量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体的制作方法
【专利摘要】量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。提供能够发挥优异的短期频率稳定度以及长期频率稳定度量子干涉装置以及原子振荡器，此外，提供具有该量子干涉装置的、可靠性优异的电子设备以及移动体。本发明的原子振荡器具有：气室(31)，其具有封入了碱金属的原子的内部空间(S)；以及光射出部(21)，其向内部空间(S)射出包含与碱金属的原子共振的共振光对的激励光(LL)，在设内部空间(S)的沿着与激励光(LL)的轴a垂直的方向的宽度为W1、设激励光(LL)在内部空间(S)中沿着相同方向的宽度为W2时，满足40％≤W2/W1≤95％的关系。
【专利说明】量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体
【技术领域】
[0001]本发明涉及量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。
【背景技术】
[0002]作为长期具有高精度的振荡特性的振荡器，公知有基于铷、铯等碱金属的原子的能量跃迁而进行振荡的原子振荡器(例如，参照专利文献I)。
[0003]通常，原子振荡器的工作原理大致分为利用基于光与微波的双重共振现象的方式和利用基于波长不同的两种光的量子干涉效应(CPT:Coherent Populat1n Trapping(相干布居俘获))的方式，由于利用量子干涉效应的原子振荡器能够比利用双重共振现象的原子振荡器更加小型化，因此，近年来，被期待安装于各种设备。
[0004]例如，如专利文献I所公开的那样，利用量子干涉效应的原子振荡器具有:气室，其封入有气体状的金属原子；半导体激光器，其向气室中的金属原子照射包含频率不同的两种共振光的激光；以及光检测器，其检测透过了气室的激光。而且，在这样的原子振荡器中，在两种共振光的频率差为特定值时，会产生这两种共振光都不被气室内的金属原子吸收而透过的电磁诱导透明现象(EIT:Electromagnetically Induced Transparensy)现象，光检测器检测出伴随该EIT现象而产生的陡峭信号即EIT信号。
[0005]此处，从提高短期频率稳定度的方面来看，优选的是，EIT信号的线宽(半值宽度)小且强度高。在增大激光的直径时，与激光共振的金属原子的数量增加，因此，EIT信号的强度增大，但是，在激光的直径过大时，存在于气室的内壁附近的、行为与其它金属原子不同的金属原子与激光发生共振，因此，EIT信号的线宽明显增大。
[0006]因此，在专利文献I的原子振荡器中，使激光的直径相对于气室的内径减小为98%左右。
[0007]但是，在专利文献I的原子振荡器中，由于气室的内壁与激光之间的距离过小，因此，不仅难以进行设置气室以及半导体激光器时的光轴调整，而且，即使高精度地进行了该光轴调整，之后，随时间经过而产生气室与半导体激光器之间的相对位置偏差，使得从光射出部射出的光会接近气室的内部空间的壁面，从而存在长期频率稳定度恶化的问题。例如，一般可认为气室与半导体激光器是经由其它部件进行连接，该部件因热膨胀等而变形，从而产生气室与半导体激光器之间的位置偏差，引起上述问题。此外，一般可认为在气室与半导体激光器之间配置有透镜等光学部件，该光学部件由与气室以及半导体激光器分开的部件支承，同样也会产生位置偏差，引起上述问题。
[0008]专利文献1:日本特开2009-164331号公报
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，提供一种能够发挥优异的短期频率稳定度以及长期频率稳定度的量子干涉装置以及原子振荡器，此外，提供一种具有该量子干涉装置的可靠性优异的电子设备以及移动体。
[0010]本发明是为了解决上述的问题的至少一部分而完成的，可以作为以下的方式或者应用例来实现。
[0011][应用例I]
[0012]本发明的量子干涉装置的特征在于具有:气室，其具有封入了金属原子的内部空间；以及光射出部，其向所述内部空间射出包含用于与所述金属原子共振的共振光对的光，在设所述内部空间的沿着与所述光的轴相交的方向的宽度为W1、设所述光在所述内部空间中沿着所述相交的方向的宽度为W2时，满足40%彡W2/W1 ( 95%的关系。
[0013]根据本发明的量子干涉装置，通过优化Wl以及W2，不仅使设置气室以及光射出部时的光轴调整变得容易，而且，能够减小EIT信号的线宽，实现优异的短期频率稳定度，且即使随着时间经过而产生了气室与光射出部之间的相对位置偏差，也能够防止因从光射出部射出的光接近气室的内部空间的壁面而导致的长期频率稳定度的恶化。
[0014][应用例2]
[0015]在本发明的量子干涉装置中，优选的是，满足55%彡W2/W1 ( 65%的关系。
[0016]由此，即使气室的内部空间小型化，也能够较简单且可靠地实现优异的短期频率稳定度以及长期频率稳定度。
[0017][应用例3]
[0018]在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述内部空间的壁面与所述光之间的沿着所述相交的方向的距离为0.25mm以上。
[0019]由此，即使气室的内部空间小型化，也能够较简单且可靠地实现优异的短期频率稳定度以及长期频率稳定度。
[0020][应用例4]
[0021]在本发明的量子干涉装置中，优选的是，在设所述内部空间的沿着所述光的轴方向的长度为LI时，满足Wl < LI的关系。
[0022]在Wl以及LI满足上述关系的情况下，如果宽度Wl与宽度W2之差过小，则在以气室的内部空间相对于从光射出部射出的光的轴倾斜的方式产生光射出部与气室之间的相对位置偏差时，从光射出部射出的光容易接近气室的内部空间的壁面。因此，在该情况下，通过满足上述的Wl以及W2的关系，本发明效果变得显著。
[0023][应用例5]
[0024]在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述Wl在Imm以上且1mm以下的范围内。
[0025]由此，能够实现气室的小型化乃至量子干涉装置的小型化。此外，这样，在Wl较小的情况下，如果宽度Wl与宽度W2之差过小，则在随着时间经过而产生气室与光射出部之间的相对位置偏差时，容易产生因从光射出部射出的光接近气室的内部空间的壁面而导致的长期频率稳定度的恶化。因此，在该情况下，本发明效果变得显著。
[0026][应用例6]
[0027]在本发明的量子干涉装置中，优选的是，所述LI在3mm以上且30mm以下的范围内。
[0028]由此，既能够确保EIT信号的必要强度，又能够使内部空间的沿着与光的轴平行的方向的长度较短。因此，即使在以气室相对于从光射出部射出的光的轴倾斜的方式产生气室与光射出部之间的相对位置偏差时，也能够防止因从光射出部射出的光接近气室的内部空间的壁面而导致的长期频率稳定度的恶化。
[0029][应用例7]
[0030]在本发明的量子干涉装置中，优选的是，在所述光射出部与所述内部空间之间具有所述光的光圈单元。
[0031]由此，能够提高设计的自由度。
[0032][应用例8]
[0033]在本发明的量子干涉装置中，优选具有在所述内部空间产生所述光的轴方向的磁场的线圈。
[0034]由此，能够通过塞曼分裂，扩大内部空间中存在的金属原子的简并的不同能量能级之间的间隙，提高分辨率，减小EIT信号的线宽。
[0035][应用例9]
[0036]在本发明的量子干涉装置中，优选的是，在设从所述光射出部射出的所述光的幅射角为Θ、设所述光射出部与所述气室之间的距离为L时，LX tan( Θ /2)在0.2mm以上且5.0mm以下的范围内。
[0037]由此，能够实现量子干涉装置的小型化。
[0038][应用例10]
[0039]本发明的原子振荡器的特征在于具有本发明的量子干涉装置。
[0040]由此，能够提供具有优异的短期频率稳定度以及长期频率稳定度的原子振荡器。
[0041][应用例11]
