原子室模塊、量子幹涉裝置、電子設備及磁場控制方法

2023-05-31 05:19:31

原子室模塊、量子幹涉裝置、電子設備及磁場控制方法
【專利摘要】本發明提供原子室模塊、量子幹涉裝置、電子設備及磁場控制方法。作為課題，提供通過一定程度地消除由加熱器電流產生的原子室內部的磁場，從而能夠穩定地產生強度高的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定度高的量子幹涉裝置和電子設備。原子室模塊（10）包含：封入有原子的原子室（11）；發熱部（12），其通過流過電流而發熱，對原子室（11）進行加熱；以及磁場產生部（13），其使原子室（11）的內部產生磁場。由磁場產生部（13）產生的原子室（11）內部的預定位置處的磁場包含與基於流過發熱部（12）的電流產生的該預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、量子幹涉裝置、電子設備及磁場控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及原子室(atom cell)模塊、量子幹涉裝置、電子設備以及原子室的磁場控制方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，如圖20所示，作為鹼金屬原子的一種的銫原子具有6S1/2的基態能級和6P1/2、6P3/2這兩個激發能級。並且，6S1/2、6P1/2、6P3/2這各個能級具有分裂成多個能級的超微細結構。具體而言，6S1/2具有F=3、4這兩個基態能級，6P1/2具有F=3、4這兩個激發能級，6P3/2具有F=2、3、4、5這4個激發能級。
[0003]例如，處於6S1/2的F=3的基態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中的任意一個激發能級,但是不能躍遷到F=5的激發能級。處於6S1/2的F=4的基態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中的任意一個激發能級，但是不能躍遷到F=2的激發能級。這些是遵循於假定了電偶極躍遷時的躍遷選擇規則的結果。相反，處於6P3/2的F=3、4中的任意一個激發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的基態能級(初始基態能級或者其他基態能級中的任意一個)。此處，由6S1/2的F=3、4這兩個基態能級和6P3/2的F=3、4中的任意一個激發能級構成的三能級(由兩個基態能級和I個激發能級構成)通過吸收/放射D2線而能夠實現A型躍遷，因此被稱作A型三能級。同樣，由6S1/2的F=3、4這兩個基態能級和6P1/2的F=3、4中的任意一個激發能級構成的三能級通過吸收/放射Dl線而能夠實現A型躍遷，所以形成A型三能級。
[0004]與此相對，處於6P3/2的F=2的激發能級的銫原子在放射D2線後必定會躍遷到6S1/2的F=3的基態能級(初始基態能級)，同樣，處於6P3/2的F=5的激發能級的銫原子在放射D2線後必定會躍遷到6S1/2的F=4的基態能級(初始基態能級)。即，由6S1/2的F=3、4這兩個基態能級和6P3/2的F=2或者F=5的激發能級構成的三能級不能夠通過吸收/放射D2線實現A型躍遷，因此不能形成A型三能級。另外公知的是，銫原子以外的鹼金屬原子也同樣具有形成A型三能級的兩個基態能級和激發能級。
[0005]此外，眾所周知，在對氣態的鹼金屬原子同時照射具有與形成A型三能級的第I基態能級(在銫原子的情況下為6S1/2的F=3的基態能級)和激發能級(在銫原子的情況下，例如為6P3/2的F=4的激發能級)之間的能量差對應的頻率(振動數)的共振光(記作共振光I)、以及具有與第2基態能級(在銫原子的情況下為6S1/2的F=4的基態能級)和激發能級之間的能量差對應的頻率(振動數)的共振光(記作共振光2)時，會成為兩個基態能級的重合狀態、即量子相干狀態(暗狀態)，從而引起停止向激發能級的激發的電磁誘導透明(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象(有時也稱作 CPT (CoherentPopulation Trapping:相干布居俘獲))。引起該EIT現象的共振光對(共振光I和共振光2)的頻率差和與鹼金屬原子的兩個基態能級的能量差AE12對應的頻率準確地一致。例如，銫原子的與兩個基態能級的能量差對應的頻率是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種雷射時，會產生EIT現象。[0006]因此，如圖21所示，在對氣態的鹼金屬原子同時照射頻率為的光和頻率為f2的光時，根據這兩個光波是否成為共振光對而使鹼金屬原子產生EIT現象，透射過鹼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對應的頻率f12準確地一致時，EIT信號的電平表現為峰值。因此，對封入有氣態鹼金屬原子的原子室(氣室)照射兩個光波，並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對應的頻率f12準確地一致，由此能夠實現高精度的振蕩器。例如，在專利文獻I中，公開了與這樣的原子振蕩器相關的技術。
[0007]【專利文獻I】美國專利第6320472號說明書
[0008]但是,在對鹼金屬原子施加磁場時,各個能級會發生塞曼(Zeeman)分裂。例如圖22 (A)所示,在銫原子的情況下，6S1/2、F = 3的基態能級和6P3/2、F = 3的激發能級分裂成與磁量子數mF=0、±1、±2、±3對應的7個能級，6S1/2、F=4的基態能級和6P3/2、F=4的激發能級分裂成與磁量子數mF=0、±1、±2、±3、±4對應的9個能級。並且,鹼金屬原子將相當於兩個基態能級的磁量子數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生EIT現象。即，在對鹼金屬原子施加磁場的狀態下掃描兩個光波的頻率差時，在透射過鹼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mF=0、± 1、±2、±3對應的7個EIT信號。如圖22 (B)所示，一般而言，與mF=0對應的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定磁場，控制共振光對的頻率差，以產生與mF=0對應的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，難以向氣室施加穩定的磁場。此外，需要向氣室施加一定程度的溫度，要一併設置加熱器，但加熱器電流根據外氣溫度的變化而發生變動，因此由加熱器電流產生的磁場也發生變動。其結果，由於外氣溫度的變動，導致施加到氣室的磁場發生變動。於是，如圖23所示，兩個基態能級的磁量子數mF相同的塞曼能級之間的能量差(頻率差)相對於磁場變動以2次函數發生變動，因此產生了原子振蕩器的頻率穩定度(尤其是溫度特性)劣化的問題。並且，當使原子振蕩器小型化時，氣室變小，引起EIT現象的原子總量減少，由此還存在EIT信號的強度變小的問題。

