專利名稱：原子振蕩器用的光學模塊以及原子振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及原子振蕩器用的光學模塊以及原子振蕩器。
背景技術(shù)：
近年來，提出有利用了作為量子干涉效應之一的CPT (Coherent PopulationTrapping，相干布居陷俘)的原子振蕩器，期待實現(xiàn)裝置的小型化、低功耗化。利用了 CPT的原子振蕩器是利用了以下現(xiàn)象的振蕩器，即，若對堿金屬原子照射具有兩種不同的波長(頻率)的相干光，則停止吸收相干光的現(xiàn)象(EIT現(xiàn)象:Electromagnetically InducedTransparency,電磁誘導透明)。
作為高精度的振蕩器而在通信基站等廣泛使用原子振蕩器。由于在這樣的通信基站等要求較高的可靠性而組建有如下系統(tǒng)，即，具備多個備用的原子振蕩器，并在發(fā)生故障的情況下迅速地切換成備用機。
然而，在上述那樣的切換成備用機的系統(tǒng)中，存在即使構(gòu)成原子振蕩器的部件的一部分發(fā)生故障也需要更換原子振蕩器整體，從而浪費更換成本的問題。
例如，在專利文獻I所公開的原子振蕩器用的光學模塊中具備支架，該支架能夠供將氣體單元與加熱器構(gòu)成為一體的氣體單元組件插入、拔出，從而能夠更換氣體單元，降低更換成本。
專利文獻1:日本特開2009-231688號公報
然而，在專利文獻I所公開的原子振蕩器用的光學模塊中，存在在光源發(fā)生故障的情況下無法應對的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的幾個實施方式的目的之一在于提供能夠降低更換成本的原子振蕩器用的光學模塊。并且，本發(fā)明的幾個實施方式的目的之一在于提供具有上述原子振蕩器用的光學模塊的原子振蕩器。
本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊是利用量子干涉效應的原子振蕩器用的光學模塊，該光學模塊包含:
第一光源部，其射出具有兩個不同的波長的第一共振光；
氣體單元，其封入有堿金屬原子；
第一光檢測部，其對透過了上述氣體單元的上述第一共振光的強度進行檢測；
判定部，其判定上述第一光源部是否發(fā)生了故障；
第二光源部，其在由上述判定部判定為上述第一光源部發(fā)生了故障的情況下，向上述氣體單元照射具有兩個不同的波長的第二共振光；以及
第二光檢測部，其對透過了上述氣體單元的上述第二共振光的強度進行檢測，
其中，上述氣體單元中的上述第一共振光的光程與上述氣體單元中的上述第二共振光的光程相等。
根據(jù)這樣的原子振蕩器用的光學模塊，在判定為第一光源部發(fā)生故障的情況下，第二光源部能夠向氣體單元照射共振光。因此，即使第一光源部發(fā)生故障，也不需要更換光學模塊整體，因此能夠降低更換成本。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述氣體單元的形狀為具有六個以上的偶數(shù)個面的多面體。
根據(jù)上述的原子振蕩器用的光學模塊，即使第一光源部發(fā)生故障，也不需要更換光學模塊整體，因此能夠降低更換成本。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述氣體單元具有:
第一面、
與上述第一面對置的第二面、
第三面、以及
與上述第三面對置的第四面，
其中，上述第一面與上述第二面之間的距離和上述第三面與上述第四面之間的距離相等，
上述第一共振光射入到上述第一面，
上述第一光檢測部對從上述第二面射出的上述第一共振光進行檢測，
上述第二共振光射入到上述第三面，
上述第二光檢測部對從上述第四面射出的上述第二共振光進行檢測。
根據(jù)這樣的原子振蕩器用的光學模塊，能夠容易地使氣體單元中的第一共振光的光程與氣體單元中的第二共振光的光程相等。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述第一共振光垂直地射入到上述第一面，
上述第二共振光垂直地射入到上述第三面。
根據(jù)這樣的的原子振蕩器用的光學模塊，例如在氣體單元設(shè)置防反射膜的情況下，可容易地設(shè)計防反射膜。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述氣體單元的形狀為長方體，
上述第一共振光以及第二共振光以通過上述氣體單元的中心的方式射入到上述氣體單元。
根據(jù)這樣的原子振蕩器用的光學模塊，能夠降低因堿金屬原子與氣體單元壁面碰撞而產(chǎn)生的影響。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述氣體單元的形狀為圓柱體。
根據(jù)這樣的原子振蕩器用的光學模塊，例如與氣體單元的形狀為長方體形的情況相比，第一光源部、第一光檢測部、第二光源部、以及第二光檢測部的配置的自由度較高。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述第一共振光以及上述第二共振光射入上述氣體單元的圓柱面。
根據(jù)這樣的原子振蕩器用的光學模塊，能夠容易地使氣體單元中的第一共振光的光程與氣體單元中的第二共振光的光程相等。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述第一共振光以及上述第二共振光以與上述氣體單元的上述圓柱體的中心軸正交的方式射入上述氣體單元。
根據(jù)這樣的原子振蕩器用的光學模塊，能夠降低因堿金屬原子與氣體單元壁面碰撞而產(chǎn)生的影響。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述氣體單元的形狀為球體。
根據(jù)這樣的原子振蕩器用的光學模塊，例如與氣體單元的形狀為長方體的情況相t匕，第一光源部、第一光檢測部、第二光源部、以及第二光檢測部的配置的自由度較高。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述第一共振光以及上述第二共振光以通過上述氣體單元的中心的方式射入到上述氣體單元。
根據(jù)這樣的原子振蕩器用的光學模塊，能夠降低因堿金屬原子與氣體單元壁面碰撞而產(chǎn)生的影響。
在本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊的基礎(chǔ)上還可以構(gòu)成為，
上述判定部基于由上述第一光檢測部檢測的上述第一共振光的強度進行第一光源部是否發(fā)生了故障的判定。
根據(jù)這樣的原子振蕩器用的光學模塊，能夠利用簡單的結(jié)構(gòu)判定故障而不設(shè)置用于判定故障的附加結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所涉及的原子振蕩器包含本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊。
根據(jù)這樣的原子振蕩器，由于包含本發(fā)明所涉及的原子振蕩器用的光學模塊，所以能夠降低更換成本。


圖1是第一實施方式所涉及的原子振蕩器的功能框圖。
圖2 (A)是表示堿金屬原子的A型三能級模型與第一邊帶以及第二邊帶的關(guān)系的圖，圖2 (B)是表示在光源部產(chǎn)生的共振光的頻譜的圖。