[0042]本发明的电子设备的特征在于具有本发明的量子干涉装置。
[0043]由此，能够提供具有优异的可靠性的电子设备。
[0044][应用例12]
[0045]本发明的移动体的特征在于具有本发明的量子干涉装置。
[0046]由此，能够提供具有优异的可靠性的移动体。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]图1是示出本发明的第I实施方式的原子振荡器的概略结构的示意图。
[0048]图2是用于说明碱金属的能量状态的图。
[0049]图3是示出从光射出部射出的两个光的频率差与由光检测部检测出的光的强度之间的关系的曲线图。
[0050]图4是图1所示的原子振荡器的分解立体图。
[0051]图5是图1所示的原子振荡器的纵剖视图。
[0052]图6是用于说明图1所示的原子振荡器具有的光射出部以及气室的示意图。
[0053]图7是从光的通过方向观察图6所示的气室的图。
[0054]图8的(a)是示出W2/W1与EIT信号的线宽(半值宽度)之间的关系的曲线图，图8的(b)是示出W2/W1与短期频率稳定度之间的关系的曲线图。
[0055]图9是用于说明本发明的第2实施方式的光射出部以及气室的示意图。
[0056]图10是示出本发明的第3实施方式的原子振荡器的剖视图。
[0057]图11是在利用了 GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的系统结构概要图。
[0058]图12是示出本发明的移动体的一例的图。
[0059]标号说明
[0060]I原子振荡器；IA原子振荡器；2第I单元；3第2单元；4A光学部件；5布线基板；6控制部；8单元部；9支承部件；10封装；11基体；12盖体；21光射出部；22封装；23窗部；31气室；32光检测部；33加热器；34温度传感器；35线圈；36封装；37窗部；41光学部件；42光学部件；43光学部件；44光圈(光圈单元)；51贯通孔；52贯通孔；53贯通孔；54贯通孔；55贯通孔；61激励光控制部；62温度控制部；63磁场控制部；71连接器；72连接器；81基板；82连接部件；83导热层；84导热层；91腿部；92连结部；100定位系统；200 GPS卫星；221基体；222盖体；223引脚；300基站装置；301天线；302接收装置；303天线；304发送装置；311主体部；311a贯通孔；312窗部；313窗部；361基体；362盖体；363引脚；400 GPS接收装置；401天线；402卫星接收部；403天线；404基站接收部；421凹部；441开口 ；711贯通孔；712连接器部；713固定部；714线缆部；721贯通孔；722连接器部；723固定部；724线缆部；821连接部件；822连接部件；1500移动体；1501车体；1502车轮毋轴;L距离；L1长度山2距离；LL激励光；S内部空间；W1宽度；W2宽度。
【具体实施方式】
[0061]以下，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、电子设备以及移动体进行详细说明。
[0062]1.原子振荡器(量子干涉装置)
[0063]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。此外，以下，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，例如还可以应用于磁传感器、量子存储器等。
[0064]<第I实施方式>
[0065]图1是示出本发明的第I实施方式的原子振荡器的概略结构的示意图。此外，图2是用于说明碱金属的能量状态的图，图3是示出从光射出部射出的两个光的频率差与由光检测部检测出的光的强度之间的关系的曲线图。
[0066]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。
[0067]如图1所示，该原子振荡器I具有作为光射出侧的单元的第I单元2、作为光检测侧的单元的第2单元3、设置在单元2、3之间的光学部件41、42、43以及控制第I单元2和第2单元3的控制部6。
[0068]此处，第I单元2具有光射出部21和收纳光射出部21的第I封装22。
[0069]此外，第2单元3具有气室31、光检测部32、加热器33、温度传感器34、线圈35以及收纳它们的第2封装36。
[0070]首先，简单说明原子振荡器I的原理。
[0071]如图1所不,在原子振荡器I中,光射出部21向气室31射出激励光LL,光检测部32检测透过了气室31的激励光LL。
[0072]在气室31内，封入有气体状的碱金属(金属原子)，如图2所不,碱金属具有三能级系统的能量能级，可得到能量能级不同的两个基态(基态1、2)和激发态这3个状态。此处，基态I是比基态2低的能量状态。
[0073]从光射出部21射出的激励光LL包含频率不同的两种共振光1、2，在对这样的气体状的碱金属照射频率不同的这两种共振光1、2时，共振光1、2在碱金属中的光吸收率(光透过率)随着共振光I的频率ω I与共振光2的频率ω2之差(ω 1-ω2)而变化。
[0074]并且，在共振光I的频率ω?与共振光2的频率ω2之差(ω1_ω2)和相当于基态I与基态2之间的能量差的频率一致时，分别停止从基态1、2激励成激发态。此时，共振光1、2均不被碱金属吸收而透过。这样的现象称作CPT现象或者电磁诱导透明现象(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)。
[0075]例如，如果光射出部21固定共振光I的频率ω I而使共振光2的频率ω 2变化，则在共振光I的频率ω I与共振光2的频率ω2之差(ω 1-ω2)与相当于基态I与基态2之间的能量差的频率ωΟ —致时，光检测部32的检测强度如图3所示那样陡峭地上升。检测出这样的陡峭信号作为EIT信号。该EIT信号具有由碱金属的种类决定的固有值。因此，通过使用这样的EIT信号，能够构成振荡器。
[0076]以下，对本实施方式的原子振荡器I的具体结构进行说明。
[0077]图4是图1所示的原子振荡器的分解立体图，图5是图1所示的原子振荡器的纵首1J视图。
[0078]此外，在图4和图5中，为了便于说明，图示了 X轴、Y轴以及Z轴作为彼此垂直的3个轴，将该图示出的各箭头的末端侧称作“+侦彳”，将基端侧称作侧”。此外，以下，为了便于说明，将与X轴平行的方向称作“X轴方向”，将与Y轴平行的方向称作“Y轴方向”，将与Z轴平行的方向称作“Ζ轴方向”，此外，将+Z方向侧(图5的上侧)称作“上”，将-Z方向侧(图5的下侧)称作“下”。
[0079]如图4所示，原子振荡器I具有:布线基板5 (保持部件)，其安装有控制部6，并保持第I单元2、第2单元3以及光学部件41、42、43 ;连接器71、72，它们使第I单元2以及第2单元3与布线基板5电连接。
[0080]进而，第I单元2以及第2单元3经由布线基板5的布线(未图示)以及连接器71、72与控制部6电连接，由控制部6进行驱动控制。
[0081]以下，对原子振荡器I的各部依次进行详细说明。
[0082](第I单元)
[0083]如上所述，第I单元2具有光射出部21和收纳光射出部21的第I封装22。
[0084][光射出部]
[0085]光射出部21具有射出对气室31中的碱金属原子进行激励的激励光LL的功能。
[0086]更具体而言，光射出部21射出包含上述那样的频率不同的两种光(共振光I以及共振光2)的光作为激励光LL。
[0087]共振光I的频率ω I能够将气室31中的碱金属从上述基态I激励成激发态(共振)。
[0088]此外，共振光2的频率ω 2能够将气室31中的喊金属从上述基态2激励成激发态(共振)。
[0089]该光射出部21只要能够射出上述那样的激励光LL，则没有特别限制，例如，可以使用垂直共振器面发光激光器(VCSEL)等半导体激光器等。
[0090]此外，通过未图示的温度调节元件(发热电阻体、帕尔贴(Peltier)元件等)，这样的光射出部21的温度被调节到规定温度。
[0091][第I封装]
[0092]第I封装22收纳上述光射出部21。
