量子干涉装置、原子振荡器和移动体的制作方法
【专利摘要】本发明提供量子干涉装置、原子振荡器和移动体，能够在实现小型化的同时，抑制从通过通电而发热的发热部对气室的不必要磁场的影响，具有该原子振荡器的移动体的可靠性优良。本发明的原子振荡器（1）具有：气室（21），其具备具有透光性的2个窗部，密封有金属原子；光射出部（22），其射出用于激励气室（21）内的金属原子的激励光；光检测部（24），其检测透射过气室（21）的激励光；进行发热的加热器（25）；以及连接部件（29），其以热的方式连接加热器（25）和气室（21）的各窗部。
【专利说明】量子干涉装置、原子振荡器和移动体
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及量子干涉装置、原子振荡器和移动体。
【背景技术】
[0002]公知有根据铷、铯等碱金属原子的能量跃迁而进行振荡的原子振荡器。原子振荡器的工作原理一般大致分为利用基于光和微波的双共振现象的方式、以及利用基于波长不同的2种光的量子干涉效应(CPT:Coherent Population Trapping)的方式。
[0003]在任何方式的原子振荡器中，都是将碱金属与缓冲气体一起密封到气室内，为了使该碱金属保持气体状，需要将气室加热到规定温度。并且，对气室内照射用于激励碱金属的激励光，检测透射过气室内的激励光的强度。
[0004]这里，一般地，在气室内，碱金属不是全部气化，其一部分作为多余量而以液体的方式存在。该多余量的碱金属通过在气室的温度较低的部分析出(结露)而成为液体。
[0005]当这种多余量的碱金属原子存在于激励光的穿过区域时，遮挡激励光，从而导致原子振荡器的振荡特性低下。
[0006]因此，例如，在专利文献I记载的原子振荡器中，在密封有气体状的金属原子的气室的激励光的入射面上和出射面上分别配置有多个加热器。
[0007]但是，在专利文献I记载的原子振荡器中，由于加热器配置在气室附近，因此，通过通电而在加热器产生的不必要磁场作用于气室内的碱金属，存在导致振荡特性低下的问题。特别是当加热器的数量为多个时，在为了使气室内的温度保持恒定而使对各加热器的通电量变动时，不仅不必要磁场的大小发生变动，而且方向也发生变动，因此，该问题变得显著。
[0008]并且，在专利文献I记载的原子振荡器中，由于加热器的数量为多个，因此，例如对加热器的布线的数量变多，结果，存在原子振荡器全体大型化的问题。
[0009]【专利文献I】日本特开2009-302706号公报
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于，提供量子干涉装置、原子振荡器以及具有该原子振荡器的可靠性优良的移动体，能够在实现小型化的同时，抑制从通过通电而发热的发热部对气室的不必要磁场的影响。
[0011]本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下形式或应用例来实现。
[0012][应用例I]
[0013]本应用例的量子干涉装置的特征在于，该量子干涉装置具有:气室，其具备具有透光性的2个窗部和与所述2个窗部一起密封有金属原子的侧壁；光射出部，其射出透射过一个所述窗部而激励所述金属原子的光；光检测部，其检测穿过所述金属原子并透射过另一个所述窗部的所述光；发热部，其进行发热；以及连接部件，其包含导热系数比构成所述侧壁的材料大的材料，以热的方式连接所述发热部和所述2个窗部。
[0014]根据这种量子干涉装置，由于发热部经由连接部件而分别与气室的2个窗部热连接，因此，能够通过基于连接部件的热传导将来自发热部的热传递到各窗部，对各窗部进行加热。并且，能够分离发热部和气室。因此，能够抑制通过对发热部通电而产生的不必要磁场对气室内的金属原子造成不良影响。并且，由于能够减少发热部的数量，因此，例如能够减少用于对发热部通电的布线的数量，结果，能够实现量子干涉装置的小型化。
[0015][应用例2]
[0016]本应用例的量子干涉装置的特征在于，该量子干涉装置具有:气室，其具备具有透光性的2个窗部和与所述2个窗部一起密封有金属原子的侧壁；光射出部，其射出透射过一个所述窗部而激励所述金属原子的光；光检测部，其检测穿过所述金属原子并透射过另一个所述窗部的所述光；发热部，其进行发热；以及连接部件，其包含导热系数比构成所述侧壁的材料大的材料，该连接部件与所述2个窗部连接，一部分与所述发热部相对。
[0017]根据这种量子干涉装置，由于发热部与连接部件的一部分相对，因此，能够将来自发热部的热传递到连接部件，进而，由于连接部件分别与气室的2个窗部连接，因此，能够通过基于连接部件的热传导将来自发热部的热传递到各窗部，对各窗部进行加热。并且，能够分离发热部和气室。因此，能够抑制通过对发热部通电而产生的不必要磁场对气室内的金属原子造成不良影响。并且，由于能够减少发热部的数量，因此，例如能够减少用于对发热部通电的布线的数量，结果，能够实现量子干涉装置的小型化。
[0018][应用例3]
[0019]在本应用例的量子干涉装置中，优选在所述窗部的表面配置有传热层，该传热层包含导热系数比构成所述窗部的材料大的材料。
[0020]由此，能够通过基于传热层的热传导而高效地扩散来自连接部件的热。结果，能够使各窗部的温度分布均匀化。
[0021][应用例4]
[0022]在本应用例的量子干涉装置中，优选所述窗部和所述连接部件隔着所述传热层连接。
[0023]由此，能够高效地将来自连接部件的热传递到各窗部。
[0024][应用例5]
[0025]在本应用例的量子干涉装置中，优选所述连接部件具有在所述2个窗部并列的方向上夹着所述气室的一对连接部、以及连接所述一对连接部的连结部。
[0026]由此，能够高效地将来自发热部的热传递到各窗部。
[0027][应用例6]
[0028]在本应用例的量子干涉装置中，优选所述连结部具有与所述气室分离的部分。
[0029]由此，能够抑制连结部与气室之间的热传递，高效地从连接部件到各窗部进行热传递。
[0030][应用例7]
