面板２３ｂの出射窓部が昇温手段３０によって塞がれることがないような配慮が必要である。あるいは、レーザ光の波長に対して透明な透明導電膜（ＩＴＯ膜）で構成したヒータを配置して、光路ＯＰを妨げることがないようにしても良い。

上述したガスセル２０のベース体２１は、既存のガラス管を所要長さに切って、その単一ガラス管の内空をガス封入空部２２に利用することもできるが、そのような作成法ではガスセル２０の小型化に限界がある。シリコン等の基材をウェハープロセスによる微細加工してベース体２１を作成すれば、ガスセル２０本体を数ミリ以下の小型に形成できる。ウェハープロセスを使えると言うことは、半導体チップのように、小型のガスセル２０を大量に生産できることを意味する。しかも、半導体生産技術を活用できれば、露光装置を利用したパターン転写によって、ガスセル２０を更に微細化する道も開ける。加えて、平滑なウェハーでガスセル２０のベース体２０を作るなら、ウェハーレベルパッケージングと呼ばれる手法を用いて、ウェハーレベルで組立を行い、最期にダイシングを行って個片化するという技術も適用可能である。

また、小型のガスセル２０は、上述した構造に限定されるものではない。例えば、図２に示す第１改変例のガスセル２０Ａは、所要形状（たとえは、略四角形）で平板な一対のベース体２４，２４によって、透光性の光透過体２５の内空部開口面を封止して、ガス封入空部２２を設けた構造である。光透過体２５はガラス等の透光性材料で形成した略四角枠状で、対向する一対の透光壁部２５ａ，２５ｂと、これら透光壁部２５ａ，２５ｂの端部を繋ぐ一対の連結壁部２５ｃ，２５ｄを備える。図２に示すガスセル２０Ａにおいては、透光壁部２５ａが出射側、透光壁部２５ｂが入射側となるので、透光壁部２５ａ，２５ｂにおける外面と内面は、光路ＯＰに直交する平面としておく必要がある。一方、連結壁部２５ｃ，２５ｄにおける外面と内面には、そのような精度が要求されないので、外面と内面が平行になっていなくても構わない（例えば、図２（Ｃ）を参照）。なお、光透過体２５における四側壁が全て透光壁部として機能する構造とすれば、四側壁の何れでも入射面あるいは出射面として使えるので、ガスセル２０Ａを配置するときの向きが限定されず、自由度の高いものとなる。

図３に示す第２改変例のガスセル２０Ｂは、所要形状（たとえは、略四角形）で平板な一対のベース体２４と、透光性の面板２６とで、透光性の光透過体２５の内空部開口面を封止して、ガス封入空部２２を設けた構造である。このように、シリコン等の構造材料からウェハープロセスによって作成するベース体２４を片側にだけ用い、このベース体２４に対して光透過体２５と面板２６を組み付けることでも、ガス充填容器としてのガスセル２０Ｂを作製できる。

図４に示す第３改変例のガスセル２０Ｃは、透光性の面板２６，２６により、ベース体２７の内空部開口面を封止して、ガス封入空部２２を設けた構造である。ベース体２７の内空部は、エッチング等の半導体加工プロセスにより形成すると、内空縁部２７ａが均一にならい場合がある（図４（Ｃ）を参照）。しかしながら、ベース体２７における内空縁部２７ａが、一方の面板２６の入射窓部から他方の面板２６の出射窓部に至る光路ＯＰを妨げなければ、多少歪な形状のガス封入空部２２となっても構わない。

図５（Ａ）に示すのは、第１改変例のガスセル２０Ａに対して、ガス封入空部２２の容積を増大させるようにしたガスセル２０Ａ′である。ガスセル２０Ａ′においては、各ベース体２４′，２４′の内面側に凹部２４ａを設けることで、ガス封入容積を増大させたガス封入空部２２′を形成した。図５（Ｂ）に示すのは、第２改変例のガスセル２０Ｂに対して、ガス封入空部２２の容積を増大させるようにしたガスセル２０Ｂ′である。ガスセル２０Ｂ′においては、ベース体２４′の内面側に凹部２４ａを設けると共に、面板２６′の内面側にも凹部２６ａを設けることで、ガス封入容積を増大させたガス封入空部２２′を形成した。図５（Ｃ）に示すのは、第３改変例のガスセル２０Ｃに対して、ガス封入空部２２の容積を増大させるようにしたガスセル２０Ｃ′である。ガスセル２０Ｃ′においては、各面板２６′，２６′の内面側に凹部２６ａを設けることで、ガス封入容積を増大させたガス封入空部２２′を形成した。