[0093]如图5所示，该第I封装22具有基体221 (第I基体)和盖体222 (第I盖体)。
[0094]基体221直接或间接地支承光射出部21。在本实施方式中，基体221为板状，在俯视时为圆形。
[0095]进而，在该基体221的一个面(安装面)上，设置(安装)有光射出部21 (安装部件)。此外，如图5所示，在基体221的另一个面上，突出有多个引脚223。这些多个引脚223经由未图示的布线与光射出部21电连接。
[0096]这样的基体221与覆盖基体221上的光射出部21的盖体222接合。
[0097]盖体222为一端部敞开的有底筒状。在本实施方式中，盖体222的筒状部为圆筒状。
[0098]该盖体222的一端部的开口被上述基体221封闭。
[0099]而且，在盖体222的另一端部、即盖体222的与开口相反的一侧的底部，设置有窗部23。
[0100]该窗部23被设置在气室31与光射出部21之间的光轴(激励光LL的轴a)上。
[0101]而且，窗部23对于上述激励光LL具有透过性。
[0102]在本实施方式中，窗部23为透镜。由此，能够无损耗地向气室31照射激励光LL。
[0103]尤其是，作为透镜的窗部23将激励光LL的沿着与轴a垂直的方向的宽度设为宽度W2，该宽度W2小于内部空间S的沿着与激励光LL的轴a垂直的方向的宽度Wl (参照图6)。此外，关于宽度W1、W2，后面将详细描述。
[0104]此外，窗部23具有使激励光LL成为平行光的功能。S卩，窗部23为准直透镜，内部空间S中的激励光LL为平行光。由此，能够增加存在于内部空间S内的碱金属的原子中的通过从光射出部21射出的激励光LL而发生共振的碱金属的原子的数量。其结果是，能够提高EIT信号的强度。
[0105]此外，窗部23只要具有对于激励光LL的透过性即可，不限于透镜，例如，可以是透镜以外的光学部件，也可以是单纯的具有光透过性的板状部件。在该情况下，例如，可以与后述的光学部件41、42、43同样地，将具有上述功能的透镜设置在第I封装22与第2封装36之间。
[0106]这样的盖体222的窗部23以外的部分的结构材料没有特别限定，例如，可以使用陶瓷、金属、树脂等。
[0107]此处，在盖体222的窗部23以外的部分是由对于激励光具有透过性的材料构成的情况下，可以使盖体222的窗部23以外的部分与窗部23 —体地形成。此外，在盖体222的窗部23以外的部分是由对于激励光不具有透过性的材料构成的情况下，使盖体222的窗部23以外的部分与窗部23分体地形成，利用公知的接合方法将它们接合即可。
[0108]此外，优选使基体221与盖体222气密接合。即，第I封装22内部优选为气密空间。由此，能够使第I封装22内部成为减压状态或惰性气体封入状态，其结果是，能够提高原子振荡器I的特性。
[0109]此外，作为基体221与盖体222的接合方法，没有特别限定，例如可以使用钎焊、缝焊、高能束焊接(激光焊接、电子束焊接等)等。
[0110]此外，在基体221与盖体222之间，可以夹设有用于接合它们的接合部件。
[0111]此外，在第I封装22内，可以收纳有上述光射出部21以外的部件。
[0112]例如，在第I封装22内，可以收纳有调节光射出部21的温度的温度调节元件和温度传感器等。作为该温度调节元件，例如可举出发热电阻体(加热器)、帕尔贴元件等。
[0113]通过构成为具有这样的基体221以及盖体222的第I封装22，能够允许从光射出部21向第I封装22外射出激励光，且能够将光射出部21收纳在第I封装22内。
[0114]此外，第I封装22以基体221配置在与第2封装36相反的一侧的方式，保持在后述的布线基板5上。
[0115](第2单元)
[0116]如上所述，第2单元3具有气室31、光检测部32、加热器33、温度传感器34、线圈35以及收纳它们的第2封装36。
[0117][气室]
[0118]在气室31内，封入有气体状的铷、铯、钠等碱金属。此外，还可以根据需要，将氩、氖等的稀有气体、氮等的惰性气体作为缓冲气体而与碱金属气体一起封入气室31内。
[0119]例如，如图6所示，气室31具有:具备柱状的贯通孔311a的主体部311 ;以及封闭该贯通孔311a的两个开口的I对窗部312、313。由此，形成了封入上述那样的碱金属的内部空间S。
[0120]构成主体部311的材料没有特别限定，可举出金属材料、树脂材料、玻璃材料、硅材料、石英等，从加工性和与窗部312、313的接合的方面来看，优选使用玻璃材料、硅材料。
[0121]这样的主体部311与窗部312、313气密接合。由此，能够使气室31的内部空间S成为气密空间。
[0122]主体部311与窗部312、313的接合方法可根据它们的结构材料来决定，没有特别限定，例如，可以使用基于粘接剂的接合方法、直接接合法、阳极接合法等。
[0123]此外，构成窗部312、313的材料只要具有上述那样的对于激励光LL的透过性，没有特别限定，例如可举出硅材料、玻璃材料、石英等。
[0124]这样的各窗部312、313具有对于来自上述光射出部21的激励光LL的透过性。而且，一个窗部312使向气室31内部射入的激励光LL透过，另一个窗部313使从气室31内部射出的激励光LL透过。
[0125]在这样的气室31中，内部空间S的沿着与激励光LL的轴a垂直的方向(相交方向)的宽度Wl大于激励光LL的沿着与轴a垂直的方向的宽度W2(参照图6)。此外，关于宽度W1、W2，后面将详细描述。
[0126]此外，通过加热器33，这样的气室31的温度被调节到规定的温度。
[0127][光检测部]
[0128]光检测部32具有检测透过气室31内部的激励光LL(共振光1、2)的强度的功能。
[0129]该光检测部32只要能够检测出上述那样的激励光，则没有特别限定，例如，可以使用太阳能电池、光电二极管等光检测器(受光元件)。
[0130][加热器]
[0131]加热器33具有对上述气室31 (更具体而言是气室31中的碱金属)进行加热的功能。由此，能够使气室31中的碱金属维持为期望浓度的气体状。
[0132]该加热器33是因通电而发热的装置，例如由设置在气室31的外表面上的发热电阻体构成。这样的发热电阻体例如可以使用等离子体CVD、热CVD那样的化学蒸镀法(CVD)、真空蒸镀等干式镀层法、溶胶凝胶法等来形成。
[0133]此处，在将该发热电阻体设置在气室31的激励光LL的入射部或射出部的情况下，该发热电阻体由具有对于激励光的透过性的材料构成，具体而言，例如，由IT0(Indium TinOxide:铟锡氧化物)、IZO (Indium Zinc Oxide:铟锌氧化物)、ln303、Sn02、含 Sb 的 Sn02、含Al的ZnO等氧化物等的透明电极材料构成。
[0134]此外，加热器33只要能够对气室31进行加热，则没有特别限定，加热器33可以与气室31不接触。此外，也可以使用帕尔贴元件替代加热器33或者与加热器33并用，来对气室31进行加热。
[0135]这样的加热器33与后述的控制部6的温度控制部62电连接而被通电控制。
[0136][温度传感器]
[0137]温度传感器34检测加热器33或者气室31的温度。进而，根据该温度传感器34的检测结果，控制上述加热器33的发热量。由此，能够使气室31内的碱金属原子维持期望的温度。
[0138]此外，温度传感器34的设置位置没有特别限定，例如可以在加热器33上，也可以在气室31的外表面上。
[0139]温度传感器34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。
[0140]这样的温度传感器34经由未图示的布线，与后述的控制部6的温度控制部62电连接。
[0141][线圈]
[0142]线圈35具有通过通电而在内部空间S内产生沿着激励光LL的轴a的方向(平行的方向)的磁场的功能。由此，通过塞曼分裂，能够扩大存在于内部空间S内的碱金属原子的简并的不同能量能级之间的间隙，提高分辨率，减小EIT信号的线宽。
[0143]此外，线圈35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与交变磁场而成的磁场。
