原子室模塊、量子干涉裝置、電子設(shè)備及磁場控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供原子室模塊、量子干涉裝置、電子設(shè)備及磁場控制方法。作為課題，提供通過一定程度地消除由加熱器電流產(chǎn)生的原子室內(nèi)部的磁場，從而能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生強度高的EIT信號的原子室模塊和原子室的磁場控制方法、以及使用了該原子室模塊的頻率穩(wěn)定度高的量子干涉裝置和電子設(shè)備。原子室模塊（10）包含：封入有原子的原子室（11）；發(fā)熱部（12），其通過流過電流而發(fā)熱，對原子室（11）進行加熱；以及磁場產(chǎn)生部（13），其使原子室（11）的內(nèi)部產(chǎn)生磁場。由磁場產(chǎn)生部（13）產(chǎn)生的原子室（11）內(nèi)部的預(yù)定位置處的磁場包含與基于流過發(fā)熱部（12）的電流產(chǎn)生的該預(yù)定位置處的磁場相反方向的磁場分量。
【專利說明】原子室模塊、量子干涉裝置、電子設(shè)備及磁場控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子室(atom cell)模塊、量子干涉裝置、電子設(shè)備以及原子室的磁場控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，如圖20所示，作為堿金屬原子的一種的銫原子具有6S1/2的基態(tài)能級和6P1/2、6P3/2這兩個激發(fā)能級。并且，6S1/2、6P1/2、6P3/2這各個能級具有分裂成多個能級的超微細(xì)結(jié)構(gòu)。具體而言，6S1/2具有F=3、4這兩個基態(tài)能級，6P1/2具有F=3、4這兩個激發(fā)能級，6P3/2具有F=2、3、4、5這4個激發(fā)能級。
[0003]例如，處于6S1/2的F=3的基態(tài)能級的銫原子通過吸收D2線而能夠躍遷到6P3/2的F=2、3、4中的任意一個激發(fā)能級,但是不能躍遷到F=5的激發(fā)能級。處于6S1/2的F=4的基態(tài)能級的銫原子通過吸收D2線而能夠躍遷到6P3/2的F=3、4、5中的任意一個激發(fā)能級，但是不能躍遷到F=2的激發(fā)能級。這些是遵循于假定了電偶極躍遷時的躍遷選擇規(guī)則的結(jié)果。相反，處于6P3/2的F=3、4中的任意一個激發(fā)能級的銫原子能夠放射D2線而躍遷到6S1/2的F=3或者F=4的基態(tài)能級(初始基態(tài)能級或者其他基態(tài)能級中的任意一個)。此處，由6S1/2的F=3、4這兩個基態(tài)能級和6P3/2的F=3、4中的任意一個激發(fā)能級構(gòu)成的三能級(由兩個基態(tài)能級和I個激發(fā)能級構(gòu)成)通過吸收/放射D2線而能夠?qū)崿F(xiàn)A型躍遷，因此被稱作A型三能級。同樣，由6S1/2的F=3、4這兩個基態(tài)能級和6P1/2的F=3、4中的任意一個激發(fā)能級構(gòu)成的三能級通過吸收/放射Dl線而能夠?qū)崿F(xiàn)A型躍遷，所以形成A型三能級。
[0004]與此相對，處于6P3/2的F=2的激發(fā)能級的銫原子在放射D2線后必定會躍遷到6S1/2的F=3的基態(tài)能級(初始基態(tài)能級)，同樣，處于6P3/2的F=5的激發(fā)能級的銫原子在放射D2線后必定會躍遷到6S1/2的F=4的基態(tài)能級(初始基態(tài)能級)。即，由6S1/2的F=3、4這兩個基態(tài)能級和6P3/2的F=2或者F=5的激發(fā)能級構(gòu)成的三能級不能夠通過吸收/放射D2線實現(xiàn)A型躍遷，因此不能形成A型三能級。另外公知的是，銫原子以外的堿金屬原子也同樣具有形成A型三能級的兩個基態(tài)能級和激發(fā)能級。
[0005]此外，眾所周知，在對氣態(tài)的堿金屬原子同時照射具有與形成A型三能級的第I基態(tài)能級(在銫原子的情況下為6S1/2的F=3的基態(tài)能級)和激發(fā)能級(在銫原子的情況下，例如為6P3/2的F=4的激發(fā)能級)之間的能量差對應(yīng)的頻率(振動數(shù))的共振光(記作共振光I)、以及具有與第2基態(tài)能級(在銫原子的情況下為6S1/2的F=4的基態(tài)能級)和激發(fā)能級之間的能量差對應(yīng)的頻率(振動數(shù))的共振光(記作共振光2)時，會成為兩個基態(tài)能級的重合狀態(tài)、即量子相干狀態(tài)(暗狀態(tài))，從而引起停止向激發(fā)能級的激發(fā)的電磁誘導(dǎo)透明(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現(xiàn)象(有時也稱作 CPT (CoherentPopulation Trapping:相干布居俘獲))。引起該EIT現(xiàn)象的共振光對(共振光I和共振光2)的頻率差和與堿金屬原子的兩個基態(tài)能級的能量差A(yù)E12對應(yīng)的頻率準(zhǔn)確地一致。例如，銫原子的與兩個基態(tài)能級的能量差對應(yīng)的頻率是9.192631770GHz,因此，在對銫原子同時照射頻率差為9.192631770GHz的Dl線或者D2線這2種激光時，會產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。[0006]因此，如圖21所示，在對氣態(tài)的堿金屬原子同時照射頻率為的光和頻率為f2的光時，根據(jù)這兩個光波是否成為共振光對而使堿金屬原子產(chǎn)生EIT現(xiàn)象，透射過堿金屬原子的光的強度急劇地變化。表不該急劇地變化的透射光的強度的信號被稱作EIT信號(共振信號)，在共振光對的頻率差- f2和與AE12對應(yīng)的頻率f12準(zhǔn)確地一致時，EIT信號的電平表現(xiàn)為峰值。因此，對封入有氣態(tài)堿金屬原子的原子室(氣室)照射兩個光波，并控制為能夠由光檢測器檢測到EIT信號的峰值，即，使得兩個光波的頻率差- f2和與AE12對應(yīng)的頻率f12準(zhǔn)確地一致，由此能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的振蕩器。例如，在專利文獻I中，公開了與這樣的原子振蕩器相關(guān)的技術(shù)。
[0007]【專利文獻I】美國專利第6320472號說明書
[0008]但是,在對堿金屬原子施加磁場時,各個能級會發(fā)生塞曼(Zeeman)分裂。例如圖22 (A)所示,在銫原子的情況下，6S1/2、F = 3的基態(tài)能級和6P3/2、F = 3的激發(fā)能級分裂成與磁量子數(shù)mF=0、±1、±2、±3對應(yīng)的7個能級，6S1/2、F=4的基態(tài)能級和6P3/2、F=4的激發(fā)能級分裂成與磁量子數(shù)mF=0、±1、±2、±3、±4對應(yīng)的9個能級。并且,堿金屬原子將相當(dāng)于兩個基態(tài)能級的磁量子數(shù)mF相同的塞曼能級之間的能量差(頻率差)的頻率差的兩個光波作為共振光對而產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。即，在對堿金屬原子施加磁場的狀態(tài)下掃描兩個光波的頻率差時，在透射過堿金屬原子的光的強度中會觀測到多個峰值、即多個EIT信號。例如圖22 (B)所示，在銫原子的情況下，觀測到與磁量子數(shù)mF=0、± 1、±2、±3對應(yīng)的7個EIT信號。如圖22 (B)所示，一般而言，與mF=0對應(yīng)的EIT信號的強度最高，因此在大多原子振蕩器中，對氣室施加固定的穩(wěn)定磁場，控制共振光對的頻率差，以產(chǎn)生與mF=0對應(yīng)的EIT信號。但是，在使原子振蕩器小型化時，氣室周邊的容積變小，難以向氣室施加穩(wěn)定的磁場。此外，需要向氣室施加一定程度的溫度，要一并設(shè)置加熱器，但加熱器電流根據(jù)外氣溫度的變化而發(fā)生變動，因此由加熱器電流產(chǎn)生的磁場也發(fā)生變動。其結(jié)果，由于外氣溫度的變動，導(dǎo)致施加到氣室的磁場發(fā)生變動。于是，如圖23所示，兩個基態(tài)能級的磁量子數(shù)mF相同的塞曼能級之間的能量差(頻率差)相對于磁場變動以2次函數(shù)發(fā)生變動，因此產(chǎn)生了原子振蕩器的頻率穩(wěn)定度(尤其是溫度特性)劣化的問題。并且，當(dāng)使原子振蕩器小型化時，氣室變小，引起EIT現(xiàn)象的原子總量減少，由此還存在EIT信號的強度變小的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明正是鑒于以上問題點而完成的，根據(jù)本發(fā)明的幾個方式，能夠提供可通過消除原子室內(nèi)部產(chǎn)生的磁場的至少一部分來減少共振光相對于原子的頻率變動幅度的原子室模塊和原子室的磁場控制方法、以及使用了該原子室模塊的頻率穩(wěn)定度高的量子干涉裝置和電子設(shè)備。
