原子室模块、量子干涉装置、电子设备及磁场控制方法

原子室模块、量子干涉装置、电子设备及磁场控制方法
【专利摘要】本发明提供原子室模块、量子干涉装置、电子设备及磁场控制方法。作为课题，提供通过一定程度地消除由加热器电流产生的原子室内部的磁场，从而能够稳定地产生强度高的EIT信号的原子室模块和原子室的磁场控制方法、以及使用了该原子室模块的频率稳定度高的量子干涉装置和电子设备。原子室模块（10）包含：封入有原子的原子室（11）；发热部（12），其通过流过电流而发热，对原子室（11）进行加热；以及磁场产生部（13），其使原子室（11）的内部产生磁场。由磁场产生部（13）产生的原子室（11）内部的预定位置处的磁场包含与基于流过发热部（12）的电流产生的该预定位置处的磁场相反方向的磁场分量。
【专利说明】原子室模块、量子干涉装置、电子设备及磁场控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及原子室(atom cell)模块、量子干涉装置、电子设备以及原子室的磁场控制方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，如图20所示，作为碱金属原子的一种的铯原子具有6S1/2的基态能级和6P1/2、6P3/2这两个激发能级。并且，6S1/2、6P1/2、6P3/2这各个能级具有分裂成多个能级的超微细结构。具体而言，6S1/2具有F=3、4这两个基态能级，6P1/2具有F=3、4这两个激发能级，6P3/2具有F=2、3、4、5这4个激发能级。
[0003]例如，处于6S1/2的F=3的基态能级的铯原子通过吸收D2线而能够跃迁到6P3/2的F=2、3、4中的任意一个激发能级,但是不能跃迁到F=5的激发能级。处于6S1/2的F=4的基态能级的铯原子通过吸收D2线而能够跃迁到6P3/2的F=3、4、5中的任意一个激发能级，但是不能跃迁到F=2的激发能级。这些是遵循于假定了电偶极跃迁时的跃迁选择规则的结果。相反，处于6P3/2的F=3、4中的任意一个激发能级的铯原子能够放射D2线而跃迁到6S1/2的F=3或者F=4的基态能级(初始基态能级或者其他基态能级中的任意一个)。此处，由6S1/2的F=3、4这两个基态能级和6P3/2的F=3、4中的任意一个激发能级构成的三能级(由两个基态能级和I个激发能级构成)通过吸收/放射D2线而能够实现A型跃迁，因此被称作A型三能级。同样，由6S1/2的F=3、4这两个基态能级和6P1/2的F=3、4中的任意一个激发能级构成的三能级通过吸收/放射Dl线而能够实现A型跃迁，所以形成A型三能级。
[0004]与此相对，处于6P3/2的F=2的激发能级的铯原子在放射D2线后必定会跃迁到6S1/2的F=3的基态能级(初始基态能级)，同样，处于6P3/2的F=5的激发能级的铯原子在放射D2线后必定会跃迁到6S1/2的F=4的基态能级(初始基态能级)。即，由6S1/2的F=3、4这两个基态能级和6P3/2的F=2或者F=5的激发能级构成的三能级不能够通过吸收/放射D2线实现A型跃迁，因此不能形成A型三能级。另外公知的是，铯原子以外的碱金属原子也同样具有形成A型三能级的两个基态能级和激发能级。
[0005]此外，众所周知，在对气态的碱金属原子同时照射具有与形成A型三能级的第I基态能级(在铯原子的情况下为6S1/2的F=3的基态能级)和激发能级(在铯原子的情况下，例如为6P3/2的F=4的激发能级)之间的能量差对应的频率(振动数)的共振光(记作共振光I)、以及具有与第2基态能级(在铯原子的情况下为6S1/2的F=4的基态能级)和激发能级之间的能量差对应的频率(振动数)的共振光(记作共振光2)时，会成为两个基态能级的重合状态、即量子相干状态(暗状态)，从而引起停止向激发能级的激发的电磁诱导透明(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)现象(有时也称作 CPT (CoherentPopulation Trapping:相干布居俘获))。引起该EIT现象的共振光对(共振光I和共振光2)的频率差和与碱金属原子的两个基态能级的能量差AE12对应的频率准确地一致。例如，铯原子的与两个基态能级的能量差对应的频率是9.192631770GHz,因此，在对铯原子同时照射频率差为9.192631770GHz的Dl线或者D2线这2种激光时，会产生EIT现象。[0006]因此，如图21所示，在对气态的碱金属原子同时照射频率为的光和频率为f2的光时，根据这两个光波是否成为共振光对而使碱金属原子产生EIT现象，透射过碱金属原子的光的强度急剧地变化。表不该急剧地变化的透射光的强度的信号被称作EIT信号(共振信号)，在共振光对的频率差- f2和与AE12对应的频率f12准确地一致时，EIT信号的电平表现为峰值。因此，对封入有气态碱金属原子的原子室(气室)照射两个光波，并控制为能够由光检测器检测到EIT信号的峰值，即，使得两个光波的频率差- f2和与AE12对应的频率f12准确地一致，由此能够实现高精度的振荡器。例如，在专利文献I中，公开了与这样的原子振荡器相关的技术。
[0007]【专利文献I】美国专利第6320472号说明书
[0008]但是,在对碱金属原子施加磁场时,各个能级会发生塞曼(Zeeman)分裂。例如图22 (A)所示,在铯原子的情况下，6S1/2、F = 3的基态能级和6P3/2、F = 3的激发能级分裂成与磁量子数mF=0、±1、±2、±3对应的7个能级，6S1/2、F=4的基态能级和6P3/2、F=4的激发能级分裂成与磁量子数mF=0、±1、±2、±3、±4对应的9个能级。并且,碱金属原子将相当于两个基态能级的磁量子数mF相同的塞曼能级之间的能量差(频率差)的频率差的两个光波作为共振光对而产生EIT现象。即，在对碱金属原子施加磁场的状态下扫描两个光波的频率差时，在透射过碱金属原子的光的强度中会观测到多个峰值、即多个EIT信号。例如图22 (B)所示，在铯原子的情况下，观测到与磁量子数mF=0、± 1、±2、±3对应的7个EIT信号。如图22 (B)所示，一般而言，与mF=0对应的EIT信号的强度最高，因此在大多原子振荡器中，对气室施加固定的稳定磁场，控制共振光对的频率差，以产生与mF=0对应的EIT信号。但是，在使原子振荡器小型化时，气室周边的容积变小，难以向气室施加稳定的磁场。此外，需要向气室施加一定程度的温度，要一并设置加热器，但加热器电流根据外气温度的变化而发生变动，因此由加热器电流产生的磁场也发生变动。其结果，由于外气温度的变动，导致施加到气室的磁场发生变动。于是，如图23所示，两个基态能级的磁量子数mF相同的塞曼能级之间的能量差(频率差)相对于磁场变动以2次函数发生变动，因此产生了原子振荡器的频率稳定度(尤其是温度特性)劣化的问题。并且，当使原子振荡器小型化时，气室变小，引起EIT现象的原子总量减少，由此还存在EIT信号的强度变小的问题。

【发明内容】

[0009]本发明正是鉴于以上问题点而完成的，根据本发明的几个方式，能够提供可通过消除原子室内部产生的磁场的至少一部分来减少共振光相对于原子的频率变动幅度的原子室模块和原子室的磁场控制方法、以及使用了该原子室模块的频率稳定度高的量子干涉装置和电子设备。