[0144]该线圈35的设置位置没有特别限定，虽然没有图示，例如，可以以构成螺线管型的方式，沿着气室31的外周卷绕地设置，或者以构成亥姆霍兹型的方式，使I对线圈隔着气室31相对。
[0145]该线圈35经由未图示的布线与后述的控制部6的磁场控制部63电连接。由此，能够对线圈35进行通电。
[0146][第2封装]
[0147]第2封装36收纳上述气室31、光检测部32、加热器33、温度传感器34以及线圈35。
[0148]该第2封装36与上述第I单元2的第I封装22同样地构成。
[0149]具体而言，如图5所示，第2封装36具有基体361(第2基体)和盖体362(第2盖体)。
[0150]基体361直接或间接地支承气室31、光检测部32、加热器33、温度传感器34以及线圈35。在本实施方式中，基体361为板状，在俯视时为圆形。
[0151]而且，在该基体361的一个面(安装面)上设置(安装)有气室31、光检测部32、加热器33、温度传感器34以及线圈35 (多个安装部件)。此外，如图5所示，基体361的另一个面上突出有多个引脚363。这些多个引脚363经由未图示的布线，与光检测部32、加热器33、温度传感器34以及线圈35电连接。
[0152]这样的基体361与盖体362接合，该盖体362覆盖基体361上的气室31、光检测部32、加热器33、温度传感器34以及线圈35。
[0153]盖体362为一端部敞开的有底筒状。在本实施方式中，盖体362的筒状部为圆筒状。
[0154]该盖体362的一端部的开口被上述基体361封闭。
[0155]而且,在盖体362的另一端部、即盖体362的与开口相反的一侧的底部，设置有窗部37。
[0156]该窗部37设置在气室31与光射出部21之间的光轴(轴a)上。
[0157]而且，窗部37对于上述激励光具有透过性。
[0158]在本实施方式中，窗部37由具有光透过性的板状部件构成。
[0159]此外，窗部37只要具有对于激励光的透过性，则不限于具有光透过性的板状部件，例如，可以是透镜、偏振光板、λ /4波长板等光学部件。
[0160]这样的盖体362的窗部37以外的部分的结构材料没有特别限定，例如可以使用陶瓷、金属、树脂等。
[0161]此处，在盖体362的窗部37以外的部分是由对于激励光具有透过性的材料构成的情况下，可以使盖体362的窗部37以外的部分与窗部37 —体地形成。此外，在盖体362的窗部37以外的部分是由对于激励光不具有透过性的材料构成的情况下，可以使盖体362的窗部37以外的部分与窗部37分体地形成，并利用公知的接合方法来使它们接合。
[0162]此外，优选使基体361与盖体362气密接合。即，优选的是，第2封装36内是气密空间。由此，能够使第2封装36内部成为减压状态或惰性气体封入状态，其结果是，能够提高原子振荡器I的特性。
[0163]此外，基体361与盖体362的接合方法没有特别限定，例如可以使用钎焊、缝焊、高能束焊接(激光焊接、电子束焊接等)。
[0164]此外，在基体361与盖体362之间，可以夹设有用于接合它们的接合部件。
[0165]此外，在第2封装36内部，至少收纳气室31以及光检测部32即可，此外，也可以收纳上述气室31、光检测部32、加热器33、温度传感器34以及线圈35以外的部件。
[0166]根据这样的构成为具有基体361以及盖体362的第2封装36，能够容许来自光射出部21射入到激励光的第2封装36内部，且能够将气室31以及光检测部32收纳在第2封装36内。因此，通过与上述那样的第I封装22组合地使用第2封装36，确保激励光从光射出部21经由气室31到光检测部32的光路，且能够将光射出部21以及气室31收纳在彼此不接触的各个封装中。
[0167]此外，第2封装36以基体361配置在与第I封装22相反的一侧的方式，保持在后述的布线基板5上。
[0168](光学部件)
[0169]在上述那样的第I封装22和第2封装36之间，配置有多个光学部件41、42、43。这些多个光学部件41、42、43分别设置在上述第I封装22内的光射出部21与上述第2封装36内的气室31之间的光轴(轴a)上。
[0170]此外，在本实施方式中，从第I封装22侧到第2封装36侧，依次配置有光学部件41、光学部件42、光学部件43。
[0171]光学部件41为λ/4波长板。由此，例如，在来自光射出部21的激励光为线偏振光的情况下，能够将该激励光转换为圆偏振光(右圆偏振光或左圆偏振光)。
[0172]如上所述，在气室31内的碱金属原子因线圈35的磁场而发生塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射线偏振光的激励光，则由于激励光与碱金属原子的相互作用，碱金属原子均匀地分散存在于塞曼分裂后的多个能级。其结果是，由于期望的能量能级的碱金属原子的数量相对于其它能量能级的碱金属原子的数量相对地变少，因此显现期望的EIT现象的原子数减少，期望的EIT信号减小，结果导致原子振荡器I的振荡特性的下降。
[0173]与此相对，如上所述，在气室31内的碱金属原子因线圈35的磁场而进行塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射圆偏振光的激励光，则由于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的能量能级的碱金属原子的数量相对于其它能量能级的碱金属原子的数量相对地变多。因此，显现期望的EIT现象的原子数增加，期望的EIT信号增大，其结果是，能够提高原子振荡器I的振荡特性。
[0174]在本实施方式中，光学部件41为圆板状。因此，能够使光学部件41在与后述的形状的贯通孔53卡合的状态下绕与光轴(轴a)平行的轴线旋转。此外，光学部件41的平面图形状不限于此，例如可以是四边形、五边形等多边形。
[0175]相对于这样的光学部件41，在第2单元3侧，配置有光学部件42、43。
[0176]光学部件42、43分别为减光滤光器(ND滤光器)。由此，能够调整(减少)向气室31射入的激励光LL的强度。因此，即使在光射出部21的输出较大的情况下，也能够使向气室31射入的激励光成为期望的光量。在本实施方式中，通过光学部件42、43，对由上述光学部件41转换为圆偏振光的激励光的强度进行调整。
[0177]在本实施方式中，光学部件42、43分别为板状。此外，光学部件42、43的平面图形状分别为圆形。因此，能够使光学部件42、43分别在与后述的形状的贯通孔53卡合的状态下绕与光轴(轴a)平行的轴线旋转。
[0178]此外，光学部件42、43的平面图形状不限于此，例如，可以是四边形、五边形等多边形。
[0179]此外，光学部件42以及光学部件43彼此的减光率可以相同，也可以不同。
[0180]此外，光学部件42、43可以具有减光率在上侧和下侧连续地或阶段性地不同的部分。在该情况下，能够通过调整光学部件42、43相对于布线基板5在上下方向上的位置，调整激励光的减光率。
[0181]此外，光学部件42、43也可以具有减光率在周向上连续地或断续地不同的部分。在该情况下，能够通过使光学部件42、43旋转，调整激励光的减光率。此外，在该情况下，使光学部件42、43的旋转中心与轴a错开即可。
[0182]此外，可以省略该光学部件42、43中的任意一个光学部件。此外，在光射出部21的输出合适的情况下，可以省略光学部件42、43双方。
[0183]此外，光学部件41、42、43不限于上述的种类、配置顺序、数量等。例如，光学部件
41、42、43不限于λ /4波长板或减光滤光器，也可以是透镜、偏振光板等。
[0184](布线基板)
[0185]布线基板5具有未图示的布线，并具备经由该布线来使安装在布线基板5的控制部6等电子部件与连接器71、72电连接的功能。
[0186]此外，布线基板5具有保持上述第I封装22、第2封装36以及多个光学部件41、42,43的功能。
[0187]该布线基板5在第I封装22与第2封装36隔着空间而彼此不接触的状态下保持第I封装22与第2封装36。由此，能够防止或抑制光射出部21与气室31之间的热干扰，能够独立地高精度地对光射出部21与气室31进行温度控制。
