原子振荡器、电子设备以及移动体的制作方法
【专利摘要】提供原子振荡器、电子设备以及移动体，能够使偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近。原子振荡器(1)具有气室(13)、半导体激光器(10)、光检测器(14)、根据光检测器(14)检测到的光的强度控制偏置电流的偏置电流控制单元(22等)、存储器(26)和MPU(25)。MPU(25)进行扫描偏置电流、并将光检测器(14)检测到的光的强度从减小转变为增大时的偏置电流的值和光的强度的值存储到存储器(26)中的扫描处理，并在扫描处理后，进行如下的再次扫描判定处理：根据所存储的偏置电流的值设定偏置电流，在偏置电流控制单元对偏置电流进行了控制的状态下，对光检测器(14)检测到的光的强度和所存储的光的强度的值进行比较，判定是否再次进行扫描处理。
【专利说明】原子振荡器、电子设备以及移动体
【技术领域】
[0001]本发明涉及原子振荡器、电子设备以及移动体。
【背景技术】
[0002]如图13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这两个激励能级，并且，6S1/2、6P1/2、6P3/2的各能级具有分裂成多个能量能级的超细微构造。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这两个激励能级，6P3/2具有F’ = 2、3、4、5这4个激励能级。
[0003]例如，处于6S1/2的F = 3的基态能级的铯原子能够通过吸收D2线而跃迁到6P3/2的F’ = 2、3、4中的任意一个激励能级，但是不能跃迁到F’ = 5的激励能级。处于6S1/2的F = 4的基态能级的铯原子能够通过吸收D2线而跃迁到6P3/2的F’ = 3、4、5中的任意一个激励能级，但是不能跃迁到F’= 2的激励能级。这些是基于假定了电偶极跃迁的情况下的跃迁选择规则的。相反，处于6P3/2的F’ = 3、4中的任意一个激励能级的铯原子能够发射D2线而跃迁到6S1/2的F = 3或者F = 4的基态能级(初始基态能级或者另一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中的任意一个激励能级构成的三能级(由两个基态能级和I个激励能级构成)由于能够通过吸收/发射D2线进行Λ型跃迁，因此被称作Λ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中的任意一个激励能级构成的三能级由于能够吸收/发射Dl线进行Λ型跃迁而形成Λ型三能级。
[0004]与此相对，处于6Ρ3/2的F’ = 2的激励能级的铯原子在发射D2线后必定跃迁到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的激励能级的铯原子在发射D2线后必定跃迁到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的激励能级构成的三能级，由于不能通过吸收/发射D2线进行Λ型跃迁，因此不能形成Λ型三能级。另外，公知有铯原子以外的碱金属原子也同样具有形成Λ型三能级的两个基态能级和激励能级。
[0005]此外，公知有在对气体状的碱金属原子同时照射具有与形成Λ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)和激励能级(在铯原子的情况下，例如为6P3/2的F’ = 4的激励能级)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)和激励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重合的状态、即量子相干性状态(暗状态)而引起朝激励能级的激励停止的电磁感应透明(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)现象(有时也称作CPT (Coherent Populat1n 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Λ E12对应的频率准确地一致。例如，由于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14所示，在对气体状的碱金属原子同时照射频率为GJ1的光和频率为ω2的光时，根据这两个光波是否成为共振光对、碱金属原子是否产生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ω「ω2和与AE12对应的频率ω12准确地一致时，EIT信号的电平呈现峰值。因此，对封入有气体状的碱金属原子的原子室(气室)照射两个光波，并控制为由光检测器检测出EIT信号的峰值、即两个光波的频率差ω「ω2和与应的频率ω12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]在EIT方式的原子振荡器中，例如对确定半导体激光器发出的光的中心频率fQ ( = ν/ λ 是光的速度、λ 0是中心波长)(载波频率)的偏置电流叠加频率为fm的调制信号并提供到半导体激光器，由此半导体激光器产生利用调制频率fm对中心频率fo进行调制后的光。半导体激光器的出射光被照射到气室，透射过气室的光被光检测器检测到。根据光检测器检测到的光的强度控制压控石英振荡器(VCXO:Voltage Controlled CrystalOscillator)的振荡频率,经由PLL(Phase Locked Loop:锁相环)电路生成频率为fm的调制信号。并且，控制成半导体激光器发出的I次的边带光、即频率为的光和频率为fo — fm的光成为共振光对。通过该控制，压控石英振荡器(VCXO)的输出信号的频率偏差变得极小，从而能够实现频率精度高的振荡器。
[0008]EIT信号的S/N越高，频率精度(短期稳定度)越提高，因此期望将半导体激光器的出射光的中心波长Xci调整为最佳的波长，使得气室中的光的吸收量为最大。因此，例如在专利文献2中，提出了如下的原子振荡器，该原子振荡器能够将直流偏置电流调整到透射过封入有碱金属原子的室(cell)的透射光的强度为最小的点。
[0009]【专利文献I】美国专利第6320472号说明书
[0010]【专利文献2】日本特开2011-101211号公报
[0011]但是，在经过长时间(例如10年)时，由于半导体激光器的时效劣化，气室中的光的吸收量为最大(吸收频带的最小点)时的偏置电流值有时与初始设定值偏差较大。并且，实际上该吸收频带中存在两个吸收的底部，在专利文献2记载那样的以往的原子振荡器中，根据偏置电流值与初始设定值的偏差大小和方向，可能无法调整到吸收量较小一方的底部。
【发明内容】
[0012]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，能够提供一种可使偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近的原子振荡器、以及使用了该原子振荡器的电子设备和移动体。
[0013]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。
[0014][应用例I]
