量子干涉装置及其制造方法、电子设备以及原子室模块的制作方法

量子干涉装置及其制造方法、电子设备以及原子室模块的制作方法
【专利摘要】提供一种量子干涉装置及其制造方法、电子设备以及原子室模块，即使小型化也能够实现高频温度特性。本发明的原子振荡器（量子干涉装置的一例）的制造方法包含：组装工序（S10、S20），将气室（110）、半导体激光器（200）、光检测器（210）、电路部的IC、加热器（120a、120b）和线圈（130a、130b）分别配置在期望的位置，组装出原子振荡器（量子干涉装置的一例）；以及调整工序（S30～S70），对流过线圈（130a、130b）的电流、线圈（130a、130b）的位置和形状中的至少一项进行调整，使得共振光的频率温度特性接近平坦。
【专利说明】量子干涉装置及其制造方法、电子设备以及原子室模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及量子干涉装置的制造方法、量子干涉装置、电子设备以及原子室模块。【背景技术】
[0002]如图22所示，已知，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。此外，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中的任意一个激励能级,但是不能跃迁到F=2的激励能级。这些是基于假定为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)通过吸收/发射D2线而能够进行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通过吸收/发射Dl线而能够进行Λ型跃迁，因此形成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不能通过吸收/发射D2线而进行Λ型跃迁，因此不能形成Λ型三能级。此外，已知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励能级。
[0005]此外，已知当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，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
1)、以及具有与第2基态能级(在铯原子的情况下，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)，从而引起停止朝激励能级的激励的电磁诱导透明(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)现象(有时也被称作 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)的频率差与和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，铯原子由于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23所示，在对气体状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、碱金属原子是否产生EIT现象，透过碱金属原子的光的强度会急剧地变化。表示该急剧地变化的透射光的强度的信号称作EIT信号(共振信号)，在共振光对的频率差f\-f2与和Λ E12对应的频率f12准确地一致时，表示EIT信号的电平是峰值。因此，通过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f\-f2与和AE12对应的频率f12准确地一致，能够实现高精度振荡器。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]因此，内置有气室的原子振荡器通常将气室的温度控制在得到最好的特性这样的温度范围内。在以往的方法中，以整体加热包含气室的容器(通常是金属)的方式驱动加热器。与此相对，近年来，提出了对加热器使用透明导电膜的方法，由于适于小型化且易于得到适当的温度分布等，因此，报告了尤其是在利用EIT现象的原子振荡器中的应用例。
[0009]但是，存在如下问题:由于在非常靠近气室的部位会流过根据外部温度而变动的较大的加热器电流，因此，由该加热器电流产生的磁场会发生变动，原子振荡器的频率温度特性会发生劣化。此外，还存在如下问题:随着原子振荡器小型化，易于受到外部温度的影响，注入到气室中的氖(Ne)和氩(Ar)等缓冲气体的温度特性和原子振荡器的电路部的温度特性明显化，频率温度特性最终发生劣化。

【发明内容】

[0010]本发明是鉴于以上 这样的问题点而完成的，根据本发明的几个方式，能够提供一种即使小型化也可实现优越的频率温度特性的量子干涉装置及其制造方法、使用该量子干涉装置的电子设备以及在该量子干涉装置中使用的原子室模块。
[0011]本发明正是为了解决上述问题中的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式或应用例来实现。