[0188]具体而言，如图4所示，布线基板5形成有贯通其厚度方向的贯通孔51、52、53、54、55。
[0189]此处，贯通孔51 (第I贯通孔)设置在布线基板5的X轴方向的一端部侧，贯通孔52(第2贯通孔)设置在布线基板5的X轴方向的另一端部侧。而且，贯通孔53、54、55(第3贯通孔)设置在布线基板5的贯通孔51与贯通孔52之间。
[0190]在本实施方式中，贯通孔51、52、53、54、55彼此独立地形成。因此，能够使布线基板5的刚性优异。
[0191]进而，将第I封装22的一部分从上侧插入到贯通孔51内，由此，第I封装22相对于布线基板5,在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上被定位。
[0192]在本实施方式中，贯通孔51的Y轴方向上的宽度小于第I封装22的Y轴方向上的宽度(圆筒部的直径)。因此，第I封装22以其圆筒部的中心轴相对于布线基板5位于上侧的状态，与贯通孔51的缘部卡合(抵接)。
[0193]此外，通过使第I封装22与贯通孔51的缘部抵接，能够减小第I封装22与布线基板5之间的接触面积。由此，能够抑制第I封装22与布线基板5之间的热传递。
[0194]同样，将第2封装36的一部分插入到贯通孔52内，由此，第2封装36相对于布线基板5，在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上被定位。此外，与第I封装22同样地，通过使第2封装36与贯通孔52的缘部抵接，能够减小第2封装36与布线基板5的接触面积。由此，能够抑制第2封装36与布线基板5之间的热传递。
[0195]这样，能够抑制经由第I封装22与第2封装36之间的布线基板5的热传递，因此，能够抑制光射出部21与气室31之间的热干扰。
[0196]根据具有这样的贯通孔51、52的布线基板5，通过将第I封装22以及第2封装36设置在布线基板5上，能够进行包含光射出部21以及光检测部32的光学系统的定位。因此，能够使第I封装22以及第2封装36在布线基板5上的设置变得容易。
[0197]此外，相比于在布线基板5之外另行设置保持第I封装22以及第2封装36的部件的情况，能够减少部件数量。其结果是，能够实现原子振荡器I的低成本化以及小型化。
[0198]此外，在本实施方式中，如上所述，在布线基板5上单独地形成供第I封装22插入的贯通孔51与供第2封装36插入的贯通孔52，因此，能够使布线基板5的刚性优异，且能够利用布线基板5保持第I封装22以及第2封装36。
[0199]此外，光学部件41的一部分被插入到贯通孔53内，由此，光学部件41相对于布线基板5，在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上被定位。
[0200]同样，光学部件42的一部分被插入到贯通孔54内，由此，光学部件42相对于布线基板5，在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上被定位。
[0201]此外，光学部件43的一部分被插入到贯通孔55内，由此，光学部件43相对于布线基板5，在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上被定位。
[0202]根据具有这样的贯通孔53、54、55的布线基板5，由于分别保持光学部件41、42、43，因此，在制造原子振荡器I时，在安装布线基板5的各部件时，能够在将第I封装22以及第2封装36保持于布线基板5的状态下，一边调整光学部件41、42、43的位置或姿态，一边将光学部件41、42、43设置于布线基板。
[0203]贯通孔53能够以光学部件41绕沿着连接第I封装22与第2封装36的线段的轴线(例如轴a)旋转的方式保持光学部件41。由此，能够使光学部件41与布线基板5的贯通孔53卡合，在进行了与轴a平行的方向上的定位的状态下，对光学部件41绕轴a的姿态进行调整。
[0204]同样，贯通孔54能够以光学部件42绕沿着连接第I封装22与第2封装36的线段的轴线旋转的方式保持光学部件42。此外，贯通孔55能够以光学部件43绕沿着连接第I封装22与第2封装36的线段的轴线旋转的方式保持光学部件43。
[0205]在本实施方式中，贯通孔53、54、55形成为使光学部件41、42、43的板面彼此平行。此外，贯通孔53、54、55形成为使光学部件41、42、43的板面分别与轴a垂直。此外，贯通孔
53、54、55也可以形成为使光学部件41、42、43的板面彼此不平行，或者形成为使光学部件
41、42、43的板面分别相对于轴a倾斜。
[0206]此处,如上所述,光学部件41为λ/4波长板,与第I封装22相对于布线基板5的姿态无关地，使光学部件41旋转来调整姿态，由此,能够将来自光射出部21的激励光从线偏振光转换为圆偏振光。
[0207]在将光学部件41、42、43配置到布线基板5上时，例如，首先将第I单元2以及第2单元3设置/固定于布线基板5。然后，在使光学部件41、42、43分别与对应的贯通孔53、
54、55卡合的状态下，一边确认EIT信号等，一边改变各光学部件41、42、43的位置以及姿态中的至少一方。进而，在确认出期望的EIT信号时，在该状态下，将各光学部件41、42、43固定于布线基板5。该固定没有特别限定，例如，适宜使用光固化性粘接剂。关于光固化性粘接剂，如果是在固化前，则即使将其提供给各贯通孔53、54、55，也能够改变各光学部件41、
42、43的位置或姿态，进而，在期望时，短时间地使其固化来进行固定。
[0208]作为这样的布线基板5，可以使用各种印刷布线基板，从确保维持如上述那样保持的第I封装22、第2封装36以及光学部件41、42、43的位置关系而所需的刚性的方面来看，优选使用具有刚性部的基板、例如刚性基板、刚挠结合板等。
[0209]此外，即使在使用不具有刚性部的布线基板(例如，挠性基板)作为布线基板5的情况下，例如，通过使该布线基板与用于提高刚性的加强部件接合，也能够维持第I封装22、第2封装36以及光学部件41、42、43的位置关系。
[0210]在这样的布线基板5的一个面上设置有控制部6以及连接器71、72。此外，在布线基板5上也可以安装控制部6以外的电子部件。
[0211][控制部]
[0212]图1所示的控制部6具有分别控制加热器33、线圈35以及光射出部21的功能。
[0213]在本实施方式中，控制部6由安装在布线基板5上的IC(Integrated Circuit:集成电路)芯片构成。
[0214]这样的控制部6具有:激励光控制部61，其控制光射出部21的共振光1、2的频率；温度控制部62，其控制气室31中的碱金属的温度；以及磁场控制部63，其控制向气室31施加的磁场。
[0215]激励光控制部61根据上述光检测部32的检测结果，控制从光射出部21射出的共振光1、2的频率。更具体而言，激励光控制部61根据上述光检测部32的检测结果，控制从光射出部21射出的共振光1、2的频率，使得上述频率差(ω1-ω2)成为碱金属固有的频率
ω0ο
[0216]此外，虽然未图示，但激励光控制部61具有压控型石英振荡器(振荡电路)，其根据光检测部32的检测结果，对该压控型石英振荡器的振荡频率进行同步/调整，作为原子振荡器I的输出信号进行输出。
[0217]此外，温度控制部62根据温度传感器34的检测结果，控制对加热器33的通电。由此，能够使气室21维持在期望的温度范围内。
[0218]此外,磁场控制部63控制对线圈35的通电,使得线圈35产生的磁场恒定。
[0219][连接器]
[0220]连接器71 (第I连接器)被安装于第I封装22，具有使光射出部21与布线基板5电连接的功能。由此，经由连接器71，使第I封装22内的光射出部21与控制部6电连接。
[0221]此外，连接器72(第2连接器)被安装于第2封装36，具有使光检测部32等与布线基板5电连接的功能。由此，经由连接器72，使第2封装36内的光检测部32、加热器33、温度传感器34以及线圈35与控制部6电连接。