上述した各種のガスセル２０は、昇温手段３０による加熱のために、ヒータ電流を供給するための流路となる配線構造が必要である。発光素子４１や受光素子４２に対しても、電源供給や信号の入出力を行う配線構造が必要である。ＣＰＴ共鳴捕捉機能を実現するためには、マイクロ波発振器を含む高周波回路等の半導体素子５０に高周波信号の入出力が必要である。図６に示す第１構成例の量子光学部３Ａにおいては、テザー１２を複数種類の異なる構造（構造保持テザー１２１、直流信号用テザー１２２、高周波信号用テザー１２３）として使い分ける。

構造保持テザー１２１は、ガスセル２０、発光素子４１、受光素子４２、半導体素子５０等の保持対象の荷重を主として保持するもので、ポリイミドのような高耐熱性と強度を備えた板状体１２１ａから構成できる。なお、構造保持テザー１２１の形状は、板状とせず、より強度を高められる角材形状などにしても構わない。また、保持対象であるガスセル２０、発光素子４１、受光素子４２、半導体素子５０は、何れも配線を必要としているので、構造保持テザー１２１と併せて配線テザーも用いる。配線テザーによって、保持対象の荷重の一部を支えると共に、電源や信号の伝送路を保持対象と接続するのである。本実施形態では、配線テザーとして、直流信号用テザー１２２および高周波信号用テザー１２３の２種類を用意しており、保持対象が必要とする信号特性に応じて、一方のみ用いる場合もあれば、両方を用いる場合もある。

直流信号用配線テザー１２２は、誘電体基板１２２ａの片面側（図６（Ｂ）においては上面側）に、直流電源や直流信号の伝送に用いる直流信号配線１２２ｂを形成したものである。高周波信号用配線テザー１２３は、誘電体基板１２３ａの片面側（図６（Ｂ）においては上面側）に、高周波ノイズの発生要因となり得る高周波信号の伝送に用いる高周波信号配線１２３ｂを形成したものである。なお、誘電体基板の片面側に、高周波ノイズの発生要因とならない低周波信号の伝送に用いる低周波信号配線を形成することで低周波信号用配線テザーを別途設けても良いが、直流信号用配線テザー１２２を低周波信号用配線テザーとして共用できる。これら配線テザーは、構造保持テザー１２１の何れかが保持する保持対象を保持可能な位置で主フレーム１１に固定され、保持対象の荷重を保持する機能と併せて、電源や信号の入出力線路としての機能を備える。

このように、直流信号用配線テザー１２２と高周波信号用配線テザー１２３とを空間的に分離することで、高周波信号用配線テザー１２３の高周波信号配線１２３ｂを流れる高周波信号により生じた高周波ノイズが、直流信号用配線テザー１２２の直流信号配線１２２ｂと電磁的に結合することを抑制できる。なお、本構成例では、直流信号用配線テザー１２２と高周波信号用配線テザー１２３を、主フレーム１１の同一面から延出させるように設けて、各テザー１２２，１２３への配線形性箇所が集約されるようにした。しかし、各テザー１２への配線形成箇所を集約する必要が無ければ、直流信号用配線テザー１２２と高周波信号用配線テザー１２３を、主フレーム１１の異なる面から延出させるなどして、両テザーの離隔距離を大きくとり、ノイズ抑制効果をより高めるようにしても良い。

加えて、高周波信号配線用テザー１２３の幅を直流信号用配線テザー１２２の幅よりも狭く設定し、併せて、高周波信号配線１２３ｂの幅直流信号配線１２２ｂの幅よりも狭く設定しておく。高周波信号配線１２３ｂに対して、相対的に高周波信号配線１２３ｂを細く設計することも、電磁的結合の抑制には有効である。