圖3是表示第一實施方式所涉及的原子振蕩器的處理的流程圖的一個例子的圖。
圖4是表示第一實施方式所涉及的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是示意性地表示第一實施方式所涉及的原子振蕩器的光學模塊的立體圖。
圖6是示意性地表示第二實施方式所涉及的原子振蕩器的光學模塊的立體圖。
圖7是示意性地表示第三實施方式所涉及的原子振蕩器的光學模塊的立體圖。
具體實施方式
以下，結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式詳細地進行說明。此外，以下說明的實施方式不限定于權(quán)利要求書的范圍所記載的本發(fā)明的內(nèi)容。另外，以下所說明的全部結(jié)構(gòu)不限定為本發(fā)明的必要構(gòu)成要件。
1.第一實施方式
首先，參照附圖對第一實施方式所涉及的原子振蕩器進行說明。圖1是第一實施方式所涉及的原子振蕩器100的功能框圖。
原子振蕩器100是利用了量子干涉效應(EIT現(xiàn)象)的振蕩器。原子振蕩器100構(gòu)成為包括光學模塊I與控制部101。
光學模塊I構(gòu)成為包括:第一光學系統(tǒng)10、第二光學系統(tǒng)20、第三光學系統(tǒng)30、判定部40、驅(qū)動信號切換部50以及光檢測切換部52。
在光學模塊I中，在由判定部40判定為第一光學系統(tǒng)10的第一光源部12發(fā)生故障的情況下，第二光學系統(tǒng)20的第二光源部22向氣體單元2照射第二共振光L2，第二光檢測部24對透過了氣體單元2的第二共振光L2進行檢測。另外，在由判定部40判定為第二光源部22發(fā)生故障的情況下，第三光學系統(tǒng)30的第三光源部32向氣體單元2照射第三共振光L3，第三光檢測部34對透過了氣體單元2的第三共振光L3進行檢測。此外，圖1示出了使用第一光學系統(tǒng)10的狀態(tài)(第一光源部12射出第一共振光LI的狀態(tài))。
第一光學系統(tǒng)10構(gòu)成為包括:第一光源部12、氣體單兀2、以及第一光檢測部14。
第一光源部12射出具有兩個不同的波長的第一共振光LI。在第一光源部12產(chǎn)生的第一共振光LI包含:第一邊帶Wl，其相對于中心頻率&在上邊帶具有頻率f ^fffm ;以及第二邊帶W2，其相對于中心頻率&在下邊帶具有頻率- fm (參照圖2)。
氣體單元2是在容器中封入有氣態(tài)的堿金屬原子(鈉(Na)原子、銣(Rb)原子、銫(Cs)原子等)的部件。氣體單兀2是第一光學系統(tǒng)10、第二光學系統(tǒng)20以及第三光學系統(tǒng)30共用的部件。
第一光檢測部14對透過了氣體單元2的第一共振光LI的強度進行檢測。
第二光學系統(tǒng)20構(gòu)成為包括:第二光源部22、氣體單元2、以及第二光檢測部24。
在由判定部40判定為第一光源部12發(fā)生故障的情況下，第二光源部22向氣體單元2照射具有兩個不同的波長的第二共振光L2。與第一共振光LI相同，在第二光源部22產(chǎn)生的第二共振光L2包含:第一邊帶W1，其具有頻率;與第二邊帶W2，其具有頻率f2=f0 - f；。此處，氣體單元2中的第二共振光L2的光程與氣體單元2中的第一共振光LI的光程相等。其中，氣體單元2中的光程是指各共振光在氣體單元2內(nèi)前進的、光軸上的距離。
第二光檢測部24對透過了氣體單元2的第二共振光L2的強度進行檢測。
第三光學系統(tǒng)30構(gòu)成為包括第三光源部32、氣體單元2、第三光檢測部34。
在由判定部40判定第二光源部22故障的情況下，第三光源部32向氣體單元2照射具有兩個不同的波長的第三共振光L3。在第三光源部32產(chǎn)生的第三共振光L3與第一共振光LI以及第二共振光L2相同地包含:第一邊帶Wl，其具有頻率f^fdfm ;和第二邊帶W2，其具有頻率- fm。此處，氣體單元2中的第一共振光LI的光程、氣體單元2中的第二共振光L2的光程以及氣體單元2中的第三共振光L3的光程相等。
第三光檢測部34對透過了氣體單元2的第三共振光L3的強度進行檢測。
判定部40基于由第一光檢測部14檢測出的第一共振光LI的強度進行第一光源部12是否發(fā)生了故障的判定。另外，判定部40基于由第二光檢測部24檢測出的第二共振光L2的強度進行第二光源部22是否發(fā)生了故障的判定。
例如，判定部40在第一共振光LI的強度比規(guī)定的閾值小的情況下，判定為第一光源部12發(fā)生故障。另外，判定部40在第一共振光LI的強度為規(guī)定的閾值以上的情況下，判定為第一光源部12未發(fā)生故障。判定部40在判定為第一光源部12未發(fā)生故障的情況下，繼續(xù)基于由第一光檢測部14檢測出的第一共振光LI的強度進行判定。
另外，例如，判定部40在第二共振光L2的強度比規(guī)定的閾值小的情況下，判定為第二光源部22發(fā)生故障。另外，判定部40在第二共振光L2的強度為規(guī)定的閾值以上的情況下，判定為第二光源部22未發(fā)生故障。判定部40在判定為第二光源部22未發(fā)生故障的情況下，繼續(xù)基于由第二光檢測部24檢測出的第二共振光L2的強度進行判定。
此外，如上所述，所謂光源部是否發(fā)生故障的判定是指光源部是否射出規(guī)定的強度以上的共振光的判定。即，將無法射出規(guī)定的強度以上的共振光的光源部判定為發(fā)生了故障。在上述的例子中，由各檢測部對透過了氣體單元2的各共振光的強度進行檢測來進行判定，但也可以利用與各檢測部獨立地設(shè)置的光檢測器對射入氣體單元2之前的各共振光進行檢測來進行判定。另外，只要能夠檢測到光源部的異常，也可以使用檢測共振光的強度以外的方法進行故障的判定。例如，通過檢測施加于各光源部的電流值、電壓值的異常，能夠判定故障。
驅(qū)動信號切換部50基于判定部40的判定結(jié)果選擇性地將光源部12、22、32與控制部101連接。具體而言，在由判定部40判定為第一光源部12發(fā)生故障之前，驅(qū)動信號切換部50如圖1所示那樣地將第一光源部12與控制部101連接。由此，控制部101的輸出信號(驅(qū)動信號)被輸入到第一光源部12。然后，在由判定部40判定為第一光源部12發(fā)生故障的情況下，驅(qū)動信號切換部50將連接從第一光源部12切換至第二光源部22，從而將第二光源部22與控制部101連接。由此，驅(qū)動信號被輸入到第二光源部22。然后，在由判定部40判定為第二光源部22發(fā)生故障的情況下，驅(qū)動信號切換部50將連接從第二光源部22切換至第三光源部32，從而將第三光源部32與控制部101連接。由此，驅(qū)動信號被輸入到第三光源部32。
光檢測切換部52基于判定部40的判定結(jié)果，選擇性地將光檢測部14、24、34與控制部101連接。具體而言,在由判定部40判定為第一光源部12發(fā)生故障之前,光檢測切換部52如圖1所示那樣地將第一光檢測部14與控制部101連接。由此，第一光檢測部14的輸出信號被輸入到控制部101。然后，在由判定部40判定為第一光源部12發(fā)生故障的情況下，光檢測切換部52將連接從第一光檢測部14切換至第二光檢測部24，從而將第二光檢測部24與控制部101連接。由此，第二光檢測部24的輸出信號被輸入到控制部101。然后，在由判定部40判定為第二光源部22發(fā)生故障的情況下，光檢測切換部52將連接從第二光檢測部24切換至第三光檢測部34，從而將第三光檢測部34與控制部101連接。由此，第三光檢測部34的輸出信號被輸入到控制部101。