[0010]本發(fā)明正是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，可作為以下方式或應(yīng)用例來實現(xiàn)。
[0011][應(yīng)用例I]
[0012]本應(yīng)用例的原子室模塊具有:封入有原子的原子室；發(fā)熱部，其通過流過電流而發(fā)熱，對所述原子室進行加熱；以及產(chǎn)生磁場的磁場產(chǎn)生部，在所述原子室的內(nèi)部，由所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場與由流過所述發(fā)熱部的電流產(chǎn)生的磁場具有彼此相反方向的磁場分量。[0013]所述預(yù)定位置可以是所述原子室內(nèi)部的光路上的位置。此外，由所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的所述原子室內(nèi)部的光路上的預(yù)定位置處的磁場可以與基于流過所述發(fā)熱部的電流產(chǎn)生的所述預(yù)定位置處的磁場為相反方向且相同的強度。
[0014]根據(jù)本應(yīng)用例的原子室模塊，能夠通過由磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場來抵消基于流過發(fā)熱部的電流而在原子室內(nèi)部產(chǎn)生的磁場的至少一部分。因此，能夠進一步減小原子室內(nèi)部的磁場強度因流過發(fā)熱部的電流的變動而發(fā)生變動的范圍，其結(jié)果，能夠進一步減小共振光相對于封入到原子室中的原子的頻率變動幅度。
[0015][應(yīng)用例2]
[0016]在上述應(yīng)用例的原子室模塊中，可以是，所述磁場產(chǎn)生部通過使流過所述發(fā)熱部的電流的至少一部分流過，由此使所述原子室的內(nèi)部產(chǎn)生磁場。
[0017]根據(jù)本應(yīng)用例的原子室模塊，即使流過發(fā)熱部的電流發(fā)生變動，因為磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場也與其相應(yīng)地發(fā)生變動，因此能夠有效抵消掉基于流過發(fā)熱部的電流產(chǎn)生的磁場的至少一部分。
[0018][應(yīng)用例3]
[0019]上述應(yīng)用例的原子室模塊可以具有磁屏蔽部，該磁屏蔽部將所述原子室、所述發(fā)熱部以及所述磁場產(chǎn)生部從外部磁場屏蔽開。
[0020]根據(jù)本應(yīng)用例的原子室模塊，能夠抑制原子室模塊的因外部磁場影響引起的共振光的頻率變動幅度的增加。
[0021][應(yīng)用例4]
[0022]本應(yīng)用例的量子干涉裝置具有:上述任意一種原子室模塊；光產(chǎn)生部，其產(chǎn)生包含共振光對的光并將其照射到所述原子室；光檢測部，其檢測透射過所述原子室的光；以及控制部，其根據(jù)所述光檢測部的檢測信號控制所述共振光的頻率。
[0023]根據(jù)本應(yīng)用例的量子干涉裝置，通過使用進一步減小了共振光相對于原子的頻率變動幅度的原子室模塊，能夠在光檢測部的檢測信號中產(chǎn)生簡并后的信號強度高的EIT信號。因此，通過進行反饋控制，鎖定為該簡并后的EIT信號，由此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率穩(wěn)定度高的量子干涉裝置。
[0024][應(yīng)用例5]
[0025]上述應(yīng)用例的量子干涉裝置可以具有磁場控制部，所述磁場控制部控制所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場，以減小所述原子室的內(nèi)部磁場的變動量。
[0026]根據(jù)本應(yīng)用例的量子干涉裝置，即使流過發(fā)熱部的電流發(fā)生變動，也能夠通過減小原子室內(nèi)部的磁場變動量來穩(wěn)定地產(chǎn)生簡并后的信號強度高的EIT信號。
[0027][應(yīng)用例6]
[0028]上述應(yīng)用例的量子干涉裝置可以具有檢測由流過所述發(fā)熱部的電流產(chǎn)生的磁場的強度的磁檢測部，所述磁場控制部根據(jù)所述磁檢測部的檢測信號，控制所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場。
[0029]根據(jù)本應(yīng)用例的量子干涉裝置，即使磁場強度由于流過發(fā)熱部的電流的變動而發(fā)生變動，也能夠利用磁檢測部檢測磁場的強度變化，并根據(jù)檢測結(jié)果減小原子室內(nèi)部的磁場變動量，因此能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生簡并后的信號強度高的EIT信號。
[0030]此外，根據(jù)本應(yīng)用例的量子干涉裝置，磁檢測部也將由原子室模塊的外部磁場引起的磁場包含在內(nèi)進行檢測，因此即使外部磁場發(fā)生變動，也能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生簡并后的信號強度高的EIT信號。
[0031][應(yīng)用例7]
[0032]在上述應(yīng)用例的量子干涉裝置中，所述磁檢測部可以與所述發(fā)熱部接觸。
[0033]根據(jù)本應(yīng)用例的量子干涉裝置，通過與溫度被保持為大致恒定的發(fā)熱部接觸地配置磁檢測部，由此，即使不對磁檢測部的溫度特性進行校正，也能夠?qū)崿F(xiàn)較高的頻率穩(wěn)定度。
[0034][應(yīng)用例8]
[0035]上述應(yīng)用例的量子干涉裝置可以包含檢測流過所述發(fā)熱部的電流的電流檢測部，所述磁場控制部根據(jù)所述電流檢測部的檢測信號，控制所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場。
[0036]根據(jù)本應(yīng)用例的量子干涉裝置，即使磁場強度由于流過發(fā)熱部的電流的變動而發(fā)生變動，也能夠利用電流檢測部檢測流過發(fā)熱部的電流，并根據(jù)檢測結(jié)果減小原子室內(nèi)部的磁場變動量，因此能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生簡并后的信號強度高的EIT信號。
[0037][應(yīng)用例9]
[0038]本應(yīng)用例的電子設(shè)備具有上述任意一種量子干涉裝置。
[0039][應(yīng)用例10]
[0040]本應(yīng)用例的原子室的磁場控制方法控制封入有原子的原子室的內(nèi)部磁場，其中，產(chǎn)生包含如下磁場分量的磁場，所述磁場分量的方向與基于流過對所述原子室進行加熱的發(fā)熱部的電流而產(chǎn)生的所述原子室的內(nèi)部磁場的方向相反。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是第I實施方式的原子振蕩器的功能框圖。
[0042]圖2是示出第I實施方式的原子振蕩器的具體結(jié)構(gòu)例的圖。
[0043]圖3是示出第I實施方式中的氣室模塊的構(gòu)造的一例的圖。
[0044]圖4是示出半導(dǎo)體激光器的出射光的頻譜的一例的概略圖。
[0045]圖5是示出流過加熱器和線圈的電流的方向與氣室內(nèi)部產(chǎn)生的磁場的方向之間的關(guān)系的一例的圖。
[0046]圖6的(A)是示出外氣溫度與加熱器電流之間的關(guān)系的圖，圖6的(B)是示出加熱器電流與磁場強度之間的關(guān)系的圖，圖6的(C)是示出線圈電流與磁場強度之間的關(guān)系的圖。
[0047]圖7是示出氣室模塊的調(diào)整方法的一例的流程圖。
[0048]圖8的(A)是示出分裂的EIT信號的一例的圖，圖8的(B)是示出簡并的EIT信號的一例的圖。
[0049]圖9是第2實施方式的原子振蕩器的功能框圖。
[0050]圖10是示出第2實施方式的原子振蕩器的具體結(jié)構(gòu)例的圖。
[0051]圖11是示出第2實施方式中的氣室模塊的構(gòu)造的一例的圖。
[0052]圖12是示出控制信息的生成方法的一例的流程圖。
[0053]圖13是第3實施方式的原子振蕩器的功能框圖。
[0054]圖14是示出第3實施方式的原子振蕩器的具體結(jié)構(gòu)例的圖。[0055]圖15是示出第3實施方式中的氣室模塊的構(gòu)造的一例的圖。
[0056]圖16是示出控制信息的生成方法的一例的流程圖。
[0057]圖17是本實施方式的電子設(shè)備的功能框圖。
[0058]圖18是本實施方式的電子設(shè)備的示意圖。
[0059]圖19是示出變形例中的半導(dǎo)體激光器的出射光的頻譜的概略圖。
[0060]圖20是示意性示出銫原子的能級的圖。
[0061]圖21是示出EIT信號的一例的概略圖。