[0222]如图4所示，连接器71具有:连接器部712，其安装于第I封装22 ;固定部713，其固定于布线基板5 ;以及线缆部714，其连接连接器部712与固定部713。
[0223]连接器部712为片状，具有贯通其厚度方向的多个贯通孔711。
[0224]该多个贯通孔711与第I封装22的多个引脚223对应地设置。多个引脚223分别对应地插入该多个贯通孔711。
[0225]这样的多个引脚223例如分别通过焊锡等，如图5所示那样固定于连接器部712，并与设置在连接器部712中的布线(未图示)电连接。
[0226]另一方面，固定部713为片状，例如利用各向异性导电粘接剂(ACF)等，如图5所示那样固定于布线基板5，并且，设置在固定部713中的布线(未图示)与上述布线基板5的布线(未图示)电连接。
[0227]此外，该固定部713的布线(未图示)经由设置在线缆部714中的布线(未图示)，与连接器部712的布线(未图示)电连接。
[0228]如图4所示，与以上说明的连接器71同样，连接器72具有:连接器部722，其安装于第2封装36 ;固定部723，其固定于布线基板5 ;以及线缆部724，其连接连接器部722与固定部723。
[0229]连接器部722为片状，具有贯通其厚度方向的多个贯通孔721。
[0230]该多个贯通孔721与第2封装36的多个引脚363对应地设置。多个引脚363分别对应地插入该多个贯通孔721。
[0231]这样的多个引脚363例如分别通过焊锡等，如图5所示那样固定于连接器部722，并与设置在连接器部722中的布线(未图示)电连接。
[0232]另一方面，固定部723为片状，例如利用各向异性导电粘接剂(ACF)等，如图5所示那样固定于布线基板5，并且，设置在固定部723中的布线(未图示)与上述布线基板5的布线(未图示)电连接。
[0233]此外，该固定部723的布线(未图示)经由设置在线缆部724中的布线(未图示)，与连接器部722的布线(未图示)电连接。
[0234]这样的连接器71、72分别由挠性基板构成。即，在连接器71中，连接器部712、固定部713以及线缆部714分别由挠性基板构成，并且，连接器部712、固定部713以及线缆部714构成为一体。同样，在连接器72中，连接器部722、固定部723以及线缆部724分别由挠性基板构成，并且，连接器部722、固定部723以及线缆部724构成为一体。
[0235]这样，通过使用由挠性基板构成的连接器71、72，能够实现原子振荡器I的小型化以及低成本化。
[0236]此外，光射出部21与布线基板5的电连接以及光检测部32等与布线基板5的电连接不限于上述的连接器71、72，例如，也可以采用连接器部为插座状的部件。
[0237](宽度W1、W2)
[0238]以上，对原子振荡器I的各部的结构进行了说明，接下来，对宽度W1、W2进行详细描述。
[0239]图6是用于说明图1所示的原子振荡器具有的光射出部以及气室的示意图，图7是从光的通过方向观察图6所示的气室的图。此外，图8的(a)是示出W2/W1与EIT信号的线宽(半值宽度)之间的关系的曲线图，图8的(b)是示出W2/W1与短期频率稳定度之间的关系的曲线图。
[0240]如图6和图7所示，在原子振荡器I中，在设内部空间S的沿着与激励光LL的轴a垂直的方向的宽度为Wl (以下也简称为“宽度W1”)、设激励光LL在内部空间S中沿着相同方向的宽度为W2(以下也简称为“宽度W2”)时，满足40%彡W2/W1 ( 95%的关系。
[0241]这样，通过优化Wl以及W2，不仅使设置气室31以及光射出部21时的光轴调整变得容易，而且，能够减小EIT信号的线宽，实现优异的短期频率稳定度，且即使随着时间经过而产生气室31与光射出部21之间的相对位置偏差，也能够防止从光射出部21射出的激励光LL接近气室31的内部空间S的壁面而导致的长期频率稳定度的恶化。
[0242]更具体而言，通过将W2/W1设为40%以上，如图8的(a)所示，EIT信号的线宽变小，其结果是，如图8的(b)所示，短期频率稳定度提高。
[0243]此处，在原子振荡器I中，气室31与光射出部21不直接连接，而经由布线基板5等其它部件进行连接。因此，例如，布线基板5的变形会成为气室31与光射出部21之间的位置偏差的原因。因此，在宽度Wl与宽度W2之差较小时，从光射出部21射出的激励光LL容易照射到存在于气室31的内部空间S的壁面附近的、行为与其它碱金属不同的碱金属。
[0244]因此，通过将W2/W1设为95%以下，内部空间S的内壁与激励光LL之间的距离变大，因此，即使产生光射出部21、气室31以及窗部23等的位置偏差，也能够防止从光射出部21射出的激励光LL容易照射到存在于气室31的内部空间S的壁面附近的、行为与其它碱金属不同的碱金属的情况。因此，能够防止该位置偏差带来的EIT信号线宽的增大，其结果是，能够发挥优异的长期频率稳定度。
[0245]与此相对，在W2/W1过小时，如图8的(a)所示，EIT信号的线宽急剧增大，其结果是，如图8的(b)所示，短期频率稳定度恶化。此外，在W2/W1过大时，内部空间S的内壁与激励光LL之间的距离变得极小，因此，在产生光射出部21、气室31以及窗部23等的位置偏差的情况下，从光射出部21射出的激励光LL照射到存在于气室31的内部空间S的壁面附近的、行为与其它碱金属不同的碱金属。因此，产生了该位置偏差带来的EIT信号线宽的增大，其结果是，长期频率稳定度恶化。
[0246]此外，图8是在内部空间S的沿着与轴a垂直的方向的截面形状为圆形且宽度Wl (直径)为4.5mm的情况下，求出激励光LL的宽度W2 (直径)为0.2mm、1.2mm、1.8mm、2.7mm时的各个线宽以及短期频率稳定度而得到的图，但是，本发明人确认到，即使宽度VU V2是其它范围，也可得到相同的效果。
[0247]此外，W2/W1满足上述范围即可，优选满足55%彡W2/W1彡65%的关系。由此，即使气室31的内部空间S小型化，也能够比较简单且可靠地实现优异的短期频率稳定度以及长期频率稳定度。
[0248]此外，内部空间S的壁面和激励光LL之间的沿着与激励光LL的轴a垂直的方向的距离L2优选为0.25mm以上，更优选为0.25mm以上且1.35mm以下，进一步优选为0.5mm以上且1.2mm以下。由此，即使气室31的内部空间S小型化，也能够比较简单且可靠地实现优异的短期频率稳定度以及长期频率稳定度。
[0249]此外，优选的是，在设内部空间S的沿着与激励光LL的轴a平行的方向(沿着激励光LL的轴a)的长度为LI时，满足Wl < LI的关系。由此，能够增加被激励光LL照射的碱金属的数量，能够增大EIT信号的强度。此外，在Wl以及LI满足上述关系的情况下，如果宽度Wl与宽度W2之差过小，则在以气室31的内部空间S相对于从光射出部21射出的激励光LL的轴a倾斜的方式产生了光射出部21与气室31之间的相对位置偏差时，从光射出部21射出的激励光LL容易接近气室31的内部空间S的壁面。因此，在该情况下，通过满足上述那样的Wl以及W2的关系，本发明效果变得显著。
[0250]此夕卜，宽度Wl优选为Imm以上且1mm以下的范围内，更优选为2mm以上且8mm以下的范围内，进一步优选为3mm以上且6mm以下的范围内。由此，能够实现气室31的小型化乃至原子振荡器I的小型化。此外，这样，在Wl较小的情况下，如果宽度Wl与宽度W2之差过小，则在随着时间经过而产生气室31与光射出部21之间的相对位置偏差时，容易产生因从光射出部21射出的光接近气室31的内部空间S的壁面而导致的长期频率稳定度的恶化。因此，在该情况下，本发明效果变得显著。
[0251]此外，内部空间S的沿着与激励光LL的轴a平行的方向的长度LI优选为3mm以上且30mm以下的范围内，更优选为4mm以上且25mm以下的范围内，进一步优选为5mm以上且20mm以下的范围内。由此，既能够确保EIT信号的必要强度，又能够使内部空间S的沿着与激励光LL的轴a平行的方向的长度LI较短。因此，即使在以气室31相对于从光射出部21射出的激励光LL的轴a倾斜的方式产生了光射出部21与气室31之间的相对位置偏差时，也能够防止从光射出部21射出的激励光LL接近气室31的内部空间S的壁面而导致的长期频率稳定度的恶化。