控制部101基于光檢測部14、24、34的檢測結(jié)果進行控制，以使第一邊帶Wl以及第二邊帶W2的波長(頻率)差等于與被封入氣體單元2的堿金屬原子的兩個基態(tài)能級的能量差相當?shù)念l率。控制部101基于光檢測部14、24、34的檢測結(jié)果產(chǎn)生包含調(diào)制頻率fm的驅(qū)動信號。而且，該驅(qū)動信號經(jīng)由驅(qū)動信號切換部50被輸入到光源部12、22、32。具體說明如下。
若利用光檢測切換部52使第一光檢測部14與控制部101連接，則控制部101基于第一光檢測部14的檢測結(jié)果產(chǎn)生包含調(diào)制頻率的驅(qū)動信號。而且，該驅(qū)動信號經(jīng)由驅(qū)動信號切換部50被輸入到第一光源部12。第一光源部12基于驅(qū)動信號對具有規(guī)定的頻率fo的基波F進行調(diào)制，從而產(chǎn)生具有頻率fffo+f；的第一邊帶Wl以及具有頻率Pftl —fm的第二邊帶W2。
另外，若利用光檢測切換部52使第二光檢測部24與控制部101連接，則控制部101基于第二光檢測部24的檢測結(jié)果產(chǎn)生包含調(diào)制頻率的驅(qū)動信號。而且，該驅(qū)動信號經(jīng)由驅(qū)動信號切換部50被輸入到第二光源部22。第二光源部22基于驅(qū)動信號對具有規(guī)定的頻率&的基波F進行調(diào)制，從而產(chǎn)生具有頻率的第一邊帶Wl以及具有頻率f2的第二邊帶W2。
另外，若利用光檢測切換部52使第三光檢測部34與控制部101連接，則控制部101基于第三光檢測部34的檢測結(jié)果產(chǎn)生包含調(diào)制頻率fm的驅(qū)動信號。而且，該驅(qū)動信號經(jīng)由驅(qū)動信號切換部50被輸入到第三光源部32。第三光源部32基于驅(qū)動信號對具有規(guī)定的頻率&的基波F進行調(diào)制，從而產(chǎn)生具有頻率的第一邊帶Wl以及具有頻率f2的第二邊帶W2。
圖2 (A)是表示堿金屬原子的A型三能級模型與第一邊帶Wl以及第二邊帶W2的關(guān)系的圖。圖2 (B)是表示共振光的頻譜的圖。
在光源部12、22、32產(chǎn)生的共振光L1、L2、L3包含如圖2 (B)所示的具有中心頻率f0 (=V/ X ^:v是光的速度，A ^是激光的中心波長)的基波F、相對于中心頻率&在上邊帶具有頻率的第一邊帶Wl、以及相對于中心頻率&在下邊帶具有頻率f2的第二邊帶W2。第一邊帶Wl的頻率為第二邊帶W2的頻率f2為f2=fQ — fm。
如圖2 (A)以及圖2 (B)所示，第一邊帶Wl的頻率與第二邊帶W2的頻率f2的頻率差與相當于堿金屬原子的基態(tài)能級GLl與基態(tài)能級GL2的能量差AE12的頻率一致。因此，堿金屬原子由具有頻率的第一邊帶Wl與具有頻率f2的第二邊帶W2引發(fā)EIT現(xiàn)象。
此處，對EIT現(xiàn)象進行說明。已知堿金屬原子與光的相互作用能夠利用八型三能級模型進行說明。如圖2 (A)所示，堿金屬原子具有兩個基態(tài)能級，若向堿金屬原子分別單獨地照射具有與基態(tài)能級GLl和激發(fā)態(tài)能級的能量差相當?shù)牟ㄩL(頻率f\)的第一邊帶Wl或者具有與基態(tài)能級GL2和激發(fā)態(tài)能級的能量差相當?shù)牟ㄩL(頻率f2)的第二邊帶W2，則發(fā)生光吸收。然而，如圖2 (B)所示，若向該堿金屬原子同時照射頻率差4一&與相當于基態(tài)能級GLl和基態(tài)能級G L2的能量差AE12的頻率準確地一致的第一邊帶Wl與第二邊帶W2，則變成兩個基態(tài)能級的重合狀態(tài)、即量子干涉狀態(tài)，從而向激發(fā)態(tài)能級的激發(fā)停止并發(fā)生第一邊帶Wl與第二邊帶W2透過堿金屬原子的透明化現(xiàn)象(EIT現(xiàn)象)。利用該EIT現(xiàn)象，對第一邊帶Wl與第二邊帶W2的頻率差- f2從相當于基態(tài)能級GLl與基態(tài)能級GL2的能量差AE12的頻率偏離時的光吸收行為的急劇的變化進行檢測并控制，從而能夠制造高精度的振蕩器。
圖3是表示本實施方式所涉及的原子振蕩器100的處理的流程圖的一個例子的圖。
驅(qū)動信號切換部50將第一光源部12與控制部101連接(S100)。由此，驅(qū)動信號被供給至第一光源部12。第一光源部12接收該驅(qū)動信號而射出第一共振光LI。第一共振光LI透過氣體單元2入射至第一光檢測部14。第一光檢測部14對第一共振光LI的強度進行檢測。
光檢測切換部52將第一光檢測部14與控制部101連接(S102)?？刂撇?01基于第一光檢測部14的檢測結(jié)果生成包含調(diào)制頻率的驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號經(jīng)由驅(qū)動信號切換部50被輸入到第一光源部12。
此外，驅(qū)動信號切換部50也可以在光檢測切換部52將第一光檢測部14與控制部101連接之后，將第一光源部12與控制部101連接。
判定部40基于第一共振光LI的強度進行第一光源部12是否發(fā)生故障的判定(S104)。判定部40在判定為第一光源部12發(fā)生故障之前(在S106中變成“是”之前)反復進行步驟S104的判定處理。
而且，在由判定部40判定為第一光源部12發(fā)生故障的情況下(在S106中為“是”)，驅(qū)動信號切換部50將連接從第一光源部12切換至第二光源部22，從而將第二光源部22與控制部101連接(S108)。由此，驅(qū)動信號經(jīng)由驅(qū)動信號切換部50被輸入到第二光源部22。
第二光源部22接收驅(qū)動信號而射出第二共振光L2。第二共振光L2透過氣體單元2入射至第二光檢測部24。第二光檢測部24對第二共振光L2進行檢測。
在由判定部40判定為第一光源部12發(fā)生故障的情況下(在S106中為“是”)，光檢測切換部52將連接從第一光檢測部14切換至第二光檢測部24，從而將第二光檢測部24與控制部101連接(S110)。控制部101基于第二光檢測部24的檢測結(jié)果生成包含調(diào)制頻率fffl的驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號經(jīng)由驅(qū)動信號切換部50被輸入到第二光源部22。
判定部40基于第二共振光L2的強度進行第二光源部22是否發(fā)生了故障的判定(S112)。在判定部40判定為第二光源部22發(fā)生故障之前(在S114中變成“是”之前)反復進行步驟SI 12的判定處理。
而且，在由判定部40判定為第二光源部22發(fā)生故障的情況下(在S114中為“是”)，驅(qū)動信號切換部50將連接從第二光源部22切換至第三光源部32，從而將第三光源部32與控制部101連接(S116)。
第三光源部32接收驅(qū)動信號而射出第三共振光L3。第三共振光L3透過氣體單元2入射至第三光檢測部34。第三光檢測部34對第三共振光L3進行檢測。