[0015]本应用例的原子振荡器具有:封入有金属原子的室；光源，其产生照射到所述室的光；光检测单元，其检测透射过所述室的光；偏置电流控制单元，其根据所述光检测单元检测到的光的强度，对供给到所述光源的偏置电流进行控制；存储单元；以及偏置电流设定单元，其进行扫描处理，并在所述扫描处理后，进行再次扫描判定处理，在所述扫描处理中，对所述偏置电流进行扫描，将所述光检测单元检测到的光的强度从减小转变为增大时的所述偏置电流的值和所述光的强度的值存储到所述存储单元中，在所述再次扫描判定处理中，根据存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值设定所述偏置电流，在所述偏置电流控制单元对所述偏置电流进行了控制的状态下，对所述光检测单元检测到的光的强度和存储在所述存储单元中的所述光的强度的值进行比较，根据比较结果判定是否再次进行所述扫描处理。
[0016]例如，所述偏置电流设定单元可以在电源起动时进行所述扫描处理。
[0017]根据本应用例的原子振荡器，在扫描处理中，存储基于气室的光的吸收频带的最小点附近时的偏置电流的值和光强度的值，在再次扫描判定处理中，将偏置电流设定为在扫描处理中存储的值，将偏置电流已稳定(锁定)的状态下的光强度与在扫描处理中存储的值进行比较，并根据需要重新进行扫描处理，由此能够自动设定偏置电流，使偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近。因此，根据本应用例的原子振荡器，能够提高频率稳定度。
[0018]另外，本应用例的原子振荡器可以包含频率控制单元，所述频率控制单元根据所述光检测单元检测到的光的强度，控制成使所述光源产生包含共振光对的光，所述共振光对使所述金属原子产生电磁感应透明现象。
[0019][应用例2]
[0020]在上述应用例的原子振荡器中，所述偏置电流设定单元可以在所述再次扫描判定处理中，在所述光检测单元检测到的光的强度与存储在所述存储单元中的所述光的强度的值之差或之比大于存储在所述存储单元中的阈值的情况下，判定为再次进行所述扫描处理。
[0021]根据本应用例的原子振荡器，在再次扫描判定处理中，在偏置电流已稳定(锁定)的状态下的光强度与在扫描处理中存储的值偏离的情况下，考虑偏置电流稳定在不是吸收频带的最小点的极小点处的可能性，重新进行扫描处理，由此能够使偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近。
[0022][应用例3]
[0023]在上述应用例的原子振荡器中，所述偏置电流设定单元可以在所述再次扫描判定处理中，在所述偏置电流控制单元对所述偏置电流进行了控制的状态下，对所述偏置电流和存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值进行比较，并根据比较结果判定是否再次进行所述扫描处理。
[0024]根据本应用例的原子振荡器，在再次扫描判定处理中，将已稳定(锁定)的状态下的偏置电流与在扫描处理中存储的值进行比较，并根据需要重新进行扫描处理，由此能够使偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近。
[0025][应用例4]
[0026]在上述应用例的原子振荡器中，所述偏置电流设定单元可以在所述再次扫描判定处理中，在所述偏置电流与存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值之差或之比大于存储在所述存储单元中的阈值的情况下，判定为再次进行所述扫描处理。
[0027]根据本应用例的原子振荡器，在再次扫描判定处理中，在已稳定(锁定)的状态下的偏置电流与在扫描处理中存储的值偏离的情况下，考虑偏置电流稳定在不是吸收频带的最小点的极小点处的可能性，重新进行扫描处理，由此能够使偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近。
[0028][应用例5]
[0029]在上述应用例的原子振荡器中，所述偏置电流设定单元可以在每当进行所述扫描处理时，进行所述再次扫描判定处理。
[0030]根据本应用例的原子振荡器，在进行扫描处理后必定进行再次扫描判定处理，因此在再次判定处理中判定为不进行扫描处理之前，偏置电流的自动设定不结束，因此能够使偏置电流可靠地稳定在吸收频带的最小点附近。
[0031][应用例6]
[0032]在上述应用例的原子振荡器中，所述偏置电流设定单元可以在所述扫描处理前，进行如下的调整判定处理:根据存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值设定所述偏置电流，在所述偏置电流控制单元对所述偏置电流进行了控制的状态下，对所述光检测单元检测到的光的强度和存储在所述存储单元中的所述光的强度的值进行比较，根据比较结果判定是否进行所述扫描处理。
[0033]例如，所述存储单元是非易失性的，所述偏置电流设定单元可以在电源起动时进行所述调整判定处理。
[0034]根据本应用例的原子振荡器，在进行扫描处理前，在调整判定处理中将偏置电流设定为所存储的值，将偏置电流已稳定(锁定)的状态下的光强度与所存储的值进行比较，在必要的情况下进行扫描处理，如果没有必要，则不进行扫描处理，由此能够省去无用的扫描处理，削减偏置电流的设定时间和功耗。
[0035][应用例7]
[0036]在上述应用例的原子振荡器中，所述偏置电流设定单元可以在所述调整判定处理中，在所述光检测单元检测到的光的强度与存储在所述存储单元中的所述光的强度的值之差或之比大于存储在所述存储单元中的阈值的情况下，判定为进行所述扫描处理。
[0037]根据本应用例的原子振荡器，在调整判定处理中光强度与所存储的值偏离的情况下，考虑偏置电流稳定在不是吸收频带的最小点的极小点处的可能性，进行扫描处理，由此能够得到用于使偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近的偏置电流值。
[0038][应用例8]
[0039]在上述应用例的原子振荡器中，所述偏置电流设定单元可以在所述调整判定处理中，在所述偏置电流控制单元对所述偏置电流进行了控制的状态下，对所述偏置电流和存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值进行比较，并根据比较结果判定是否进行所述扫描处理。
[0040]根据本应用例的原子振荡器，在调整判定处理中，将已稳定(锁定)的状态下的偏置电流与所存储的值进行比较，在必要的情况下进行扫描处理，如果没有必要，则不进行扫描处理，由此能够省去无用的扫描处理，削减偏置电流的设定时间和功耗。
[0041][应用例9]
[0042]在上述应用例的原子振荡器中，所述偏置电流设定单元可以在所述调整判定处理中，在所述偏置电流与存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值之差或之比大于存储在所述存储单元中的阈值的情况下，判定为进行所述扫描处理。
[0043]根据本应用例的原子振荡器，在调整判定处理中已稳定(锁定)的状态下的偏置电流与所存储的值偏离的情况下，考虑偏置电流稳定在不是吸收频带的最小点的极小点处的可能性，进行扫描处理，由此能够得到用于使偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近的偏置电流值。