[0010]本发明正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下方式或应用例来实现。
[0011][应用例I]
[0012]本应用例的原子室模块具有:封入有原子的原子室；发热部，其通过流过电流而发热，对所述原子室进行加热；以及产生磁场的磁场产生部，在所述原子室的内部，由所述磁场产生部产生的磁场与由流过所述发热部的电流产生的磁场具有彼此相反方向的磁场分量。[0013]所述预定位置可以是所述原子室内部的光路上的位置。此外，由所述磁场产生部产生的所述原子室内部的光路上的预定位置处的磁场可以与基于流过所述发热部的电流产生的所述预定位置处的磁场为相反方向且相同的强度。
[0014]根据本应用例的原子室模块，能够通过由磁场产生部产生的磁场来抵消基于流过发热部的电流而在原子室内部产生的磁场的至少一部分。因此，能够进一步减小原子室内部的磁场强度因流过发热部的电流的变动而发生变动的范围，其结果，能够进一步减小共振光相对于封入到原子室中的原子的频率变动幅度。
[0015][应用例2]
[0016]在上述应用例的原子室模块中，可以是，所述磁场产生部通过使流过所述发热部的电流的至少一部分流过，由此使所述原子室的内部产生磁场。
[0017]根据本应用例的原子室模块，即使流过发热部的电流发生变动，因为磁场产生部产生的磁场也与其相应地发生变动，因此能够有效抵消掉基于流过发热部的电流产生的磁场的至少一部分。
[0018][应用例3]
[0019]上述应用例的原子室模块可以具有磁屏蔽部，该磁屏蔽部将所述原子室、所述发热部以及所述磁场产生部从外部磁场屏蔽开。
[0020]根据本应用例的原子室模块，能够抑制原子室模块的因外部磁场影响引起的共振光的频率变动幅度的增加。
[0021][应用例4]
[0022]本应用例的量子干涉装置具有:上述任意一种原子室模块；光产生部，其产生包含共振光对的光并将其照射到所述原子室；光检测部，其检测透射过所述原子室的光；以及控制部，其根据所述光检测部的检测信号控制所述共振光的频率。
[0023]根据本应用例的量子干涉装置，通过使用进一步减小了共振光相对于原子的频率变动幅度的原子室模块，能够在光检测部的检测信号中产生简并后的信号强度高的EIT信号。因此，通过进行反馈控制，锁定为该简并后的EIT信号，由此能够实现频率稳定度高的量子干涉装置。
[0024][应用例5]
[0025]上述应用例的量子干涉装置可以具有磁场控制部，所述磁场控制部控制所述磁场产生部产生的磁场，以减小所述原子室的内部磁场的变动量。
[0026]根据本应用例的量子干涉装置，即使流过发热部的电流发生变动，也能够通过减小原子室内部的磁场变动量来稳定地产生简并后的信号强度高的EIT信号。
[0027][应用例6]
[0028]上述应用例的量子干涉装置可以具有检测由流过所述发热部的电流产生的磁场的强度的磁检测部，所述磁场控制部根据所述磁检测部的检测信号，控制所述磁场产生部产生的磁场。
[0029]根据本应用例的量子干涉装置，即使磁场强度由于流过发热部的电流的变动而发生变动，也能够利用磁检测部检测磁场的强度变化，并根据检测结果减小原子室内部的磁场变动量，因此能够稳定地产生简并后的信号强度高的EIT信号。
[0030]此外，根据本应用例的量子干涉装置，磁检测部也将由原子室模块的外部磁场引起的磁场包含在内进行检测，因此即使外部磁场发生变动，也能够稳定地产生简并后的信号强度高的EIT信号。
[0031][应用例7]
[0032]在上述应用例的量子干涉装置中，所述磁检测部可以与所述发热部接触。
[0033]根据本应用例的量子干涉装置，通过与温度被保持为大致恒定的发热部接触地配置磁检测部，由此，即使不对磁检测部的温度特性进行校正，也能够实现较高的频率稳定度。
[0034][应用例8]
[0035]上述应用例的量子干涉装置可以包含检测流过所述发热部的电流的电流检测部，所述磁场控制部根据所述电流检测部的检测信号，控制所述磁场产生部产生的磁场。
[0036]根据本应用例的量子干涉装置，即使磁场强度由于流过发热部的电流的变动而发生变动，也能够利用电流检测部检测流过发热部的电流，并根据检测结果减小原子室内部的磁场变动量，因此能够稳定地产生简并后的信号强度高的EIT信号。
[0037][应用例9]
[0038]本应用例的电子设备具有上述任意一种量子干涉装置。
[0039][应用例10]
[0040]本应用例的原子室的磁场控制方法控制封入有原子的原子室的内部磁场，其中，产生包含如下磁场分量的磁场，所述磁场分量的方向与基于流过对所述原子室进行加热的发热部的电流而产生的所述原子室的内部磁场的方向相反。
【专利附图】

【附图说明】
[0041]图1是第I实施方式的原子振荡器的功能框图。
[0042]图2是示出第I实施方式的原子振荡器的具体结构例的图。
[0043]图3是示出第I实施方式中的气室模块的构造的一例的图。
[0044]图4是示出半导体激光器的出射光的频谱的一例的概略图。
[0045]图5是示出流过加热器和线圈的电流的方向与气室内部产生的磁场的方向之间的关系的一例的图。
[0046]图6的(A)是示出外气温度与加热器电流之间的关系的图，图6的(B)是示出加热器电流与磁场强度之间的关系的图，图6的(C)是示出线圈电流与磁场强度之间的关系的图。
[0047]图7是示出气室模块的调整方法的一例的流程图。
[0048]图8的(A)是示出分裂的EIT信号的一例的图，图8的(B)是示出简并的EIT信号的一例的图。
[0049]图9是第2实施方式的原子振荡器的功能框图。
[0050]图10是示出第2实施方式的原子振荡器的具体结构例的图。
[0051]图11是示出第2实施方式中的气室模块的构造的一例的图。
[0052]图12是示出控制信息的生成方法的一例的流程图。
[0053]图13是第3实施方式的原子振荡器的功能框图。
[0054]图14是示出第3实施方式的原子振荡器的具体结构例的图。[0055]图15是示出第3实施方式中的气室模块的构造的一例的图。
[0056]图16是示出控制信息的生成方法的一例的流程图。
[0057]图17是本实施方式的电子设备的功能框图。
[0058]图18是本实施方式的电子设备的示意图。
[0059]图19是示出变形例中的半导体激光器的出射光的频谱的概略图。
[0060]图20是示意性示出铯原子的能级的图。
[0061]图21是示出EIT信号的一例的概略图。
[0062]图22的(A)是示出塞曼分裂的能级的图，图22的(B)是示出分裂的EIT信号的一例的图。
[0063]图23是示出磁场强度与共振光对的频率差之间的关系的图。
[0064]标号说明