[0012][应用例I]一种量子干涉装置的制造方法，该量子干涉装置包含:封入有原子的原子室；光产生部，其产生包含共振光的光并将该光照射于所述原子室；光检测部，其检测透过所述原子室的光；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；发热部，其因电流流过而发热，对所述原子室进行加热；以及第I磁场产生部，其使所述原子室的内部产生磁场，所述量子干涉装置利用所述共振光使所述原子产生量子干涉状态，本应用例的量子干涉装置的制造方法包含:组装工序，将所述原子室、所述光产生部、所述光检测部、所述控制部、所述发热部和所述第I磁场产生部分别配置在期望的位置，来组装所述量子干涉装置；以及调整工序，对流过所述第I磁场产生部的电流、所述第I磁场产生部的位置和形状中的至少一项进行调整，使得所述量子干涉装置的频率温度特性接近平坦。
[0013]通常，当外部温度变动时，流过发热部的电流会根据变动量而变动，如果流过发热部的电流变动，则原子室内部的磁场强度也会变动。并且，在原子室内部的磁场强度变动时，共振光的频率发生变动，因此，即使原子室和电路部的温度特性是平坦的，量子干涉装置的频率温度特性也会由于流过发热部的电流的变动(磁场强度的变动)而具有斜率。因此，通过使由流过发热部的电流的变动(磁场强度的变动)引起的量子干涉装置的频率温度特性的斜率与由原子室和电路部的温度特性引起的量子干涉装置的频率温度特性的斜率相反，能够使量子干涉装置的综合频率温度特性平坦化。已知，共振光的频率由原子室内部的磁场强度的2次函数表示，由流过发热部的电流的变动(磁场强度的变动)引起的量子干涉装置的频率温度特性具有与原子室内部的磁场的方向和强度对应的斜率。该原子室内部的磁场的方向和强度的调整能够通过对流过第I磁场产生部的电流和第I磁场产生部的位置和形状进行调整来实现。
[0014]因此，根据本应用例的量子干涉装置的制造方法，能够实现即使小型化也可实现优越的频率温度特性的量子干涉装置。
[0015][应用例2]上述应用例的量子干涉装置的制造方法还可以包含测定工序，对在所述组装工序中组装出的所述量子干涉装置的频率温度特性进行测定，在所述调整工序中，根据所述测定工序的测定结果和能够确定所述第I磁场产生部产生的磁场与所述共振光的频率之间的对应关系的信息，计算流过所述第I磁场产生部的电流值。
[0016]根据本应用例的量子干涉装置的制造方法，根据能够确定第I磁场产生部产生的磁场与共振光的频率之间的对应关系的信息(2次函数的信息)，由于第I磁场产生部应产生的磁场的方向和强度是已知的，因此能够计算流过第I磁场产生部的电流值，以对由测定工序测定出的频率温度特性进行校正。因此，通过预先存储该电流值并使其流过第I磁场产生部，能够实现可实现优越的频率温度特性的量子干涉装置。
[0017][应用例3]所述量子干涉装置包含第2磁场产生部，该第2磁场产生部利用流过所述发热部的电流的至少一部分流过而使所述原子室的内部产生磁场，在所述组装工序中，将所述原子室、所述光产生部、所述光检测部、所述控制部、所述发热部，所述第I磁场产生部和所述第2磁场产生部分别配置在期望的位置，来组装所述量子干涉装置。
[0018]根据本应用例的量子干涉装置的制造方法，通过使第2磁场产生部产生的磁场根据流过发热部的电流的变动而变动，由此能够扩大或缩小原子室内部的磁场强度的变动范围。其结果是，能够变更由流过发热部的电流的变动(磁场强度的变动)引起的量子干涉装置的频率温度特性的斜率。因此，在第I磁场产生部产生的磁场过强或过弱而仅通过调整第I磁场产生部难以使量子干涉装置的频率温度特性平坦化的情况下，也是有效的。
[0019][应用例4]在上述应用例的量子干涉装置的制造方法中，在所述调整工序中，也可以对流过所述第2磁场产生部的电流、所述第2磁场产生部的位置和形状的至少一项进行调整，使得所述量子干涉装置的频率温度特性接近平坦。
[0020]根据本应用例的量子干涉装置的制造方法，由于能够对第I磁场产生部产生的磁场的方向和强度进行调整，并且还能够对第2磁场产生部产生磁场的方向和变动幅度进行调整，因此易于使量子干涉装置的频率温度特性平坦化。
[0021][应用例5]本应用例的量子干涉装置利用共振光使原子产生量子干涉状态，该量子干涉装置包含:封入有所述原子的原子室；光产生部，其产生包含所述共振光的光并将该光照射于所述原子室；光检测部，其检测透过所述原子室的光；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；发热部，其因电流流过而发热，对所述原子室进行加热；以及第I磁场产生部，其使所述原子室的内部产生磁场，所述量子干涉装置中，流过所述第I磁场产生部的电流、所述第I磁场产生部的位置和形状中的至少一项被调整为，使频率温度特性接近平坦。
[0022][应用例6]本应用例的电子设备具有上述量子干涉装置。[0023][应用例7]本应用例的原子室模块包含:封入有所述原子的原子室；发热部，其因电流流过而发热，对所述原子室进行加热；以及第I磁场产生部，其使所述原子室的内部产生磁场，流过所述第I磁场产生部的电流、所述第I磁场产生部的位置和形状中的至少一项被调整为，使所述原子产生量子干涉状态的共振光的频率温度特性接近平坦。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]图1是第I实施方式的原子振荡器的功能框图。
[0025]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。
[0026]图3是示出第I实施方式中的气室模块的结构的一例的图。
[0027]图4的(A)是示出塞曼分裂的能量能级的图，图4的(B)是示出分裂的EIT信号的一例的图。
[0028]图5是示出半导体激光器的出射光的频谱的一例的概略图。
[0029]图6是示出流过加热器和线圈的电流的方向与在气室的内部产生的磁场的方向的之间的关系的一例的图。