【發明內容】

[0009]本發明正是鑑於以上問題點而完成的，根據本發明的幾個方式，能夠提供可通過消除原子室內部產生的磁場的至少一部分來減少共振光相對於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定度高的量子幹涉裝置和電子設備。
[0010]本發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用例來實現。
[0011][應用例I]
[0012]本應用例的原子室模塊具有:封入有原子的原子室；發熱部，其通過流過電流而發熱，對所述原子室進行加熱；以及產生磁場的磁場產生部，在所述原子室的內部，由所述磁場產生部產生的磁場與由流過所述發熱部的電流產生的磁場具有彼此相反方向的磁場分量。[0013]所述預定位置可以是所述原子室內部的光路上的位置。此外，由所述磁場產生部產生的所述原子室內部的光路上的預定位置處的磁場可以與基於流過所述發熱部的電流產生的所述預定位置處的磁場為相反方向且相同的強度。
[0014]根據本應用例的原子室模塊，能夠通過由磁場產生部產生的磁場來抵消基於流過發熱部的電流而在原子室內部產生的磁場的至少一部分。因此，能夠進一步減小原子室內部的磁場強度因流過發熱部的電流的變動而發生變動的範圍，其結果，能夠進一步減小共振光相對於封入到原子室中的原子的頻率變動幅度。
[0015][應用例2]
[0016]在上述應用例的原子室模塊中，可以是，所述磁場產生部通過使流過所述發熱部的電流的至少一部分流過，由此使所述原子室的內部產生磁場。
[0017]根據本應用例的原子室模塊，即使流過發熱部的電流發生變動，因為磁場產生部產生的磁場也與其相應地發生變動，因此能夠有效抵消掉基於流過發熱部的電流產生的磁場的至少一部分。
[0018][應用例3]
[0019]上述應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、所述發熱部以及所述磁場產生部從外部磁場屏蔽開。
[0020]根據本應用例的原子室模塊，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][應用例4]
[0022]本應用例的量子幹涉裝置具有:上述任意一種原子室模塊；光產生部，其產生包含共振光對的光並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，其根據所述光檢測部的檢測信號控制所述共振光的頻率。
[0023]根據本應用例的量子幹涉裝置，通過使用進一步減小了共振光相對於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生簡併後的信號強度高的EIT信號。因此，通過進行反饋控制，鎖定為該簡併後的EIT信號，由此能夠實現頻率穩定度高的量子幹涉裝置。
[0024][應用例5]
[0025]上述應用例的量子幹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生部產生的磁場，以減小所述原子室的內部磁場的變動量。
[0026]根據本應用例的量子幹涉裝置，即使流過發熱部的電流發生變動，也能夠通過減小原子室內部的磁場變動量來穩定地產生簡併後的信號強度高的EIT信號。
[0027][應用例6]
[0028]上述應用例的量子幹涉裝置可以具有檢測由流過所述發熱部的電流產生的磁場的強度的磁檢測部，所述磁場控制部根據所述磁檢測部的檢測信號，控制所述磁場產生部產生的磁場。
[0029]根據本應用例的量子幹涉裝置，即使磁場強度由於流過發熱部的電流的變動而發生變動，也能夠利用磁檢測部檢測磁場的強度變化，並根據檢測結果減小原子室內部的磁場變動量，因此能夠穩定地產生簡併後的信號強度高的EIT信號。
[0030]此外，根據本應用例的量子幹涉裝置，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進行檢測，因此即使外部磁場發生變動，也能夠穩定地產生簡併後的信號強度高的EIT信號。
[0031][應用例7]
[0032]在上述應用例的量子幹涉裝置中，所述磁檢測部可以與所述發熱部接觸。
[0033]根據本應用例的量子幹涉裝置，通過與溫度被保持為大致恆定的發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，也能夠實現較高的頻率穩定度。
[0034][應用例8]
[0035]上述應用例的量子幹涉裝置可以包含檢測流過所述發熱部的電流的電流檢測部，所述磁場控制部根據所述電流檢測部的檢測信號，控制所述磁場產生部產生的磁場。
[0036]根據本應用例的量子幹涉裝置，即使磁場強度由於流過發熱部的電流的變動而發生變動，也能夠利用電流檢測部檢測流過發熱部的電流，並根據檢測結果減小原子室內部的磁場變動量，因此能夠穩定地產生簡併後的信號強度高的EIT信號。
[0037][應用例9]
[0038]本應用例的電子設備具有上述任意一種量子幹涉裝置。
[0039][應用例10]
[0040]本應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部磁場，其中，產生包含如下磁場分量的磁場，所述磁場分量的方向與基於流過對所述原子室進行加熱的發熱部的電流而產生的所述原子室的內部磁場的方向相反。
【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構例的圖。
[0043]圖3是示出第I實施方式中的氣室模塊的構造的一例的圖。