[0065]I原子振荡器；10原子室模块；11原子室；12发热部；13磁场产生部；14温度检测部；15磁屏蔽部；16磁检测部；20光产生部；30光检测部；40控制部；41发热控制部；42振荡控制部；43磁场控制部；44电流检测部；100气室模块;110气室;120a、120b加热器；121a、121b电极；122a、122b电极；130a、130b线圈；140温度传感器；150磁屏蔽罩；160磁传感器；200半导体激光器；210光检测器；220检波电路；230调制电路；240低频振荡器；250检波电路；260压控石英振荡器(VCX0);270调制电路；280低频振荡器；290频率转换电路；300驱动电路；310加热器电流控制电路；320线圈电流控制电路；330存储器；332:控制信息；340电流检测电路；400电子设备；410时钟生成部；412原子振荡器；420MPU ；430操作部；440R0M ；450RAM ;460通信部；470显示部；480声音输出部；500便携终端；502操作按钮；504接听口 ；506通话口 ；508显示部。
【具体实施方式】
[0066]下面，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式不对权利要求所记载的本发明的内容进行不合理限定。并且，以下说明的所有结构并非都是本发明必需的结构要件。
[0067]以下，以作为量子干涉装置的一例的原子振荡器为例进行说明。
[0068]1.原子振荡器
[0069]I 一 I?第I实施方式
[0070][原子振荡器的功能结构]
[0071]图1是第I实施方式的原子振荡器的功能框图。如图1所示，第I实施方式的原子振荡器I构成为包含原子室模块10、光产生部20、光检测部30和控制部40。另外，本实施方式的原子振荡器也可以是适当省略或变更了图1的结构要素(各个部分)的一部分、或者添加了其他结构要素后的结构。
[0072]原子室模块10构成为包含原子室11、发热部12、磁场产生部13和温度检测部14。原子室模块10还可以包含磁屏蔽部15。
[0073]原子室11是在由玻璃等透明部件构成的容器中封入具有A型三能级的原子(例如,钠(Na)原子、铷(Rb)原子、铯(Cs)原子等碱金属原子)而得到的。光产生部20产生的光入射到原子室11中，该入射光的一部分透射过原子室U。[0074]发热部12通过流过电流而发热，对原子室11进行加热。发热部12例如可以由产生与电流量对应的热量的加热器来实现。例如，可以在原子室11的光的入射面和出射面上配置具有导电性和透光性的加热器。这样的具有导电性和透光性的加热器可以由ITO(Indium Tin Oxide:氧化铟锡)、IZO (Indium Zinc 0叉1(16:氧化铟锋)、111303、31102、含有3匕的SnO2、含有Al的ZnO等透明电极材料来实现。
[0075]磁场产生部13使原子室11的内部产生磁场。尤其是在本实施方式中，磁场产生部13通过使流过发热部12的电流的至少一部分流过，由此使原子室11的内部产生磁场。由该磁场产生部13产生的、原子室11内部的预定位置(例如原子室11内部的光路上的位置)处的磁场包含与基于流过发热部12的电流产生的该预定位置处的磁场相反方向的磁场分量。这样的磁场产生部13例如可以由卷绕发热部12的供电线的一部分而得到的线圈来实现。可以通过变更线圈的位置、形状(线圈的匝数、直径等)、流过线圈的电流的方向(或者线圈的卷绕方向)、电流的大小，对原子室11内部的预定位置处的磁场的方向和大小进行调整。例如可以进行调整为:在原子室11内部的光路上的预定位置处，由发热部12产生的磁场与由磁场产生部13产生的磁场相互抵消(磁场强度接近O)。
[0076]温度检测部14配置在预定的位置来检测温度。温度检测部14例如可以配置为与发热部12或者原子室11接触。温度检测部14例如可以由热敏电阻和热电偶等温度传感器来实现。
[0077]磁屏蔽部15至少将原子室11、发热部12和磁场产生部13从外部磁场屏蔽开,也可以将温度检测部14从外部磁场屏蔽开。
[0078]光产生部20产生使封入到原子室11中的原子共振的共振光，并将其照射到原子室11。光产生部20例如可以由半导体激光器实现。作为半导体激光器，可以使用端面发光激光器(Edge Emitting Laser)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL:Vertical CavitySurface Emitting Laser)等面发光激光器等。
[0079]光检测部30检测透射过原子室11的光。光检测部30例如可以使用输出与接收到的光的强度对应的检测信号的光电二极管(PD =Photo Diode)来实现。
[0080]控制部40构成为包含发热控制部41和振荡控制部42，例如可以由通用的微处理器或专用电路来实现。
[0081]发热控制部41根据温度检测部14的检测信号控制流过发热部12的电流。通过该发热控制部41控制发热部12的发热量，使得原子室11的内部温度大致保持恒定。
[0082]振荡控制部42根据光检测部30的检测信号控制光产生部20产生的光的频率。通过该振荡控制部42控制光产生部20产生共振光。
[0083]另外，作为这样的原子振荡器，例如可以控制光产生部20产生使封入到原子室11中的原子发生EIT现象的共振光对，也可以将原子室11收纳到空腔谐振器(微波腔)，控制光产生部20产生针对封入到原子室11中的原子的共振光，并且利用通过对空腔谐振器施加微波而产生的光波微波双共振现象。
[0084][原子振荡器的具体结构]
[0085]图2是示出第I实施方式的原子振荡器I的具体结构例的图。如图2所示，原子振荡器I构成为包含气室模块100、半导体激光器200、光检测器210、检波电路220、调制电路230、低频振荡器240、检波电路250、压控石英振荡器(VCXO) 260、调制电路270、低频振荡器280、频率转换电路290、驱动电路300和加热器电流控制电路310。另外，本实施方式的原子振荡器也可以是适当省略或变更了图2的结构要素(各部件)的一部分、或者添加了其他结构要素后的结构。
[0086]气室模块100与图1的原子室模块10相对应，构成为包含气室110、加热器120a、120b、线圈130a、130b、温度传感器140和磁屏蔽罩150。图3 (A)和图3 (B)示出了气室模块100的构造的一例。图3 (A)是气室模块100的立体图，图3 (B)是气室模块100的侧视图。在图3 (A)和图3 (B)中，为了便于说明，同时记载了垂直的3个轴(X轴、Y轴、Z轴)，图3 (B)是从X轴的正向观察到的气室模块100的侧视图。
[0087]气室110与图1的原子室11相对应，是将气态的碱金属原子封入到由玻璃等透明部件构成的容器中而得到的。在本实施方式中，气室110为长方体形状，光从与Z轴垂直的一个面(入射面)111的预定位置(例如中心点)射入，透射过气室110的光从另一个面(出射面)112的预定位置(例如中心点)射出。另外，气室110也可以是圆柱等其他形状。
[0088]两个加热器120a、120b均为平板形状，并被设置为分别与气室110的入射面111和出射面112重叠。在加热器120a的两端，分别设置有电极121a和122a，在本实施方式中，通过使电流在从电极121a朝向电极122a的方向上流过，由此使加热器120a发热，对气室110进行加热。在加热器120b的两端，分别设置有电极121b和122b，在本实施方式中，通过使电流在从电极122b朝向电极121b的方向上流过来实现发热，对气室110进行加热。在本实施方式中，加热器120a、120b利用透明导电膜构成，透射过加热器120a的光入射到气室110，透射过气室110的光透射过加热器120b而射出。这两个加热器120a、120b与图1的发热部12相对应，在气室110的内部，产生与流过加热器120a、120b的电流对应的磁场。