[0252]此外，在本实施方式中，内部空间S以及激励光LL的沿着与激励光LL的轴垂直的方向的横截面形状均为圆形。这样，通过使内部空间S以及激励光LL的横截面形状成为相似形状，能够高效地向内部空间S的碱金属的原子照射激励光LL。内部空间S以及激励光LL的横截面形状也可以彼此不同，此外，不限于圆形，例如也可以为三角形、四边形、五边形等多边形、椭圆形等。
[0253]此外，优选的是，在设从光射出部21射出的激励光LL的幅射角为Θ、设光射出部21与气室31之间的距离为L时，LXtan( Θ /2)为0.2mm以上且5.0mm以下的范围内。由此，能够实现原子振荡器I的小型化。
[0254]<第2实施方式>
[0255]接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。
[0256]图9是用于说明本发明的第2实施方式的光射出部以及气室的示意图。
[0257]除了利用光圈对从光射出部射出的光进行整形以外，本实施方式与上述第I实施方式相同。
[0258]在以下的说明中，对于第2实施方式，以与第I实施方式的不同之处为中心进行说明，对于相同事项，省略其说明。此外，在图9中，对于与上述实施方式相同的结构，标注相同的标号。
[0259]如图9所示，在本实施方式中，在窗部23 (透镜)与气室31之间，配置有具有开口441的光圈44 (光圈单元)。
[0260]该光圈44将借助窗部23而成为平行光的激励光LL整形为宽度W2。通过使用这样的光圈44，能够提高光射出部21和窗部23的配置、光射出部21的激励光LL的幅射角以及窗部23的镜头光学能力(lens power)等的设计的自由度。
[0261]根据以上说明的第2实施方式，也能够与第I实施方式同样地优化宽度W1、W2，发挥优异的短期频率稳定度以及长期频率稳定度。
[0262]〈第3实施方式〉
[0263]接下来，对本发明的第3实施方式进行说明。
[0264]图10是示出本发明的第3实施方式的原子振荡器的剖视图。
[0265]除了在I个封装内收纳有包含光射出部以及气室在内的多个结构部件以外，本实施方式的原子振荡器与上述第I实施方式中的原子振荡器相同。
[0266]此外，在以下的说明中，对于第3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，对于相同事项，省略其说明。此外，在图10中，对于与上述实施方式相同的结构，标注相同的标号。
[0267]图10所示的原子振荡器IA具有:单元部8，其构成产生量子干涉效应的主要部分；封装10，其收纳单元部8 ；以及支承部件9 (支承部)，其收纳在封装10内，将单元部8支承于封装10。
[0268]此处，单元部8包含气室31、光射出部21、光学部件4A、光检测部32、加热器33 (发热部)、温度传感器34、基板81以及连接部件82，它们被单元化。此外，光学部件4A是组合上述第I实施方式的光学部件41、42、43而成的。此外，在图10中，虽然没有图示，但原子振荡器IA除了上述部件，还具有线圈35以及控制部6。
[0269]在该单元部8中，来自加热器33的热经由基板81以及连接部件82传递到气室31。
[0270]在基板81的一个面(上表面)上安装有光射出部21、加热器33、温度传感器34以及连接部件82。
[0271]基板81具有使来自加热器33的热传递到连接部件82的功能。由此，即使加热器33与连接部件82分离，也能够使来自加热器33的热传递到连接部件82。
[0272]此处，基板81使加热器33与连接部件82以热的方式进行连接。这样，通过将加热器33以及连接部件82安装于基板81，能够提高加热器33的设置自由度。
[0273]此外，通过将光射出部21安装于基板81，能够利用来自加热器33的热来对光射出部21进行温度调节。
[0274]这样的基板81的结构材料没有特别限定，可以使用热传导性优异的材料、例如金属材料。此外，在用金属材料构成基板81的情况下，可以根据需要，在基板81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。
[0275]此外，根据连接部件82的形状、加热器33的设置位置等的不同，可以省略基板81。在该情况下，使加热器33位于与连接部件82接触的位置即可。
[0276]连接部件82由隔着气室31设置的I对连接部件821、822构成。此外，连接部件82由热传导性优异的材料例如金属材料构成。
[0277]该连接部件82使加热器33与气室31的各窗部312、313以热的方式进行连接。由此，能够通过连接部件82的热传导，使来自加热器33的热传递到各窗部312、313，来对各窗部312、313进行加热。此外，能够使加热器33与气室31分离。因此，能够抑制由于对加热器33通电而产生的不需要的磁场给气室31内的金属原子带来不良影响。此外，由于能够减少加热器33的数量，因此，例如，减少用于对加热器33通电的布线的数量，其结果是，能够实现原子振荡器IA(量子干涉装置)的小型化。
[0278]在本实施方式中，在气室31的窗部312的外表面设置有导热层83。同样,在气室31的窗部313的外表面设置有导热层84。
[0279]导热层83、84分别由热传导率比构成窗部312、313的材料的热传导率大的材料构成。由此，能够利用导热层83、84的热传导，使来自连接部件82的热高效地扩散。其结果是，能够使各窗部312、313的温度分布均匀化。
[0280]此外，导热层83、84具有对于激励光的透过性。由此，能够使激励光从气室31的外部经由导热层83以及窗部312入射到气室31内。此外，能够使激励光从气室31内经由窗部313以及导热层84向气室31的外部射出。
[0281]这样的导热层83、84的结构材料只要是具有热传导率比窗部312、313的结构材料的热传导率高、且导热层83、84能够透过激励光的材料，则没有特别限定，例如，可以使用金刚石、DLC (diamond-like carbon:类金刚石碳)等。
[0282]此外，也可以省略导热层83、84。
[0283]此外，光检测部32经由粘接剂85接合在连接部件82上。
[0284]以上说明的单元部8经由支承部件9支承于封装10。
[0285]封装10具有收纳单元部8以及支承部件9的功能。此外，在图10中，虽然省略了图示，但是在封装10内，还收纳有线圈35。此外，还可以在封装10内收纳上述部件以外的部件。
[0286]该封装10具有板状的基体11 (底座部)和有底筒状的盖体12，盖体12的开口被基体11封闭。由此，形成了收纳单元部8以及支承部件9的空间。
[0287]基体11经由支承部件9来支承单元部8。
[0288]此外，虽然没有图示，但在基体11上设置有用于从封装10外部向内部的单元部8通电的多个布线以及多个端子。
[0289]该基体11的结构材料没有特别限定，例如可以使用树脂材料、陶瓷材料等。
[0290]这样的基体11与盖体12接合。
[0291]基体11与盖体12的接合方法没有特别限定，例如可以使用钎焊、缝焊、高能束焊接(激光焊接、电子束焊接等)等。
[0292]此外，在基体11与盖体12之间可以夹设有用于接合它们的接合部件。
[0293]这样的盖体12的结构材料没有特别限定，例如可以使用树脂材料、陶瓷材料、金属材料等。
[0294]此外，优选使基体11与盖体12气密接合。S卩，封装10内优选为气密空间。由此，能够使封装10内部成为减压状态或惰性气体封入状态，其结果是，能够提高原子振荡器IA的特性。
[0295]尤其是，封装10内部优选为减压状态。由此，能够抑制经由封装10内的空间的热传递。因此，能够抑制连接部件82与封装10的外部之间、或加热器33与气室31之间经由封装10内的空间的热干扰。因此，能够经由连接部件82，高效地使来自加热器33的热传递到各窗部312、313，从而抑制两个窗部312、313之间的温度差。此外，能够更有效地抑制单元部8与封装10的外部之间的热传递。