在由判定部40判定為第二光源部22發(fā)生故障的情況下(在S114中為“是”)，光檢測切換部52將連接從第二光檢測部24切換至第三光檢測部34，從而將第三光檢測部34與控制部101連接(S118)。控制部101基于第三光檢測部34的檢測結(jié)果生成包含調(diào)制頻率fffl的驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號經(jīng)由驅(qū)動信號切換部50被輸入到第三光源部32。
例如,通過向控制部101輸入用于結(jié)束處理的信號,從而使原子振蕩器100結(jié)束處理。
以下，對第一實施方式所涉及的原子振蕩器的更加具體的結(jié)構(gòu)進行說明。
圖4是表示第一實施方式所涉及的原子振蕩器100的結(jié)構(gòu)的圖。其中，圖4示出了使用第一光學系統(tǒng)10的狀態(tài)。
如圖4所不,原子振蕩器100構(gòu)成為包括:第一半導體激光112、氣體單兀2、第一光檢測器114、第二半導體激光122、第二光檢測器124、第三半導體激光132、第三光檢測器134、判定電路140、驅(qū)動信號切換電路150、光檢測切換電路152、第一檢波電路160、第一低頻振蕩器162、電流驅(qū)動電路164、第二檢波電路170、第二低頻振蕩器172、檢波用調(diào)制電路174、以及調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176。
半導體激光112、122、132例如為面發(fā)射型半導體激光(VCSEL)。在面發(fā)光型半導體激光產(chǎn)生的光具有可干涉性，所以為了得到量子干涉效應而被優(yōu)選使用。此外，半導體激光112、122、132也可以為邊發(fā)射型激光。
第一半導體激光112能夠射出第一共振光LI。利用電流驅(qū)動電路164所輸出的驅(qū)動電流來控制第一半導體激光112所射出的激光的中心頻率A (中心波長Xci),并利用調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176的輸出信號(調(diào)制信號)對上述激光進行調(diào)制。即，通過向電流驅(qū)動電路164產(chǎn)生的驅(qū)動電流疊加具有調(diào)制信號的頻率分量的交流電流，能夠?qū)Φ谝话雽w激光112射出的激光進行調(diào)制。由此，第一半導體激光112能夠射出包含第一邊帶Wl以及第二邊帶W2的第一共振光LI。
第二半導體激光122能夠射出第二共振光L2。與上述的第一半導體激光112的情況相同，通過向電流驅(qū)動電路164產(chǎn)生的驅(qū)動電流疊加具有調(diào)制信號的頻率分量的交流電流，能夠?qū)Φ诙雽w激光122 射出的激光進行調(diào)制。由此，第二半導體激光122能夠射出包含第一邊帶Wl以及第二邊帶W2的第二共振光L2。
第三半導體激光132能夠射出第三共振光L3。與上述的半導體激光112、122的情況相同，通過向電流驅(qū)動電路164產(chǎn)生的驅(qū)動電流疊加具有調(diào)制信號的頻率分量的交流電流，能夠?qū)Φ谌雽w激光132射出的激光進行調(diào)制。由此，第三半導體激光132能夠射出包含第一邊帶Wl以及第二邊帶W2的第三共振光L3。
氣體單元2是在容器中封入有氣態(tài)的堿金屬原子(鈉(Na)原子、銣(Rb)原子、銫(Cs)原子等)的部件。若向該氣體單元2照射具有與堿金屬原子的兩個基態(tài)能級的能量差相當?shù)念l率(波長)的兩個光波，則堿金屬原子發(fā)生EIT現(xiàn)象。例如，若堿金屬原子為銫原子，則與Dl線中的基態(tài)能級GLl和基態(tài)能級GL2的能量差相當?shù)念l率為9.19263…GHz，因此若照射頻率差為9.19263-GHz的兩個光波則會引發(fā)EIT現(xiàn)象。
第一光檢測器114、第二光檢測器124、第三光檢測器134例如為光電二極管。
第一光檢測器114對透過了氣體單元2的第一共振光LI進行檢測，并輸出與檢測到的光的量對應的信號強度的信號。
第二光檢測器124對透過了氣體單元2的第二共振光L2進行檢測，并輸出與檢測到的光的量對應的信號強度的信號。
第三光檢測器134對透過了氣體單元2的第三共振光L3進行檢測，并輸出與檢測到的光的量對應的信號強度的信號。
光檢測切換電路152基于判定電路140的判定結(jié)果切換光檢測器114、124、134與檢波電路160、170的連接。具體而言，在由判定電路140判定為第一半導體激光112發(fā)生故障之前，光檢測切換電路152將第一光檢測器114與檢波電路160、170連接。由此，第一光檢測器114的輸出信號被輸入到檢波電路160、170。然后，在由判定電路140判定為第一半導體激光112發(fā)生故障的情況下，光檢測切換電路152切換連接而將第二光檢測器124與檢波電路160、170連接。由此，第二光檢測器124的輸出信號被輸入到檢波電路160、170。然后，在由判定電路140判定為第二半導體激光122發(fā)生故障的情況下，光檢測切換電路152切換連接而將第三光檢測器134與檢波電路160、170連接。由此，第三光檢測器134的輸出信號被輸入到檢波電路160、170。
第一檢波電路160使用由幾Hf幾百Hz左右的較低的頻率振蕩的第一低頻振蕩器162的振蕩信號對經(jīng)由光檢測切換電路152輸入的、光檢測器114、124、134(在圖示例中為第一光檢測器114)的輸出信號進行同步檢波。
電流驅(qū)動電路164產(chǎn)生與第一檢波電路160的輸出信號對應的大小的驅(qū)動電流，并對激光的中心頻率fo (中心波長X J進行控制。此外，為了使第一檢波電路160能夠進行同步檢波，而向由電流驅(qū)動電路164產(chǎn)生的驅(qū)動電流疊加第一低頻振蕩器162的振蕩信號(與供給至第一檢波電路160的振蕩信號相同)。
驅(qū)動信號切換電路150基于判定電路140的判定結(jié)果切換半導體激光112、122、132與電流驅(qū)動電路164以及檢波用調(diào)制電路174的連接。具體而言，在由判定電路140判定為第一半導體激光112發(fā)生故障之前，驅(qū)動信號切換電路150將第一半導體激光112與電流驅(qū)動電路164以及檢波用調(diào)制電路174連接。由此，電流驅(qū)動電路164以及檢波用調(diào)制電路174的輸出信號被輸入到第一半導體激光112。然后，在由判定電路140判定為第一半導體激光112發(fā)生故障的情況下，驅(qū)動信號切換電路150切換連接而將第二半導體激光122與電流驅(qū)動電路164以及檢波用調(diào)制電路174連接。由此，電流驅(qū)動電路164以及檢波用調(diào)制電路174的輸出信號被輸入到第二半導體激光122。然后，在由判定電路140判定為第二半導體激光122發(fā)生故障的情況下，驅(qū)動信號切換電路150切換連接而將第三半導體激光132與電流驅(qū)動電路164以及檢波用調(diào)制電路174連接。由此，電流驅(qū)動電路164以及檢波用調(diào)制電路174的輸出信號被輸入到第三半導體激光132。