[0062]圖22的(A)是示出塞曼分裂的能級的圖，圖22的(B)是示出分裂的EIT信號的一例的圖。
[0063]圖23是示出磁場強度與共振光對的頻率差之間的關(guān)系的圖。
[0064]標(biāo)號說明
[0065]I原子振蕩器；10原子室模塊；11原子室；12發(fā)熱部；13磁場產(chǎn)生部；14溫度檢測部；15磁屏蔽部；16磁檢測部；20光產(chǎn)生部；30光檢測部；40控制部；41發(fā)熱控制部；42振蕩控制部；43磁場控制部；44電流檢測部；100氣室模塊;110氣室;120a、120b加熱器；121a、121b電極；122a、122b電極；130a、130b線圈；140溫度傳感器；150磁屏蔽罩；160磁傳感器；200半導(dǎo)體激光器；210光檢測器；220檢波電路；230調(diào)制電路；240低頻振蕩器；250檢波電路；260壓控石英振蕩器(VCX0);270調(diào)制電路；280低頻振蕩器；290頻率轉(zhuǎn)換電路；300驅(qū)動電路；310加熱器電流控制電路；320線圈電流控制電路；330存儲器；332:控制信息；340電流檢測電路；400電子設(shè)備；410時鐘生成部；412原子振蕩器；420MPU ；430操作部；440R0M ；450RAM ;460通信部；470顯示部；480聲音輸出部；500便攜終端；502操作按鈕；504接聽口 ；506通話口 ；508顯示部。
【具體實施方式】
[0066]下面，使用附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細(xì)說明。另外，以下說明的實施方式不對權(quán)利要求所記載的本發(fā)明的內(nèi)容進行不合理限定。并且，以下說明的所有結(jié)構(gòu)并非都是本發(fā)明必需的結(jié)構(gòu)要件。
[0067]以下，以作為量子干涉裝置的一例的原子振蕩器為例進行說明。
[0068]1.原子振蕩器
[0069]I 一 I?第I實施方式
[0070][原子振蕩器的功能結(jié)構(gòu)]
[0071]圖1是第I實施方式的原子振蕩器的功能框圖。如圖1所示，第I實施方式的原子振蕩器I構(gòu)成為包含原子室模塊10、光產(chǎn)生部20、光檢測部30和控制部40。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當(dāng)省略或變更了圖1的結(jié)構(gòu)要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結(jié)構(gòu)要素后的結(jié)構(gòu)。
[0072]原子室模塊10構(gòu)成為包含原子室11、發(fā)熱部12、磁場產(chǎn)生部13和溫度檢測部14。原子室模塊10還可以包含磁屏蔽部15。
[0073]原子室11是在由玻璃等透明部件構(gòu)成的容器中封入具有A型三能級的原子(例如,鈉(Na)原子、銣(Rb)原子、銫(Cs)原子等堿金屬原子)而得到的。光產(chǎn)生部20產(chǎn)生的光入射到原子室11中，該入射光的一部分透射過原子室U。[0074]發(fā)熱部12通過流過電流而發(fā)熱，對原子室11進行加熱。發(fā)熱部12例如可以由產(chǎn)生與電流量對應(yīng)的熱量的加熱器來實現(xiàn)。例如，可以在原子室11的光的入射面和出射面上配置具有導(dǎo)電性和透光性的加熱器。這樣的具有導(dǎo)電性和透光性的加熱器可以由ITO(Indium Tin Oxide:氧化銦錫)、IZO (Indium Zinc 0叉1(16:氧化銦鋒)、111303、31102、含有3匕的SnO2、含有Al的ZnO等透明電極材料來實現(xiàn)。
[0075]磁場產(chǎn)生部13使原子室11的內(nèi)部產(chǎn)生磁場。尤其是在本實施方式中，磁場產(chǎn)生部13通過使流過發(fā)熱部12的電流的至少一部分流過，由此使原子室11的內(nèi)部產(chǎn)生磁場。由該磁場產(chǎn)生部13產(chǎn)生的、原子室11內(nèi)部的預(yù)定位置(例如原子室11內(nèi)部的光路上的位置)處的磁場包含與基于流過發(fā)熱部12的電流產(chǎn)生的該預(yù)定位置處的磁場相反方向的磁場分量。這樣的磁場產(chǎn)生部13例如可以由卷繞發(fā)熱部12的供電線的一部分而得到的線圈來實現(xiàn)?？梢酝ㄟ^變更線圈的位置、形狀(線圈的匝數(shù)、直徑等)、流過線圈的電流的方向(或者線圈的卷繞方向)、電流的大小，對原子室11內(nèi)部的預(yù)定位置處的磁場的方向和大小進行調(diào)整。例如可以進行調(diào)整為:在原子室11內(nèi)部的光路上的預(yù)定位置處，由發(fā)熱部12產(chǎn)生的磁場與由磁場產(chǎn)生部13產(chǎn)生的磁場相互抵消(磁場強度接近O)。
[0076]溫度檢測部14配置在預(yù)定的位置來檢測溫度。溫度檢測部14例如可以配置為與發(fā)熱部12或者原子室11接觸。溫度檢測部14例如可以由熱敏電阻和熱電偶等溫度傳感器來實現(xiàn)。
[0077]磁屏蔽部15至少將原子室11、發(fā)熱部12和磁場產(chǎn)生部13從外部磁場屏蔽開,也可以將溫度檢測部14從外部磁場屏蔽開。
[0078]光產(chǎn)生部20產(chǎn)生使封入到原子室11中的原子共振的共振光，并將其照射到原子室11。光產(chǎn)生部20例如可以由半導(dǎo)體激光器實現(xiàn)。作為半導(dǎo)體激光器，可以使用端面發(fā)光激光器(Edge Emitting Laser)或垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL:Vertical CavitySurface Emitting Laser)等面發(fā)光激光器等。
[0079]光檢測部30檢測透射過原子室11的光。光檢測部30例如可以使用輸出與接收到的光的強度對應(yīng)的檢測信號的光電二極管(PD =Photo Diode)來實現(xiàn)。
[0080]控制部40構(gòu)成為包含發(fā)熱控制部41和振蕩控制部42，例如可以由通用的微處理器或?qū)Ｓ秒娐穪韺崿F(xiàn)。
[0081]發(fā)熱控制部41根據(jù)溫度檢測部14的檢測信號控制流過發(fā)熱部12的電流。通過該發(fā)熱控制部41控制發(fā)熱部12的發(fā)熱量，使得原子室11的內(nèi)部溫度大致保持恒定。
[0082]振蕩控制部42根據(jù)光檢測部30的檢測信號控制光產(chǎn)生部20產(chǎn)生的光的頻率。通過該振蕩控制部42控制光產(chǎn)生部20產(chǎn)生共振光。
[0083]另外，作為這樣的原子振蕩器，例如可以控制光產(chǎn)生部20產(chǎn)生使封入到原子室11中的原子發(fā)生EIT現(xiàn)象的共振光對，也可以將原子室11收納到空腔諧振器(微波腔)，控制光產(chǎn)生部20產(chǎn)生針對封入到原子室11中的原子的共振光，并且利用通過對空腔諧振器施加微波而產(chǎn)生的光波微波雙共振現(xiàn)象。
[0084][原子振蕩器的具體結(jié)構(gòu)]
[0085]圖2是示出第I實施方式的原子振蕩器I的具體結(jié)構(gòu)例的圖。如圖2所示，原子振蕩器I構(gòu)成為包含氣室模塊100、半導(dǎo)體激光器200、光檢測器210、檢波電路220、調(diào)制電路230、低頻振蕩器240、檢波電路250、壓控石英振蕩器(VCXO) 260、調(diào)制電路270、低頻振蕩器280、頻率轉(zhuǎn)換電路290、驅(qū)動電路300和加熱器電流控制電路310。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當(dāng)省略或變更了圖2的結(jié)構(gòu)要素(各部件)的一部分、或者添加了其他結(jié)構(gòu)要素后的結(jié)構(gòu)。
[0086]氣室模塊100與圖1的原子室模塊10相對應(yīng)，構(gòu)成為包含氣室110、加熱器120a、120b、線圈130a、130b、溫度傳感器140和磁屏蔽罩150。圖3 (A)和圖3 (B)示出了氣室模塊100的構(gòu)造的一例。圖3 (A)是氣室模塊100的立體圖，圖3 (B)是氣室模塊100的側(cè)視圖。在圖3 (A)和圖3 (B)中，為了便于說明，同時記載了垂直的3個軸(X軸、Y軸、Z軸)，圖3 (B)是從X軸的正向觀察到的氣室模塊100的側(cè)視圖。
[0087]氣室110與圖1的原子室11相對應(yīng)，是將氣態(tài)的堿金屬原子封入到由玻璃等透明部件構(gòu)成的容器中而得到的。在本實施方式中，氣室110為長方體形狀，光從與Z軸垂直的一個面(入射面)111的預(yù)定位置(例如中心點)射入，透射過氣室110的光從另一個面(出射面)112的預(yù)定位置(例如中心點)射出。另外，氣室110也可以是圓柱等其他形狀。