[0044][应用例10]
[0045]本应用例的电子设备具有上述任意一个原子振荡器。
[0046][应用例11]
[0047]本应用例的移动体具有上述任意一个原子振荡器。
[0048]根据这些应用例，由于具有频率稳定度高的原子振荡器，因此能够提供可靠性高的电子设备和移动体。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1是示出本实施方式的原子振荡器的结构例的图。
[0050]图2是示出本实施方式的半导体激光器的出射光的频谱的概略图。
[0051]图3是示出偏置电流与透射过气室的光的强度之间的关系的图。
[0052]图4是用于说明相位检波的原理的图。
[0053]图5是第I实施方式的偏置电流的自动设定处理的流程图。
[0054]图6是不出扫描处理中的光检测器的输出电压的一例的图。
[0055]图7是示出偏置电流的自动设定处理中的电流控制电路的输出电压的一例的图。
[0056]图8是第2实施方式的偏置电流的自动设定处理的流程图。
[0057]图9是示出扫描处理中的光检测器的输出电压的一例的图。
[0058]图10是示出偏置电流的自动设定处理中的电流控制电路的输出电压的一例的图。
[0059]图11是本实施方式的电子设备的功能框图。
[0060]图12是示出本实施方式的移动体的一例的图。
[0061]图13是示意性示出铯原子的能量能级的图。
[0062]图14是示出EIT信号的一例的概略图。
[0063]标号说明
[0064]1:原子振荡器；10:半导体激光器；11:减光滤光片；12:1/4波长板；13:气室；14:光检测器；16:检波电路；17:压控石英振荡器(VCXO) ；18:调制电路；19:低频振荡器；20:频率转换电路；21:检波电路；22:电流控制电路；23:低频振荡器；24:恒流电路；25:MPU ；26:存储器；27:驱动电路；28:频率转换电路；100:物理封装；300:电子设备；310:原子振荡器；320 =CPU ；330:操作部；340:R0M ；350 =RAM ；360:通信部；370:显示部；400:移动体；410:原子振荡器；420:汽车导航装置；430、440、450:控制器；460:电池；470:备用电池。
【具体实施方式】
[0065]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。
[0066]1.原子振荡器
[0067]1-1.第I实施方式
[0068][原子振荡器的结构]
[0069]图1是示出本实施方式的原子振荡器的结构例的图。如图1所示，第I实施方式的原子振荡器I构成为包含半导体激光器10、减光滤光片(ND滤光片)11、1/4波长板12、气室13、光检测器14、检波电路16、压控石英振荡器(VCXO) 17、调制电路18、低频振荡器19、频率转换电路20、检波电路21、电流控制电路22、低频振荡器23、恒流电路24、MPU 25、驱动电路27和频率转换电路28。另外，本实施方式的原子振荡器I也可以构成为适当省略或变更图1的结构要素(各部件)的一部分，或者附加其他结构要素。
[0070]半导体激光器10例如是垂直谐振器面发光激光器(VCSEL Vertical CavitySurface Emitting Laser:垂直空腔表面发射激光器)等面发光激光器或端面发光激光器(Edge Emitting Laser:边发光激光器)等,半导体激光器10产生的光入射到减光滤光片11。
[0071]减光滤光片11仅使半导体激光器10的出射光的一部分透射，透射过减光滤光片11的光入射到1/4波长板12。
[0072]1/4波长板12将所入射的光设为σ +圆偏振光并使其透射，透射过1/4波长板12的光入射到气室13。
[0073]气室13是在由玻璃等透明部件构成的容器中与气体状的碱金属原子(钠(Na)原子、铷(Rb)原子、铯(Cs)原子等)一起封入氖(Ne)或氩(Ar)等的缓冲气体而得到的。入射到气室13的光的一部分透射过气室13，并入射到光检测器14。
[0074]光检测器14检测透射过气室13的光，并输出与检测到的光的强度对应的检测信号。光检测器14例如能够使用光电二极管(PD:Photo D1de)来实现,该光电二极管输出与接收到的光的强度对应的检测信号。光检测器14的输出信号被输入到检波电路16和检波电路21。
[0075]半导体激光器10、减光滤光片11、1/4波长板12、气室13和光检测器14被收纳在I个壳体中，构成了物理封装100。
[0076]检波电路16使用以几Hz?几百Hz左右的低频进行振荡的低频振荡器19的振荡信号，对光检测器14的输出信号进行检波。并且，根据检波电路16的输出信号的大小,对压控石英振荡器(VCXO) 17的振荡频率进行微调。压控石英振荡器(VCXO) 17例如以几MHz?几十MHz的程度进行振荡。
[0077]为了能够进行利用检波电路16的检波，调制电路18将低频振荡器19的振荡信号(与被提供到检波电路16的振荡信号相同的信号)作为调制信号，对压控石英振荡器(VCXO) 17的输出信号进行调制。调制电路18能够利用频率混合器(混频器)、频率调制(FM !Frequency Modulat1n)电路、振幅调制(AM:Amplitude Modulat1n)电路等实现。
[0078]频率转换电路20将调制电路18的输出信号频率转换为与碱金属原子的两个基态能级间的能量差AE12对应的频率ω12的1/2频率的信号，并输出到驱动电路27。频率转换电路20例如能够使用PLL(Phase Locked Loop:锁相环)电路实现。
[0079]检波电路21使用以几Hz?几百Hz左右的低频进行振荡的低频振荡器23的振荡信号，对光检测器14的输出信号进行检波。
[0080]电流控制电路22根据检波电路21的输出信号的电平对后述的设定电压Vsrt进行微调，生成用于设定恒流电路24的电流的电压Vbias。
[0081]恒流电路24生成与电流控制电路22的输出电压Vbias对应的偏置电流。恒流电路24为了能够进行利用检波电路21的检波，对偏置电流叠加与低频振荡器23的振荡信号对应的调制电流，并输出到驱动电路27。
[0082]驱动电路27生成利用频率转换电路20的输出信号(调制频率fm = ω 12/2的频率调制信号)对恒流电路24输出的偏置电流进行频率调制后的驱动电流，并提供到半导体激光器10。利用该驱动电流，半导体激光器10产生通过偏置电流确定的中心频率fQ(中心波长λ 0)的光，并且产生包含频率Lifm的光(I次边带光)的光。图2示出半导体激光器10的出射光的频谱的一例。在图2中，横轴是光的频率，纵轴是光的强度。
[0083]在这样构成的原子振荡器I中，利用通过半导体激光器10、减光滤光片11、1/4波长板12、气室13、光检测器14、检波电路21、电流控制电路22、恒流电路24和驱动电路27的反馈环路(第I反馈环路)控制偏置电流，使得半导体激光器10产生的光的中心频率f0(中心波长λ 0)稳定在期望的频率(波长)。