在圖4的例子中，利用通過第一半導體激光112、氣體單元2、第一光檢測器114、光檢測切換電路152、第一檢波電路160、電流驅(qū)動電路164、驅(qū)動信號切換電路150的反饋回路對激光的中心頻率fci (中心波長X J進行微調(diào)而使其穩(wěn)定。另外,在由判定電路140判定為第一半導體激光112發(fā)生故障的情況下，利用通過第二半導體激光122、氣體單元2、第二光檢測器124、光檢測切換電路152、第一檢波電路160、電流驅(qū)動電路164、驅(qū)動信號切換電路150的反饋回路對激光的中心頻率4 (中心波長X J進行微調(diào)而使其穩(wěn)定。另外,在由判定電路140判定第二半導體激光122故障的情況下，利用通過第三半導體激光132、氣體單元2、第三光檢測器134、光檢測切換電路152、第一檢波電路160、電流驅(qū)動電路164、驅(qū)動信號切換電路150的反饋回路對激光的中心頻率(中心波長\ J進行微調(diào)而使其穩(wěn)定。
第二檢波電路170使用以幾Hz 幾百Hz左右的較低的頻率振蕩的第二低頻振蕩器172的振蕩信號對經(jīng)由光檢測切換電路152輸入的、光檢測器114、124、134(在圖示例中為第一光檢測器114)的輸出信號進行同步檢波。
調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176產(chǎn)生具有與第二檢波電路170的輸出信號的電壓對應的調(diào)制頻率的調(diào)制信號。
由檢波用調(diào)制電路174利用第二低頻振蕩器172的振蕩信號(與供給至第二檢波電路170的振蕩信號相同)對該調(diào)制信號進行調(diào)制，并將該調(diào)制信號供給至與檢波用調(diào)制電路174連接的半導體激光112、122、132。由此，稍微掃描(sweep)調(diào)制頻率fm而執(zhí)行由第二檢波電路170進行的同步檢波，對調(diào)制頻率fm進行微調(diào)以使與第二檢波電路170連接的光檢測器114、124、134的輸出信號變得最大。
在圖4的例子中，若第一半導體激光112產(chǎn)生的共振光LI的第一邊帶Wl與第二邊帶W2的頻率差同與氣體單元2所包含的堿金屬原子的兩個基態(tài)能級的能量差相當?shù)念l率未準確地一致，則堿金屬原子不會引發(fā)EIT現(xiàn)象，所以第一光檢測器114的檢測量與第一邊帶Wl和第二邊帶W2的頻率對應地非常敏感地變化。因此，利用通過第一半導體激光112、氣體單元2、第一光檢測器114、光檢測切換電路152、第二檢波電路170、調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176、檢波用調(diào)制電路174以及驅(qū)動信號切換電路150的反饋回路進行反饋控制，以使得第一邊帶Wl與第二邊帶W2的頻率差同與堿金屬原子的兩個基態(tài)能級的能量差相當?shù)念l率非常準確地一致。其結(jié)果，由于調(diào)制頻率成為非常穩(wěn)定的頻率，所以能夠?qū)⒄{(diào)制信號作為原子振蕩器100的輸出信號(時鐘輸出)。
另外，在使用了第二光學系統(tǒng)20的情況下，利用通過第二半導體激光122、氣體單元2、第二光檢測器124、光檢測切換電路152、第二檢波電路170、調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176、檢波用調(diào)制電路174以及驅(qū)動信號切換電路150的反饋回路進行反饋控制，以使得第一邊帶Wl與第二邊帶W2的頻率差同與堿金屬原子的兩個基態(tài)能級的能量差相當?shù)念l率非常準確地一致。
另外，在使用了第三光學系統(tǒng)30的情況下，利用通過第三半導體激光132、氣體單元2、第三光檢測器134、光檢測切換電路152、第二檢波電路170、調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176、檢波用調(diào)制電路174以及驅(qū)動信號切換電路150的反饋回路進行反饋控制，以使得第一邊帶Wl與第二邊帶W2的頻率差同與堿金屬原子的兩個基態(tài)能級的能量差相當?shù)念l率非常準確地一致。
判定電路140基于調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176的輸出信號(調(diào)制頻率fm)進行半導體激光112、122是否發(fā)生了故障的判定。在圖示的例子中，在調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176產(chǎn)生的調(diào)制頻率fm從規(guī)定的范圍偏離的情況下，判定電路140判定為第一半導體激光112發(fā)生故障。規(guī)定的范圍例如是在良好地進行上述的反饋控制的情況下的、調(diào)制頻率fm變化的范圍。即，所謂調(diào)制頻率從規(guī)定的范圍偏離的情況也能夠稱為上述的反饋控制失效的情況。在第一半導體激光112發(fā)生故障而第一共振光LI的強度降低的情況下，或者在未射出第一共振光LI的情況下，無法以上述的反饋控制進行控制，致使調(diào)制頻率fm從規(guī)定的范圍偏離。因此，判定電路140能夠根據(jù)調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176的輸出信號(調(diào)制頻率fm)判定第一半導體激光112是否發(fā)生了故障。此外，在判定電路140判定第二半導體激光122是否發(fā)生故障的情況下，也進行與第一半導體激光112的情況相同的處理。
判定電路140在判定為半導體激光112、122發(fā)生故障的情況下輸出判定信號。該判定信號被輸入到驅(qū)動信號切換電路150以及光檢測切換電路152。
此外，判定半導體激光是否發(fā)生故障的方法不限定于上述的例子。
半導體激光112、122、132、光檢測器114、124、134、驅(qū)動信號切換電路150、光檢測切換電路152、判定電路140分別與圖1所示的光源部12、22、32、光檢測部14、24、34、驅(qū)動信號切換部50、光檢測切換部52、判定部40對應。另外，由第一檢波電路160、第一低頻振蕩器162、電流驅(qū)動電路164、第二檢波電路170、第二低頻振蕩器172、檢波用調(diào)制電路174、調(diào)制頻率產(chǎn)生電路176構(gòu)成的電路與圖1所示的控制部101對應。
圖5是示意性地表示光學模塊I的立體圖。其中，在圖5中，為方便而省略了判定電路140、驅(qū)動信號切換電路150、光檢測切換電路152的圖示。
構(gòu)成第一光學系統(tǒng)10的第一半導體激光112、準直透鏡113、氣體單兀2、第一光檢測器114配置在第一軸Al軸上。構(gòu)成第二光學系統(tǒng)20的第二半導體激光122、準直透鏡123、氣體單兀2、第二光檢測器124配置在第二軸A2軸上。構(gòu)成第三光學系統(tǒng)30的第三半導體激光132、準直透鏡133、氣體單元2、第三光檢測器134配置在第三軸A3軸上。