[0088]兩個加熱器120a、120b均為平板形狀，并被設(shè)置為分別與氣室110的入射面111和出射面112重疊。在加熱器120a的兩端，分別設(shè)置有電極121a和122a，在本實施方式中，通過使電流在從電極121a朝向電極122a的方向上流過，由此使加熱器120a發(fā)熱，對氣室110進行加熱。在加熱器120b的兩端，分別設(shè)置有電極121b和122b，在本實施方式中，通過使電流在從電極122b朝向電極121b的方向上流過來實現(xiàn)發(fā)熱，對氣室110進行加熱。在本實施方式中，加熱器120a、120b利用透明導(dǎo)電膜構(gòu)成，透射過加熱器120a的光入射到氣室110，透射過氣室110的光透射過加熱器120b而射出。這兩個加熱器120a、120b與圖1的發(fā)熱部12相對應(yīng)，在氣室110的內(nèi)部，產(chǎn)生與流過加熱器120a、120b的電流對應(yīng)的磁場。
[0089]溫度傳感器140與圖1的溫度檢測部14相對應(yīng)，在本實施方式中，溫度傳感器140配置在加熱器120b的表面。但是，也可以將溫度傳感器140配置在加熱器120a或氣室110的表面。
[0090]兩個線圈130a、130b配置為分別與兩個面113、114相對，其中，這兩個面113、114與氣室110的入射面111和出射面112雙方垂直(與Y軸垂直)。線圈130a的一端與加熱器120a的電極121a連接。此外，線圈130b的一端與加熱器120a的電極122a連接。并且，通過圖2的加熱器電流控制電路310的控制，使得與溫度傳感器140的輸出信號對應(yīng)大小的電流在流過線圈130a后，在加熱器120a中從電極121a流到電極122a，進一步流過線圈130b?；蛘?，使得與溫度傳感器140的輸出信號對應(yīng)大小的電流在流過線圈130b后，在加熱器120a中從電極122a流到電極121a，進一步流過線圈130a。這兩個線圈130a、130b與圖1的磁場產(chǎn)生部13相對應(yīng)，并且對其位置、形狀(匝數(shù)、直徑)進行了調(diào)整，以利用流過該兩個線圈130a、130b的電流，在氣室110內(nèi)部的預(yù)定位置處產(chǎn)生與流過兩個加熱器120a、120b的電流所產(chǎn)生的磁場相反方向的磁場。
[0091]另外，在本實施方式中，流過加熱器120a的電流全部流過線圈130a、130b，但也可以設(shè)為這樣的構(gòu)造:對流過加熱器120a的電流的僅一部分進行分流，使其流過線圈130a、130b。
[0092]此外，在本實施方式中，線圈130a、130b不與加熱器120b電連接，在從電極122b朝向電極121b的方向或者其反方向上，從加熱器電流控制電路310直接向加熱器120b提供與溫度傳感器140的輸出信號對應(yīng)大小的電流。但是，加熱器120b也可以與線圈130a、130b中的至少一方電連接。
[0093]氣室110、加熱器120a、120b、線圈130a、130b和溫度傳感器140被磁屏蔽罩150
覆蓋。磁屏蔽罩150與圖1的磁屏蔽部15相對應(yīng)。另外，磁屏蔽罩150通常不是透明色，但在圖3 (A)中，為了示出氣室模塊100的構(gòu)造，透明地示出了磁屏蔽罩150。此外，在圖3(B)中，省略了磁屏蔽罩150的圖示。
[0094]返回到圖2，半導(dǎo)體激光器200與圖1的光產(chǎn)生部20相對應(yīng)，產(chǎn)生包含作為共振光對的兩個光波的光，所述共振光對使氣室110中包含的堿金屬原子產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。半導(dǎo)體激光器200產(chǎn)生的光入射到氣室110。
[0095]光檢測器210與圖1的光檢測部30相對應(yīng)，透射過氣室110的光入射到該光檢測器210,輸出與入射的光的強度對應(yīng)的檢測信號。光檢測器210的輸出信號被輸入到檢波電路220和檢波電路250。
[0096]檢波電路220使用以幾Hz~幾百Hz左右的低頻進行振蕩的低頻振蕩器240的振蕩信號，對光檢測器210的輸出信號進行同步檢波。為了能夠由檢波電路220實現(xiàn)同步檢波，調(diào)制電路230將低頻振蕩器240的振蕩信號(與提供給檢波電路220的振蕩信號相同的信號)作為調(diào)制信號，對檢波電路220的輸出信號進行調(diào)制，并輸出到驅(qū)動電路300。調(diào)制電路230可以由頻率混合器(混頻器)、頻率調(diào)制(FM frequency Modulation)電路、振幅調(diào)制(AM:Amplitude Modulation)電路等來實現(xiàn)。[0097]檢波電路250使用以幾Hz~幾百Hz左右的低頻進行振蕩的低頻振蕩器280的振蕩信號，對光檢測器210的輸出信號進行同步檢波。并且，根據(jù)檢波電路250的輸出信號的大小，對壓控石英振蕩器(VCXO) 260的振蕩頻率進行微調(diào)。壓控石英振蕩器(VCXO) 260例如以幾MHz~幾十MHz的程度進行振蕩。
[0098]為了能夠由檢波電路250實現(xiàn)同步檢波，調(diào)制電路270將低頻振蕩器280的振蕩信號(與提供給檢波電路250的振蕩信號相同的信號)作為調(diào)制信號，對壓控石英振蕩器(VCX0)260的輸出信號進行調(diào)制。調(diào)制電路270可以由頻率混合器(混頻器)、頻率調(diào)制(FM)電路、振幅調(diào)制(AM)電路等來實現(xiàn)。
[0099]頻率轉(zhuǎn)換電路290以固定的頻率轉(zhuǎn)換率對調(diào)制電路270的輸出信號進行頻率轉(zhuǎn)換，并輸出到驅(qū)動電路300。頻率轉(zhuǎn)換電路290例如可以由PLUPhase Locked Loop:鎖相環(huán))電路來實現(xiàn)。
[0100]驅(qū)動電路300設(shè)定半導(dǎo)體激光器200的偏置電流，并且根據(jù)調(diào)制電路230的輸出信號對該偏置電流進行微調(diào)，提供到半導(dǎo)體激光器200。即，利用經(jīng)過半導(dǎo)體激光器200、氣室110、光檢測器210、檢波電路220、調(diào)制電路230、驅(qū)動電路300的反饋環(huán)路(第I反饋環(huán)路)，對半導(dǎo)體激光器200產(chǎn)生的光的中心波長、(中心頻率f J進行微調(diào)。具體而言，通過第I反饋環(huán)路施加反饋控制，使得:相對于與堿金屬原子的激發(fā)能級和一個基態(tài)能級之間的能量差對應(yīng)的波長X1 (=VZf1:v是光速)、以及與激發(fā)能級和另一個基態(tài)能級之間的能量差對應(yīng)的波長入2 (=v/f2)，半導(dǎo)體激光器200的出射光的中心波長X0 (=Vfci)與
基本一致(中心頻率fQ與(f\+f2) /2基本一致)。
[0101]驅(qū)動電路300進一步在偏置電流上疊加頻率轉(zhuǎn)換電路290的輸出頻率分量(調(diào)制頻率fm)的電流(調(diào)制電流)，并提供給半導(dǎo)體激光器200。通過該調(diào)制電流對半導(dǎo)體激光器200施加頻率調(diào)制，產(chǎn)生中心頻率為&的光，并且在其兩側(cè)分別產(chǎn)生頻率偏移了 fm的、頻率SfQ±fm、fQ±2fm、...的光。并且，利用經(jīng)過半導(dǎo)體激光器200、氣室110、光檢測器210、檢波電路250、壓控石英振蕩器(VCXO) 260、調(diào)制電路270、頻率轉(zhuǎn)換電路290和驅(qū)動電路300的反饋環(huán)路(第2反饋環(huán)路)進行微調(diào)，使得頻率為的光和頻率為& - fffl的光成為使封入到氣室110中的堿金屬原子產(chǎn)生EIT現(xiàn)象的共振光對。例如，如果堿金屬原子是銫原子，則與AE12對應(yīng)的頻率是9.192631770GHz,因此頻率轉(zhuǎn)換電路290的輸出信號的頻率穩(wěn)定在與4.596315885GHz 一致的狀態(tài)。圖4示出了半導(dǎo)體激光器200的出射光的頻譜的一例。在圖4中，橫軸是光的頻率，縱軸是光的強度。
[0102]另外，由檢波電路220、調(diào)制電路230、低頻振蕩器240、檢波電路250、壓控石英振蕩器(VCXO)260、調(diào)制電路270、低頻振蕩器280、頻率轉(zhuǎn)換電路290和驅(qū)動電路300構(gòu)成的電路與圖1的振蕩控制部42相對應(yīng)。
[0103]加熱器電流控制電路310與圖1的發(fā)熱控制部41相對應(yīng)，其根據(jù)溫度傳感器140的檢測溫度控制流過加熱器120a、120b的電流，使得氣室110的溫度保持恒定。具體而言，加熱器電流控制電路310在溫度傳感器140的檢測溫度因外氣溫度上升而略微上升時減小流過加熱器120a、120b的電流，相反，在溫度傳感器140的檢測溫度因外氣溫度下降而略微下降時，增大流過加熱器120a、120b的電流。