[0030]图7的(A)是示出外部温度与加热器电流的之间的关系的图，图7的(B)是示出外部温度与磁场强度的之间的关系的图。
[0031]图8是示出磁场强度与共振光对的频率差之间的关系的图。
[0032]图9是示出外部温度与共振光对的频率差之间的关系的图。
[0033]图10是示出第I实施方式的原子振荡器的制造方法的一例的流程图。
[0034]图11是示出原子振荡器的输出信号的频率温度特性的一例的图。
[0035]图12是第2实施方式的原子振荡器的功能框图。
[0036]图13是示出第2实施方式的原子振荡器的具体结构例的图。
[0037]图14是示出第2实施方式中的气室模块的结构的一例的图。
[0038]图15是示出流过加热器和线圈的电流的方向与在气室的内部产生的磁场的方向的之间的关系的一例的图。
[0039]图16是示出磁场强度与共振光对的频率差之间的关系的图。
[0040]图17是示出外部温度与共振光对的频率差之间的关系的图。
[0041]图18是示出第2实施方式的原子振荡器的制造方法的一例的流程图。
[0042]图19是本实施方式的电子设备的功能框图。
[0043]图20是本实施方式的电子设备的示意图。
[0044]图21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。
[0045]图22是示意性示出铯原子的能量能级的图。
[0046]图23是示出EIT信号的一例的概略图。
[0047]标号说明
[0048]I原子振荡器，10原子室模块，11原子室，12发热部，13第I磁场产生部，14温度检测部，15磁屏蔽部，16第2磁场产生部，20光产生部，30光检测部，40控制部，41发热控制部，42磁场设定部，43振荡控制部，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，160a、160b线圈，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电压控制石英振荡器(VCXO)，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线圈电流设定电路，330存储器，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送话口，508显示部
【具体实施方式】
[0049]下面，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，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。
[0050]以下，举出作为量子干涉装置的一例的原子振荡器为例进行说明。
[0051]1.原子振荡器
[0052]1-1.第I实施方式
[0053][原子振荡器的功能结构]
[0054]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。此外，本实施方式的原子振荡器构成为可以适当地省略或者变更图1的构成要素(各部)的一部分，也可以附加其它构成要素。
[0055]原子室模块10构成为包含原子室11、发热部12、第I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。
[0056]原子室11是在由玻璃等透明部件构成的容器中封入具有Λ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。将光产生部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。
[0057]发热部12因电流流过而发热，对原子室11进行加热。发热部12例如能够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能够由IToandiumTin Oxide:铟锡氧化物)、IZO (Indium Zinc Oxide:铟锌氧化物)、ln303> SnO2、含有 Sb 的SnO2,含有Al的ZnO等透明电极材料来实现。
[0058]第I磁场产生部13使原子室11的内部产生磁场。磁场产生部13例如能够由线圈来实现，通过对线圈的位置、形状(例如，线圈的卷绕方向、卷绕数、直径等)、电流的大小和方向等进行调整，能够产生期望的磁场。
[0059]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例如能够由热敏电阻和热电偶等温度传感器来实现。
[0060]磁屏蔽部15至少将原子室11、发热部12和磁场产生部13与外部磁场屏蔽,也可以将温度检测部14与外部磁场屏蔽。
[0061]光产生部20产生包含共振光的光，并将其照射于原子室11，该共振光使封入到原子室11中的原子共振。光产生部20例如能够由半导体激光器来实现。作为半导体激光器，可使用端面发光激光器(Edge Emitting Laser)或垂直共振器面发光激光器(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等面发光激光器等。[0062]光检测部30检测透过原子室11的光。光检测部30例如能够由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。
[0063]控制部40构成为包含发热控制部41、磁场设定部42和振荡控制部43，例如能够由通用的微处理器或专用电路来实现。