第一軸Al是通過氣體單元2的第一側(cè)面2a的中心、氣體單元2的中心(立方體的中心)以及第二側(cè)面2b的中心的軸。第二軸A2是通過氣體單元2的第三側(cè)面2c的中心、氣體單元2的中心以及氣體單元2的第四側(cè)面2d的中心的軸。第三軸A3是通過氣體單元2的下表面2e的中心、氣體單元2的中心以及上表面2f的中心的軸。第一軸Al、第二軸A2、第三軸A3在氣體單元2的中心(立方體的中心)相互正交。第一軸Al、第二軸A2、第三軸A3是分別與第一共振光LI的光軸、第二共振光L2的光軸、第三共振光L3的光軸一致的軸。
氣體單元2的形狀為多面體。在圖示的例子中，氣體單元2的形狀為長方體(立方體)。氣體單元2的形狀也可以為六棱柱、八棱柱等棱柱、正多面體。氣體單元2具有:第一側(cè)面2a、與第一側(cè)面2a對置的第二側(cè)面2b、連接第一側(cè)面2a與第二側(cè)面2b的第三側(cè)面2c、與第三側(cè)面2c對置的第四側(cè)面2d、下表面2e、以及與下表面2e對置的上表面2f。在氣體單元2中，第一側(cè)面2a與第二側(cè)面2b之間的距離、第三側(cè)面2c與第四側(cè)面2d之間的距離、下表面2e與上表面2f之間的距離相等。
第一半導體激光112例如以使第一共振光LI通過氣體單元2的中心(立方體的中心)的方式射出第一共振光LI。第一半導體激光112使第一共振光LI垂直地射入第一側(cè)面2a。從第一半導體激光112射出的第一共振光LI垂直地射入第一側(cè)面2a，通過氣體單元2的中心，并從第二側(cè)面2b射出。第一光檢測器114對從第二側(cè)面2b射出的第一共振光LI進行檢測。
第二半導體激光122例如以使第二共振光L2通過氣體單元2的中心的方式射出第二共振光L2。第二半導體激光122使第二共振光L2垂直地射入第三側(cè)面2c。從第二半導體激光122射出的第二共振光L2垂直地射入第三側(cè)面2c，通過氣體單元2的中心，并從第四側(cè)面2d射出。第二光檢測器124對從第四側(cè)面2d射出的第二共振光L2進行檢測。
第三半導體激光132例如以使第三共振光L3通過氣體單元2的中心的方式射出第三共振光L3。第三半導體激光132使第三共振光L3垂直地射入下表面2e。從第三半導體激光132射出的第三共振光L3垂直地射入下表面2e，通過氣體單元2的中心，并從上表面2f射出。第三光檢測器134對從上表面2f射出的第三共振光L3進行檢測。
第一光學系統(tǒng)10也可以在第一半導體激光112與氣體單元2之間具有用于將第一共振光LI變換成平行光的準直透鏡113。另外，第二光學系統(tǒng)20也可以在第二半導體激光122與氣體單元2之間具有用于將第二共振光L2變換成平行光的準直透鏡123。另外，第三光學系統(tǒng)30也可以在第三半導體激光132與氣體單元2之間具有用于將第三共振光L3變換成平行光的準直透鏡133。
第二光學系統(tǒng)20中的各部件(第二半導體激光122、準直透鏡123、氣體單元2、第二光檢測器124)之間的距離例如等于第一光學系統(tǒng)10中的對應的各部件(第一半導體激光112、準直透鏡113、氣體單兀2、第一光檢測器114)之間的距離。另外,第三光學系統(tǒng)30中的各部件(第三半導體激光132、準直透鏡133、氣體單元2、第三光檢測器134)之間的距離例如等于第一光學系統(tǒng)10中的對應的各部件之間的距離。
各半導體激光112、122、132例如具有相同的性能，且各半導體激光112、122、132能夠分別輸出具有相同的光束直徑、相同的光束強度的共振光L1、L2、L3。
第一共振光L1、第二共振光L2以及第三共振光L3如上述那樣垂直地射入立方體的氣體單元2的各面2a、2c、2e，因此氣體單元2中的第一共振光LI的光程、氣體單元2中的第二共振光L2的光程以及氣體單元2中的第三共振光L3的光程相等。另外，在圖示的例子中，第一共振光LI的光軸、第二共振光L2的光軸以及第三共振光L3的光軸在氣體單元2的中心(立方體的中心)正交。
本實施方式所涉及的光學模塊I以及原子振蕩器100例如具有以下的特征。
根據(jù)光學模塊1，在由判定部40判定為第一光源部12發(fā)生故障的情況下，第二光源部22能夠向氣體單元2照射共振光L2。由此，即使第一光源部12發(fā)生故障，也不需要更換光學模塊整體，因此與更換光學模塊整體的情況相比，能夠降低更換成本。并且，根據(jù)光學模塊1，在由判定部40判定為第二光源部22發(fā)生故障的情況下，第三光源部32能夠向氣體單元2照射共振光L3。由此，即使第二光源部22發(fā)生故障，也不需要更換光學模塊整體，因此與更換光學模塊整體的情況相比，能夠降低更換成本。
并且，根據(jù)光學模塊I，能夠預先對第二光學系統(tǒng)20以及第三光學系統(tǒng)30進行共振光L2、L3的光束直徑、光程等的調(diào)整。因此，即使從第一光學系統(tǒng)10切換至第二光學系統(tǒng)20，也能夠得到與使用了第一光學系統(tǒng)10的情況相同的振蕩特性。另外，在從第二光學系統(tǒng)20切換至第三光學系統(tǒng)30的情況下也能夠得到與第一光學系統(tǒng)10以及第二光學系統(tǒng)20相同的振蕩特性。因此，例如能夠組建即使第一光源部12以及第二光源部22發(fā)生故障，振蕩特性也不會變化而能夠瞬間復原的系統(tǒng)。
并且,根據(jù)光學模塊I,由于電氣執(zhí)行光學系統(tǒng)的切換，所以例如與機械執(zhí)行光學系統(tǒng)的切換的情況相比，在光學系統(tǒng)不易產(chǎn)生軸的錯位。
在光學模塊I中，氣體單兀2為多面體,第一光源部12使第一共振光LI射入第一側(cè)面2a，第一光檢測部14對從第二側(cè)面2b射出的第一共振光LI進行檢測，第二光源部22使第二共振光L2射入第三側(cè)面2c，第二光檢測部24對從第四側(cè)面2d射出的第二共振光L2進行檢測。由此，能夠容易地使氣體單元2中的第一共振光LI的光程等于氣體單元2中的第二共振光L2的光程。因此，對于一個氣體單元2能夠容易地得到兩個可得到相同的振蕩特性的光學系統(tǒng)10、20。并且,根據(jù)光學模塊1，第三光源部32使第三共振光L3射入下表面2e,第三光檢測部34對從上表面2f射出的第三共振光L3進行檢測。因此,對于一個氣體單元2能夠容易地得到三個可得到相同的振蕩特性的光學系統(tǒng)10、20、30。
根據(jù)光學模塊I，第一光源部12使第一共振光LI垂直地射入第一側(cè)面2a,第二光源部22使第二共振光L2垂直地射入第三側(cè)面2c。由此，例如在氣體單元2的第一側(cè)面2a以及第三側(cè)面2c設(shè)置了防反射膜(未圖示)的情況下，容易設(shè)計防反射膜。例如，在使共振光傾斜地射入氣體單元的面的情況下，很難設(shè)計防反射膜。
根據(jù)光學模塊1，氣體單兀2為長方體,第一光源部12以使第一共振光LI通過氣體單兀2的中心的方式射出第一共振光LI,第二光源部22以使第二共振光L2通過氣體單元2的中心的方式射出第二共振光L2，第三光源部32以使第三共振光L3通過氣體單元2的中心的方式射出第三共振光L3。由此,能夠降低因金屬原子與氣體單兀的壁面碰撞而產(chǎn)生的影響。氣體單元內(nèi)的金屬原子與氣體單元的壁面碰撞，從而使氣體單元的壁面附近與氣體單元的中心的原子密度不同。因此，在共振光未通過氣體單元的中心而通過了氣體單元的壁面附近的情況下與共振光通過了氣體單元的中心的情況下，例如產(chǎn)生吸收特性的差異。根據(jù)本實施方式，由于各共振光L1、L2、L3通過氣體單兀2的中心,所以與各共振光未通過氣體單元的中心的情況相比，能夠降低上述的影響。