[0031]在本应用例的量子干涉装置中，优选所述连接部件包含软磁性材料，至少一部分配置在所述气室与所述发热部之间。
[0032]由此，能够抑制来自发热部的磁场波及气室。[0033][应用例8]
[0034]在本应用例的量子干涉装置中，优选所述发热部与所述气室分离。
[0035]由此，能够抑制通过对发热部通电而产生的不必要磁场对气室内的金属原子造成不良影响。
[0036][应用例9]
[0037]本应用例的原子振荡器的特征在于，该原子振荡器具有上述应用例的量子干涉装置。
[0038]由此，可提供能够在实现小型化的同时，抑制从通过通电而发热的发热部对气室的不必要磁场的影响的原子振荡器。
[0039][应用例10]
[0040]本应用例的移动体的特征在于，该移动体具有上述应用例的量子干涉装置。
[0041]由此，可提供具有优良可靠性的移动体。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是示出本发明的第I实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的剖面图。
[0043]图2是图1所示的原子振荡器的概略图。
[0044]图3是用于说明图1所示的原子振荡器的气室内的碱金属的能量状态的图。
[0045]图4是针对图1所示的原子振荡器的光射出部和光检测部，示出来自光射出部的2个光的频率差与光检测部中的检测强度之间的关系的曲线图。
[0046]图5是用于说明图1所示的原子振荡器的发热部和连接部件的剖面图。
[0047]图6是用于说明图1所示的原子振荡器的气室和连接部件的分解图。
[0048]图7是用于说明图1所示的原子振荡器的气室和连接部件的平面图。
[0049]图8的(a)是用于说明图1所示的原子振荡器的支承部件的平面图，(b)是(a)中的A-A线剖面图。
[0050]图9是示出本发明的第2实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的剖面图。
[0051]图10是用于说明图9所示的原子振荡器的气室和连接部件的平面图。
[0052]图11是示出在利用GPS卫星的测位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。
[0053]图12是示出使用本发明的原子振荡器的时钟传送系统的一例的概略结构图。
[0054]图13是示出具有本发明的原子振荡器的移动体(汽车)的结构的立体图。
[0055]标号说明
[0056]1:原子振汤器；1A:原子振汤器；2:单兀部；2A:单兀部；3:封装；4:支承部件；5:控制部；21:气室；22:光射出部；24:光检测部；25:加热器；26:温度传感器；27:线圈；28:基板;29:连接部件；29A:连接部件；30:粘接剂；31:基体；32:盖体；41:脚部；42:连结部；51:激励光控制部；52:温度控制部；53:磁场控制部；100:测位系统；200:卫星；211:主体部；212:窗部；213:窗部；214:传热层；215:传热层；231:光学部件；232:光学部件；291:连接部件；291A:连接部件；291a:连接部；291b:连接部；291c:连结部；292:连接部件；292A:连接部件；292a:连接部；292b:连接部；292c:连结部；300:基站装置；301:天线；302:接收装置；303:天线；304:发送装置；400:接收装置；401:天线；402:卫星接收部；403:天线；404:基站接收部；411:中空部；421:凹部；500:时钟传送系统；501:时钟供给装置；502: SDH装置；503:时钟供给装置；504: SDH装置；505:时钟供给装置；506:SDH装置；507:SDH装置；508:主时钟；509:主时钟；1500:移动体；1501:车体；1502:车轮；LL:激励光；S:内部空间。
【具体实施方式】
[0057]下面，根据附图所示的实施方式对本发明的量子干涉装置、原子振荡器和移动体进行详细说明。
[0058]1.原子振荡器(量子干涉装置)
[0059]首先，对本发明的原子振荡器(具有本发明的量子干涉装置的原子振荡器)进行说明。另外，下面说明将本发明的量子干涉装置应用于原子振荡器的例子，但是，本发明的量子干涉装置不限于此，除了原子振荡器以外，例如还能够应用于磁传感器、量子存储器等。
[0060]<第I实施方式>
[0061]图1是示出本发明的第I实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的剖面图，图2是图1所示的原子振荡器的概略图。并且，图3是用于说明图1所示的原子振荡器的气室内的碱金属的能量状态的图，图4是针对图1所示的原子振荡器的光射出部和光检测部，示出来自光射出部的2个光的频率差与光检测部中的检测强度之间的关系的曲线图。并且，图5是用于说明图1所示的原子振荡器的发热部和连接部件的剖面图，图6是用于说明图1所示的原子振荡器的气室和连接部件的分解图，图7是用于说明图1所示的原子振荡器的气室和连接部件的平 面图。并且，图8的(a)是用于说明图1所示的原子振荡器的支承部件的平面图，图8 (b)是图8 (a)中的A-A线剖面图。
[0062]另外，下面，为了便于说明，将图1中的上侧称作“上”，将下侧称作“下”。
[0063]图1所示的原子振荡器I是利用量子干涉效应的原子振荡器。
[0064]如图1所示，该原子振荡器I具有构成产生量子干涉效应的主要部分的单元部2、收纳单元部2的封装3、以及收纳在封装3内且在封装3上支承单元部2的支承部件4。
[0065]这里，单元部2包含气室21、光射出部22、光学部件231、232、光检测部24、加热器25 (发热部)、温度传感器26、基板28以及连接部件29，并使它们单元化。
[0066]并且，虽然在图1中没有图示，但是，除了上述部件以外，原子振荡器I还具有线圈27和控制部5 (参照图2)。
[0067]首先，对原子振荡器I的原理进行简单说明。
[0068]在原子振荡器I中，在气室21内密封有气体状的铷、铯、钠等碱金属(金属原子)。