[0104]流過加熱器120a、120b的電流也流過線圈130a、130b，因此在氣室110的內(nèi)部，產(chǎn)生由流過加熱器120a、120b的電流(加熱器電流)引起的磁場和由流過線圈130a、130b的電流(線圈電流)引起的磁場。圖5是示出流過加熱器120a、120b和線圈130a、130b的電流的方向與氣室110的內(nèi)部產(chǎn)生的磁場的方向之間的關(guān)系的一例的圖。圖5是用與YZ平面平行且包含光路的面剖切圖3 (A)和圖3 (B)的氣室模塊100、且從X軸的正向觀察到的剖視圖。此外，在圖5中，省略了磁屏蔽罩150的圖示。
[0105]如圖5所示，在加熱器120a中，例如在+X方向上(從電極121a朝向電極122a)流過電流，由此在位于氣室110內(nèi)部的光路上的P點(例如，氣室110內(nèi)部的中心位置)，產(chǎn)生+Y方向的磁場Gl。另一方面，在加熱器120b中，在一 X方向上(從電極122b朝向電極121b)流過電流，由此在P點產(chǎn)生+Y方向的磁場G2。
[0106]在線圈130a中，例如從+Y方向觀察，在順時針方向上流過電流，由此在P點產(chǎn)生一 Y方向的磁場G3。同樣，在線圈130b中，從+Y方向觀察，也是在順時針方向上流過電流，由此在P點產(chǎn)生一 Y方向的磁場G4。
[0107]由此，在P點處，由流過線圈130a、130b的電流(線圈電流)產(chǎn)生的磁場G3、G4的方向與由流過加熱器120a、120b的電流(加熱器電流)產(chǎn)生的磁場Gl、G2的方向成為相反的方向。
[0108]此處，為了使氣室110保持大致恒定的溫度，加熱器電流相對于溫度的上升大致線性地減小(參照圖6 (A))。磁場G1+G2相對于加熱器電流的增大大致線性地增大(參照圖6 (B))，磁場G3+G4相對于線圈電流的增大大致線性地增大(參照圖6 (C))。在本實施方式中，對氣室模塊100 (尤其是線圈130a、130b的位置、形狀)進行調(diào)整，使得磁場G3、G4的方向與磁場Gl、G2成為相反方向，并且磁場G3+G4與磁場G1+G2基本一致。
[0109][氣室模塊的調(diào)整方法]
[0110]圖7是示出氣室模塊100的調(diào)整方法的一例的流程圖。[0111]首先，將流過加熱器120a、120b的加熱器電流設(shè)定為預(yù)定值(S10)。
[0112]接著，一邊掃描頻率差一邊將兩個光波照射到原子室，監(jiān)視原子室的透射光的檢測信號(S12)。例如在圖5的P點處，如果由加熱器電流產(chǎn)生的磁場G1+G2的強度與由線圈電流產(chǎn)生的磁場G3+G4的強度不同，則EIT信號按照與該強度差對應(yīng)的頻率間隔發(fā)生分裂(參照圖8 (A))。另一方面，如果磁場G1+G2的強度與磁場G3+G4的強度基本一致，則EIT信號簡并成一個(參照圖8 (B))。
[0113]在步驟S12的監(jiān)視結(jié)果為EIT信號未簡并的情況下(S14的“否”)，根據(jù)分裂的EIT信號，變更線圈130a、130b的匝數(shù)、直徑、位置的一部分或全部(S18)，再次進行步驟S12的監(jiān)視。
[0114]在步驟S12的監(jiān)視結(jié)果為EIT信號已經(jīng)簡并的情況下(S14的“是”)，如果EIT信號的寬度未處于允許范圍(S16的“否”)，則變更線圈130a、130b的匝數(shù)、直徑、位置的一部分或全部(S18)，再次進行步驟S12的監(jiān)視。另一方面，如果EIT信號的寬度處于允許范圍(S16的“是”)，則固定線圈130a、130b的匝數(shù)、直徑、位置(S20)，結(jié)束氣室模塊100的調(diào)整。
[0115]如以上所說明的那樣，根據(jù)第I實施方式的原子振蕩器，依照例如圖7的流程圖調(diào)整氣室模塊100，當(dāng)加熱器電流為預(yù)定值時，在氣室110內(nèi)部的光路上的預(yù)定位置(例如，氣室Iio內(nèi)部的中心位置)處，由流過線圈130a、130b的線圈電流產(chǎn)生的磁場與由流過加熱器120a、120b的電流產(chǎn)生的磁場為相反的方向且為大致相同的強度，從而相互抵消，其結(jié)果，能夠得到簡并后的信號強度高的EIT信號。在本實施方式中，即使由加熱器電流產(chǎn)生的磁場強度根據(jù)外氣溫度的變動而發(fā)生變動，因為由線圈電流產(chǎn)生的磁場強度也同樣地發(fā)生變動而能夠相互抵消，因此無論外氣溫度如何，都能夠得到簡并后的信號強度高的EIT信號。因此，通過進行反饋控制，鎖定為該簡并后的EIT信號，由此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率穩(wěn)定度高的原子振蕩器。
[0116]I 一 2.第2實施方式
[0117][原子振蕩器的功能結(jié)構(gòu)]
[0118]圖9是第2實施方式的原子振蕩器的功能框圖。在圖9中，針對與圖1相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注了相同標(biāo)號。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當(dāng)省略或變更了圖9的結(jié)構(gòu)要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結(jié)構(gòu)要素后的結(jié)構(gòu)。
[0119]如圖9所示，在第2實施方式的原子振蕩器I中，針對第I實施方式的原子振蕩器1，在原子室模塊10中追加了磁檢測部16，并且在控制部40中追加了磁場控制部43。此外，磁場產(chǎn)生部13的功能與第I實施方式不同。
[0120]磁場產(chǎn)生部13使原子室11的內(nèi)部產(chǎn)生磁場,將磁場產(chǎn)生部13的形狀、配置確定為，使得由磁場產(chǎn)生部13產(chǎn)生的原子室11內(nèi)部的預(yù)定位置(例如原子室11內(nèi)部的光路上的位置)處的磁場包含與基于流過發(fā)熱部12的電流產(chǎn)生的該預(yù)定位置處的磁場相反方向的磁場分量。這樣的磁場產(chǎn)生部13例如可以由線圈實現(xiàn)?？赏ㄟ^變更線圈的位置、形狀(線圈的匝數(shù)、直徑等)、流過線圈的電流的方向(或者線圈的卷繞方向)、電流的大小，來調(diào)整原子室11內(nèi)部的預(yù)定位置處的磁場的方向和大小。例如可以調(diào)整為:在原子室11內(nèi)部的光路上的預(yù)定位置處，由發(fā)熱部12產(chǎn)生的磁場與由磁場產(chǎn)生部13產(chǎn)生的磁場相互抵消(磁場強度接近O)。
[0121]磁檢測部16設(shè)置于能夠檢測基于流過發(fā)熱部12的電流而產(chǎn)生的磁場的強度變化的位置處。磁檢測部16例如可以配置為與發(fā)熱部12或者原子室11接觸。磁檢測部16例如可以由線圈或霍爾元件等磁傳感器來實現(xiàn)。
[0122]磁場控制部43對磁場產(chǎn)生部13產(chǎn)生的磁場進行控制，以減小由于流過發(fā)熱部12的電流變動引起的原子室11內(nèi)部的預(yù)定位置處的磁場的變動量。尤其是在本實施方式中，磁場控制部43根據(jù)磁檢測部16的檢測信號,控制磁場產(chǎn)生部13產(chǎn)生的磁場。例如,磁場控制部43可以進行如下控制:磁檢測部16檢測的磁場越強，越增強磁場產(chǎn)生部13產(chǎn)生的磁場。
[0123]第2實施方式的原子振蕩器I的其他功能結(jié)構(gòu)與第I實施方式相同，因此省略其說明。
[0124][原子振蕩器的具體結(jié)構(gòu)]
[0125]圖10是示出第2實施方式的原子振蕩器I的具體結(jié)構(gòu)例的圖。在圖10中，針對與圖2相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注了相同標(biāo)號。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當(dāng)省略或變更了圖10的結(jié)構(gòu)要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結(jié)構(gòu)要素后的結(jié)構(gòu)。
[0126]如圖10所示，在第2實施方式的原子振蕩器I中，針對第I實施方式的原子振蕩器1，追加了線圈電流控制電路320，并且在氣室模塊100中追加了磁傳感器160。圖1l(A)和圖11 (B)示出了本實施方式中的氣室模塊100的構(gòu)造的一例。圖11 (A)是氣室模塊100的立體圖，圖11 (B)是氣室模塊100的側(cè)視圖。在圖11 (A)和圖11 (B)中，為了便于說明，同時記載了垂直的3個軸(X軸、Y軸、Z軸)，圖11 (B)是從X軸的正向觀察到的氣室模塊100的側(cè)視圖。
[0127]氣室110、加熱器120a、120b以及溫度傳感器140的構(gòu)造和配置與第I實施方式相同，從而省略其說明。