[0084]此外,利用通过半导体激光器10、减光滤光片11、1/4波长板12、气室13、光检测器14、检波电路16、压控石英振荡器(VCXO) 17、调制电路18、频率转换电路20和驱动电路27的反馈环路(第2反馈环路)进行控制，使得频率为的光和频率为fcrfm的光(成对的I次边带光)成为使被封入到气室13中的碱金属原子产生EIT现象的共振光对。具体而言，利用第2反馈环路施加反馈控制，使得频率fd+fm的光与频率& 一 fm的光的频率差(=2fm)和与碱金属原子的两个基态能级间的能量差Λ E12对应的频率ω12准确地一致。
[0085]由此，通过利用碱金属原子的EIT现象，第2反馈环路所包含的、频率转换电路20的输出信号以及压控石英振荡器(VCXO) 17的输出信号稳定在恒定的频率。
[0086]频率转换电路28对压控石英振荡器(VCXO) 17的输出信号进行频率转换，生成期望频率(例如10.00..-MHz)的时钟信号。该时钟信号被输出到外部。频率转换电路20例如能够利用DDS (Direct Digital Synthesizer:直接数字频率合成器)实现。
[0087]这样的结构的原子振荡器I的振荡频率偏差极小，能够实现较高的短期稳定度。
[0088][相位检波]
[0089]在本实施方式中，在上述第I反馈环路中，检波电路21进行基于相位检波方式的检波，将半导体激光器10的出射光的中心频率&(中心波长Xci)控制成稳定在期望的频率(波长)。使用图3和图4详细说明本实施方式中的相位检波。
[0090]图3是示出被供给到半导体激光器10的偏置电流与透射过气室13的光(由光检测器14检测到的光)的强度之间的关系(透射特性或吸收特性)的图，图3中示出了光的强度最小附近的特性。另外，实际上在光检测器14的输出中观测到EIT信号，但在图3中进行了省略。
[0091]半导体激光器10射出的成对的I次边带光均被气室13吸收，存在透射光的强度小的频带、即较大的吸收频带，但如图3所示，在该吸收频带中，偏置电流为&和IB2(<IB1)时存在两个峰值(透射光的强度的极小点)，偏置电流为Ibi时(中心频率fQ较高(中心波长λο较短)一方)，透射光的强度最小。通过在该吸收频带的最小点产生EIT信号，EIT信号的S/N变高，原子振荡器I的频率稳定度增高，因此优选控制偏置电流使得透射光的强度最小。在本实施方式中，通过后述的偏置电流的自动设定处理将偏置电流设定到吸收频带的最小点附近，并且通过低频振荡器23的振荡信号调制偏置电流，由检波电路21使用低频振荡器23的振荡信号对光检测器14的输出信号进行相位检波，由此控制偏置电流使得光检测器14检测到的光的强度(气室13的透射光的强度)最小。
[0092]使用图4(A)和图4(B)说明相位检波的原理。在图4(A)和图4(B)中，横轴是半导体激光器10的出射光的中心频率&，纵轴是透射过气室13的光的强度。
[0093]如图4 (A)所示，在中心频率fQ向高于吸收频带的峰值(极小点)一方偏离的情况下，频率为fs(周期为l/fs)的正弦波(低频振荡器23的振荡信号)的a、b、c、d、e的各点在光检测器14的输出中分别表现为a’、b’、c’、d’、e’的各点，因此光检测器14的输出信号中包含较多的4的频率成分。因此，在检波电路21中，针对光检测器14的输出信号，使用相位与该信号一致的频率为fs (周期为l/fs)的矩形波(低频振荡器23的振荡信号)，以a’、c’、e’的电压为中心仅将位于半周期内的c’?e’的信号的极性反转后，用滤光片进行积分，由此能够取出负极性的直流信号。电流控制电路22在检波电路21的输出电压为负的情况下，降低Vbias而使恒流电路24输出的偏置电流降低。由此，中心频率&降低并接近吸收频带的极小点。虽然省略图示，中心频率&向低于吸收频带的极小点一方偏离的情况下，检波电路21的输出电压为正，电流控制电路22增高Vbias而使恒流电路24输出的偏置电流增加，因此中心频率&仍然增加，并接近吸收频带的极小点。
[0094]如图4(B)所示，在中心频率&与吸收频带的最小点一致时，光检测器14的输出信号中包含较多的2fs的频率成分，以c’点为中心接近左右对称。因此，在检波电路21中，针对光检测器14的输出信号，使用相位与该信号一致的频率为fs(周期为l/fs)的矩形波(低频振荡器23的振荡信号)，以a’、c’、e’的电压为中心仅将位于半周期内的c’?e’的信号的极性反转后，用滤光片进行积分时，大致成为0(a’、c’、e’的电压)。电流控制电路22在检波电路21的输出电压为O的情况下，不改变Vbias而维持恒流电路24输出的偏置电流。由此，中心频率&不发生变化而稳定在吸收频带的极小点。
[0095]根据该相位检波，偏置电流的设定值稳定在吸收频带的极小点，但稳定在两个极小点中的哪一个取决于偏置电流的设定值。因此，在本实施方式中，为了通过相位检波使偏置电流稳定在最小点，通过偏置电流的自动设定处理将偏置电流设定到吸收频带的最小点附近。
[0096]另外，为了提高相位检波的灵敏度，优选将调制宽度(调制深度)设为峰值宽度W的一半左右。如图3所示，将该峰值的宽度W定义为透射光的强度是极小点处的强度A和极大点处的强度B的平均值(A+B)/2时的峰值的宽度。调制宽度(调制深度)与低频振荡器23的振荡信号的振幅成比例。
[0097][偏置电流的自动设定]
[0098]根据上述相位检波的原理，假设在将偏置电流设定到了 Ib2附近的情况下，偏置电流稳定在不是吸收频带的最小点一方的峰值(极小点)处，从而EIT信号的S/N劣化。因此，本实施方式的原子振荡器I必须具有如下功能:自动设定供给到半导体激光器10的偏置电流，以将其稳定(锁定)在吸收频带的最小点。
[0099]为了实现该偏置电流的自动设定功能，在本实施方式的原子振荡器I中，MPU 25进行如下的扫描处理:对供给到半导体激光器10的偏置电流进行扫描，将光检测器14检测到的光的强度从减小转变为增大时光的强度为最小时的、偏置电流的值(具体而言，为电流控制电路22的输出电压Vbias的A/D转换值)和光的强度的值(具体而言，为光检测器14的输出电压的A/D转换值)存储到存储器26中。
[0100]在本实施方式中，电流控制电路22构成为能够反复以下动作:从第I电压V1 (例如0V)到第2电压V2 (例如2.7V)范围内扫描Vbias后，从第2电压V2到第I电压V1范围内反向地扫描Vbias，MPU 25向电流控制电路22指示扫描动作的开始或停止。
[0101]此外，MPU 25在扫描处理后，进行如下的再次扫描判定处理:根据存储在存储器26中的偏置电流的值设定半导体激光器10的偏置电流，在通过第I反馈环路控制并稳定(锁定)偏置电流的状态下，对光检测器14检测到的光的强度和在扫描处理中存储在存储器26中的光的强度的值进行比较，根据比较结果判定是否再次进行扫描处理。例如，MPU25在再次扫描判定处理中，光检测器14检测到的光的强度与存储在存储器26中的光的强度的值之差或之比大于存储在存储器26中的阈值的情况下，可以判定为再次进行扫描处理。
[0102]此外，MPU 25在再次扫描判定处理中，通过第I反馈环路控制并稳定(锁定)偏置电流的状态下，可以对该偏置电流和在扫描处理中存储在存储器26中的偏置电流的值进行比较，并根据比较结果判定是否再次进行扫描处理。例如，MPU 25在再次扫描判定处理中，供给到半导体激光器10的偏置电流与存储在存储器26中的偏置电流的值之差或之比大于存储在存储器26中的阈值的情况下，可以判定为再次进行扫描处理。
[0103]MPU 25可以每当进行扫描处理时进行再次扫描判定处理，在再次扫描判定处理中判定为不进行扫描处理之前反复扫描处理。