[0069]如图3所示，碱金属具有三能级系统的能级，可取能级不同的2个基态(基态1、2)和激发态这3个状态。这里，基态I是低于基态2的能量状态。
[0070]当对这种气体状的碱金属照射频率不同的2种共振光1、2时，根据共振光I的频率ω I与共振光2的频率0 2之差(01-(02)，共振光1、2在碱金属中的光吸收率(光透射率)发生变化。
[0071]而且，在共振光I的频率ω?与共振光2的频率ω2之差(ω1_ω2)同相当于基态I与基态2的能量差的频率一致时，从基态1、2到激发态的激励分别停止。此时，共振光
1、2均不被碱金属吸收而进行透射。将这种现象称作CPT现象或电磁感应透明现象(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)。
[0072]光射出部22朝向气室21射出所述频率不同的2种光(共振光I和共振光2)。
[0073]例如，当光射出部22固定共振光I的频率ω I而使共振光2的频率ω 2变化时，在共振光I的频率ω I与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)同相当于基态I与基态2的能量差的频率ωΟ—致时，如图4所示，光检测部24的检测强度急剧上升。检测这种急剧的信号作为EIT信号。该EIT信号具有由碱金属的种类决定的固有值。因此，通过使用这种EIT信号，能够构成振荡器。
[0074]下面，依次对原子振荡器I的各部进行详细说明。
[0075][气室]
[0076]在气室21内密封有气体状的铷、铯、钠等碱金属。
[0077]如图5所示，气室21具备柱状的具有贯通孔的主体部211和封闭该贯通孔的两个开口的一对窗部212、213。由此，形成密封有所述碱金属的内部空间S。
[0078]这里，主体部211与2个窗部212、213 —起构成形成内部空间S的侧壁。并且，气室21的各窗部212、213针对来自所述光射出部22的激励光具有透射性。而且，一个窗部212透射入射到气室21内的激励光，另一个窗部213透射从气室21内射出的激励光。
[0079]作为构成该窗部212、213的材料，只要针对所述激励光具有透射性即可，没有特别限定，例如可举出玻璃材料、石英等。
[0080]并且，构成气室21的主体部211的材料没有特别限定，可以是金属材料、树脂材料等，也可以与窗部212、213同样是玻璃材料、石英等。
[0081]而且，各窗部212、213与主体部211气密接合。由此，能够使气室21的内部空间S成为气密空间。
[0082]作为气室21的主体部211与窗部212、213的接合方法，根据它们的构成材料来决定，没有特别限定，例如可以采用基于粘接剂的接合方法、直接接合法、阳极接合法等。
[0083]并且,在气室21的窗部212的表面设有传热层214。同样,在气室21的窗部213的表面设有传热层215。
[0084]传热层214、215分别由导热系数比构成窗部212、213的材料的导热系数大的材料构成。这样，通过在窗部212、213的表面配置包含导热系数比构成窗部212、213的材料大的材料的传热层214、215，能够通过基于传热层214、215的热传导而高效地扩散来自连接部件29的热。结果，能够使各窗部212、213的温度分布均匀化。
[0085]在本实施方式中，传热层214、215设置在气室21的外表面侧。因此，能够使连接部件29与各传热层214、215接触。由此，能够高效地进行从连接部件29到各传热层214、215的热传递。结果，能够防止气体状的碱金属凝结在气室21的光通过面上，提高原子振荡器I的稳定度特性。
[0086]另外，也可以在各窗部212、213的内侧表面也设有与传热层214、215相同的传热层。该情况下，能够更加高效地使各窗部212、213的温度分布均匀化。
[0087]并且，传热层214、215针对激励光具有透射性。由此，能够使激励光从气室21的外部经由传热层214和窗部212入射到气室21内。并且，能够使激励光从气室21内经由窗部213和传热层215射出到气室21的外部。
[0088]作为这种传热层214、215的构成材料，只要是具有比窗部212、213的构成材料的导热系数高的导热系数并且能够使传热层214、215透射激励光的材料即可，没有特别限定，例如可以使用金刚石、DLC (diamond-like carbon)等。
[0089][光射出部]
[0090]光射出部22具有射出用于激励气室21中的碱金属原子的激励光的功能。
[0091]更具体而言，光射出部22射出所述频率不同的2种光(共振光I和共振光2)。
[0092]共振光I的频率ω I能够将气室21中的喊金属从所述基态I激励成激发态。
[0093]并且，共振光2的频率ω 2能够将气室21中的碱金属从所述基态2激励成激发态。
[0094]作为该光射出部22，只要能够射出所述激励光即可，没有特别限定，例如，可以使用垂直谐振腔面发光激光器(VCSEL)等半导体激光器等。
[0095][光学部件]
[0096]如图2所示，多个光学部件231、232分别设置在所述光射出部22与气室21之间的激励光LL的光路上。
[0097]在本实施方式中，从光射出部22侧到气室21侧依次配置有光学部件231、光学部件 232。
[0098]光学部件231是λ /4波长板。由此,能够将来自光射出部22的激励光LL从线偏光转换成圆偏光(右圆偏光或左圆偏光)。
[0099]如后所述，在通过线圈27的磁场而使气室21内的碱金属原子进行塞曼分裂后的状态下，对碱金属原子照射线偏光的激励光时，由于激励光与碱金属原子的相互作用，均等地分散存在于碱金属原子进行塞曼分裂后的多个能级中。结果，由于期望能级的碱金属原子的数量相对于其它能级的碱金属原子的数量相对减少，因此，产生期望的EIT现象的原子数减少，期望的EIT信号的强度减小，结果，导致原子振荡器I的振荡特性低下。