[0128]磁傳感器160與圖9的磁傳感器16相對應(yīng),設(shè)置在磁屏蔽罩150內(nèi)部的預(yù)定位置處。在本實施方式中，磁傳感器160配置在加熱器120b的表面，但也可以配置在加熱器120a或氣室110的表面，還可以配置在氣室110的內(nèi)部。由于加熱器120a、120b的表面溫度和氣室110的表面及內(nèi)部溫度被保持為大致恒定，因此通過將磁傳感器160配置在這些位置中的任意一個位置，不需要對磁傳感器160的溫度特性進行校正。
[0129]兩個線圈130a、130b配置為與兩個面113、114分別相對，這兩個面113、114與氣室110的入射面111和出射面112雙方垂直(與Y軸垂直)，但與第I實施方式不同，兩個線圈130a、130b不與加熱器120a、120b電連接。通過圖10的線圈電流控制電路320的控制，在線圈130a、130b中流過與磁傳感器160的輸出信號對應(yīng)大小的電流。這兩個線圈130a、130b與圖9的磁場產(chǎn)生部13相對應(yīng)，將其位置、形狀(匝數(shù)、直徑)調(diào)整為:利用流過該兩個線圈130a、130b的電流，在氣室110內(nèi)部的預(yù)定位置處產(chǎn)生與由流過兩個加熱器120a、120b的電流產(chǎn)生的磁場相反方向的磁場。
[0130]返回到圖10，存儲器330是非易失性存儲器，存儲有控制信息332?？刂菩畔?32是定義了磁傳感器160的檢測值與線圈電流的設(shè)定值之間的對應(yīng)關(guān)系的信息。
[0131]線圈電流控制電路320與圖9的磁場控制部43相對應(yīng)，根據(jù)磁傳感器160的檢測值和控制信息332，控制流過線圈130a、130b的電流(線圈電流)。具體而言，線圈電流控制電路320在磁傳感器160的檢測值變化了預(yù)定量以上的情況下，將線圈電流變更為控制信息332中與磁傳感器160的檢測值對應(yīng)的設(shè)定值。在控制信息332中未定義與磁傳感器160的檢測值對應(yīng)的線圈電流的設(shè)定值的情況下，可以使用線性插值等方法來計算線圈電流的設(shè)定值。
[0132]第2實施方式的原子振蕩器I的其他具體結(jié)構(gòu)與第I實施方式相同，因此省略其說明。
[0133]在氣室110的內(nèi)部，產(chǎn)生由加熱器電流引起的磁場和由線圈電流引起的磁場。在本實施方式中，在加熱器120a中，例如在+X方向上(從電極121a朝向電極122a)流過電流，由此在位于氣室110內(nèi)部的光路上的P點(例如，氣室110內(nèi)部的中心位置)，產(chǎn)生+Y方向的磁場G1。另一方面，在加熱器120b中，在一 X方向上(從電極122b朝向電極121b)流過電流，由此在P點產(chǎn)生+Y方向的磁場G2。
[0134]在線圈130a中，例如從+Y方向觀察，在順時針方向上流過電流，由此在P點產(chǎn)生一 Y方向的磁場G3。同樣，在線圈130b中，從+Y方向觀察，也是在順時針方向上流過電流，由此在P點產(chǎn)生一 Y方向的磁場G4。
[0135]另外，加熱器電流和線圈電流的方向以及磁場Gl、G2、G3、G4的方向與圖5相同，因此省略其圖示。
[0136]由此，在P點處，由流過線圈130a、130b的電流(線圈電流)產(chǎn)生的磁場G3、G4的方向與由流過加熱器120a、120b的電流(加熱器電流)產(chǎn)生的磁場Gl、G2的方向成為相反的方向。在本實施方式中，通過線圈電流控制電路320對線圈電流進行控制，使得相對于外氣溫度的變動范圍，磁場G3+G4始終與磁場G1+G2基本一致。
[0137][控制信息的生成方法]
[0138]圖12是示出控制信息332的生成方法的一例的流程圖。
[0139]首先，將流過加熱器120a、120b的加熱器電流和流過線圈130a、130b的線圈電流設(shè)定為預(yù)定值(S100)。
[0140]接著，一邊掃描頻率差一邊將兩個光波照射到原子室，監(jiān)視原子室的透射光的檢測信號(S102)。
[0141]在步驟S102的監(jiān)視結(jié)果為EIT信號未簡并的情況下(S104的“否”)，根據(jù)分裂的EIT信號，變更線圈電流的設(shè)定值(S108)，再次進行步驟S102的監(jiān)視。
[0142]在步驟S102的監(jiān)視結(jié)果為EIT信號已經(jīng)簡并的情況下(S104的“是”)，如果EIT信號的寬度未處于允許范圍(S106的“否”)，則變更線圈電流的設(shè)定值(S108)，再次進行步驟S102的監(jiān)視。另一方面，如果EIT信號的寬度處于允許范圍(S106的“是”)，則取得磁傳感器160的檢測值和線圈電流的設(shè)定值(SI 10)。
[0143]并且，如果針對預(yù)定數(shù)量的加熱器電流值，步驟S102?SllO的處理未結(jié)束(SI 12的“否”)，則將加熱器電流設(shè)定為下一預(yù)定值(S114)，并進行步驟S102?SllO的處理。
[0144]另一方面，如果針對預(yù)定數(shù)量的加熱器電流值，步驟S102?SllO的處理結(jié)束(S112的“是”)，則將步驟SllO中取得的磁傳感器160的檢測值和線圈電流的設(shè)定值對應(yīng)起來，生成控制信息332，并存儲到存儲器330中(S116)，結(jié)束處理。
[0145]如以上所說明的那樣，根據(jù)第2實施方式的原子振蕩器，按照例如依據(jù)圖12的流程圖生成的控制信息332，根據(jù)磁傳感器160的檢測值變更線圈電流的設(shè)定值，由此，即使由加熱器電流產(chǎn)生的磁場強度根據(jù)外氣溫度的變動而發(fā)生變動，因為由線圈電流產(chǎn)生的磁場強度也同樣地發(fā)生變動而能夠相互抵消，因此無論外氣溫度如何，都能夠得到簡并后的信號強度高的EIT信號。
[0146]此外，當(dāng)使原子振蕩器I小型化時，有時無法在氣室模塊100中設(shè)置足夠的磁屏蔽罩150，但根據(jù)本實施方式的原子振蕩器，磁傳感器160不僅檢測由加熱器電路和線圈電流弓丨起的磁場，還能夠一并檢測由外部磁場引起的磁場。因此，通過使用控制信息332控制線圈電流，即使外部磁場發(fā)生變動也能夠始終得到簡并后的信號強度高的EIT信號。
[0147]因此，通過進行反饋控制，鎖定為該簡并后的EIT信號的方式，由此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率穩(wěn)定度高的原子振蕩器。
[0148]I 一 3.第3實施方式
[0149][原子振蕩器的功能結(jié)構(gòu)]
[0150]圖13是第3實施方式的原子振蕩器的功能框圖。在圖13中，針對與圖9相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注了相同標(biāo)號。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當(dāng)省略或變更了圖13的結(jié)構(gòu)要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結(jié)構(gòu)要素后的結(jié)構(gòu)。
[0151]如圖13所示，在第3實施方式的原子振蕩器I中，針對第2實施方式的原子振蕩器1，替代原子室模塊10的磁檢測部16而在控制部40中追加了電流檢測部44。此外，磁場控制部43的功能與第2實施方式不同。
[0152]電流檢測部44檢測流過發(fā)熱部12的電流。
[0153]磁場控制部43根據(jù)電流檢測部44的檢測信號，控制磁場產(chǎn)生部13產(chǎn)生的磁場。例如，磁場控制部43可以進行如下控制:電流檢測部44檢測的電流越大，越增強磁場產(chǎn)生部13產(chǎn)生的磁場。
[0154]第3實施方式的原子振蕩器I的其他功能結(jié)構(gòu)與第2實施方式相同，因此省略其說明。
[0155][原子振蕩器的具體結(jié)構(gòu)]
[0156]圖14是示出第3實施方式的原子振蕩器I的具體結(jié)構(gòu)例的圖。在圖14中，針對與圖10相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注了相同標(biāo)號。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當(dāng)省略或變更了圖14的結(jié)構(gòu)要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結(jié)構(gòu)要素后的結(jié)構(gòu)。
[0157]如圖14所示，在第3實施方式的原子振蕩器I中，針對第2實施方式的原子振蕩器I，替代磁傳感器160而設(shè)置了電流檢測電路340。
[0158]電流檢測電路340與圖13的電流檢測部44相對應(yīng)，檢測流過加熱器120a、120b中的一方或雙方的加熱器電流。
[0159]在本實施方式中，控制信息332是定義了電流檢測電路340的檢測值與線圈電流的設(shè)定值之間的對應(yīng)關(guān)系的信息，這與第2實施方式不同。