[0044]圖4是示出半導體雷射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部產生的磁場的方向之間的關係的一例的圖。
[0046]圖6的(A)是示出外氣溫度與加熱器電流之間的關係的圖，圖6的(B)是示出加熱器電流與磁場強度之間的關係的圖，圖6的(C)是示出線圈電流與磁場強度之間的關係的圖。
[0047]圖7是示出氣室模塊的調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)是示出簡併的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構例的圖。
[0051]圖11是示出第2實施方式中的氣室模塊的構造的一例的圖。
[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構例的圖。[0055]圖15是示出第3實施方式中的氣室模塊的構造的一例的圖。
[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備的功能框圖。
[0058]圖18是本實施方式的電子設備的示意圖。
[0059]圖19是示出變形例中的半導體雷射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係的圖。
[0064]標號說明
[0065]I原子振蕩器；10原子室模塊；11原子室；12發熱部；13磁場產生部；14溫度檢測部；15磁屏蔽部；16磁檢測部；20光產生部；30光檢測部；40控制部；41發熱控制部；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半導體雷射器；210光檢測器；220檢波電路；230調製電路；240低頻振蕩器；250檢波電路；260壓控石英振蕩器(VCX0);270調製電路；280低頻振蕩器；290頻率轉換電路；300驅動電路；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，使用附圖對本發明的優選實施方式進行詳細說明。另外，以下說明的實施方式不對權利要求所記載的本發明的內容進行不合理限定。並且，以下說明的所有結構並非都是本發明必需的結構要件。
[0067]以下，以作為量子幹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構]
[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構成為包含原子室模塊10、光產生部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省略或變更了圖1的結構要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結構要素後的結構。
[0072]原子室模塊10構成為包含原子室11、發熱部12、磁場產生部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)原子等鹼金屬原子)而得到的。光產生部20產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]發熱部12通過流過電流而發熱，對原子室11進行加熱。發熱部12例如可以由產生與電流量對應的熱量的加熱器來實現。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電性和透光性的加熱器。這樣的具有導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。
[0075]磁場產生部13使原子室11的內部產生磁場。尤其是在本實施方式中，磁場產生部13通過使流過發熱部12的電流的至少一部分流過，由此使原子室11的內部產生磁場。由該磁場產生部13產生的、原子室11內部的預定位置(例如原子室11內部的光路上的位置)處的磁場包含與基於流過發熱部12的電流產生的該預定位置處的磁場相反方向的磁場分量。這樣的磁場產生部13例如可以由卷繞發熱部12的供電線的一部分而得到的線圈來實現。可以通過變更線圈的位置、形狀(線圈的匝數、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內部的預定位置處的磁場的方向和大小進行調整。例如可以進行調整為:在原子室11內部的光路上的預定位置處，由發熱部12產生的磁場與由磁場產生部13產生的磁場相互抵消(磁場強度接近O)。
[0076]溫度檢測部14配置在預定的位置來檢測溫度。溫度檢測部14例如可以配置為與發熱部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。
[0077]磁屏蔽部15至少將原子室11、發熱部12和磁場產生部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]光產生部20產生使封入到原子室11中的原子共振的共振光，並將其照射到原子室11。光產生部20例如可以由半導體雷射器實現。作為半導體雷射器，可以使用端面發光雷射器(Edge Emitting Laser)或垂直腔表面發射雷射器(VCSEL:Vertical CavitySurface Emitting Laser)等面發光雷射器等。
[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的檢測信號的光電二極體(PD =Photo Diode)來實現。
[0080]控制部40構成為包含發熱控制部41和振蕩控制部42，例如可以由通用的微處理器或專用電路來實現。
[0081]發熱控制部41根據溫度檢測部14的檢測信號控制流過發熱部12的電流。通過該發熱控制部41控制發熱部12的發熱量，使得原子室11的內部溫度大致保持恆定。
[0082]振蕩控制部42根據光檢測部30的檢測信號控制光產生部20產生的光的頻率。通過該振蕩控制部42控制光產生部20產生共振光。
[0083]另外，作為這樣的原子振蕩器，例如可以控制光產生部20產生使封入到原子室11中的原子發生EIT現象的共振光對，也可以將原子室11收納到空腔諧振器(微波腔)，控制光產生部20產生針對封入到原子室11中的原子的共振光，並且利用通過對空腔諧振器施加微波而產生的光波微波雙共振現象。
[0084][原子振蕩器的具體結構]