[0100]与此相对，如后所述，在通过线圈27的磁场而使气室21内的碱金属原子进行塞曼分裂后的状态下，对碱金属原子照射圆偏光的激励光时，通过激励光与碱金属原子的相互作用，能够使碱金属原子进行塞曼分裂后的多个能级中的期望能级的碱金属原子的数量相对于其它能级的碱金属原子的数量相对增多。因此，产生期望的EIT现象的原子数增大，期望的EIT信号的强度增大，结果，能够提高原子振荡器I的振荡特性。
[0101]光学部件232是减光滤波器(ND滤波器)。由此，能够调整(减小)入射到气室21的激励光LL的强度。因此，在光射出部22的输出较大的情况下，也能够使入射到气室21的激励光成为期望的光量。在本实施方式中，通过光学部件232来调整穿过所述光学部件231后的具有规定方向偏振的激励光LL的强度。
[0102]另外，在光射出部22与气室21之间，除了波长板和减光滤波器以外，还可以配置透镜、偏振片等其它光学部件。并且，根据来自光射出部22的激励光的强度，也可以省略光学部件232。
[0103][光检测部]
[0104]光检测部24具有检测透射过气室21内的激励光LL (共振光1、2)的强度的功能。
[0105]在本实施方式中，光检测部24通过粘接剂30而接合在连接部件29上。
[0106]这里，作为粘接剂30，可以使用公知的粘接剂，但是，在使用导热性优良的粘接剂的情况下，还能够通过来自连接部件29的热对光检测部24进行温度调节，另一方面，在使用绝热性优良的粘接剂的情况下，能够抑制连接部件29与光检测部24之间的热干扰。[0107]作为该光检测部24，只要能够检测上述激励光即可，没有特别限定，例如可以使用太阳电池、光电二极管等光检测器(受光元件)。
[0108][加热器]
[0109]加热器25是通过通电而发热的发热电阻体(发热部)。
[0110]来自该加热器25的热经由基板28和连接部件29而传递到气室21。由此，气室21 (更具体而言是气室21中的碱金属)被加热，能够使气室21中的碱金属维持气体状。并且，在本实施方式中，来自加热器25的热还经由基板28而传递到光射出部22。
[0111]该加热器25与气室21分离。由此，能够抑制通过对加热器25通电而产生的不必要磁场对气室21内的金属原子造成不良影响。
[0112]在本实施方式中，加热器25设置在基板28上。由此，来自加热器25的热被传递到基板28。
[0113]并且，在本实施方式中，加热器25与连接部件29的一部分相对并分离。由此，能够高效地将来自加热器25的热传递到连接部件29或气室21等。另外，加热器25只要与连接部件29的一部分相对即可，也可以连接。
[0114]另外，也可以代替加热器25或与加热器25 —起使用帕尔贴元件。该情况下，帕尔贴元件的发热侧的部分构成发热部。
[0115][温度传感器]
[0116]温度传感器26检测加热器25或气室21的温度。而且，根据该温度传感器26的检测结果，对所述加热器25的发热量进行控制。由此，能够使气室21内的碱金属原子维持期望的温度。
[0117]在本实施方式中，温度传感器26设置在基板28上。
[0118]另外，温度传感器26的设置位置不限于此，例如，可以设置在连接部件29上，也可以设置在加热器25上，还可以设置在气室21的外表面上。
[0119]作为温度传感器26，没有特别限定，可以使用热敏电阻、热电偶等公知的各种温度传感器。
[0120][线圈]
[0121]线圈27具有通过通电而产生磁场的功能。由此，通过对气室21中的碱金属施加磁场，通过塞曼分裂，扩大碱金属退化的不同能级间的能隙，能够提高分辨能力。结果，能够提闻原子振荡器I的振荡频率的精度。
[0122]另外，线圈27产生的磁场可以是直流磁场或交流磁场中的任意一种磁场，也可以是叠加直流磁场和交流磁场而成的磁场。
[0123]并且，该线圈27可以是设置成包围气室21的螺管线圈，也可以是设置成夹着气室21的亥姆霍兹线圈。
[0124]线圈27的设置位置没有图示，可以设置在气室21与连接部件29之间，也可以设置在连接部件29与封装3之间。
[0125][基板]
[0126]在基板28的一个表面(上表面)上搭载有光射出部22、加热器25、温度传感器26以及连接部件29。
[0127]基板28具有将来自加热器25的热传递到连接部件29的功能。由此，即使加热器25与连接部件29分离，也能够将来自加热器25的热传递到连接部件29。
[0128]这里，基板28以热的方式连接加热器25和连接部件29。通过这样在基板28上搭载加热器25和连接部件29，能够提高加热器25的设置自由度。
[0129]并且，通过在基板28上搭载光射出部22，能够通过来自加热器25的热对光射出部22进行温度调节。
[0130]并且，基板28还具有支承光射出部22、加热器25、温度传感器26以及连接部件29的功能。
[0131]作为这种基板28的构成材料，没有特别限定，可以使用导热性优良的材料，例如金属材料。另外，在基板28由金属材料构成的情况下，根据需要，也可以在基板28的表面设置例如由树脂材料、金属氧化物、金属氮化物等构成的绝缘层。
[0132]另外，根据连接部件29的形状、加热器25的设置位置等，也可以省略基板28。该情况下，只要将加热器25设置在与连接部件29接触的位置即可。
[0133][连接部件]
[0134]连接部件29以热的方式连接加热器25和气室21的各窗部212、213。由此，通过连接部件29的热传导将来自加热器25的热传递到各窗部212、213，能够对各窗部212、213进行加热。并且，能够分离加热器25和气室21。因此，能够抑制通过对加热器25通电而产生的不必要磁场对气室21内的金属原子造成不良影响。并且，由于能够减少加热器25的数量，因此，例如能够减少用于对加热器25通电的布线的数量，结果，能够实现原子振荡器I (量子干涉装置)的小型化。
[0135]如图5所示，连接部件29由设置成夹着气室21的一对连接部件291、292构成。由此，容易将连接部件29设置于气室21，并且，能够均匀地从连接部件29向气室21的各窗部212、213传递热。