在光學模塊I中，判定部40基于被光檢測部14、24檢測到的共振光L1、L2的強度進行光源部12、22是否發(fā)生了故障的判定。由此，不追加新的部件就能夠得到用于判定光源部是否發(fā)生了故障所需的信息，因此能夠容易地判定光源部是否發(fā)生了故障。
原子振蕩器100包括上述的光學模塊1，因此能夠降低更換成本。并且，能夠提高可靠性。
2.第二實施方式
接下來，參照附圖對第二實施方式所涉及的原子振蕩器進行說明。圖6是示意性地表示第二實施方式所涉及的原子振蕩器的光學模塊201的立體圖。以下，對第二實施方式所涉及的光學模塊201的、具有與第一實施方式所涉及的光學模塊I的構(gòu)成部件相同的功能的部件標注相同的附圖標記，并省略其詳細的說明。
在上述的圖5所示的光學模塊I中，氣體單元2的形狀為多面體(立方體)。與此相對，如圖6所示，在本實施方式所涉及的光學模塊201中，氣體單元2的形狀為圓柱體。
如圖6所示，氣體單元2具有:上表面202a、下表面202b以及側(cè)面202c。
配置第一光學系統(tǒng)10的第一軸Al、配置第二光學系統(tǒng)20的第二軸A2以及配置第三光學系統(tǒng)30的第三軸A3與氣體單元2的中心軸(圓柱的中心軸)C正交。在圖示的例子中，第一軸Al、第二軸A2、第三軸A3在氣體單元2的中心(圓柱的中心)相交。第一軸Al與第二軸A2所成的角度例如為60°。另外，第二軸A2與第三軸A3所成的角度例如為60°。
第一半導體激光112例如以使第一共振光LI與氣體單元2的中心軸C正交的方式射出第一共振光LI。第一半導體激光112使第一共振光LI射入氣體單兀2的側(cè)面202c。從第一半導體激光112射出的第一共振光LI射入側(cè)面202c，與氣體單元2的中心軸C正交，并從側(cè)面202c的與入射位置相反的一側(cè)的位置射出。第一光檢測器114對從側(cè)面202c射出的第一共振光LI進行檢測。
第二半導體激光122例如以使第二共振光L與氣體單元2的中心軸C正交的方式射出第二共振光L2。第二半導體激光122使第二共振光L2射入氣體單元2的側(cè)面202c。從第二半導體激光122射出的第二共振光L2射入側(cè)面202c，與氣體單元2的中心軸C正交，并從側(cè)面202c的與入射位置相反的一側(cè)的位置射出。第二光檢測器124對從側(cè)面202c射出的第二共振光L2進行檢測。
第三半導體激光132例如以使第三共振光L3與氣體單元2的中心軸C正交的方式射出第三共振光L3。第三半導體激光132使第三共振光L3射入氣體單元2的側(cè)面202c。從第三半導體激光132射出的第三共振光L3射入側(cè)面202c，與氣體單元2的中心軸C正交，并從側(cè)面202c的與入射位置相反的一側(cè)的位置射出。第三光檢測器134對從側(cè)面202c射出的第三共振光L3進行檢測。
第一共振光L1、第二共振光L2以及第三共振光L3如上述那樣地與氣體單兀2的中心軸C正交，因此氣體單元2中的第一共振光LI的光程、氣體單元2中的第二共振光L2的光程以及氣體單元2中的第三共振光L3的光程相等。
此外，本實施方式所涉及的原子振蕩器的其他的結(jié)構(gòu)與上述的原子振蕩器100相同，故省略其說明。
本實施方式所涉及的光學模塊201例如具有以下的特征。
根據(jù)光學模塊201，氣體單元2的形狀為圓柱體。因此，例如與氣體單元的形狀為長方體的情況相比，光學系統(tǒng)10、20、30的配置的自由度較高。
根據(jù)光學模塊201,氣體單兀2的形狀為圓柱體,第一半導體激光112能夠使第一共振光LI射入氣體單元2的側(cè)面202c，第二半導體激光122能夠使第二共振光L2射入氣體單元2的側(cè)面202c。由此，能夠容易地使氣體單元2中的第一共振光LI的光程與氣體單元2中的第二共振光L2的光程相等。因此，對于一個氣體單元2，能夠容易地得到兩個可得到相同的振蕩特性的光學系統(tǒng)10、20。相同地,根據(jù)光學模塊201,第三半導體激光132能夠使第三共振光L3射入氣體單元2的側(cè)面202c。由此，對于一個氣體單元2，能夠得到三個可得到相同的振蕩特性的光學系統(tǒng)10、20、30。
根據(jù)光學模塊201，半導體激光112、122、132以使共振光L1、L2、L3與氣體單元2的中心軸(圓柱的中心軸C)正交的方式輸出共振光L1、L2、L3。由此，能夠降低因金屬原子與氣體單元壁面碰撞而產(chǎn)生的影響。
此外，此處對氣體單元2的形狀為上表面202a以及下表面202b的形狀為圓的圓柱的情況進行了說明，雖未圖示，但氣體單元2的形狀也可以為上表面202a以及下表面202b的形狀為橢圓的橢圓柱。
另外，此處對光學模塊201具有三個光學系統(tǒng)10、20、30的情況進行了說明，雖未圖示，但光學模塊也可以具有三個以上的光學系統(tǒng)。
3.第三實施方式
接下來，參照附圖對第三實施方式所涉及的原子振蕩器進行說明。圖7是示意性地表示第三實施方式所涉及的原子振蕩器的光學模塊301的立體圖。以下，對第三實施方式所涉及的光學模塊301的、具有與第一實施方式所涉及的光學模塊I的構(gòu)成部件相同的功能的部件標注相同的附圖標記，并省略其詳細的說明。
在上述的圖5所示的光學模塊I中，氣體單元2的形狀為多面體(立方體)。與此相對，在本實施方式所涉及的光學模塊301中，如圖7所示，氣體單元2的形狀為球體。
如圖7所示，氣體單元2具有球面302a。
配置第一光學系統(tǒng)10的第一軸Al、配置第二光學系統(tǒng)20的第二軸A2以及配置第三光學系統(tǒng)30的第三軸A3通過氣體單元2的中心(球體的中心)。在圖示的例子中，第一軸Al、第二軸A2、第三軸A3在氣體單元2的中心相互正交。
第一半導體激光112例如以使第一共振光LI通過氣體單元2的中心(球體的中心)的方式射出第一共振光LI。第一半導體激光112使第一共振光LI射入氣體單元2的球面302a。從第一半導體激光112射出的第一共振光LI射入球面302a,通過氣體單兀2的中心(球體的中心)，并從球面302a的與入射位置相反的一側(cè)的位置射出。第一光檢測器114對從球面302a射出的第一共振光LI進行檢測。
第二半導體激光122例如以使第二共振光L2通過氣體單元2的中心的方式射出第二共振光L2。第二半導體激光122使第二共振光L2射入氣體單兀2的球面302a。從第二半導體激光122射出的第二共振光L2射入球面302a，通過氣體單元2的中心，并從球面302a的與入射位置相反的一側(cè)的位置射出。第二光檢測器124對從球面302a射出的第二共振光L2進行檢測。
第三半導體激光132例如以使第三共振光L3通過氣體單元2的中心的方式射出第三共振光L3。第三半導體激光132使第三共振光L3射入氣體單元2的球面302a。從第三半導體激光132射出的第三共振光L3射入球面302a，通過氣體單元2的中心，并從球面302a的與入射位置相反的一側(cè)的位置射出。第三光檢測器134對從球面302a射出的第三共振光L3進行檢測。
第一共振光L1、第二共振光L2以及第三共振光L3如上述那樣地通過氣體單元2的中心，因此氣體單元2中的第一共振光LI的光程、氣體單元2中的第二共振光L2的光程以及氣體單元2中的第三共振光L3的光程相等。