[0085]圖2是示出第I實施方式的原子振蕩器I的具體結構例的圖。如圖2所示，原子振蕩器I構成為包含氣室模塊100、半導體雷射器200、光檢測器210、檢波電路220、調製電路230、低頻振蕩器240、檢波電路250、壓控石英振蕩器(VCXO) 260、調製電路270、低頻振蕩器280、頻率轉換電路290、驅動電路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省略或變更了圖2的結構要素(各部件)的一部分、或者添加了其他結構要素後的結構。
[0086]氣室模塊100與圖1的原子室模塊10相對應，構成為包含氣室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的側視圖。在圖3 (A)和圖3 (B)中，為了便於說明，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的側視圖。
[0087]氣室110與圖1的原子室11相對應，是將氣態的鹼金屬原子封入到由玻璃等透明部件構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，並被設置為分別與氣室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發熱，對氣室110進行加熱。在加熱器120b的兩端，分別設置有電極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發熱，對氣室110進行加熱。在本實施方式中，加熱器120a、120b利用透明導電膜構成，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的發熱部12相對應，在氣室110的內部，產生與流過加熱器120a、120b的電流對應的磁場。
[0089]溫度傳感器140與圖1的溫度檢測部14相對應，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。並且，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的輸出信號對應大小的電流在流過線圈130a後，在加熱器120a中從電極121a流到電極122a，進一步流過線圈130b。或者，使得與溫度傳感器140的輸出信號對應大小的電流在流過線圈130b後，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的磁場產生部13相對應，並且對其位置、形狀(匝數、直徑)進行了調整，以利用流過該兩個線圈130a、130b的電流，在氣室110內部的預定位置處產生與流過兩個加熱器120a、120b的電流所產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，但也可以設為這樣的構造: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。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，半導體雷射器200與圖1的光產生部20相對應，產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中包含的鹼金屬原子產生EIT現象。半導體雷射器200產生的光入射到氣室110。
[0095]光檢測器210與圖1的光檢測部30相對應，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實現同步檢波，調製電路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)作為調製信號，對檢波電路220的輸出信號進行調製，並輸出到驅動電路300。調製電路230可以由頻率混合器(混頻器)、頻率調製(FM frequency Modulation)電路、振幅調製(AM:Amplitude Modulation)電路等來實現。[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。並且，根據檢波電路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。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實現同步檢波，調製電路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)作為調製信號，對壓控石英振蕩器(VCX0)260的輸出信號進行調製。調製電路270可以由頻率混合器(混頻器)、頻率調製(FM)電路、振幅調製(AM)電路等來實現。
[0099]頻率轉換電路290以固定的頻率轉換率對調製電路270的輸出信號進行頻率轉換，並輸出到驅動電路300。頻率轉換電路290例如可以由PLUPhase Locked Loop:鎖相環)電路來實現。
[0100]驅動電路300設定半導體雷射器200的偏置電流，並且根據調製電路230的輸出信號對該偏置電流進行微調，提供到半導體雷射器200。即，利用經過半導體雷射器200、氣室110、光檢測器210、檢波電路220、調製電路230、驅動電路300的反饋環路(第I反饋環路)，對半導體雷射器200產生的光的中心波長、(中心頻率f J進行微調。具體而言，通過第I反饋環路施加反饋控制，使得:相對於與鹼金屬原子的激發能級和一個基態能級之間的能量差對應的波長X1 (=VZf1:v是光速)、以及與激發能級和另一個基態能級之間的能量差對應的波長入2 (=v/f2)，半導體雷射器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]驅動電路300進一步在偏置電流上疊加頻率轉換電路290的輸出頻率分量(調製頻率fm)的電流(調製電流)，並提供給半導體雷射器200。通過該調製電流對半導體雷射器200施加頻率調製，產生中心頻率為&的光，並且在其兩側分別產生頻率偏移了 fm的、頻率SfQ±fm、fQ±2fm、...的光。並且，利用經過半導體雷射器200、氣室110、光檢測器210、檢波電路250、壓控石英振蕩器(VCXO) 260、調製電路270、頻率轉換電路290和驅動電路300的反饋環路(第2反饋環路)進行微調，使得頻率為的光和頻率為& - fffl的光成為使封入到氣室110中的鹼金屬原子產生EIT現象的共振光對。例如，如果鹼金屬原子是銫原子，則與AE12對應的頻率是9.192631770GHz,因此頻率轉換電路290的輸出信號的頻率穩定在與4.596315885GHz 一致的狀態。圖4示出了半導體雷射器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、調製電路230、低頻振蕩器240、檢波電路250、壓控石英振蕩器(VCXO)260、調製電路270、低頻振蕩器280、頻率轉換電路290和驅動電路300構成的電路與圖1的振蕩控制部42相對應。