[0136]更具体进行说明时，连接部件291具有在2个窗部212、213并列的方向上夹着气室21的一对连接部291a、291b以及连接一对连接部291a、291b的连结部291c。同样，连接部件292具有在2个窗部212、213并列的方向上夹着气室21的一对连接部292a、292b以及连接一对连接部292a、292b的连结部292c。由此，能够高效地将来自加热器25的热传递到各窗部212、213。
[0137]这里，连接部291a、292a分别与传热层214接触。同样，连接部291b、292b分别与传热层214接触。
[0138]S卩，窗部212和连接部件291、292隔着传热层214连接。同样，窗部213和连接部件291、292隔着传热层215连接。由此，能够高效地将来自连接部件291、292的热传递到各窗部212、213。
[0139]并且，连接部291a、291b、292a、292b分别以避开激励光LL的穿过区域的方式形成。即，连接部291a、291b、292a、292b分别配置在激励光LL的穿过区域外侧。由此，能够使激励光入射到气室21，并且能够使激励光从气室21射出。
[0140]在本实施方式中，在从与激励光LL的轴a平行的方向观察时，连接部291a、291b、292a,292b位于内部空间S的外侧。由此，能够增大激励光LL的穿过区域。
[0141]例如，如图6所示，这样一对连接部件291、292以从气室21的相互相对的一对侧面的两侧夹着气室21的方式嵌合。[0142]该嵌合前的连接部件291、292被设计成，连接部件291中的连接部291a与连接部291b之间的距离、以及连接部件292中的连接部292a与连接部292b之间的距离，分别与气室21中的传热层214的外表面与传热层215的外表面之间的距离(在省略传热层214、215的情况下是窗部212的外表面与窗部213的外表面之间的距离)相等或者比该距离稍小。而且，根据需要使连结部291c、292c弹性变形，如上所述使连接部件291、292与气室21嵌合。由此，能够使连接部291a、292a分别与传热层214 (在省略传热层214、215的情况下是窗部212)接触，并且，能够使连接部291b、292b分别与传热层214 (在省略传热层214、215的情况下是窗部212)接触。
[0143]另外，在传热层214与连接部291a、292a之间、以及传热层215与连接部291b、292b之间的至少一方形成有间隙的情况下，也可以在该间隙中填充具有导热性的粘接剂。作为这种粘接剂，例如可举出金属膏、含有传热性填充物的树脂系粘接剂、硅酮树脂系粘接剂等。通过使用这种粘接剂，即使在它们之间形成间隙，也能够使它们之间的导热性优良。并且，即使不形成这种间隙，使用所述粘接剂，也能够在气室21上固定连接部件291、292。并且，这种粘接剂还可以填充在连接部件291与连接部件292之间。
[0144]并且，连结部291c、292c分别配置成在与气室21之间形成间隙。S卩，连结部291c、292c分别具有与气室21分离的部分。由此，抑制连结部291c、292c与气室21之间的热传递，能够高效地从连接部件291、292到各窗部212、213进行热传递。
[0145]作为这种连接部件29的构成材料，只要是导热系数比构成气室21的主体部211的材料大的材料即可，可以使用导热性优良的材料，例如金属材料。进而，例如还可以使用Fe、各种Fe合金(娃铁、坡莫合金、非晶金属(Amorphous)、铁娃招磁性合金(Sendust))等软磁性材料。由此，能够抑制通过对加热器25通电而产生的不必要磁场对气室21内的金属原子造成不良影响。并且，还能够抑制带来不必要的磁场。
[0146][封装]
[0147]封装3具有收纳单元部2和支承部件4的功能。另外，虽然在图1中省略了图示，但是，在封装3内还收纳有图2所示的线圈27。并且，在封装3内还可以收纳所述部件以外的部件。
[0148]如图1所示，该封装3具有板状的基体31 (基座部)和有底筒状的盖体32，盖体32的开口被基体31封闭。由此，形成收纳单元部2和支承部件4的空间。
[0149]基体31经由支承部件4支承单元部2。
[0150]并且，虽然没有图示，但是，在基体31上设有用于从封装3的外部向内部的单元部2进行通电的多个布线和多个端子。
[0151]作为该基体31的构成材料，没有特别限定，例如可以使用树脂材料、陶瓷材料等。
[0152]在这种基体31上接合盖体32。
[0153]作为基体31与盖体32的接合方法，没有特别限定，例如可以使用钎焊、缝焊、能量线焊接(激光焊接、电子线焊接等)等。
[0154]另外，也可以在基体31与盖体32之间插装用于对它们进行接合的接合部件。
[0155]作为这种盖体32的构成材料，没有特别限定，例如可以使用树脂材料、陶瓷材料、金属材料等。
[0156]并且，优选基体31和盖体32气密接合。即，优选封装3内为气密空间。由此，能够使封装3内成为减压状态或惰性气体密封状态，结果，能够提高原子振荡器I的特性。
[0157]特别优选封装3内为减压状态。
[0158]由此，能够抑制经由封装3内的空间的热传递。因此，能够抑制连接部件29与封装3的外部之间、经由封装3内的空间的加热器25与气室21之间的热干扰。因此，能够高效地将来自加热器25的热经由连接部件29传递到各窗部212、213，能够减小2个窗部212、213间的温度差。
[0159]并且，能够更加有效地抑制单元部2与封装3的外部之间的热传递。
[0160][支承部件4]
[0161]支承部件4收纳在封装3内，具有在构成封装3的一部分的基体31上支承单元部2的功能。
[0162]并且，支承部件4具有抑制单元部2与封装3的外部之间的热传递的功能。
[0163]如图8所示，该支承部件4具有多个脚部41 (柱部)和相互连结多个脚部41间的连结部42。
[0164]多个脚部41例如分别通过粘接剂接合在封装3的基体31内侧的表面上。
[0165]在从基体31与单元部2重合的方向观察到的平面视图(以下简称为“平面视图”)中该多个脚部41配置在单元部2的外侧。
[0166]在本实施方式中，在平面视图中，对应于呈正方形的气室21的角部而设置4个脚部41。
[0167]各脚部41呈圆筒状，在与基体31的内侧表面垂直的方向上延伸并竖立设置。