[0160]線圈電流控制電路320與圖13的磁場控制部43相對應(yīng)，根據(jù)電流檢測電路340的檢測值和控制信息332，控制流過線圈130a、130b的電流(線圈電流)。具體而言，線圈電流控制電路320在電流檢測電路340的檢測值變化了預(yù)定量以上的情況下，將線圈電流變更為控制信息332中與電流檢測電路340的檢測值對應(yīng)的設(shè)定值。在控制信息332中未定義與電流檢測電路340的檢測值對應(yīng)的線圈電流的設(shè)定值的情況下，可以使用線性插值等方法來計算線圈電流的設(shè)定值。
[0161]另外，如圖15 (A)和圖15 (B)所示，本實施方式中的氣室模塊100的構(gòu)造除了刪除了磁傳感器160以外，與第2實施方式的氣室模塊100 (參照圖11 (A)和圖11 (B))相同，因此省略其說明。
[0162]第3實施方式的原子振蕩器I的其他具體結(jié)構(gòu)與第2實施方式相同，因此省略其說明。
[0163]在氣室110的內(nèi)部，產(chǎn)生由加熱器電流引起的磁場和由線圈電流引起的磁場。在本實施方式中，在線圈120a中，例如在+X方向上(從電極121a朝向電極122a)流過電流，由此在位于氣室110內(nèi)部的光路上的P點(例如，氣室110內(nèi)部的中心位置)，產(chǎn)生+Y方向的磁場G1。另一方面，在加熱器120b中，在一 X方向上(從電極122b朝向電極121b)流過電流，由此在P點產(chǎn)生+Y方向的磁場G2。
[0164]在線圈130a中，例如從+Y方向觀察，在順時針方向上流過電流，由此在P點產(chǎn)生一 Y方向的磁場G3。同樣，在線圈130b中，從+Y方向觀察，也是在順時針方向上流過電流，由此在P點產(chǎn)生一 Y方向的磁場G4。
[0165]另外，加熱器電流和線圈電流的方向以及磁場Gl、G2、G3、G4的方向與圖5相同，因此省略其圖示。
[0166]由此，在P點處，由流過線圈130a、130b的電流(線圈電流)產(chǎn)生的磁場G3、G4的方向與由流過加熱器120a、120b的電流(加熱器電流)產(chǎn)生的磁場Gl、G2的方向成為相反的方向。在本實施方式中，通過線圈電流控制電路320對線圈電流進行控制，使得相對于外氣溫度的變動范圍，磁場G3+G4始終與磁場G1+G2基本一致。
[0167][控制信息的生成方法]
[0168]圖16是示出控制信息332的生成方法的一例的流程圖。
[0169]首先，將流過加熱器120a、120b的加熱器電流和流過線圈130a、130b的線圈電流設(shè)定為預(yù)定值(S200)。
[0170]接著，一邊掃描頻率差一邊將兩個光波照射到原子室，監(jiān)視原子室的透射光的檢測信號(S202)。
[0171]在步驟S202的監(jiān)視結(jié)果為EIT信號未簡并的情況下(S204的“否”)，根據(jù)分裂的EIT信號，變更線圈電流的設(shè)定值(S208)，再次進行步驟S202的監(jiān)視。
[0172]在步驟S202的監(jiān)視結(jié)果為EIT信號已經(jīng)簡并的情況下(S204的“是”)，如果EIT信號的寬度未處于允許范圍(S206的“否”)，則變更線圈電流的設(shè)定值(S208)，再次進行步驟S202的監(jiān)視。另一方面，如果EIT信號的寬度處于允許范圍(S206的“是”)，則取得電流檢測電路340的檢測值和線圈電流的設(shè)定值(S210)。
[0173]并且，如果針對預(yù)定數(shù)量的加熱器電流值，步驟S202?S210的處理未結(jié)束(S212的“否”)，則將加熱器電流設(shè)定為下一預(yù)定值(S214)，并進行步驟S202?S210的處理。
[0174]另一方面，如果針對預(yù)定數(shù)量的加熱器電流值，步驟S202?S210的處理結(jié)束(S212的“是”)，則將步驟S210中取得的電流檢測電路340的檢測值和線圈電流的設(shè)定值對應(yīng)起來，生成控制信息332，并存儲到存儲器330中(S216)，結(jié)束處理。
[0175]如以上所說明的那樣，根據(jù)第3實施方式的原子振蕩器，按照例如依據(jù)圖16的流程圖生成的控制信息332，根據(jù)電流檢測電路340的檢測值變更線圈電流的設(shè)定值，由此，即使由加熱器電流產(chǎn)生的磁場強度根據(jù)外氣溫度的變動而發(fā)生變動，因為由線圈電流產(chǎn)生的磁場強度也同樣地發(fā)生變動而能夠相互抵消，因此無論外氣溫度如何，都能夠得到簡并后的信號強度高的EIT信號。因此，通過進行反饋控制，鎖定為該簡并后的EIT信號，由此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率穩(wěn)定度高的原子振蕩器。
[0176]2.電子設(shè)備
[0177]圖17是本實施方式的電子設(shè)備的功能框圖。本實施方式的電子設(shè)備400構(gòu)成為包含時鐘生成部 410、MPU (Micro Processing Unit:微處理單兀)420、操作部 430、R0M (ReadOnly Memory:只讀存儲器)440、RAM (Random Access Memory:隨機存取存儲器)450、通信部460、顯示部470和聲音輸出部480。另外，本實施方式的電子設(shè)備也可以是省略或變更了圖17的結(jié)構(gòu)要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結(jié)構(gòu)要素后的結(jié)構(gòu)。
[0178]時鐘生成部410將原子振蕩器412的振蕩信號作為基礎(chǔ)振蕩時鐘，生成各種時鐘信號。原子振蕩器412例如是上述實施方式的原子振蕩器I。
[0179]MPU420依照存儲在R0M440等中的程序，使用由時鐘生成部410生成的各種時鐘信號進行各種計算處理和控制處理。具體而言，MPU420進行與來自操作部430的操作信號對應(yīng)的各種處理、為了與外部進行數(shù)據(jù)通信而控制通信部460的處理、發(fā)送用于使顯示部470顯不各種信息的顯不信號的處理、使聲音輸出部480輸出各種聲音的處理等。
[0180]操作部430是由操作鍵或按鈕開關(guān)等構(gòu)成的輸入裝置，將與用戶操作對應(yīng)的操作信號輸出到MPU420。
[0181]R0M440存儲有供MPU420進行各種計算處理和控制處理的程序和數(shù)據(jù)等。
[0182]RAM450被用作MPU420的工作區(qū)域，臨時存儲從R0M440讀出的程序和數(shù)據(jù)、從操作部430輸入的數(shù)據(jù)、以及MPU420依照各種程序執(zhí)行的運算結(jié)果等。
[0183]通信部460進行用于建立MPU420與外部裝置之間的數(shù)據(jù)通信的各種控制。
[0184]顯示部470是由LOXLiquid Crystal Display:液晶顯示器)等構(gòu)成的顯示裝置，根據(jù)從MPU420輸入的顯示信號顯示各種信息。
[0185]聲音輸出部480是揚聲器等輸出聲音的裝置。
[0186]通過安裝本實施方式的原子振蕩器I作為原子振蕩器412，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性更高的電子設(shè)備。
[0187]作為本實施方式的電子設(shè)備的一例，圖18示出了搭載有原子振蕩器的電子設(shè)備(便攜終端)的示意圖。在圖18中，便攜終端500 (包括PHS、智能手機)(電子設(shè)備400的一例)具有多個操作按鈕502 (操作部430的一例)、接聽口 504和通話口 506，并在操作按鈕502與接聽口 504之間配置有顯示部508 (顯示部470的一例)。最近，這樣的便攜終端500也具備了 GPS功能。因此，在便攜終端500中內(nèi)置有本實施方式的原子振蕩器作為GPS電路的時鐘源。
[0188]作為本實施方式的電子設(shè)備，還可以考慮其他各種電子設(shè)備，例如可列舉出個人計算機(例如移動型個人計算機、膝上型個人計算機、平板型個人計算機)、便攜電話機等移動終端、數(shù)字靜態(tài)照相機、噴墨式排出裝置(例如噴墨打印機)、路由器或開關(guān)等存儲區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、局域網(wǎng)設(shè)備、電視、攝像機、錄像機、車載導(dǎo)航裝置、尋呼機、電子記事本(也包含帶通信功能的電子記事本)、電子辭典、計算器、電子游戲設(shè)備、游戲用控制器、文字處理器、工作站、視頻電話、防范用電視監(jiān)視器、電子望遠(yuǎn)鏡、POS終端、醫(yī)療設(shè)備(例如電子體溫計、血壓計、血糖計、心電圖計測裝置、超聲波診斷裝置、電子內(nèi)窺鏡)、魚群探測器、各種測定設(shè)備、計量儀器類(例如車輛、飛機、船舶的計量儀器類)、飛行模擬器、頭戴式顯示器、運動追蹤器、運動跟蹤器、運動控制器、PDR (步行者位置方位計測)等。[0189]3.變形例
[0190]本發(fā)明不限于本實施方式，可以在本發(fā)明的主旨范圍內(nèi)實施各種變形。