[0089]温度传感器140与图1的温度检测部14相对应，在本实施方式中，温度传感器140配置在加热器120b的表面。但是，也可以将温度传感器140配置在加热器120a或气室110的表面。
[0090]两个线圈130a、130b配置为分别与两个面113、114相对，其中，这两个面113、114与气室110的入射面111和出射面112双方垂直(与Y轴垂直)。线圈130a的一端与加热器120a的电极121a连接。此外，线圈130b的一端与加热器120a的电极122a连接。并且，通过图2的加热器电流控制电路310的控制，使得与温度传感器140的输出信号对应大小的电流在流过线圈130a后，在加热器120a中从电极121a流到电极122a，进一步流过线圈130b。或者，使得与温度传感器140的输出信号对应大小的电流在流过线圈130b后，在加热器120a中从电极122a流到电极121a，进一步流过线圈130a。这两个线圈130a、130b与图1的磁场产生部13相对应，并且对其位置、形状(匝数、直径)进行了调整，以利用流过该两个线圈130a、130b的电流，在气室110内部的预定位置处产生与流过两个加热器120a、120b的电流所产生的磁场相反方向的磁场。
[0091]另外，在本实施方式中，流过加热器120a的电流全部流过线圈130a、130b，但也可以设为这样的构造:对流过加热器120a的电流的仅一部分进行分流，使其流过线圈130a、130b。
[0092]此外，在本实施方式中，线圈130a、130b不与加热器120b电连接，在从电极122b朝向电极121b的方向或者其反方向上，从加热器电流控制电路310直接向加热器120b提供与温度传感器140的输出信号对应大小的电流。但是，加热器120b也可以与线圈130a、130b中的至少一方电连接。
[0093]气室110、加热器120a、120b、线圈130a、130b和温度传感器140被磁屏蔽罩150
覆盖。磁屏蔽罩150与图1的磁屏蔽部15相对应。另外，磁屏蔽罩150通常不是透明色，但在图3 (A)中，为了示出气室模块100的构造，透明地示出了磁屏蔽罩150。此外，在图3(B)中，省略了磁屏蔽罩150的图示。
[0094]返回到图2，半导体激光器200与图1的光产生部20相对应，产生包含作为共振光对的两个光波的光，所述共振光对使气室110中包含的碱金属原子产生EIT现象。半导体激光器200产生的光入射到气室110。
[0095]光检测器210与图1的光检测部30相对应，透射过气室110的光入射到该光检测器210,输出与入射的光的强度对应的检测信号。光检测器210的输出信号被输入到检波电路220和检波电路250。
[0096]检波电路220使用以几Hz~几百Hz左右的低频进行振荡的低频振荡器240的振荡信号，对光检测器210的输出信号进行同步检波。为了能够由检波电路220实现同步检波，调制电路230将低频振荡器240的振荡信号(与提供给检波电路220的振荡信号相同的信号)作为调制信号，对检波电路220的输出信号进行调制，并输出到驱动电路300。调制电路230可以由频率混合器(混频器)、频率调制(FM frequency Modulation)电路、振幅调制(AM:Amplitude Modulation)电路等来实现。[0097]检波电路250使用以几Hz~几百Hz左右的低频进行振荡的低频振荡器280的振荡信号，对光检测器210的输出信号进行同步检波。并且，根据检波电路250的输出信号的大小，对压控石英振荡器(VCXO) 260的振荡频率进行微调。压控石英振荡器(VCXO) 260例如以几MHz~几十MHz的程度进行振荡。
[0098]为了能够由检波电路250实现同步检波，调制电路270将低频振荡器280的振荡信号(与提供给检波电路250的振荡信号相同的信号)作为调制信号，对压控石英振荡器(VCX0)260的输出信号进行调制。调制电路270可以由频率混合器(混频器)、频率调制(FM)电路、振幅调制(AM)电路等来实现。
[0099]频率转换电路290以固定的频率转换率对调制电路270的输出信号进行频率转换，并输出到驱动电路300。频率转换电路290例如可以由PLUPhase Locked Loop:锁相环)电路来实现。
[0100]驱动电路300设定半导体激光器200的偏置电流，并且根据调制电路230的输出信号对该偏置电流进行微调，提供到半导体激光器200。即，利用经过半导体激光器200、气室110、光检测器210、检波电路220、调制电路230、驱动电路300的反馈环路(第I反馈环路)，对半导体激光器200产生的光的中心波长、(中心频率f J进行微调。具体而言，通过第I反馈环路施加反馈控制，使得:相对于与碱金属原子的激发能级和一个基态能级之间的能量差对应的波长X1 (=VZf1:v是光速)、以及与激发能级和另一个基态能级之间的能量差对应的波长入2 (=v/f2)，半导体激光器200的出射光的中心波长X0 (=Vfci)与
基本一致(中心频率fQ与(f\+f2) /2基本一致)。
[0101]驱动电路300进一步在偏置电流上叠加频率转换电路290的输出频率分量(调制频率fm)的电流(调制电流)，并提供给半导体激光器200。通过该调制电流对半导体激光器200施加频率调制，产生中心频率为&的光，并且在其两侧分别产生频率偏移了 fm的、频率SfQ±fm、fQ±2fm、...的光。并且，利用经过半导体激光器200、气室110、光检测器210、检波电路250、压控石英振荡器(VCXO) 260、调制电路270、频率转换电路290和驱动电路300的反馈环路(第2反馈环路)进行微调，使得频率为的光和频率为& - fffl的光成为使封入到气室110中的碱金属原子产生EIT现象的共振光对。例如，如果碱金属原子是铯原子，则与AE12对应的频率是9.192631770GHz,因此频率转换电路290的输出信号的频率稳定在与4.596315885GHz 一致的状态。图4示出了半导体激光器200的出射光的频谱的一例。在图4中，横轴是光的频率，纵轴是光的强度。
[0102]另外，由检波电路220、调制电路230、低频振荡器240、检波电路250、压控石英振荡器(VCXO)260、调制电路270、低频振荡器280、频率转换电路290和驱动电路300构成的电路与图1的振荡控制部42相对应。
[0103]加热器电流控制电路310与图1的发热控制部41相对应，其根据温度传感器140的检测温度控制流过加热器120a、120b的电流，使得气室110的温度保持恒定。具体而言，加热器电流控制电路310在温度传感器140的检测温度因外气温度上升而略微上升时减小流过加热器120a、120b的电流，相反，在温度传感器140的检测温度因外气温度下降而略微下降时，增大流过加热器120a、120b的电流。