[0104]图5是示出MPU 25进行的偏置电流的自动设定处理的详细流程的一例的图。在图5的流程中，对原子振荡器I接通电源后，MPU 25首先使电流控制电路22的扫描动作开始(SlO)。电流控制电路22的输出电压Vbias的初始值是第I电压V1, Vbias逐渐上升到第2电压V2。
[0105]接着，MPU 25取得电流控制电路22的输出电压Vbias和光检测器的输出电压Vpd (SI2)，并对Vpd进行微分(S14)。具体而言，MPU 25内置有A/D转换器，以预定的采样率取得Vbias和VPD，将对这些电压进行A/D转换而得的数字数据存储到存储器26中，并计算Vpd的数字数据的时间微分(实际上是与前一个采样的数据的差分)。
[0106]然后，MPU 25判定在步骤S14中计算出的Vpd的微分值是否从负变化为正(S16)。
[0107]在Vpd的微分值未从负变化为正的情况(S16的“否”)下，MPU 25判定Vbias是否达到了 V2 (S24) ο
[0108]另一方面，在Vpd的微分值从负变化为正的情况(S16的“是”)下，MPU 25比较该Vpd和最小值Vmin的大小(S18)。这里，最小值Vmin的初始值被设定为V2，在Vpd的微分值最初从负变化为正时，必定为Vpd < Vmin0
[0109]在Vpd < Vmin的情况(S20的“是”)下，MPU 25将Vpd设为Vmin、将在步骤S12中与该Vpd同时取得的Vbias设为设定值Vsrt,分别存储到存储器26中(S22)，并判定Vbias是否达到了 V2 (S24)。此外，在Vpd ^ Vmin的情况(S20的“否，，)下，MPU 25不进行步骤S22的处理，并判定Vbias是否达到了 V2(S24)。
[0110]在步骤S24中，如果Vbias未达到V2(S24的“否”)，则MPU 25再次执行步骤S12以后的处理。另一方面，如果Vbias达到了 V2(S24的“是UUMPU 25进行步骤S26以后的处理。
[0111]MPU 25通过这样反复步骤S12?S24的处理，在从￥1到％的范围内扫描Vbias的同时，搜索Vpd的微分值从负变化为正的极小点，将其中的最小点处的VPD、Vbias分别设为Vmin、Vset并存储到存储器26中。图6图示了在从V1到V2的范围内扫描Vbias的期间取得的VPD。在本实施方式中，如图2所示，半导体激光器10产生中心频率&的光和频率为&±匕的成对的I次边带光，该成对的I次边带光为共振光对，因此在从V1到V2的范围内扫描Vbias时，依次观测到仅fo+f；的光被吸收的吸收频带B1、仅&的光被吸收的吸收频带B2、f0+fm的光和fo - fm的光被吸收的吸收频带B3、仅&的光被吸收的吸收频带B4、和仅A - fm的光被吸收的吸收频带B5这5个吸收频带。其中的第3个出现的吸收频带B3的极小点处的Vpd最小，Vset为稍高于该极小点的值，Vmin为稍高于最小值的值。
[0112]MPU 25在完成步骤S12?S24的处理后，接着取得电流控制电路22的输出电压值Vbias (S26)，并判定|Vbias — Vsrt|是否为阈值以下(S28)。如果|Vbias — Vsrt|不为阈值以下(S28的“否”)，则MPU 25再次进行步骤S26的处理，如果| Vbias — Vset为阈值以下(S28的“是”)，则MPU 25进行步骤S30以后的处理。总之，电流控制电路22在Vbias达到V2时，下次以使Vbias逐渐降低到V1的方式开始反向的扫描动作，因此MPU 25在该步骤S26、S28中，等待至Vbias接近Vsrt为止。另外，MPU 25在步骤S28中判定I Vbias — VsrtI是否为阈值以下是因为MPU 25取得的Vbias的值根据采样时刻而未必与Vset —致。因此，考虑采样时刻最大程度地偏离时的Vbias的值，将该阈值设定为可检测到Vbias最接近Vsrt的情况的值。
[0113]如果Ivbias — VsetI为阈值以下(S28的“是”)，则MPU 25停止电流控制电路22的扫描动作(S30)。由此，Vbias在停止扫描动作的瞬间被设定为Vsrt附近的电压，但通过上述相位检波施加控制而将其稳定(锁定)在吸收频带的极小点，因此Vbias发生变动。
[0114]因此，MPU 25在取得电流控制电路22的输出电压Vbias和光检测器14的输出电压Vpd的同时(S32)，等待至经过预定时间(S34的“否”)。总之，MPU 25等待至通过相位检波控制的Vbias稳定为止。因此，步骤S34的预定时间被设定为到Vbias稳定为止所需的时间以上。
[0115]当经过预定时间时(S34的“是”)，MPU 25判定Vpd是否处于Vmin的±X%以内以及Vbias是否处于Vsrt的土Y%以内(S36、S38)。该阈值(X、Y的值)例如被存储在存储器26中。
[0116]在Vpd处于Vmin的± X %以内、且Vbias处于Vset的土 Y %以内的情况(S36的“是”、且S38的“是”)下，MPU 25结束偏置电流的自动设定处理。总之，MPU 25在Vpd与Vmin之差或之比比较小、且Vbias与Vset之差或之比比较小的情况下，判定为已将偏置电流稳定(锁定)在吸收频带B3的最小点，并结束偏置电流的自动设定处理。考虑周围环境的变动以及噪声的影响等，MPU 25例如在Vpd处于Vmin的±40%以内、且Vbias处于Vset的±40%以内的情况下，结束偏置电流的自动设定处理。
[0117]另一方面，在Vpd不处于Vmin的± X %以内、或Vbias不处于Vset的土 Y %以内的情况(S36的“否”、或S38的“否”)下，MPU 25开始(重新开始)电流控制电路22的扫描动作(S40)。由此，电流控制电路22重新开始使Vbias逐渐降低至V1的扫描动作。
[0118]接着，MPU 25取得电流控制电路22的输出电压值Vbias (S42)，并判定Vbias是否达到了 VJS44)，如果未达到VJS44的“否”)，则再次进行步骤S42的处理，在达到V1时(S44的“是”)，再次进行步骤S12以后的处理。总之，MPU 25在该步骤S42、S44中等待至Vbias达到V1后，再次进行步骤S12以后的处理。另外，MPU 25在再次进行步骤S12的处理前的任意时刻，将存储在存储器26中的Vmin改写为\。
[0119]由此，MPU 25在每当进行扫描处理(步骤S12?S24的处理)时，进行再次扫描判定处理(步骤S26?S38的处理)，由此以中心频率&与吸收频带的最小点一致的方式自动设定偏置电流。
[0120]另外，如果将电流控制电路22构成为能够在从MPU 25接收到Vbias的设定值后立即输出与设定值对应的电压，则可以将步骤S26?S30的处理替代为MPU 25向电流控制电路22供给设定值Vset的处理。同样，可以将步骤S40?S44的处理替代为MPU 25向电流控制电路22供给设定值V1的处理。
[0121]图7㈧和图7(B)中示出偏置电流的自动设定处理中的Vbias的举动的一例。图7 (A)是扫描处理进行I次而结束的情况下的例子，图7 (B)是扫描处理进行两次而结束的情况下的例子。