[0103]加熱器電流控制電路310與圖1的發熱控制部41相對應，其根據溫度傳感器140的檢測溫度控制流過加熱器120a、120b的電流，使得氣室110的溫度保持恆定。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的內部，產生由流過加熱器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的內部產生的磁場的方向之間的關係的一例的圖。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，由此在位於氣室110內部的光路上的P點(例如，氣室110內部的中心位置)，產生+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保持大致恆定的溫度，加熱器電流相對於溫度的上升大致線性地減小(參照圖6 (A))。磁場G1+G2相對於加熱器電流的增大大致線性地增大(參照圖6 (B))，磁場G3+G4相對於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)進行調整，使得磁場G3、G4的方向與磁場Gl、G2成為相反方向，並且磁場G3+G4與磁場G1+G2基本一致。
[0109][氣室模塊的調整方法]
[0110]圖7是示出氣室模塊100的調整方法的一例的流程圖。[0111]首先，將流過加熱器120a、120b的加熱器電流設定為預定值(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生的磁場G1+G2的強度與由線圈電流產生的磁場G3+G4的強度不同，則EIT信號按照與該強度差對應的頻率間隔發生分裂(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信號簡併成一個(參照圖8 (B))。
[0113]在步驟S12的監視結果為EIT信號未簡併的情況下(S14的「否」)，根據分裂的EIT信號，變更線圈130a、130b的匝數、直徑、位置的一部分或全部(S18)，再次進行步驟S12的監視。
[0114]在步驟S12的監視結果為EIT信號已經簡併的情況下(S14的「是」)，如果EIT信號的寬度未處於允許範圍(S16的「否」)，則變更線圈130a、130b的匝數、直徑、位置的一部分或全部(S18)，再次進行步驟S12的監視。另一方面，如果EIT信號的寬度處於允許範圍(S16的「是」)，則固定線圈130a、130b的匝數、直徑、位置(S20)，結束氣室模塊100的調整。
[0115]如以上所說明的那樣，根據第I實施方式的原子振蕩器，依照例如圖7的流程圖調整氣室模塊100，當加熱器電流為預定值時，在氣室110內部的光路上的預定位置(例如，氣室Iio內部的中心位置)處，由流過線圈130a、130b的線圈電流產生的磁場與由流過加熱器120a、120b的電流產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，其結果，能夠得到簡併後的信號強度高的EIT信號。在本實施方式中，即使由加熱器電流產生的磁場強度根據外氣溫度的變動而發生變動，因為由線圈電流產生的磁場強度也同樣地發生變動而能夠相互抵消，因此無論外氣溫度如何，都能夠得到簡併後的信號強度高的EIT信號。因此，通過進行反饋控制，鎖定為該簡併後的EIT信號，由此能夠實現頻率穩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構]
[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相同的結構要素標註了相同標號。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當省略或變更了圖9的結構要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結構要素後的結構。
[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，並且在控制部40中追加了磁場控制部43。此外，磁場產生部13的功能與第I實施方式不同。
[0120]磁場產生部13使原子室11的內部產生磁場,將磁場產生部13的形狀、配置確定為，使得由磁場產生部13產生的原子室11內部的預定位置(例如原子室11內部的光路上的位置)處的磁場包含與基於流過發熱部12的電流產生的該預定位置處的磁場相反方向的磁場分量。這樣的磁場產生部13例如可以由線圈實現。可通過變更線圈的位置、形狀(線圈的匝數、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，來調整原子室11內部的預定位置處的磁場的方向和大小。例如可以調整為:在原子室11內部的光路上的預定位置處，由發熱部12產生的磁場與由磁場產生部13產生的磁場相互抵消(磁場強度接近O)。
[0121]磁檢測部16設置於能夠檢測基於流過發熱部12的電流而產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。
[0122]磁場控制部43對磁場產生部13產生的磁場進行控制，以減小由於流過發熱部12的電流變動引起的原子室11內部的預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根據磁檢測部16的檢測信號,控制磁場產生部13產生的磁場。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，越增強磁場產生部13產生的磁場。
[0123]第2實施方式的原子振蕩器I的其他功能結構與第I實施方式相同，因此省略其說明。