[0104]流过加热器120a、120b的电流也流过线圈130a、130b，因此在气室110的内部，产生由流过加热器120a、120b的电流(加热器电流)引起的磁场和由流过线圈130a、130b的电流(线圈电流)引起的磁场。图5是示出流过加热器120a、120b和线圈130a、130b的电流的方向与气室110的内部产生的磁场的方向之间的关系的一例的图。图5是用与YZ平面平行且包含光路的面剖切图3 (A)和图3 (B)的气室模块100、且从X轴的正向观察到的剖视图。此外，在图5中，省略了磁屏蔽罩150的图示。
[0105]如图5所示，在加热器120a中，例如在+X方向上(从电极121a朝向电极122a)流过电流，由此在位于气室110内部的光路上的P点(例如，气室110内部的中心位置)，产生+Y方向的磁场Gl。另一方面，在加热器120b中，在一 X方向上(从电极122b朝向电极121b)流过电流，由此在P点产生+Y方向的磁场G2。
[0106]在线圈130a中，例如从+Y方向观察，在顺时针方向上流过电流，由此在P点产生一 Y方向的磁场G3。同样，在线圈130b中，从+Y方向观察，也是在顺时针方向上流过电流，由此在P点产生一 Y方向的磁场G4。
[0107]由此，在P点处，由流过线圈130a、130b的电流(线圈电流)产生的磁场G3、G4的方向与由流过加热器120a、120b的电流(加热器电流)产生的磁场Gl、G2的方向成为相反的方向。
[0108]此处，为了使气室110保持大致恒定的温度，加热器电流相对于温度的上升大致线性地减小(参照图6 (A))。磁场G1+G2相对于加热器电流的增大大致线性地增大(参照图6 (B))，磁场G3+G4相对于线圈电流的增大大致线性地增大(参照图6 (C))。在本实施方式中，对气室模块100 (尤其是线圈130a、130b的位置、形状)进行调整，使得磁场G3、G4的方向与磁场Gl、G2成为相反方向，并且磁场G3+G4与磁场G1+G2基本一致。
[0109][气室模块的调整方法]
[0110]图7是示出气室模块100的调整方法的一例的流程图。[0111]首先，将流过加热器120a、120b的加热器电流设定为预定值(S10)。
[0112]接着，一边扫描频率差一边将两个光波照射到原子室，监视原子室的透射光的检测信号(S12)。例如在图5的P点处，如果由加热器电流产生的磁场G1+G2的强度与由线圈电流产生的磁场G3+G4的强度不同，则EIT信号按照与该强度差对应的频率间隔发生分裂(参照图8 (A))。另一方面，如果磁场G1+G2的强度与磁场G3+G4的强度基本一致，则EIT信号简并成一个(参照图8 (B))。
[0113]在步骤S12的监视结果为EIT信号未简并的情况下(S14的“否”)，根据分裂的EIT信号，变更线圈130a、130b的匝数、直径、位置的一部分或全部(S18)，再次进行步骤S12的监视。
[0114]在步骤S12的监视结果为EIT信号已经简并的情况下(S14的“是”)，如果EIT信号的宽度未处于允许范围(S16的“否”)，则变更线圈130a、130b的匝数、直径、位置的一部分或全部(S18)，再次进行步骤S12的监视。另一方面，如果EIT信号的宽度处于允许范围(S16的“是”)，则固定线圈130a、130b的匝数、直径、位置(S20)，结束气室模块100的调整。
[0115]如以上所说明的那样，根据第I实施方式的原子振荡器，依照例如图7的流程图调整气室模块100，当加热器电流为预定值时，在气室110内部的光路上的预定位置(例如，气室Iio内部的中心位置)处，由流过线圈130a、130b的线圈电流产生的磁场与由流过加热器120a、120b的电流产生的磁场为相反的方向且为大致相同的强度，从而相互抵消，其结果，能够得到简并后的信号强度高的EIT信号。在本实施方式中，即使由加热器电流产生的磁场强度根据外气温度的变动而发生变动，因为由线圈电流产生的磁场强度也同样地发生变动而能够相互抵消，因此无论外气温度如何，都能够得到简并后的信号强度高的EIT信号。因此，通过进行反馈控制，锁定为该简并后的EIT信号，由此能够实现频率稳定度高的原子振荡器。
[0116]I 一 2.第2实施方式
[0117][原子振荡器的功能结构]
[0118]图9是第2实施方式的原子振荡器的功能框图。在图9中，针对与图1相同的结构要素标注了相同标号。另外，本实施方式的原子振荡器也可以是适当省略或变更了图9的结构要素(各个部分)的一部分、或者添加了其他结构要素后的结构。
[0119]如图9所示，在第2实施方式的原子振荡器I中，针对第I实施方式的原子振荡器1，在原子室模块10中追加了磁检测部16，并且在控制部40中追加了磁场控制部43。此外，磁场产生部13的功能与第I实施方式不同。
[0120]磁场产生部13使原子室11的内部产生磁场,将磁场产生部13的形状、配置确定为，使得由磁场产生部13产生的原子室11内部的预定位置(例如原子室11内部的光路上的位置)处的磁场包含与基于流过发热部12的电流产生的该预定位置处的磁场相反方向的磁场分量。这样的磁场产生部13例如可以由线圈实现。可通过变更线圈的位置、形状(线圈的匝数、直径等)、流过线圈的电流的方向(或者线圈的卷绕方向)、电流的大小，来调整原子室11内部的预定位置处的磁场的方向和大小。例如可以调整为:在原子室11内部的光路上的预定位置处，由发热部12产生的磁场与由磁场产生部13产生的磁场相互抵消(磁场强度接近O)。
[0121]磁检测部16设置于能够检测基于流过发热部12的电流而产生的磁场的强度变化的位置处。磁检测部16例如可以配置为与发热部12或者原子室11接触。磁检测部16例如可以由线圈或霍尔元件等磁传感器来实现。
[0122]磁场控制部43对磁场产生部13产生的磁场进行控制，以减小由于流过发热部12的电流变动引起的原子室11内部的预定位置处的磁场的变动量。尤其是在本实施方式中，磁场控制部43根据磁检测部16的检测信号,控制磁场产生部13产生的磁场。例如,磁场控制部43可以进行如下控制:磁检测部16检测的磁场越强，越增强磁场产生部13产生的磁场。
[0123]第2实施方式的原子振荡器I的其他功能结构与第I实施方式相同，因此省略其说明。
[0124][原子振荡器的具体结构]
[0125]图10是示出第2实施方式的原子振荡器I的具体结构例的图。在图10中，针对与图2相同的结构要素标注了相同标号。另外，本实施方式的原子振荡器也可以是适当省略或变更了图10的结构要素(各个部分)的一部分、或者添加了其他结构要素后的结构。
[0126]如图10所示，在第2实施方式的原子振荡器I中，针对第I实施方式的原子振荡器1，追加了线圈电流控制电路320，并且在气室模块100中追加了磁传感器160。图1l(A)和图11 (B)示出了本实施方式中的气室模块100的构造的一例。图11 (A)是气室模块100的立体图，图11 (B)是气室模块100的侧视图。在图11 (A)和图11 (B)中，为了便于说明，同时记载了垂直的3个轴(X轴、Y轴、Z轴)，图11 (B)是从X轴的正向观察到的气室模块100的侧视图。
[0127]气室110、加热器120a、120b以及温度传感器140的构造和配置与第I实施方式相同，从而省略其说明。