[0168]并且，在各脚部41中形成有中空部411。由此，能够在确保各脚部41的刚性的同时，抑制脚部41中的热传递。
[0169]优选该中空部411与大气压相比为减压气氛(减压状态或真空状态)。由此，能够更加有效地抑制脚部41中的热传递。
[0170]在本实施方式中，中空部411上下贯通脚部41。因此，能够通过使封装3内成为减压状态，使中空部411内也成为减压状态。
[0171]另外，在中空部411的上侧未敞开的情况下，如果在各脚部41与基体31之间形成连通中空部411内外的间隙，则能够通过使封装3内成为减压状态，使中空部411内也成为减压状态。
[0172]连结部42连结多个脚部41的上端部(一端部)彼此。由此，支承部件4的刚性提高。在本实施方式中，连结部42与多个脚部41 一体形成。另外，连结部42也可以与多个脚部41分开形成，例如通过粘接剂与各脚部41进行接合。
[0173]连结部42全体呈板状。由此，能够通过比较简单的结构来提高支承部件4的刚性。
[0174]并且，在平面视图中，连结部42呈四边形，以使4个脚部41位于角部。
[0175]在该连结部42的上表面(脚部41的相反侧的表面)接合(连接)有单元部2 (更具体而言是基板28)。由此，通过支承部件4支承单元部2。
[0176]在平面视图中，连结部42与单元部2的连接部位于所述多个脚部41的上端部(一端部)内侧。
[0177]在该连结部42的上表面(即单元部2侧的表面)的中央部形成有凹部421。
[0178]该凹部421内的空间位于单元部2与连结部42之间。由此，能够减小单元部2与连结部42的接触面积，能够有效抑制连结部42与单元部2之间的热传递。并且，还能够抑制连结部42中的热传递。
[0179]在本实施方式中，在平面视图中，凹部421配置在单元部2的外形内侧。因此，单元部2与连结部42的凹部421外周侧的部分接合。另外，凹部421也可以具有在平面视图中位于单元部2的外形外侧的部分。
[0180]并且，优选凹部421内为减压状态。由此，能够提高凹部421内的绝热性，抑制从单元部2到连结部42的热逃逸。
[0181]单元部2与支承部件4的接合部位可以沿着凹部421的外周形成在整周范围内，但是，从抑制经由接合部位的单元部2与支承部件4之间的热传导的观点来看，优选以点状形成多个接合部位。
[0182]并且，优选在单元部2与支承部件4之间形成连通凹部421内外的间隙。由此，能够通过使封装3内成为减压状态，使凹部421内也成为减压状态。
[0183]根据这种支承部件4，在平面视图中，各脚部41的下端部(另一端部)与单元部2分离。因此，支承部件4具有从单元部2与支承部件4的连接部到各脚部41的下端部的热传递路径(以下称作“支承部件4的热传递路径”)屈曲或弯曲的部分。
[0184]由此，即使减小基体31与单元部2之间的距离，也能够延长经由支承部件4的从单元部2到基体31的热传递路径。因此，能够在实现原子振荡器I小型化的同时，抑制经由支承部件4的从单元部2到基体31的热传递。并且，由于多个脚部41间通过连结部42连结，因此，能够提高支承部件4的刚性。因此，能够抑制单元部2的振动。
[0185]并且，优选在设支承部件4的热传递路径各自的长度为L [m]，支承部件4的热传递路径处的平均横截面积的合计为A[m2]，构成支承部件4的材料的导热系数为λ [ff/(m -K)]时，满足(热阻)=(I/λ ) X (L/A)≥16800[°C /W]的关系。
[0186]由此，能够抑制经由支承部件4的从单元部2到基体31的热传递。并且，能够将加热器25的功耗抑制到15mW以下，能够实现原子振荡器I的低功耗化。并且，由于能够使加热器25小型化，因此，能够实现原子振荡器I的小型化。因此，能够在各种设备中搭载原子振荡器I。
[0187]并且，作为支承部件4的构成材料，只要是导热性比较低且能够确保支承部件4支承单元部2的刚性的材料即可，没有特别限定，例如优选使用树脂材料、陶瓷材料等非金属，更加优选使用树脂材料。在支承部件4由树脂材料构成的情况下，即使支承部件4的形状复杂，也能够使用例如注塑成型等公知方法而容易地制造支承部件4。另外，脚部41的构成材料和连结部42的构成材料可以相同，也可以不同。
[0188]作为构成支承部件4的树脂材料，没有特别限定，例如可举出聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等聚烯烃、丙烯系树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS树脂)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、本乙稀系、聚稀经系、聚氣乙稀系、聚氣脂系、聚酷系、聚酸胺系、聚丁二稀系、聚异戊二烯系、氟橡胶系、氯化聚乙烯系等各种热可塑性人造橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、尿素树月旨、三氯氰胺甲醛树脂、不饱和聚酯、硅酮树脂、聚氨脂等，或者以它们为主的共聚物、混合体、聚合物混合体等，可以组合它们中的I种或2种以上(例如作为2层以上的层叠体)来使用。[0189]并且，优选支承部件4的导热系数为0.1ff.πm1.m1以上40W.πm1.m1以下，更加优选为0.1ff.πm1.K—1以上0.5W.πm1.K—1以下。由此，能够更加有效地抑制单元部2与封装3之间的经由支承部件4的热传导。即，能够提高支承部件4的绝热性，使对单元部2和封装3进行热分离的效果更为显著。
[0190]并且，优选对各脚部41和连结部42中的至少一方的表面实施提高热反射率的处理。由此，能够抑制支承部件4与其它部件(特别是基体31)之间的由于放射而引起的热传递。
[0191]作为这种提高热反射率的处理，没有特别限定，例如可举出在支承部件4的表面形成金属膜的处理。
[0192][控制部]
[0193]图2所示的控制部5具有分别对加热器25、线圈27和光射出部22进行控制的功倉泛。