[0122]如以上所说明那样，根据第I实施方式的原子振荡器，在扫描处理中，将基于气室13的光的吸收频带的最小点附近的Vbias和Vpd分别设为Vset和Vmin存储到存储器26中，在再次扫描判定处理中，将Vbias设定并稳定(锁定)为Vsrt的状态下，如果所取得的Vpd与Vmin之差(比)处于预定范围内、且所取得的Vbias与Vset之差(比)处于预定范围内，则判定为不再次进行扫描处理，在除此以外的情况下，判定为再次进行扫描处理。由此，只要有必要，则反复扫描处理，自动设定偏置电流，使得偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近。因此，根据第I实施方式的原子振荡器，能够得到S/N较高的EIT信号，从而提高频率稳定度。
[0123]另外，在图1中，除物理封装100以外的结构要素(电路)例如可以通过单芯片的集成电路(IC)实现，也可以通过多个IC芯片实现。
[0124]此外，在图1中，半导体激光器10、气室13、光检测器14分别相当于本发明中的“光源”、“室”、“光检测单元”。此外，通过检波电路21、电流控制电路22、恒流电路24和驱动电路27构成的电路相当于本发明中的“偏置电流控制单元”。此外，MPU 25相当于本发明中的“偏置电流设定单元”。此外，存储器26相当于本发明中的“存储单元”。
[0125]1-2.第2实施方式
[0126]对于第2实施方式的原子振荡器I,MPU 25在偏置电流的自动设定处理中，在进行最先的扫描处理前判定是否需要变更偏置电流的设定，仅在有必要的情况下进行扫描处理和再次扫描判定处理。该第2实施方式的原子振荡器I的结构与第I实施方式(图1)相同，因此省略其图示和说明。此外，MPU 25以外的各部件的功能与第I实施方式相同，因此省略其说明。
[0127]在本实施方式中，MPU 25在扫描处理前，进行如下的调整判定处理:设定供给到半导体激光器10的偏置电流，在通过第I反馈环路控制并稳定(锁定)偏置电流的状态下，对光检测器14检测到的光的强度和存储在存储器26中的光的强度的值进行比较，并根据比较结果判定是否进行扫描处理。例如，MPU 25在调整判定处理中，光检测器14检测到的光的强度与存储在存储器26中的光的强度的值之差或之比大于阈值的情况下，可以判定为进行扫描处理。
[0128]此外，MPU 25在调整判定处理中，通过第I反馈环路控制并稳定(锁定)偏置电流的状态下，可以对该偏置电流和存储在存储器26中的偏置电流的值进行比较，并根据比较结果判定是否进行扫描处理。例如，MPU 25在调整判定处理中，在供给到半导体激光器10的偏置电流与存储在存储器26中的偏置电流的值之差或之比大于阈值的情况下，可以判定为进行扫描处理。
[0129]此外，可以将存储器26 设为 EEPROM(ElectricalIy Erasable ProgrammableRead-Only Memory:电可擦除可编程只读存储器)等非易失性的存储器，MPU 25在电源起动时，使用存储在存储器26中的光的强度的值和偏置电流的值进行调整判定处理。
[0130]图8是示出MPU 25进行的偏置电流的自动设定处理的详细流程的一例的图。在图8的流程中，对原子振荡器I接通电源后，MPU 25首先使电流控制电路22的扫描动作开始(S50)。电流控制电路22的输出电压Vbias的初始值是第I电压V1 (例如0V)，Vbias逐渐上升到第2电压V2 (例如2.7V)。
[0131]MPU 25接着取得电流控制电路22的输出电压值Vbias (S52)，并判定| Vbias — Vset是否为阈值以下(S54)。Vset是在上次的自动设定处理中得到的Vbias的设定值，并被存储在非易失性的存储器26中。
[0132]如果|Vbias —VsetI不为阈值以下(S54的“否”)JlJMPU 25再次进行步骤S52的处理，如果IVbias — VsetI为阈值以下(S54的“是”)，则MPU 25进行步骤S56以后的处理。总之，电流控制电路22以使Vbias从V1起逐渐上升的方式开始扫描动作，因此MPU 25在该步骤S52、S54中，等待至Vbias接近初始设定值Vset。另外，MPU25在步骤S54中判定| Vbias —Vset是否为阈值以下是因为MPU 25取得的Vbias的值根据采样时刻而未必与Vset —致。因此，考虑采样时刻最大程度地偏离时的Vbias的值，将该阈值设定为可检测到Vbias最接近Vsrt的情况的值。
[0133]如果|Vbias — VsetI为阈值以下(S54的“是”)，则MPU 25停止电流控制电路22的扫描动作(S56)。由此，Vbias在停止扫描动作的瞬间被设定为Vsrt附近的电压，但通过上述相位检波施加控制而将其稳定(锁定)在吸收频带的极小点，因此Vbias发生变动。
[0134]因此，MPU 25在取得电流控制电路22的输出电压Vbias和光检测器14的输出电压Vpd的同时(S58)，等待至经过预定时间(S60的“否”)。总之，MPU 25等待至通过相位检波控制的Vbias稳定为止。因此，步骤S60的预定时间被设定为到Vbias稳定为止所需的时间以上。
[0135]当经过预定时间时(S60的“是”)，MPU 25判定Vpd是否处于Vmin的±X%以内以及Vbias是否处于Vset的土Y%以内(S62、S64)。Vmin是在上次的自动设定处理中得到的Vpd的最小值，并被存储在非易失性的存储器26中。此外，阈值(Χ、Υ的值)例如被存储在存储器26中。
[0136]在Vpd处于Vniin的±Χ%以内、且Vbias处于Vset的±Υ%以内的情况(S62的“是”、且S64的“是”)下，MPU 25在经过预定时间后(S86的“是”)，取得电流控制电路22的输出电压Vbias和光检测器14的输出电压VPD，分别作为Vset和Vmin存储到存储器26中(S88)，并结束偏置电流的自动设定处理。总之，MPU 25在Vpd与Vmin之差或之比比较小、且Vbias与Vsrt之差或之比比较小的情况下，判定为已将偏置电流稳定(锁定)在吸收频带B3的最小点，并结束偏置电流的自动设定处理。考虑周围环境的变动以及噪声的影响等，MPU 25例如在Vpd处于Vmin的±40%以内、且Vbias处于Vset的±40%以内的情况下,结束偏置电流的自动设定处理。另外，在将偏置电流稳定(锁定)在吸收频带B3的最小点的状态下，经过预定时间后(例如几小时)的Vbias、VPD分别与Vsrt、Vmin不同，因此虽然为了将更恰当的数据存储到存储器26中而进行了步骤S86和S88的处理，但也可以没有步骤S86和S88的处理。
[0137]另一方面，在Vpd不处于Vniin的±X%以内、或Vbias不处于Vset的±Y%以内的情况(S62的“否”、或S64的“否”)下，MPU 25开始(重新开始)电流控制电路22的扫描动作(S66)。由此，电流控制电路22重新开始使Vbias逐渐上升至V2的扫描动作。
[0138]接着，MPU 25取得电流控制电路22的输出电压值Vbias (S68)，并判定Vbias是否达到了 V2(S70)，如果未达到V2(S70的“否”)，则再次进行步骤S68的处理，在达到V2时(S70的“是”)，进行步骤S72以后的处理。总之，MPU 25在该步骤S68、S70中等待至Vbias达到V2后，进行步骤S72以后的处理。另外，MPU 25在进行步骤S70的处理前的任意时刻，将存储在存储器26中的Vmin改写为V2。
[0139]接着，MPU 25取得电流控制电路22的输出电压Vbias和光检测器的输出电压Vpd (S72)，并对Vpd进行微分(S74)。
[0140]然后，MPU 25判定在步骤S74中计算出的Vpd的微分值是否从负变化为正(S76)。