[0124][原子振蕩器的具體結構]
[0125]圖10是示出第2實施方式的原子振蕩器I的具體結構例的圖。在圖10中，針對與圖2相同的結構要素標註了相同標號。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當省略或變更了圖10的結構要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結構要素後的結構。
[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，並且在氣室模塊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的側視圖。在圖11 (A)和圖11 (B)中，為了便於說明，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的側視圖。
[0127]氣室110、加熱器120a、120b以及溫度傳感器140的構造和配置與第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,設置在磁屏蔽罩150內部的預定位置處。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的內部。由於加熱器120a、120b的表面溫度和氣室110的表面及內部溫度被保持為大致恆定，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的輸出信號對應大小的電流。這兩個線圈130a、130b與圖9的磁場產生部13相對應，將其位置、形狀(匝數、直徑)調整為:利用流過該兩個線圈130a、130b的電流，在氣室110內部的預定位置處產生與由流過兩個加熱器120a、120b的電流產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。控制信息332是定義了磁傳感器160的檢測值與線圈電流的設定值之間的對應關係的信息。
[0131]線圈電流控制電路320與圖9的磁場控制部43相對應，根據磁傳感器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的檢測值對應的設定值。在控制信息332中未定義與磁傳感器160的檢測值對應的線圈電流的設定值的情況下，可以使用線性插值等方法來計算線圈電流的設定值。
[0132]第2實施方式的原子振蕩器I的其他具體結構與第I實施方式相同，因此省略其說明。
[0133]在氣室110的內部，產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，由此在位於氣室110內部的光路上的P點(例如，氣室110內部的中心位置)，產生+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，使得相對於外氣溫度的變動範圍，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的線圈電流設定為預定值(S100)。
[0140]接著，一邊掃描頻率差一邊將兩個光波照射到原子室，監視原子室的透射光的檢測信號(S102)。
[0141]在步驟S102的監視結果為EIT信號未簡併的情況下(S104的「否」)，根據分裂的EIT信號，變更線圈電流的設定值(S108)，再次進行步驟S102的監視。
[0142]在步驟S102的監視結果為EIT信號已經簡併的情況下(S104的「是」)，如果EIT信號的寬度未處於允許範圍(S106的「否」)，則變更線圈電流的設定值(S108)，再次進行步驟S102的監視。另一方面，如果EIT信號的寬度處於允許範圍(S106的「是」)，則取得磁傳感器160的檢測值和線圈電流的設定值(SI 10)。
[0143]並且，如果針對預定數量的加熱器電流值，步驟S102?SllO的處理未結束(SI 12的「否」)，則將加熱器電流設定為下一預定值(S114)，並進行步驟S102?SllO的處理。
[0144]另一方面，如果針對預定數量的加熱器電流值，步驟S102?SllO的處理結束(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定值對應起來，生成控制信息332，並存儲到存儲器330中(S116)，結束處理。
[0145]如以上所說明的那樣，根據第2實施方式的原子振蕩器，按照例如依據圖12的流程圖生成的控制信息332，根據磁傳感器160的檢測值變更線圈電流的設定值，由此，即使由加熱器電流產生的磁場強度根據外氣溫度的變動而發生變動，因為由線圈電流產生的磁場強度也同樣地發生變動而能夠相互抵消，因此無論外氣溫度如何，都能夠得到簡併後的信號強度高的EIT信號。
[0146]此外，當使原子振蕩器I小型化時，有時無法在氣室模塊100中設置足夠的磁屏蔽罩150，但根據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，還能夠一併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，即使外部磁場發生變動也能夠始終得到簡併後的信號強度高的EIT信號。
[0147]因此，通過進行反饋控制，鎖定為該簡併後的EIT信號的方式，由此能夠實現頻率穩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構]
[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相同的結構要素標註了相同標號。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當省略或變更了圖13的結構要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結構要素後的結構。
[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檢測流過發熱部12的電流。
[0153]磁場控制部43根據電流檢測部44的檢測信號，控制磁場產生部13產生的磁場。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，越增強磁場產生部13產生的磁場。