[0191][變形例I]
[0192]在圖12的流程圖中，可以替代改變加熱器電流的設(shè)定值的這種方式而改變外氣溫度，取得磁傳感器160的檢測值和線圈電流的設(shè)定值，生成控制信息332。同樣，在圖16的流程圖中，可以替代改變加熱器電流的設(shè)定值的這種方式而改變外氣溫度，取得電流檢測電路340的檢測值和線圈電流的設(shè)定值，生成控制信息332。
[0193] [變形例2]
[0194]在本實施方式的原子振蕩器中，可以變形為:通過第I反饋環(huán)路進行如下控制，即，針對與封入到氣室110中的堿金屬原子的激發(fā)能級和一個基態(tài)能級之間的能量差對應(yīng)的波長X1 (頻率f\)、以及與激發(fā)能級和另一個基態(tài)能級之間的能量差對應(yīng)的波長X2 (頻率4)，使得半導(dǎo)體激光器200的出射光的中心波長X0 (中心頻率&)與X1或X2基本一致(中心頻率A與或者f2基本一致)；并且，通過第2反饋環(huán)路，由頻率轉(zhuǎn)換電路290將調(diào)制電路270的輸出信號轉(zhuǎn)換為頻率等于與AE12對應(yīng)的頻率的信號。
[0195]圖19 (A)是示出中心波長X ^與X 2 —致的情形下的半導(dǎo)體激光器200的出射光的頻譜的概略圖，圖19(B)是示出中心波長X ^與X工一致的情形下的半導(dǎo)體激光器200的出射光的頻譜的概略圖。在圖19 (A)和圖19 (B)中，橫軸是光的頻率，縱軸是光的強度。在圖19 (A)的情況下，由于頻率為fff；的光與頻率為&的光的頻率差fm等于與AE12對應(yīng)的頻率，并且與大致相等，并且&與f2大致相等，因此，頻率為的光和頻率為fo的光成為使封入到氣室110中的堿金屬原子產(chǎn)生EIT現(xiàn)象的共振光對。另一方面，在圖19(B)的情況下，由于頻率為&的光與頻率為& - fm的光的頻率差fm大致等于與AE12對應(yīng)的頻率，并且fo與大致相等，并且fo — 與f2大致相等，因此，頻率為fo的光和頻率為fo - fm的光成為使封入到氣室110中的堿金屬原子產(chǎn)生EIT現(xiàn)象的共振光對。
[0196][變形例3]
[0197]也可以將本實施方式的原子振蕩器變形為使用了電光調(diào)制器(E0M:Electro —Optic Modulator)的結(jié)構(gòu)。即，半導(dǎo)體激光器200沒有被施加由頻率轉(zhuǎn)換電路290的輸出信號(調(diào)制信號)實現(xiàn)的調(diào)制，而產(chǎn)生與設(shè)定的偏置電流對應(yīng)的單一頻率&的光。該頻率為f0的光入射到電光調(diào)制器(EOM)中，通過頻率轉(zhuǎn)換電路290的輸出信號(調(diào)制信號)施加調(diào)制。其結(jié)果是，能夠產(chǎn)生具有與圖4相同的頻譜的光。并且，將該電光調(diào)制器(EOM)產(chǎn)生的光照射到氣室110。在該原子振蕩器中，半導(dǎo)體激光器200和電光調(diào)制器(EOM)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于圖1、圖9或圖13的光產(chǎn)生部20。
[0198]另外，也可以替代電光調(diào)制器(EOM)而使用聲光調(diào)制器(A0M:Acousto 一 OpticModulator)。
[0199]4.應(yīng)用例
[0200]本實施方式或者變形例的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用于通過共振光使原子產(chǎn)生量子干涉狀態(tài)的各種量子干涉裝置。
[0201][應(yīng)用例I]
[0202]例如，在本實施方式或者變形例的原子振蕩器中，通過去除磁屏蔽罩150，由此使得壓控石英振蕩器(VCXO) 260的振蕩頻率跟隨于氣室模塊100的周邊磁場的變化而變化。因此，通過在氣室模塊100的附近配置磁測量對象物，能夠?qū)崿F(xiàn)磁傳感器(量子干涉裝置的一例)。
[0203][應(yīng)用例2]
[0204]此外，例如，通過與本實施方式或者變形例的原子振蕩器相同的結(jié)構(gòu)，能夠形成極其穩(wěn)定的金屬原子的量子干涉狀態(tài)(量子相干狀態(tài))，因此通過取出入射到氣室110的共振光對，能夠?qū)崿F(xiàn)量子計算機、量子存儲器、量子加密系統(tǒng)等量子信息設(shè)備中使用的光源(量子干涉裝置的一例)。
[0205]上述實施方式和變形例只是一個例子，不限于此。例如，還可以適當(dāng)組合各實施方式和各變形例。
[0206]本發(fā)明包含與實施方式中說明的結(jié)構(gòu)實質(zhì)相同的結(jié)構(gòu)(例如，功能、方法和結(jié)果相同的結(jié)構(gòu)，或者目的和效果相同的結(jié)構(gòu))。此外，本發(fā)明包含對實施方式中說明的結(jié)構(gòu)的非本質(zhì)部分進行置換后的結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明包含能夠起到與實施方式中說明的結(jié)構(gòu)相同作用效果的結(jié)構(gòu)或達到相同目的的結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明包含對實施方式中說明的結(jié)構(gòu)添加了公知技術(shù)后的結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種原子室模塊，其特征在于，具有: 封入有原子的原子室； 發(fā)熱部，其通過流過電流而發(fā)熱，對所述原子室進行加熱；以及 產(chǎn)生磁場的磁場產(chǎn)生部， 在所述原子室的內(nèi)部，由所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場與由流過所述發(fā)熱部的電流產(chǎn)生的磁場具有彼此相反方向的磁場分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子室模塊，其特征在于， 所述磁場產(chǎn)生部通過使流過所述發(fā)熱部的電流的至少一部分流過，由此使所述原子室的內(nèi)部產(chǎn)生磁場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原子室模塊，其特征在于， 所述原子室模塊具有磁屏蔽部，該磁屏蔽部將所述原子室、所述發(fā)熱部以及所述磁場產(chǎn)生部從外部磁場屏蔽開。
4.一種量子干涉裝置，其特征在于，具有: 權(quán)利要求1所述的原子室模塊； 光產(chǎn)生部，其產(chǎn)生包含共振光對的光并照射到所述原子室； 光檢測部，其檢測透射過所述原子室的光；以及 控制部，其根據(jù)所述光檢測部的檢測信號控制所述共振光對的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的量子干涉裝置，其特征在于， 所述量子干涉裝置具有磁場控制部，所述磁場控制部控制所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場，以減小所述原子室的內(nèi)部磁場的變動量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的量子干涉裝置，其特征在于， 所述原子室模塊具有檢測由流過所述發(fā)熱部的電流產(chǎn)生的磁場的強度的磁檢測部， 所述磁場控制部根據(jù)所述磁檢測部的檢測信號，控制所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量子干涉裝置，其特征在于， 所述磁檢測部與所述發(fā)熱部接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的量子干涉裝置，其特征在于， 所述量子干涉裝置包含檢測流過所述發(fā)熱部的電流的電流檢測部， 所述磁場控制部根據(jù)所述電流檢測部的檢測信號，控制所述磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生的磁場。
9.一種電子設(shè)備，其特征在于，該電子設(shè)備具有權(quán)利要求4?8中任一項所述的量子干涉裝置。
10.一種原子室的磁場控制方法，其控制封入有原子的原子室的內(nèi)部磁場，所述原子室的磁場控制方法的特征在于， 由磁場產(chǎn)生部產(chǎn)生包含如下磁場分量的磁場，所述磁場分量的方向與基于流過對所述原子室進行加熱的發(fā)熱部的電流而產(chǎn)生的所述原子室的內(nèi)部磁場的方向相反。
【文檔編號】H03L7/26GK103684449SQ201310399153
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月10日
【發(fā)明者】珎道幸治, 吉田啟之 申請人:精工愛普生株式會社