[0128]磁传感器160与图9的磁传感器16相对应,设置在磁屏蔽罩150内部的预定位置处。在本实施方式中，磁传感器160配置在加热器120b的表面，但也可以配置在加热器120a或气室110的表面，还可以配置在气室110的内部。由于加热器120a、120b的表面温度和气室110的表面及内部温度被保持为大致恒定，因此通过将磁传感器160配置在这些位置中的任意一个位置，不需要对磁传感器160的温度特性进行校正。
[0129]两个线圈130a、130b配置为与两个面113、114分别相对，这两个面113、114与气室110的入射面111和出射面112双方垂直(与Y轴垂直)，但与第I实施方式不同，两个线圈130a、130b不与加热器120a、120b电连接。通过图10的线圈电流控制电路320的控制，在线圈130a、130b中流过与磁传感器160的输出信号对应大小的电流。这两个线圈130a、130b与图9的磁场产生部13相对应，将其位置、形状(匝数、直径)调整为:利用流过该两个线圈130a、130b的电流，在气室110内部的预定位置处产生与由流过两个加热器120a、120b的电流产生的磁场相反方向的磁场。
[0130]返回到图10，存储器330是非易失性存储器，存储有控制信息332。控制信息332是定义了磁传感器160的检测值与线圈电流的设定值之间的对应关系的信息。
[0131]线圈电流控制电路320与图9的磁场控制部43相对应，根据磁传感器160的检测值和控制信息332，控制流过线圈130a、130b的电流(线圈电流)。具体而言，线圈电流控制电路320在磁传感器160的检测值变化了预定量以上的情况下，将线圈电流变更为控制信息332中与磁传感器160的检测值对应的设定值。在控制信息332中未定义与磁传感器160的检测值对应的线圈电流的设定值的情况下，可以使用线性插值等方法来计算线圈电流的设定值。
[0132]第2实施方式的原子振荡器I的其他具体结构与第I实施方式相同，因此省略其说明。
[0133]在气室110的内部，产生由加热器电流引起的磁场和由线圈电流引起的磁场。在本实施方式中，在加热器120a中，例如在+X方向上(从电极121a朝向电极122a)流过电流，由此在位于气室110内部的光路上的P点(例如，气室110内部的中心位置)，产生+Y方向的磁场G1。另一方面，在加热器120b中，在一 X方向上(从电极122b朝向电极121b)流过电流，由此在P点产生+Y方向的磁场G2。
[0134]在线圈130a中，例如从+Y方向观察，在顺时针方向上流过电流，由此在P点产生一 Y方向的磁场G3。同样，在线圈130b中，从+Y方向观察，也是在顺时针方向上流过电流，由此在P点产生一 Y方向的磁场G4。
[0135]另外，加热器电流和线圈电流的方向以及磁场Gl、G2、G3、G4的方向与图5相同，因此省略其图示。
[0136]由此，在P点处，由流过线圈130a、130b的电流(线圈电流)产生的磁场G3、G4的方向与由流过加热器120a、120b的电流(加热器电流)产生的磁场Gl、G2的方向成为相反的方向。在本实施方式中，通过线圈电流控制电路320对线圈电流进行控制，使得相对于外气温度的变动范围，磁场G3+G4始终与磁场G1+G2基本一致。
[0137][控制信息的生成方法]
[0138]图12是示出控制信息332的生成方法的一例的流程图。
[0139]首先，将流过加热器120a、120b的加热器电流和流过线圈130a、130b的线圈电流设定为预定值(S100)。
[0140]接着，一边扫描频率差一边将两个光波照射到原子室，监视原子室的透射光的检测信号(S102)。
[0141]在步骤S102的监视结果为EIT信号未简并的情况下(S104的“否”)，根据分裂的EIT信号，变更线圈电流的设定值(S108)，再次进行步骤S102的监视。
[0142]在步骤S102的监视结果为EIT信号已经简并的情况下(S104的“是”)，如果EIT信号的宽度未处于允许范围(S106的“否”)，则变更线圈电流的设定值(S108)，再次进行步骤S102的监视。另一方面，如果EIT信号的宽度处于允许范围(S106的“是”)，则取得磁传感器160的检测值和线圈电流的设定值(SI 10)。
[0143]并且，如果针对预定数量的加热器电流值，步骤S102?SllO的处理未结束(SI 12的“否”)，则将加热器电流设定为下一预定值(S114)，并进行步骤S102?SllO的处理。
[0144]另一方面，如果针对预定数量的加热器电流值，步骤S102?SllO的处理结束(S112的“是”)，则将步骤SllO中取得的磁传感器160的检测值和线圈电流的设定值对应起来，生成控制信息332，并存储到存储器330中(S116)，结束处理。
[0145]如以上所说明的那样，根据第2实施方式的原子振荡器，按照例如依据图12的流程图生成的控制信息332，根据磁传感器160的检测值变更线圈电流的设定值，由此，即使由加热器电流产生的磁场强度根据外气温度的变动而发生变动，因为由线圈电流产生的磁场强度也同样地发生变动而能够相互抵消，因此无论外气温度如何，都能够得到简并后的信号强度高的EIT信号。
[0146]此外，当使原子振荡器I小型化时，有时无法在气室模块100中设置足够的磁屏蔽罩150，但根据本实施方式的原子振荡器，磁传感器160不仅检测由加热器电路和线圈电流弓丨起的磁场，还能够一并检测由外部磁场引起的磁场。因此，通过使用控制信息332控制线圈电流，即使外部磁场发生变动也能够始终得到简并后的信号强度高的EIT信号。
[0147]因此，通过进行反馈控制，锁定为该简并后的EIT信号的方式，由此能够实现频率稳定度高的原子振荡器。
[0148]I 一 3.第3实施方式
[0149][原子振荡器的功能结构]
[0150]图13是第3实施方式的原子振荡器的功能框图。在图13中，针对与图9相同的结构要素标注了相同标号。另外，本实施方式的原子振荡器也可以是适当省略或变更了图13的结构要素(各个部分)的一部分、或者添加了其他结构要素后的结构。
[0151]如图13所示，在第3实施方式的原子振荡器I中，针对第2实施方式的原子振荡器1，替代原子室模块10的磁检测部16而在控制部40中追加了电流检测部44。此外，磁场控制部43的功能与第2实施方式不同。
[0152]电流检测部44检测流过发热部12的电流。
[0153]磁场控制部43根据电流检测部44的检测信号，控制磁场产生部13产生的磁场。例如，磁场控制部43可以进行如下控制:电流检测部44检测的电流越大，越增强磁场产生部13产生的磁场。
[0154]第3实施方式的原子振荡器I的其他功能结构与第2实施方式相同，因此省略其说明。
[0155][原子振荡器的具体结构]
[0156]图14是示出第3实施方式的原子振荡器I的具体结构例的图。在图14中，针对与图10相同的结构要素标注了相同标号。另外，本实施方式的原子振荡器也可以是适当省略或变更了图14的结构要素(各个部分)的一部分、或者添加了其他结构要素后的结构。
[0157]如图14所示，在第3实施方式的原子振荡器I中，针对第2实施方式的原子振荡器I，替代磁传感器160而设置了电流检测电路340。
[0158]电流检测电路340与图13的电流检测部44相对应，检测流过加热器120a、120b中的一方或双方的加热器电流。
[0159]在本实施方式中，控制信息332是定义了电流检测电路340的检测值与线圈电流的设定值之间的对应关系的信息，这与第2实施方式不同。