[0154]第3實施方式的原子振蕩器I的其他功能結構與第2實施方式相同，因此省略其說明。
[0155][原子振蕩器的具體結構]
[0156]圖14是示出第3實施方式的原子振蕩器I的具體結構例的圖。在圖14中，針對與圖10相同的結構要素標註了相同標號。另外，本實施方式的原子振蕩器也可以是適當省略或變更了圖14的結構要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結構要素後的結構。
[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，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定值之間的對應關係的信息，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，根據電流檢測電路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的檢測值對應的設定值。在控制信息332中未定義與電流檢測電路340的檢測值對應的線圈電流的設定值的情況下，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的其他具體結構與第2實施方式相同，因此省略其說明。
[0163]在氣室110的內部，產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，由此在位於氣室110內部的光路上的P點(例如，氣室110內部的中心位置)，產生+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，使得相對於外氣溫度的變動範圍，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的線圈電流設定為預定值(S200)。
[0170]接著，一邊掃描頻率差一邊將兩個光波照射到原子室，監視原子室的透射光的檢測信號(S202)。
[0171]在步驟S202的監視結果為EIT信號未簡併的情況下(S204的「否」)，根據分裂的EIT信號，變更線圈電流的設定值(S208)，再次進行步驟S202的監視。
[0172]在步驟S202的監視結果為EIT信號已經簡併的情況下(S204的「是」)，如果EIT信號的寬度未處於允許範圍(S206的「否」)，則變更線圈電流的設定值(S208)，再次進行步驟S202的監視。另一方面，如果EIT信號的寬度處於允許範圍(S206的「是」)，則取得電流檢測電路340的檢測值和線圈電流的設定值(S210)。
[0173]並且，如果針對預定數量的加熱器電流值，步驟S202?S210的處理未結束(S212的「否」)，則將加熱器電流設定為下一預定值(S214)，並進行步驟S202?S210的處理。
[0174]另一方面，如果針對預定數量的加熱器電流值，步驟S202?S210的處理結束(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定值對應起來，生成控制信息332，並存儲到存儲器330中(S216)，結束處理。
[0175]如以上所說明的那樣，根據第3實施方式的原子振蕩器，按照例如依據圖16的流程圖生成的控制信息332，根據電流檢測電路340的檢測值變更線圈電流的設定值，由此，即使由加熱器電流產生的磁場強度根據外氣溫度的變動而發生變動，因為由線圈電流產生的磁場強度也同樣地發生變動而能夠相互抵消，因此無論外氣溫度如何，都能夠得到簡併後的信號強度高的EIT信號。因此，通過進行反饋控制，鎖定為該簡併後的EIT信號，由此能夠實現頻率穩定度高的原子振蕩器。
[0176]2.電子設備
[0177]圖17是本實施方式的電子設備的功能框圖。本實施方式的電子設備400構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備也可以是省略或變更了圖17的結構要素(各個部分)的一部分、或者添加了其他結構要素後的結構。
[0178]時鐘生成部410將原子振蕩器412的振蕩信號作為基礎振蕩時鐘，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的操作信號對應的各種處理、為了與外部進行數據通信而控制通信部460的處理、發送用於使顯示部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等構成的輸入裝置，將與用戶操作對應的操作信號輸出到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據等。
[0182]RAM450被用作MPU420的工作區域，臨時存儲從R0M440讀出的程序和數據、從操作部430輸入的數據、以及MPU420依照各種程序執行的運算結果等。
[0183]通信部460進行用於建立MPU420與外部裝置之間的數據通信的各種控制。
[0184]顯示部470是由LOXLiquid Crystal Display:液晶顯示器)等構成的顯示裝置，根據從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，能夠實現可靠性更高的電子設備。
[0187]作為本實施方式的電子設備的一例，圖18示出了搭載有原子振蕩器的電子設備(便攜終端)的示意圖。在圖18中，便攜終端500 (包括PHS、智慧型手機)(電子設備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，並在操作按鈕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備，還可以考慮其他各種電子設備，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、數字靜態照相機、噴墨式排出裝置(例如噴墨印表機)、路由器或開關等存儲區網絡設備、區域網設備、電視、攝像機、錄像機、車載導航裝置、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、電子遊戲設備、遊戲用控制器、文字處理器、工作站、視頻電話、防範用電視監視器、電子望遠鏡、POS終端、醫療設備(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、電子內窺鏡)、魚群探測器、各種測定設備、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]本發明不限於本實施方式，可以在本發明的主旨範圍內實施各種變形。