[0194]这种控制部5具有对光射出部22的共振光1、2的频率进行控制的激励光控制部51、对气室21中的碱金属的温度进行控制的温度控制部52、对施加给气室21的磁场进行控制的磁场控制部53。
[0195]激励光控制部51根据所述光检测部24的检测结果，对从光射出部22射出的共振光1、2的频率进行控制。更具体而言，激励光控制部51对从光射出部22射出的共振光1、2的频率进行控制，以使由所述光检测部24检测到的(ω 1-ω2)成为所述碱金属固有的频率ωΟ。并且，激励光控制部51对从光射出部22射出的共振光1、2的中心频率进行控制。由此，能够检测所述 EIT信号。然后，控制部5与EIT信号同步地输出未图示的石英振荡器的信号。
[0196]并且，温度控制部52根据温度传感器26的检测结果，控制对加热器25的通电。由此，能够使气室21维持在期望的温度范围内。
[0197]并且，磁场控制部53控制对线圈27的通电，以使线圈27产生的磁场恒定。
[0198]这种控制部5例如设置在IC芯片上，该IC芯片安装在安装有封装3的基板上。另外，控制部5也可以设置在封装3内。
[0199]根据以上说明的本实施方式的原子振荡器I，由于加热器25经由连接部件29而分别与气室21的2个窗部212、213热连接，因此，能够通过连接部件29的热传导将来自加热器25的热传递到各窗部212、213，能够对各窗部212、213进行加热。并且，能够分离加热器25和气室21。因此，能够抑制通过对加热器25通电而产生的不必要磁场对气室21内的金属原子造成不良影响。并且，由于能够减少加热器25的数量，因此，例如能够减少用于对加热器25通电的布线的数量，结果，能够实现原子振荡器I的小型化。
[0200]〈第2实施方式>
[0201]接着，对本发明的第2实施方式进行说明。
[0202]图9是示出本发明的第2实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的剖面图，图10是用于说明图9所示的原子振荡器的气室和连接部件的平面图。
[0203]除了连接部件的结构和光射出部的配置不同以外，本实施方式的原子振荡器与所述第I实施方式的原子振荡器相同。
[0204]另外，在以下的说明中，关于第2实施方式的原子振荡器，以与第I实施方式的不同之处为中心进行说明，省略相同事项的说明。并且，在图9和图10中，对与所述实施方式相同的结构标注相同标号。
[0205]图9所示的原子振荡器IA具有构成产生量子干涉效应的主要部分的单元部2A、收纳单元部2A的封装3、以及收纳在封装3内且在封装3上支承单元部2A的支承部件4。
[0206]这里，单元部2A包含气室21、光射出部22、光学部件231、232、光检测部24、加热器25 (发热部)、温度传感器26、基板28以及连接部件29A，并使它们单元化。
[0207]如图10所示，连接部件29A由设置成夹着气室21的一对连接部件291A、292A构成。
[0208]该一对连接部件291A、292A构成为包围气室21的一个窗部213的整周。并且，虽然没有图示，但是，一对连接部件291A、292A构成为包围气室21的另一个窗部的整周。由此，能够更加有效地使气室21的各窗部的温度分布均匀化。
[0209]并且，虽然没有图示，但是，一对连接部件291A、292A构成为包围气室21的主体部(未图示)的整周。
[0210]在本实施方式中，在平面视图中由一对连接部件291A、292A包围的区域对应于气室21的形状而呈四边形(更具体而言是正方形)。另外，该区域的形状不限于四边形，例如也可以是圆形。
[0211]如图9所不,加热器25 (发热部)相对于基板28设置在气室21的相反侧。由此，在从光射出部22的激励光的射出方向观察时，即，在平面视图中，能够将加热器25配置在与气室21的激励光穿过的区域重合的位置。因此，能够比较简单地构成为，使从加热器25到气室21的激励光芽过的区域的热传递路径在气室21的各窗部周向上的各部中彼此相
坐寸ο
[0212]并且，在本实施方式中，优选基板28具有磁屏蔽性。由此，能够抑制通过对加热器25通电而产生的不必要磁场对气室21内的金属原子造成不良影响。该情况下，作为基板28的构成材料，例如使用Fe、各种Fe合金(硅铁、坡莫合金、非晶金属、铁硅铝磁性合金)等软磁性材料即可。
[0213]这里，基板28可以与连接部件29A —体形成，并且，也可以说基板28构成连接部件29A的一部分。因此，连接部件29A包含软磁性材料，至少一部分(基板28)配置在气室21与加热器25之间，由此，能够抑制来自加热器25的磁场波及气室21。
[0214]根据以上说明的第2实施方式的原子振荡器1A，也能够在实现小型化的同时，抑制从通过通电而发热的加热器25到气室21的不必要磁场的影响。
[0215]2.电子设备
[0216]以上说明的本发明的原子振荡器能够组入各种电子设备中。这种具有本发明的原子振荡器的电子设备具有优良的可靠性。
[0217]下面，对具有本发明的原子振荡器的电子设备的一例进行说明。
[0218]图11是示出在利用GPS卫星的测位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。
[0219]图11所示的测位系统100由GPS卫星200、基站装置300、GPS接收装置400构成。
[0220]GPS卫星200发送测位信息(GPS信号)。
[0221]基站装置300具有:接收装置302，其经由例如设置在电子基准点(GPS连续观测站)的天线301而高精度地接收来自GPS卫星200的测位信息；以及发送装置304，其经由天线303发送由该接收装置302接收到的测位信息。
[0222]这里，接收装置302是具有所述本发明的原子振荡器I作为其基准频率振荡源的电子装置。这种接收装置302具有优良的可靠性。并且，通过发送装置304实时发送由接收装置302接收到的测位信息。
[0223]GPS接收装置400具有经由天线401接收来自GPS卫星200的测位信息的卫星接收部402、以及经由天线403接收来自基站装置300的测位信息的基站接收部404。