[0064]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。利用该发热控制部41控制发热部12的发热量，使得原子室11的内部温度几乎保持恒定。
[0065]磁场设定部42设定第I磁场产生部13产生的磁场的大小。通过该磁场设定部42，使原子室11的内部的各位置产生恒定的磁场(恒定磁场)。磁场设定部42例如能够通过使恒定量的电流流过第I磁场产生部13来产生恒定磁场。
[0066]振荡控制部43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43控制光产生部20产生共振光。
[0067]尤其是,在本实施方式中,对第I磁场产生部13产生的磁场进行调整,使得光产生部20产生的共振光的频率温度特性接近平坦。例如，通过对第I磁场产生部13的位置、形状、电流的大小和方向中的至少一项进行调整，能够对第I磁场产生部13产生的磁场进行调整。
[0068]此外，作为这样的原子振荡器，例如，可以将光产生部20控制为产生使封入到原子室11中的原子产生EIT现象的共振光对，也可以将原子室11收纳于空腔共振器(微波空腔)，将光产生部20控制为产生与封入到原子室11的原子对应的共振光，并且利用通过对空腔共振器施加微波所产生的光波微波双重共振现象。
[0069][原子振荡器的具体结构]
[0070]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、电压控制石英振荡器(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、加热器电流控制电路310、线圈电流设定电路320和存储器330 (存储部)。此外，本实施方式的原子振荡器构成为可以适当地省略或者变更图2的构成要素(各部)的一部分，也可以附加其它构成要素。
[0071]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150。图3 (A)和图3 (B)示出气室模块100的结构的一例。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轴的正方向观察到的气室模块100的侧视图。
[0072]气室110与图1的原子室11相对应，是将氖(Ne)和氩(Ar)等缓冲气体与气体状的碱金属原子一起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为长方体的形状，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)入射，透过气室Iio的光从另一个面(出射面)112的预定位置(例如中心点)射出。此外，气室110也可以是圆柱等其它形状。
[0073]两个加热器120a、120b均为平板形状，并被设置为与气室110的入射面111和出射面112分别重合。在加热器120a的两端，分别设置有电极121a和122a，通过使电流从电极122a朝电极121a的方向或者其反方向流动，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，通过使电流从电极121b朝电极122b的方向或者其反方向流过而发热，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，使得透过加热器120a的光入射到气室110，透过气室110的光透过加热器120b而射出。这两个加热器120a、120b与图1的发热部12相对应。
[0074]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。另外，也可以将温度传感器140配置在加热器120a或者气室110的表面。
[0075]两个线圈130a、130b配置为与两个面113、114分别相对，两个面113、114分别与气室110的入射面111和出射面112这两者垂直(与Y轴垂直)。这两个线圈130a、130b与图1的第I磁场产生部13相对应，使气室110的内部的各位置产生与流过这两个线圈130a、130b的电流的方向和大小对应的恒定的磁场(恒定磁场)。另外，由于在气室110的内部的各位置，也产生与因外部温度而变动的加热器电流(流过加热器120a、120b的电流)对应的磁场，因此，气室110的内部的各位置的磁场在与外部温度的变动范围对应的范围内变动。
[0076]气室110、加热器120a、120b、线圈130a、130b和温度传感器140被磁屏蔽150覆盖。磁屏蔽150与图1的磁屏蔽部15相对应。此外，磁屏蔽150通常具有不透明的颜色，但是，在图3 (A)中，为了示出气室模块100的结构，透明地示出了磁屏蔽150。此外，在图
3(B)中，省略了磁屏蔽150的图示。
[0077]返回到图2，半导体激光器200与图1的光产生部20相对应，产生包含有两个光波的光，其中，所述两个光波是使气室110中所包含的碱金属原子产生EIT现象的共振光对。半导体激光器200产生的光入射到气室110。
[0078]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。
[0079]检波电路220利用以数Hz?数百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。为了能够基于检波电路220进行同步检波，调制电路230将低频振荡器240的振荡信号(与被提供到检波电路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能够由频率混合器(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。