[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反饋環路進行如下控制，即，針對與封入到氣室110中的鹼金屬原子的激發能級和一個基態能級之間的能量差對應的波長X1 (頻率f\)、以及與激發能級和另一個基態能級之間的能量差對應的波長X2 (頻率4)，使得半導體雷射器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)；並且，通過第2反饋環路，由頻率轉換電路290將調製電路270的輸出信號轉換為頻率等於與AE12對應的頻率的信號。
[0195]圖19 (A)是示出中心波長X ^與X 2 —致的情形下的半導體雷射器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體雷射器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，由於頻率為fff；的光與頻率為&的光的頻率差fm等於與AE12對應的頻率，並且與大致相等，並且&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中的鹼金屬原子產生EIT現象的共振光對。另一方面，在圖19(B)的情況下，由於頻率為&的光與頻率為& - fm的光的頻率差fm大致等於與AE12對應的頻率，並且fo與大致相等，並且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中的鹼金屬原子產生EIT現象的共振光對。
[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製器(E0M:Electro —Optic Modulator)的結構。即，半導體雷射器200沒有被施加由頻率轉換電路290的輸出信號(調製信號)實現的調製，而產生與設定的偏置電流對應的單一頻率&的光。該頻率為f0的光入射到電光調製器(EOM)中，通過頻率轉換電路290的輸出信號(調製信號)施加調製。其結果是，能夠產生具有與圖4相同的頻譜的光。並且，將該電光調製器(EOM)產生的光照射到氣室110。在該原子振蕩器中，半導體雷射器200和電光調製器(EOM)的結構相當於圖1、圖9或圖13的光產生部20。
[0198]另外，也可以替代電光調製器(EOM)而使用聲光調製器(A0M:Acousto 一 OpticModulator)。
[0199]4.應用例
[0200]本實施方式或者變形例的原子振蕩器的結構能夠應用於通過共振光使原子產生量子幹涉狀態的各種量子幹涉裝置。
[0201][應用例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的振蕩頻率跟隨於氣室模塊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，能夠實現磁傳感器(量子幹涉裝置的一例)。
[0203][應用例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構，能夠形成極其穩定的金屬原子的量子幹涉狀態(量子相干狀態)，因此通過取出入射到氣室110的共振光對，能夠實現量子計算機、量子存儲器、量子加密系統等量子信息設備中使用的光源(量子幹涉裝置的一例)。
[0205]上述實施方式和變形例只是一個例子，不限於此。例如，還可以適當組合各實施方式和各變形例。
[0206]本發明包含與實施方式中說明的結構實質相同的結構(例如，功能、方法和結果相同的結構，或者目的和效果相同的結構)。此外，本發明包含對實施方式中說明的結構的非本質部分進行置換後的結構。此外，本發明包含能夠起到與實施方式中說明的結構相同作用效果的結構或達到相同目的的結構。此外，本發明包含對實施方式中說明的結構添加了公知技術後的結構。
【權利要求】
1.一種原子室模塊，其特徵在於，具有: 封入有原子的原子室； 發熱部，其通過流過電流而發熱，對所述原子室進行加熱；以及 產生磁場的磁場產生部， 在所述原子室的內部，由所述磁場產生部產生的磁場與由流過所述發熱部的電流產生的磁場具有彼此相反方向的磁場分量。
2.根據權利要求1所述的原子室模塊，其特徵在於， 所述磁場產生部通過使流過所述發熱部的電流的至少一部分流過，由此使所述原子室的內部產生磁場。
3.根據權利要求1或2所述的原子室模塊，其特徵在於， 所述原子室模塊具有磁屏蔽部，該磁屏蔽部將所述原子室、所述發熱部以及所述磁場產生部從外部磁場屏蔽開。
4.一種量子幹涉裝置，其特徵在於，具有: 權利要求1所述的原子室模塊； 光產生部，其產生包含共振光對的光並照射到所述原子室； 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.根據權利要求4所述的量子幹涉裝置，其特徵在於， 所述量子幹涉裝置具有磁場控制部，所述磁場控制部控制所述磁場產生部產生的磁場，以減小所述原子室的內部磁場的變動量。
6.根據權利要求5所述的量子幹涉裝置，其特徵在於， 所述原子室模塊具有檢測由流過所述發熱部的電流產生的磁場的強度的磁檢測部， 所述磁場控制部根據所述磁檢測部的檢測信號，控制所述磁場產生部產生的磁場。
7.根據權利要求6所述的量子幹涉裝置，其特徵在於， 所述磁檢測部與所述發熱部接觸。
8.根據權利要求5所述的量子幹涉裝置，其特徵在於， 所述量子幹涉裝置包含檢測流過所述發熱部的電流的電流檢測部， 所述磁場控制部根據所述電流檢測部的檢測信號，控制所述磁場產生部產生的磁場。
9.一種電子設備，其特徵在於，該電子設備具有權利要求4?8中任一項所述的量子幹涉裝置。
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部磁場，所述原子室的磁場控制方法的特徵在於， 由磁場產生部產生包含如下磁場分量的磁場，所述磁場分量的方向與基於流過對所述原子室進行加熱的發熱部的電流而產生的所述原子室的內部磁場的方向相反。
【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 優先權日:2012年9月10日
【發明者】珎道幸治, 吉田啟之 申請人:精工愛普生株式會社