[0224]图12是示出使用本发明的原子振荡器的时钟传送系统的一例的概略结构图。
[0225]图12所示的时钟传送系统500是使时分复用方式的网络内的各装置的时钟一致，具有N (Normal)系统和E (Emergency)系统的冗长结构的系统。
[0226]该时钟传送系统500具有A站(上位(N系统))的时钟供给装置(CSM =Clock SupplyModule) 501 和 SDH (Synchronous Digital Hierarchy:同步数字序列)装置 502、B 站(上位(E系统))的时钟供给装置503和SDH装置504、以及C站(下位)的时钟供给装置505和SDH 装置 506、507。
[0227]时钟供给装置501具有原子振荡器1，生成N系统的时钟信号。该时钟供给装置501内的原子振荡器I与来自包含使用铯的原子振荡器的主时钟508、509的更高精度的时钟信号同步地生成时钟信号。
[0228]SDH装置502根据来自时钟供给装置501的时钟信号进行主信号的发送接收，并且，将N系统的时钟信号叠加于主信号而传送到下位的时钟供给装置505。
[0229]时钟供给装置503具有原子振荡器1，生成E系统的时钟信号。该时钟供给装置503内的原子振荡器I与来自包含使用铯的原子振荡器的主时钟508、509的更高精度的时钟信号同步地生成时钟信号。
[0230]SDH装置504根据来自时钟供给装置503的时钟信号进行主信号的发送接收，并且，将E系统的时钟信号叠加于主信号而传送到下位的时钟供给装置505。
[0231]时钟供给装置505接收来自时钟供给装置501、503的时钟信号，与该接收到的时钟信号同步地生成时钟信号。
[0232]这里，时钟供给装置505通常与来自时钟供给装置501的N系统的时钟信号同步地生成时钟信号。然后，在N系统产生异常的情况下，时钟供给装置505与来自时钟供给装置503的E系统的时钟信号同步地生成时钟信号。通过这样从N系统切换成E系统，能够确保稳定的时钟供给，能够提高时钟路径网的可靠性。
[0233]SDH装置506根据来自时钟供给装置505的时钟信号进行主信号的发送接收。同样，SDH装置507根据来自时钟供给装置505的时钟信号进行主信号的发送接收。由此，能够使C站的装置与A站或B站的装置同步。
[0234]3.移动体
[0235]并且，所述本发明的原子振荡器能够组入各种移动体中。这种具有本发明的原子振荡器的移动体具有优良的可靠性。
[0236]下面，对本发明的移动体的一例进行说明。
[0237]图13是示出具有本发明的原子振荡器的移动体(汽车)的结构的立体图。
[0238]图13所示的移动体1500具有车体1501和4个车轮1502，构成为通过设于车体1501中的未图示的动力源(发动机)而使车轮1502旋转。在这种移动体1500中内置有原子振荡器I。而且，例如，未图示的控制部根据来自原子振荡器I的振荡信号对动力源的驱动进行控制。
[0239]另外，具有本发明的原子振荡器的电子设备或移动体不限于所述设备，例如还能够应用于便携电话、数字静止照相机、喷墨式排出装置(例如喷墨打印机)、个人计算机(移动型个人计算机、膝上型个人计算机)、电视机、摄像机、录像机、车载导航装置、寻呼机、电子记事本(包含通信功能)、电子辞典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、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)、飞行模拟器等。
[0240]以上根据图示的实施方式说明了本发明的量子干涉装置、原子振荡器和移动体，但是，本发明不限于此，例如，所述实施方式的各部的结构能够置换成发挥相同功能的任意结构，并且，能够附加任意结构。
[0241]并且，本发明也可以组合所述各实施方式的任意结构彼此。
【权利要求】
1.一种量子干涉装置，其特征在于，该量子干涉装置具有: 气室，其具备具有透光性的2个窗部和与所述2个窗部一起密封有金属原子的侧壁； 光射出部，其射出透射过一个所述窗部而激励所述金属原子的光； 光检测部，其检测穿过所述金属原子并透射过另一个所述窗部的所述光； 发热部，其进行发热；以及 连接部件，其包含导热系数比构成所述侧壁的材料大的材料，以热的方式连接所述发热部和所述2个窗部。
2.一种量子干涉装置，其特征在于，该量子干涉装置具有: 气室，其具备具有透光性的2个窗部和与所述2个窗部一起密封有金属原子的侧壁； 光射出部，其射出透射过一个所述窗部而激励所述金属原子的光； 光检测部，其检测穿过所述金属原子并透射过另一个所述窗部的所述光； 发热部，其进行发热；以及 连接部件，其包含导热系数比构成所述侧壁的材料大的材料，该连接部件与所述2个窗部连接，一部分与所述发热部相对。
3.根据权利要求1或2所述的量子干涉装置，其特征在于， 在所述窗部的表面配置有传热层，该传热层包含导热系数比构成所述窗部的材料大的材料。
4.根据权利要求3所述的量子干涉装置，其特征在于， 所述窗部和所述连接部件隔着所述传热层连接。
5.根据权利要求1或2所述的量子干涉装置，其特征在于， 所述连接部件具有在所述2个窗部并列的方向上夹着所述气室的一对连接部、以及连接所述一对连接部的连结部。
6.根据权利要求5所述的量子干涉装置，其特征在于， 所述连结部具有与所述气室分离的部分。
7.根据权利要求1或2所述的量子干涉装置，其特征在于， 所述连接部件包含软磁性材料，至少一部分配置在所述气室与所述发热部之间。
8.根据权利要求1或2所述的量子干涉装置，其特征在于， 所述发热部与所述气室分离。
9.一种原子振荡器，其特征在于，该原子振荡器具有权利要求1或2所述的量子干涉装置。
10.一种移动体，其特征在于，该移动体具有权利要求1或2所述的量子干涉装置。
【文档编号】H03L7/26GK103997339SQ201410045566
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月8日 优先权日:2013年2月18日
【发明者】牧义之 申请人:精工爱普生株式会社