此外，本實施方式所涉及的原子振蕩器的其他的結(jié)構(gòu)與上述的原子振蕩器100相同，故省略其說明。
本實施方式所涉及的光學模塊301例如具有以下的特征。
根據(jù)光學模塊301，氣體單元2的形狀為球體。因此，例如與氣體單元的形狀為長方體的情況相比，光學系統(tǒng)10、20、30的配置的自由度較高。
根據(jù)光學模塊301,氣體單兀2的形狀為球體,半導體激光112、122、132以使共振光L1、L2、L3通過氣體單元2的中心的方式射出共振光L1、L2、L3。由此，能夠降低因金屬原子與氣體單元壁面碰撞而產(chǎn)生的影響。
此外，此處對光學模塊301具有三個光學系統(tǒng)10、20、30的情況進行了說明，雖未圖示，但光學模塊也可以具有三個以上的光學系統(tǒng)。
本發(fā)明包括與在實施方式中說明的結(jié)構(gòu)實際上相同的結(jié)構(gòu)(例如，功能、方法以及結(jié)果相同的結(jié)構(gòu)，或者目的以及效果相同的結(jié)構(gòu))。另外，本發(fā)明包括將在實施方式中說明的結(jié)構(gòu)的非本質(zhì)性的部分置換后的結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明包括能夠起到與在實施方式中說明的結(jié)構(gòu)相同的作用效果的結(jié)構(gòu)或者實現(xiàn)相同的目的的結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明包括對在實施方式中說明的結(jié)構(gòu)附加了公知技術(shù)的結(jié)構(gòu)。
符號說明
Al…第一軸；A2…第二軸；A3…第三軸；L1…第一共振光；L2…第二共振光；L3…第三共振光；W1…第一邊帶；W2…第 二邊帶；F…基波；1…光學模塊；2…氣體單兀;2a…第一側(cè)面；2b…第二側(cè)面；2c… 第三側(cè)面；2d…第四側(cè)面；2e…下表面；2f…上表面;10…第一光學系統(tǒng)；12…第一光源部；14…第一光檢測部；20…第二光學系統(tǒng)；22…第二光源部；24…第二光檢測部；30…第三光學系統(tǒng)；32…第三光源部；34…第三光檢測部；40…判定部；50…驅(qū)動信號切換部；52…光檢測切換部；101…控制部；100…原子振蕩器；101…控制部；112…第一半導體激光；113…準直透鏡；114…第一光檢測器；122…第二半導體激光；123…準直透鏡；124…第二光檢測器；132…第三半導體激光；133…準直透鏡；134…第三光檢測器；140…判定電路；150…驅(qū)動信號切換電路；152…光檢測切換電路；160…第一檢波電路；162…第一低頻振蕩器；164…電流驅(qū)動電路；170…第二檢波電路；172…第二低頻振蕩器；174…檢波用調(diào)制電路；176…調(diào)制頻率產(chǎn)生電路；201…光學模塊；202a…上表面；202b…下表面;202c…側(cè)面;301…光學模塊;302a…球面。
權(quán)利要求
1.一種原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 是利用量子干涉效應的原子振蕩器用的光學模塊， 該原子振蕩器用的光學模塊包含: 第一光源部，其射出具有兩個不同波長的第一共振光； 氣體單元，其封入有堿金屬原子； 第一光檢測部，其對透過了所述氣體單元的所述第一共振光的強度進行檢測； 判定部，其判定所述第一光源部是否發(fā)生了故障； 第二光源部，其在由所述判定部判定為所述第一光源部發(fā)生了故障的情況下，向所述氣體單元照射具有兩個不同波長的第二共振光；以及 第二光檢測部，其對透過了所述氣體單元的所述第二共振光的強度進行檢測， 其中，所述氣體單元中的所述第一共振光的光程與所述氣體單元中的所述第二共振光的光程相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述氣體單元的形狀為具有六個以上的偶數(shù)個面的多面體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述氣體單 元具有: 第一面、 與所述第一面對置的第二面、 第二面、以及 與所述第三面對置的第四面， 其中，所述第一面與所述第二面之間的距離和所述第三面與所述第四面之間的距離相坐寸， 所述第一共振光射入到所述第一面， 所述第一光檢測部對從所述第二面射出的所述第一共振光進行檢測， 所述第二共振光射入到所述第三面， 所述第二光檢測部對從所述第四面射出的所述第二共振光進行檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述第一共振光垂直地射入到所述第一面， 所述第二共振光垂直地射入到所述第三面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述氣體單元的形狀為長方體， 所述第一共振光以及第二共振光以通過所述氣體單元的中心的方式射入到所述氣體單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述氣體單元的形狀為圓柱體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述第一共振光以及所述第二共振光射入所述氣體單元的圓柱面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述第一共振光以及所述第二共振光以與所述氣體單元的所述圓柱體的中心軸正交的方式射入到所述氣體單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述氣體單元的形狀為球體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述第一共振光以及所述第二共振光以通過所述氣體單元的中心的方式射入到所述氣體單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器用的光學模塊，其特征在于， 所述判定部基于由所述第一光檢測部檢測出的所述第一共振光的強度進行第一光源部是否發(fā)生了故障的判定。
12.—種原子振蕩器，其特征在于， 包含權(quán)利要求f 11中 任意一項所述的原子振蕩器用的光學模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種原子振蕩器用的光學模塊以及原子振蕩器。利用量子干涉效應的原子振蕩器用的光學模塊包含第一光源部，其射出第一共振光；氣體單元，其封入有堿金屬原子；第一光檢測部，其對透過了上述氣體單元的上述第一共振光的強度進行檢測；判定部，其判定上述第一光源部是否發(fā)生了故障；第二光源部，其在由上述判定部判定為上述第一光源部發(fā)生故障的情況下向上述氣體單元照射第二共振光；以及第二光檢測部，其對透過了上述氣體單元的上述第二共振光的強度進行檢測，其中，上述氣體單元中的上述第一共振光的光程與上述氣體單元中的上述第二共振光的光程相等。
文檔編號H03L7/26GK103208993SQ20131000867
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者西田哲朗 申請人:精工愛普生株式會社