[0160]线圈电流控制电路320与图13的磁场控制部43相对应，根据电流检测电路340的检测值和控制信息332，控制流过线圈130a、130b的电流(线圈电流)。具体而言，线圈电流控制电路320在电流检测电路340的检测值变化了预定量以上的情况下，将线圈电流变更为控制信息332中与电流检测电路340的检测值对应的设定值。在控制信息332中未定义与电流检测电路340的检测值对应的线圈电流的设定值的情况下，可以使用线性插值等方法来计算线圈电流的设定值。
[0161]另外，如图15 (A)和图15 (B)所示，本实施方式中的气室模块100的构造除了删除了磁传感器160以外，与第2实施方式的气室模块100 (参照图11 (A)和图11 (B))相同，因此省略其说明。
[0162]第3实施方式的原子振荡器I的其他具体结构与第2实施方式相同，因此省略其说明。
[0163]在气室110的内部，产生由加热器电流引起的磁场和由线圈电流引起的磁场。在本实施方式中，在线圈120a中，例如在+X方向上(从电极121a朝向电极122a)流过电流，由此在位于气室110内部的光路上的P点(例如，气室110内部的中心位置)，产生+Y方向的磁场G1。另一方面，在加热器120b中，在一 X方向上(从电极122b朝向电极121b)流过电流，由此在P点产生+Y方向的磁场G2。
[0164]在线圈130a中，例如从+Y方向观察，在顺时针方向上流过电流，由此在P点产生一 Y方向的磁场G3。同样，在线圈130b中，从+Y方向观察，也是在顺时针方向上流过电流，由此在P点产生一 Y方向的磁场G4。
[0165]另外，加热器电流和线圈电流的方向以及磁场Gl、G2、G3、G4的方向与图5相同，因此省略其图示。
[0166]由此，在P点处，由流过线圈130a、130b的电流(线圈电流)产生的磁场G3、G4的方向与由流过加热器120a、120b的电流(加热器电流)产生的磁场Gl、G2的方向成为相反的方向。在本实施方式中，通过线圈电流控制电路320对线圈电流进行控制，使得相对于外气温度的变动范围，磁场G3+G4始终与磁场G1+G2基本一致。
[0167][控制信息的生成方法]
[0168]图16是示出控制信息332的生成方法的一例的流程图。
[0169]首先，将流过加热器120a、120b的加热器电流和流过线圈130a、130b的线圈电流设定为预定值(S200)。
[0170]接着，一边扫描频率差一边将两个光波照射到原子室，监视原子室的透射光的检测信号(S202)。
[0171]在步骤S202的监视结果为EIT信号未简并的情况下(S204的“否”)，根据分裂的EIT信号，变更线圈电流的设定值(S208)，再次进行步骤S202的监视。
[0172]在步骤S202的监视结果为EIT信号已经简并的情况下(S204的“是”)，如果EIT信号的宽度未处于允许范围(S206的“否”)，则变更线圈电流的设定值(S208)，再次进行步骤S202的监视。另一方面，如果EIT信号的宽度处于允许范围(S206的“是”)，则取得电流检测电路340的检测值和线圈电流的设定值(S210)。
[0173]并且，如果针对预定数量的加热器电流值，步骤S202?S210的处理未结束(S212的“否”)，则将加热器电流设定为下一预定值(S214)，并进行步骤S202?S210的处理。
[0174]另一方面，如果针对预定数量的加热器电流值，步骤S202?S210的处理结束(S212的“是”)，则将步骤S210中取得的电流检测电路340的检测值和线圈电流的设定值对应起来，生成控制信息332，并存储到存储器330中(S216)，结束处理。
[0175]如以上所说明的那样，根据第3实施方式的原子振荡器，按照例如依据图16的流程图生成的控制信息332，根据电流检测电路340的检测值变更线圈电流的设定值，由此，即使由加热器电流产生的磁场强度根据外气温度的变动而发生变动，因为由线圈电流产生的磁场强度也同样地发生变动而能够相互抵消，因此无论外气温度如何，都能够得到简并后的信号强度高的EIT信号。因此，通过进行反馈控制，锁定为该简并后的EIT信号，由此能够实现频率稳定度高的原子振荡器。
[0176]2.电子设备
[0177]图17是本实施方式的电子设备的功能框图。本实施方式的电子设备400构成为包含时钟生成部 410、MPU (Micro Processing Unit:微处理单兀)420、操作部 430、R0M (ReadOnly Memory:只读存储器)440、RAM (Random Access Memory:随机存取存储器)450、通信部460、显示部470和声音输出部480。另外，本实施方式的电子设备也可以是省略或变更了图17的结构要素(各个部分)的一部分、或者添加了其他结构要素后的结构。
[0178]时钟生成部410将原子振荡器412的振荡信号作为基础振荡时钟，生成各种时钟信号。原子振荡器412例如是上述实施方式的原子振荡器I。
[0179]MPU420依照存储在R0M440等中的程序，使用由时钟生成部410生成的各种时钟信号进行各种计算处理和控制处理。具体而言，MPU420进行与来自操作部430的操作信号对应的各种处理、为了与外部进行数据通信而控制通信部460的处理、发送用于使显示部470显不各种信息的显不信号的处理、使声音输出部480输出各种声音的处理等。
[0180]操作部430是由操作键或按钮开关等构成的输入装置，将与用户操作对应的操作信号输出到MPU420。
[0181]R0M440存储有供MPU420进行各种计算处理和控制处理的程序和数据等。
[0182]RAM450被用作MPU420的工作区域，临时存储从R0M440读出的程序和数据、从操作部430输入的数据、以及MPU420依照各种程序执行的运算结果等。
[0183]通信部460进行用于建立MPU420与外部装置之间的数据通信的各种控制。
[0184]显示部470是由LOXLiquid Crystal Display:液晶显示器)等构成的显示装置，根据从MPU420输入的显示信号显示各种信息。
[0185]声音输出部480是扬声器等输出声音的装置。
[0186]通过安装本实施方式的原子振荡器I作为原子振荡器412，能够实现可靠性更高的电子设备。
[0187]作为本实施方式的电子设备的一例，图18示出了搭载有原子振荡器的电子设备(便携终端)的示意图。在图18中，便携终端500 (包括PHS、智能手机)(电子设备400的一例)具有多个操作按钮502 (操作部430的一例)、接听口 504和通话口 506，并在操作按钮502与接听口 504之间配置有显示部508 (显示部470的一例)。最近，这样的便携终端500也具备了 GPS功能。因此，在便携终端500中内置有本实施方式的原子振荡器作为GPS电路的时钟源。