[0141]在Vpd的微分值未从负变化为正的情况(S76的“否”)下，MPU 25判定Vbias是否达到了 V1 (S84)。
[0142]另一方面，在Vpd的微分值从负变化为正的情况(S76的“是”)下，MPU 25比较该Vpd和最小值Vmin的大小(S78)。这里，最小值Vmin被设定为V2,在Vpd的微分值最初从负变化为正时，必定为Vpd < Vmin0
[0143]在Vpd < Vmin的情况(S80的“是”)下，MPU 25将Vpd设为Vmin、将在步骤S72中与该Vpd同时取得的Vbias设为设定值Vsrt,分别存储到存储器26中(S82)，并判定Vbias是否达到了 V1 (S84)。此外，在Vpd ^ Vmin的情况(S80的“否，，)下，MPU 25不进行步骤S82的处理，并判定Vbias是否达到了 V1 (S84)。另外，在进行步骤S86和S88的处理的情况下，在步骤S82中，可以将Vmin和Vsrt存储到易失性存储器中。
[0144]在步骤S84中，如果Vbias未达到V1 (S84的“否”)，则MPU 25再次执行步骤S72以后的处理。另一方面，如果Vbias达到了 VJS84的“是UUMPU 25进行步骤S52以后的处理。
[0145]MPU 25通过这样反复步骤S72?S84的处理，在从％到￥1的范围内扫描Vbias的同时，搜索Vpd的微分值从负变化为正的极小点，将其中的极小点处的VPD、Vbias分别设为Vmin、Vset并存储到存储器26中。图9图示了在从V2到V1的范围内扫描Vbias的期间取得的VPD。在本实施方式中，如图2所示，半导体激光器10产生中心频率为&的光和频率为&±乙的成对的I次边带光，该成对的I次边带光为共振光对，因此在从V2到V1的范围内扫描Vbias时，依次观测到仅fo — fm的光被吸收的吸收频带B5、仅&的光被吸收的吸收频带B4、f0+fm的光和fo - fm的光被吸收的吸收频带B3、仅&的光被吸收的吸收频带B2、和仅fff；的光被吸收的吸收频带B1这5个吸收频带。其中的第3个出现的吸收频带B3的极小点处的Vpd最小，Vset为稍低于该极小点的值，Vfflin为稍高于最小值的值。
[0146]MPU 25在完成步骤S72?S84的处理后，进行步骤S52?S64的处理，并根据步骤S62、S64的判定结果，进行步骤S86、S88的处理，或再次进行步骤S66以后的处理。另外，在这里的步骤S52?S64的处理中，不使用在电源接通时存储在存储器26中的Vpd和Vsrt,而使用在步骤S82中存储的Vpd和Vsrt。此外，第2次以后的步骤S62、S64的判定中的阈值(X、Y的值)可以与第I次的步骤S62、S64的判定中的阈值相同，也可以不同。
[0147]由此，MPU 25在电源接通后，首先进行调整判定处理(步骤S50?S64的处理)，如果需要变更偏置电流的设定，则在之后每次进行扫描处理(步骤S72?S84的处理)时，进行再次扫描判定处理(步骤S52?S64的处理)，由此自动设定偏置电流使得中心频率&与吸收频带的最小点一致。
[0148]另外，如果将电流控制电路22构成为能够在从MPU 25接收到Vbias的设定值后立即输出与设定值对应的电压，则可以将步骤S50?S56的处理替代为MPU 25向电流控制电路22供给设定值Vset的处理。同样，可以将步骤S66?S70的处理替代为MPU 25向电流控制电路22供给设定值V2的处理。
[0149]图10㈧和图10⑶中示出偏置电流的自动设定处理中的Vbias的举动的一例。图10(A)是进行调整判定处理(不进行扫描处理)后结束的情况下的例子，图10(B)是在调整判定处理后，扫描处理进行I次而结束的情况下的例子。
[0150]如以上所说明那样，根据第2实施方式的原子振荡器，在调整判定处理中，将Vbias设定并稳定(锁定)到存储在存储器26中的值Vsrt的状态下，在所取得的Vpd与存储在存储器26中的值Vmin之差(比)处于预定范围内、且所取得的Vbias与存储在存储器26中的值Vset之差(比)处于预定范围内的情况下，判定为不进行扫描处理，在除此以外的情况下，判定为进行扫描处理。由此，能够省去无用的扫描处理，削减偏置电流的设定时间和功耗。
[0151]此外，根据第2实施方式的原子振荡器，在调整判定处理中判定为进行扫描处理的情况下，在扫描处理中，将基于气室13的光的吸收频带的最小点附近的Vbias和Vpd分别设为Vsrt和Vmin存储到存储器26中，在再次扫描判定处理中，将Vbias设定并稳定(锁定)为Vset的状态下，如果所取得的Vpd与Vmin之差(比)处于预定范围内、且所取得的Vbias与Vsrt之差(比)处于预定范围内，则判定为不再次进行扫描处理，在除此以外的情况下，判定为再次进行扫描处理。由此，只要有必要，则反复扫描处理，自动设定偏置电流，使得偏置电流稳定在吸收频带的最小点附近。因此，根据第2实施方式的原子振荡器，能够得到S/N较高的EIT信号，从而提高频率稳定度。
[0152]2.电子设备
[0153]图11是本实施方式的电子设备的功能框图。
[0154]本实施方式的电子设备300构成为包含原子振荡器310、CPU(Central ProcessingUnit:中央处理单兀)320、操作部330、ROM (Read Only Memory:只读存储器)340、RAM (Random Access Memory:随机存取存储器)350、通信部360和显不部370。另外，本实施方式的电子设备也可以构成为省略或变更图11的结构要素(各部件)的一部分，或者附加其他结构要素。
[0155]原子振荡器310例如是上述实施方式的原子振荡器1，输出长期稳定度高的时钟信号。
[0156]CPU 320依照存储在ROM 340等中的程序进行各种计算处理和控制处理。具体而言，CPU 320与原子振荡器310输出的时钟信号同步地，进行各种运算处理、与来自操作部330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360的处理、发送用于使各种信息显示在显示部370上的显示信号的处理等。
[0157]操作部330是由操作键、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CPU 320。
[0158]ROM 340存储有用于CPU 320进行各种计算处理和控制处理的程序和数据等。
[0159]RAM 350被用作CPU 320的工作区域，暂时存储从ROM 340读出的程序和数据、从操作部330输入的数据、CPU 320依照各种程序执行的运算结果等。
[0160]通信部360进行用于建立CPU 320与外部装置之间的数据通信的各种控制。
[0161]显示部370是由LCD (Liquid Crystal Display:液晶显示器)等构成的显示装置，根据从CPU 320输入的显示信号显示各种信息。可以在显示部370上设置作为操作部330发挥功能的触摸面板。
[0162]能够通过组装本实施方式的原子振荡器I作为原子振荡器310，实现可长期地维持高可靠性的电子设备。