また、高周波ノイズが電源線へ重畳するのを抑制する有効な方法として、容量を用いて電源線を電気的なグラウンドにシャントしておく方法がある。そこで、図７に示す第２構成例の量子光学部３Ｂにおける直流信号用配線テザー１２２′は、誘電体基板１２２ａを挟んで直流信号配線１２２ｂと対向する面に、電気的に接地された接地配線１２２ｃを備えるものとした。このような比較的単純な構造で、直流信号配線１２２ｂへの高周波ノイズ混入を効果的に抑制できる。

しかしながら、第２構成例の量子光学部３Ｂにおける直流信号用配線テザー１２２′では、誘電体基板１２２ａの両面にプリント配線を施す必要があるため、コストの増大に繋がる。そこで、図８に示す第３構成例の量子光学部３Ｃにおける直流信号用配線１２２″は、直流信号配線１２２ｂの両側に、適宜な空隙を介して、電気的に接地された第１接地配線１２２ｄ１と第２接地配線１２２ｄ２を備えるものとした。このような配線構造であれば、誘電体基板１２２ａの片面にプリント配線を施すだけで作製できるので、コストを抑えつつ、直流信号配線１２２ｂへの高周波ノイズ混入を効果的に抑制できる。

以上、本発明に係る量子光学装置を実施形態に基づき説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全ての量子光学装置を権利範囲として包摂するものである。

１量子光学装置
２密閉容器
１０保持手段
１１主フレーム
１２テザー
１２１構造保持テザー
１２２直流信号用配線テザー
１２３高周波信号配線用テザー
２０ガスセル
３３昇温手段
４１発光素子
４２受光素子
６０温度管理手段

Claims

アルカリ金属元素の吸収波長帯で複数周波数の励起光を出射する発光素子と、
前記発光素子からの励起光を透明な窓部より受ける位置に配置され、ウェハープロセスにより作成された微細な内空部にアルカリ金属元素とバッファガスが封入された小型のガス充填容器と、
前記ガス充填容器に封入されているガス成分が気体状態を保持するよう、ガス充填容器を加熱する昇温手段と、
前記ガス充填容器を通過した光を受信する位置に配置され、受信光の光強度を検出する受光素子と、
前記受光素子で検出される光強度を最大化させるＣＰＴ共鳴を発生させるように、発光素子から出力させる励起光の周波数差を、アルカリ金属元素における基底順位間の周波数差に一致させるＣＰＴ共鳴捕捉機能を実現する１つ以上の半導体素子と、
必要十分な耐荷重性を有するフレームに固定され、前記ガス充填容器、発光素子、受光素子、半導体素子を含む保持対象をそれぞれ所要位置に保持する複数の構造保持テザーと、
配線を必要とする前記保持対象を保持可能な位置で前記フレームに固定され、少なくとも誘電体基板の片面側に配線を形成した配線テザーと、
を備えることを特徴とする量子光学装置。
前記配線テザーは、少なくとも、
直流電源や直流信号の伝送に用いる直流信号配線を形成した直流信号用配線テザーと、
高周波ノイズの発生要因となり得る高周波信号の伝送に用いる高周波信号配線を形成した高周波信号用配線テザーと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の量子光学装置。
前記配線テザーは、更に、
高周波ノイズの発生要因とならない低周波信号の伝送に用いる低周波信号配線を形成した低周波信号用配線テザー、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の量子光学装置。
前記高周波信号用配線テザーの幅を、他の配線テザーの幅よりも狭く設定したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の量子光学装置。
前記直流信号用配線テザーは、直流信号配線と対向する面に、電気的に接地された接地配線を備えることを特徴とする請求項２～請求項４の何れか１項に記載の量子光学装置。
前記直流信号用配線テザーは、直流信号配線の両側に、電気的に接地された接地配線を備えることを特徴とする請求項２～請求項４の何れか１項に記載の量子光学装置。