[0188]作为本实施方式的电子设备，还可以考虑其他各种电子设备，例如可列举出个人计算机(例如移动型个人计算机、膝上型个人计算机、平板型个人计算机)、便携电话机等移动终端、数字静态照相机、喷墨式排出装置(例如喷墨打印机)、路由器或开关等存储区网络设备、局域网设备、电视、摄像机、录像机、车载导航装置、寻呼机、电子记事本(也包含带通信功能的电子记事本)、电子辞典、计算器、电子游戏设备、游戏用控制器、文字处理器、工作站、视频电话、防范用电视监视器、电子望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测定设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、头戴式显示器、运动追踪器、运动跟踪器、运动控制器、PDR (步行者位置方位计测)等。[0189]3.变形例
[0190]本发明不限于本实施方式，可以在本发明的主旨范围内实施各种变形。
[0191][变形例I]
[0192]在图12的流程图中，可以替代改变加热器电流的设定值的这种方式而改变外气温度，取得磁传感器160的检测值和线圈电流的设定值，生成控制信息332。同样，在图16的流程图中，可以替代改变加热器电流的设定值的这种方式而改变外气温度，取得电流检测电路340的检测值和线圈电流的设定值，生成控制信息332。
[0193] [变形例2]
[0194]在本实施方式的原子振荡器中，可以变形为:通过第I反馈环路进行如下控制，即，针对与封入到气室110中的碱金属原子的激发能级和一个基态能级之间的能量差对应的波长X1 (频率f\)、以及与激发能级和另一个基态能级之间的能量差对应的波长X2 (频率4)，使得半导体激光器200的出射光的中心波长X0 (中心频率&)与X1或X2基本一致(中心频率A与或者f2基本一致)；并且，通过第2反馈环路，由频率转换电路290将调制电路270的输出信号转换为频率等于与AE12对应的频率的信号。
[0195]图19 (A)是示出中心波长X ^与X 2 —致的情形下的半导体激光器200的出射光的频谱的概略图，图19(B)是示出中心波长X ^与X工一致的情形下的半导体激光器200的出射光的频谱的概略图。在图19 (A)和图19 (B)中，横轴是光的频率，纵轴是光的强度。在图19 (A)的情况下，由于频率为fff；的光与频率为&的光的频率差fm等于与AE12对应的频率，并且与大致相等，并且&与f2大致相等，因此，频率为的光和频率为fo的光成为使封入到气室110中的碱金属原子产生EIT现象的共振光对。另一方面，在图19(B)的情况下，由于频率为&的光与频率为& - fm的光的频率差fm大致等于与AE12对应的频率，并且fo与大致相等，并且fo — 与f2大致相等，因此，频率为fo的光和频率为fo - fm的光成为使封入到气室110中的碱金属原子产生EIT现象的共振光对。
[0196][变形例3]
[0197]也可以将本实施方式的原子振荡器变形为使用了电光调制器(E0M:Electro —Optic Modulator)的结构。即，半导体激光器200没有被施加由频率转换电路290的输出信号(调制信号)实现的调制，而产生与设定的偏置电流对应的单一频率&的光。该频率为f0的光入射到电光调制器(EOM)中，通过频率转换电路290的输出信号(调制信号)施加调制。其结果是，能够产生具有与图4相同的频谱的光。并且，将该电光调制器(EOM)产生的光照射到气室110。在该原子振荡器中，半导体激光器200和电光调制器(EOM)的结构相当于图1、图9或图13的光产生部20。
[0198]另外，也可以替代电光调制器(EOM)而使用声光调制器(A0M:Acousto 一 OpticModulator)。
[0199]4.应用例
[0200]本实施方式或者变形例的原子振荡器的结构能够应用于通过共振光使原子产生量子干涉状态的各种量子干涉装置。
[0201][应用例I]
[0202]例如，在本实施方式或者变形例的原子振荡器中，通过去除磁屏蔽罩150，由此使得压控石英振荡器(VCXO) 260的振荡频率跟随于气室模块100的周边磁场的变化而变化。因此，通过在气室模块100的附近配置磁测量对象物，能够实现磁传感器(量子干涉装置的一例)。
[0203][应用例2]
[0204]此外，例如，通过与本实施方式或者变形例的原子振荡器相同的结构，能够形成极其稳定的金属原子的量子干涉状态(量子相干状态)，因此通过取出入射到气室110的共振光对，能够实现量子计算机、量子存储器、量子加密系统等量子信息设备中使用的光源(量子干涉装置的一例)。
[0205]上述实施方式和变形例只是一个例子，不限于此。例如，还可以适当组合各实施方式和各变形例。
[0206]本发明包含与实施方式中说明的结构实质相同的结构(例如，功能、方法和结果相同的结构，或者目的和效果相同的结构)。此外，本发明包含对实施方式中说明的结构的非本质部分进行置换后的结构。此外，本发明包含能够起到与实施方式中说明的结构相同作用效果的结构或达到相同目的的结构。此外，本发明包含对实施方式中说明的结构添加了公知技术后的结构。
【权利要求】
1.一种原子室模块，其特征在于，具有: 封入有原子的原子室； 发热部，其通过流过电流而发热，对所述原子室进行加热；以及 产生磁场的磁场产生部， 在所述原子室的内部，由所述磁场产生部产生的磁场与由流过所述发热部的电流产生的磁场具有彼此相反方向的磁场分量。
2.根据权利要求1所述的原子室模块，其特征在于， 所述磁场产生部通过使流过所述发热部的电流的至少一部分流过，由此使所述原子室的内部产生磁场。
3.根据权利要求1或2所述的原子室模块，其特征在于， 所述原子室模块具有磁屏蔽部，该磁屏蔽部将所述原子室、所述发热部以及所述磁场产生部从外部磁场屏蔽开。
4.一种量子干涉装置，其特征在于，具有: 权利要求1所述的原子室模块； 光产生部，其产生包含共振光对的光并照射到所述原子室； 光检测部，其检测透射过所述原子室的光；以及 控制部，其根据所述光检测部的检测信号控制所述共振光对的频率。
5.根据权利要求4所述的量子干涉装置，其特征在于， 所述量子干涉装置具有磁场控制部，所述磁场控制部控制所述磁场产生部产生的磁场，以减小所述原子室的内部磁场的变动量。
6.根据权利要求5所述的量子干涉装置，其特征在于， 所述原子室模块具有检测由流过所述发热部的电流产生的磁场的强度的磁检测部， 所述磁场控制部根据所述磁检测部的检测信号，控制所述磁场产生部产生的磁场。
7.根据权利要求6所述的量子干涉装置，其特征在于， 所述磁检测部与所述发热部接触。
8.根据权利要求5所述的量子干涉装置，其特征在于， 所述量子干涉装置包含检测流过所述发热部的电流的电流检测部， 所述磁场控制部根据所述电流检测部的检测信号，控制所述磁场产生部产生的磁场。
9.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求4?8中任一项所述的量子干涉装置。
10.一种原子室的磁场控制方法，其控制封入有原子的原子室的内部磁场，所述原子室的磁场控制方法的特征在于， 由磁场产生部产生包含如下磁场分量的磁场，所述磁场分量的方向与基于流过对所述原子室进行加热的发热部的电流而产生的所述原子室的内部磁场的方向相反。
【文档编号】H03L7/26GK103684449SQ201310399153
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2012年9月10日
【发明者】珎道幸治, 吉田启之 申请人:精工爱普生株式会社