[0163]作为这种电子设备300，例如可列举实现与标准时刻的同步的时刻管理用的服务器(时间服务器)、进行时间戳的发行等的时刻管理装置(时间戳服务器)、基站等频率基准装置等。作为电子设备300，还可以考虑其它各种电子设备，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)、智能手机或移动电话机等移动终端、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域网络设备、局域网设备、移动终端基站用设备、电视、摄像机、录像机、车载导航装置、实时时钟装置、寻呼机、电子记事本(也包含通信功能)、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、防盗用电视监视器、电子双筒镜、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、运动跟踪、运动控制器、PDR(步行者位置方位计测)等。
[0164]3.移动体
[0165]图12是示出本实施方式的移动体的一例的图(俯视图)。图12所示的移动体400构成为包含原子振荡器410、汽车导航装置420、控制器430、440、450、电池460和备用电池470。另外，本实施方式的移动体可以构成为省略或变更图11的结构要素(各部件)的一部分，还可以附加其他结构要素。
[0166]原子振荡器410输出长期稳定度高的时钟信号,作为该原子振荡器410,能够应用上述实施方式的原子振荡器I。
[0167]汽车导航装置420与原子振荡器410输出的时钟信号同步地，将位置、时刻以及其他各种信息显示在显示器上。
[0168]控制器430、440、450进行发动机系统、制动系统、无匙门禁系统等的各种控制。控制器430、440、450可以与原子振荡器410输出的时钟信号同步地进行各种控制。
[0169]本实施方式的移动体400能够通过具有原子振荡器410，长期地维持高可靠性。
[0170]作为这样的移动体400，可以考虑各种移动体，例如可列举出汽车(也包含电动汽车)、喷气式飞机或直升飞机等飞机、船舶、火箭、人造卫星等。
[0171]4.应用例
[0172]在上述本实施方式的原子振荡器中，向气室13施加磁场时，碱金属原子的能量能级发生塞曼分裂，产生EIT现象的共振光对的频率差ω12根据磁场的强度发生变动(其结果，振荡频率发生变动)。能够利用该特性，将本实施方式的原子振荡器应用到磁传感器。
[0173]此外，本实施方式的原子振荡器能够形成极其稳定的碱金属原子的量子干涉状态(量子相干性状态)，因此能够通过取出入射到气室13的共振光对，实现用于量子计算机、量子存储器、量子加密系统等量子信息设备的光源。
[0174]本发明不限于本实施方式，能够在本发明的主旨范围内进行各种变形实施。
[0175]上述实施方式和变形例是一个例子，并非限定于此。例如，还能够适当组合各实施方式和各变形例。
[0176]本发明包含与在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在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，本发明包含对在实施方式中说明的结构附加了公知技术后的结构。
【权利要求】
1.一种原子振荡器，其中，该原子振荡器具有: 封入有金属原子的室； 光源，其产生照射到所述室的光； 光检测单元，其检测透射过所述室的光； 偏置电流控制单元，其根据所述光检测单元检测到的光的强度，对供给到所述光源的偏置电流进行控制； 存储单元；以及 偏置电流设定单元，其进行扫描处理，并在所述扫描处理后，进行再次扫描判定处理，在所述扫描处理中，对所述偏置电流进行扫描，将所述光检测单元检测到的光的强度从减小转变为增大时的所述偏置电流的值和所述光的强度的值存储到所述存储单元中，在所述再次扫描判定处理中，根据存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值设定所述偏置电流，在所述偏置电流控制单元对所述偏置电流进行了控制的状态下，对所述光检测单元检测到的光的强度和存储在所述存储单元中的所述光的强度的值进行比较，根据比较结果判定是否再次进行所述扫描处理。
2.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中， 所述偏置电流设定单元在所述再次扫描判定处理中，在所述光检测单元检测到的光的强度与存储在所述存储单元中的所述光的强度的值之差或之比大于存储在所述存储单元中的阈值的情况下，判定为再次进行所述扫描处理。
3.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中， 所述偏置电流设定单元在所述再次扫描判定处理中，在所述偏置电流控制单元对所述偏置电流进行了控制的状态下，对所述偏置电流和存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值进行比较，并根据比较结果判定是否再次进行所述扫描处理。
4.根据权利要求3所述的原子振荡器，其中， 所述偏置电流设定单元在所述再次扫描判定处理中，在所述偏置电流与存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值之差或之比大于存储在所述存储单元中的阈值的情况下，判定为再次进行所述扫描处理。
5.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中， 所述偏置电流设定单元每当进行所述扫描处理时，进行所述再次扫描判定处理。
6.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中， 所述偏置电流设定单元在所述扫描处理前，进行如下的调整判定处理:根据存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值设定所述偏置电流，在所述偏置电流控制单元对所述偏置电流进行了控制的状态下，对所述光检测单元检测到的光的强度和存储在所述存储单元中的所述光的强度的值进行比较，根据比较结果判定是否进行所述扫描处理。
7.根据权利要求6所述的原子振荡器，其中， 所述偏置电流设定单元在所述调整判定处理中，在所述光检测单元检测到的光的强度与存储在所述存储单元中的所述光的强度的值之差或之比大于存储在所述存储单元中的阈值的情况下，判定为进行所述扫描处理。
8.根据权利要求6所述的原子振荡器，其中， 所述偏置电流设定单元在所述调整判定处理中，在所述偏置电流控制单元对所述偏置电流进行了控制的状态下，对所述偏置电流和存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值进行比较，并根据比较结果判定是否进行所述扫描处理。
9.根据权利要求8所述的原子振荡器，其中， 所述偏置电流设定单元在所述调整判定处理中，在所述偏置电流与存储在所述存储单元中的所述偏置电流的值之差或之比大于存储在所述存储单元中的阈值的情况下，判定为进行所述扫描处理。
10.一种电子设备，其中，该电子设备具有权利要求1所述的原子振荡器。
11.一种移动体，其中，该移动体具有权利要求1所述的原子振荡器。
【文档编号】H03L7/26GK104518791SQ201410461130
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】田中孝明, 珎道幸治, 吉田启之, 牧义之 申请人:精工爱普生株式会社