[0296]支承部件9 (支承部)收纳在封装10内，具有将单元部8支承于构成封装10的一部分的基体11的功能。
[0297]此外，支承部件9具有抑制单元部8与封装10的外部之间的热传递的功能。
[0298]该支承部件9具有多个腿部91 (柱部)和连结多个腿部91的连结部92。
[0299]多个腿部91分别例如利用粘接剂与封装10的基体11的内侧的面接合。
[0300]在从基体11与单元部8重合的方向俯视时(以下，也简称为“俯视时”)，多个腿部91配置在单元部8的外侧。由此，即使减小基体11与单元部8之间的距离，也能够使经由支承部件9的从单元部8到基体11的热传递路径较长。
[0301]连结部92使多个腿部91的上端部(另一端部)彼此连结。由此，提高了支承部件9的刚性。在本实施方式中，连结部92与多个腿部91形成为一体。此外，连结部92也可以与多个腿部91分体地形成，例如利用粘接剂与各腿部91接合。
[0302]该连结部92的上表面(与腿部91相反的一侧的面)与单元部8 (更具体而言是基板81)接合(连接)。由此，通过支承部件9来支承单元部8。
[0303]此外，在连结部92的上表面(即单元部8侧的面)的中央部形成有凹部921。该凹部921内的空间位于单元部8与连结部92之间。由此，能够减小单元部8与连结部92的接触面积，有效地抑制连结部92与单元部8之间的热传递。此外，能够抑制连结部92中的热传递。
[0304]这样的支承部件9的结构材料只要是热传导性较低、且能够确保支承部件9支承单元部8的刚性的材料，则没有特别限定，例如，优选使用树脂材料、陶瓷材料等非金属，更优选使用树脂材料。在用树脂材料来构成支承部件9的情况下，即使支承部件9的形状复杂，例如，使用射出成型等公知方法，能够容易地制造出支承部件9。此外，腿部91的结构材料与连结部92的结构材料可以相同，也可以不同。
[0305]根据以上说明的第3实施方式，也能够与第I实施方式同样地优化宽度W1、W2，发挥优异的短期频率稳定度以及长期频率稳定度。
[0306]2.电子设备
[0307]以上说明的原子振荡器能够组装到各种电子设备中。这样的电子设备具有优异的可靠性。
[0308]以下，对本发明的电子设备进行说明。
[0309]图11是在利用了 GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的系统结构概要图。
[0310]图11所示的定位系统100由GPS卫星200、基站装置300和GPS接收装置400构成。
[0311 ] GPS卫星200发送定位信息(GPS信号)。
[0312]基站装置300具有:接收装置302，其例如经由设置在电子基准点(GPS连续观测站)的天线301，高精度地接收来自GPS卫星200的定位信息；以及发送装置304，其经由天线303发送由该接收装置302接收到的定位信息。
[0313]此处，接收装置302是具有上述本发明的原子振荡器I来作为其基准频率振荡源的电子装置。这样的接收装置302具有优异的可靠性。此外，由接收装置302接收到的定位信息被发送装置304实时地发送。
[0314]GPS接收装置400具有:卫星接收部402，其经由天线401接收来自GPS卫星200的定位信息；以及基站接收部404，其经由天线403接收来自基站装置300的定位信息。
[0315]3.移动体
[0316]图12是示出本发明的移动体的一例的图。
[0317]在该图中，移动体1500具有车体1501和4个车轮1502，并构成为通过设置在车体1501上的未图示的动力源(发动机)来使车轮1502旋转。在这样的移动体1500中，内置有原子振荡器I。
[0318]根据这样的移动体，能够发挥优异的可靠性。
[0319]此外，具有本发明的原子振荡器(本发明的量子干涉装置)的电子设备不限于上述设备，例如也可以应用于移动电话、数字照相机、喷射式喷出装置(例如喷墨打印机)、个人计算机(移动型个人计算机、笔记本型个人计算机)、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼器、电子记事本(包含带通信功能的)、电子词典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、电视电话、防盗用电视监视器、电子望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如，车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、地面数字广播、移动电话基站等。
[0320]以上，根据图示的实施方式，对本发明的量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明不限于此。
[0321]此外，在本发明的量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体中，各部的结构可以置换为发挥相同功能的任意结构，此外，可以附加任意结构。
[0322]此外，本发明的原子振荡器可以使上述各实施方式的任意结构彼此组合。
[0323]此外，在本发明中，只要气室的内部空间的沿着与从光射出部射出的光的轴垂直的方向的宽度Wl与光在气室的内部空间中沿着相同方向的宽度W2满足上述那样的关系即可，原子振荡器(量子干涉装置)的结构不限于上述实施方式的结构。
[0324]例如，在上述实施方式中，以将气室配置在光射出部与光检测部之间的结构为例进行了说明，但是，也可以将光射出部以及光检测部相对于气室配置在相同侧，利用光检测部来检测被气室的与光射出部以及光检测部相反的一侧的面、或设置在气室的与光射出部以及光检测部相反的一侧的镜子反射的光。
[0325]此外，在上述第I实施方式中，以使第I封装、第2封装以及光学部件分别与布线基板中形成的贯通孔卡合的情况为例进行了说明，但不限于此，例如，也可以将第I封装、第2封装以及光学部件配置在布线基板的一个面上，集中地用箱状或块状的支架来保持第I封装、第2封装以及光学部件，将其支架配置在布线基板上。
【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，其具有封入了金属原子的内部空间；以及 光射出部，其向所述内部空间射出包含用于与所述金属原子共振的共振光对的光，在设所述内部空间的沿着与所述光的轴相交的方向的宽度为W1、设所述光在所述内部空间中沿着所述相交的方向的宽度为W2时， 满足40%彡W2/W1 ^ 95%的关系。
2.根据权利要求1所述的量子干涉装置，其中， 满足55%彡W2/W1 ^ 65%的关系。
3.根据权利要求1所述的量子干涉装置，其中， 所述内部空间的壁面与所述光之间的沿着所述相交的方向的距离为0.25mm以上。
4.根据权利要求1所述的量子干涉装置，其中， 在设所述内部空间的沿着所述光的轴方向的长度为LI时， 满足Wl〈 LI的关系。
5.根据权利要求3所述的量子干涉装置，其中， 所述Wl在Imm以上且1mm以下的范围内。
6.根据权利要求3所述的量子干涉装置，其中， 所述LI在3mm以上且30mm以下的范围内。
7.根据权利要求1所述的量子干涉装置，其中， 在所述光射出部与所述内部空间之间具有所述光的光圈单元。
8.根据权利要求7所述的量子干涉装置，其中， 所述量子干涉装置具有在所述内部空间产生所述光的轴方向的磁场的线圈。
9.根据权利要求1所述的量子干涉装置，其中， 在设从所述光射出部射出的所述光的幅射角为Θ、设所述光射出部与所述气室之间的距离为L时， LX tan ( Θ /2)在0.2mm以上且5.0mm以下的范围内。
10.一种原子振荡器，其特征在于，其具有权利要求1所述的量子干涉装置。
11.一种电子设备，其特征在于，其具有权利要求1所述的量子干涉装置。
12.—种移动体，其特征在于，其具有权利要求1所述的量子干涉装置。
【文档编号】H03L7/26GK104518794SQ201410490591
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】吉田启之, 田中孝明, 珎道幸治, 田村智博, 牧义之 申请人:精工爱普生株式会社