[0080]检波电路250利用以数Hz?数百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，对电压控制石英振荡器(VCXO) 260的振荡频率进行微调。电压控制石英振荡器(VCXO)260例如在数MHz?数IOMHz左右进行振荡。
[0081]为了能够基于检波电路250进行同步检波，调制电路270将低频振荡器280的振荡信号(与被提供到检波电路250的振荡信号相同的信号)作为调制信号，对电压控制石英振荡器(VCXO) 260的输出信号进行调制。调制电路270能够由频率混合器(混频器)、频率调制(FM)电路、振幅调制(AM)电路等来实现。
[0082]频率转换电路290以恒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例如能够由PLUPhase Locked Loop:锁相环)电路来实现。
[0083]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，利用通过半导体激光器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λ0 (中心频率为&)进行微调。具体而言，通过第I反馈环路进行反馈控制，使得对于与碱金属原子的激励能级和一个基态能级之间的能量差对应的波长X1 (=^f1:ν是光速)以及与激励能级和另一个基态能级之间的能量差对应的波长λ 2 (=v/f2)而言,半导体激光器200的出射光的中心波长λ 0 bv/fd)与(λ ^ λ 2) /2几乎一致(中心频率fQ与(f\+f2) /2几乎一致)。
[0084]驱动电路300进一步在偏置电流上叠加频率转换电路290的输出频率成分(调制频率为fm)的电流(调制电流)，并提供到半导体激光器200。通过该调制电流对半导体激光器200进行频率调制，产生中心频率为&的光，并且在其两侧分别产生频率偏差了匕的、频率为&±^、&±2^、...的光。并且，利用通过半导体激光器200、气室110、光检测器210、检波电路250、电压控制石英振荡器(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fcrfm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。[0085]此外，由检波电路220、调制电路230、低频振荡器240、检波电路250、电压控制石英振荡器(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43相对应。
[0086]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，在温度传感器140的检测温度因外部温度上升而略微上升时，加热器电流控制电路310减小流过加热器120a、120b的电流，相反，在温度传感器140的检测温度因外部温度下降而略微下降时，加热器电流控制电路310增大流过加热器120a、120b的电流。
[0087]线圈电流设定电路320与图1的磁场设定部42相对应，其根据存储在存储器330(非易失性存储器)中的设定信息，设定流过线圈130a、130b的电流量，使线圈130a、130b在气室Iio的内部产生具有与电流量对应的期望强度的恒定磁场。在将该恒定磁场施加于气室110时，碱金属原子的各能量能级分裂为(塞曼分裂)2F+1个。例如，如图4 (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的激励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的激励能级分裂成与磁量子数mF=0、±1、±2、±3、±4对应的9个能级。
[0088]已知，使碱金属原子产生EIT现象的共振光对的频率(频率差)根据磁量子数mF而不同。即，在气室Iio被施加磁场的状态下,在对半导体激光器200射出的两个光波的频率差进行扫描时，在光检测器210的输出中观测到多个峰值、即多个EIT信号。例如，如图4(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。在图4 (B)中，横轴是扫描的两个光波的频率差，纵轴是光检测器210检测到的光的强度。如图4 (B)所示，通常，由于与mF=0对应的EIT信号的强度最高，因此，为了产生与mF=0对应的EIT信号，对共振光对的频率差进行控制是有效的。
[0089]因此，本实施方式的原子振荡器I例如控制成，具有磁量子数mF=0的两个基态能级中的任意一个碱金属原子出现EIT现象。具体而言，通过第2反馈环路进行反馈控制，使得频率为fQ+fm的光与频率为fQ-fm的光的频率差(=2fm)与和碱金属原子的磁量子数mf=0的两个基态能级之间的能量差Λ E12对应的频率一致。例如，如果碱金属原子是铯原子，则与AE12对应的频率是9.192631770GHz+Δ Hz ( Δ是由磁场强度的2次函数表示的频率)，因此，频率转换电路290的输出信号的频率稳定在与4.596315885GHz+Δ/2Ηζ 一致的状态。图5示出半导体激光器200的出射光的频谱的一例。在图5中，横轴是光的频率，纵轴是光的强度。
[0090][原子振荡器的频率温度特性]
[0091]通常，共振光对的频率差具有与封入到气室110的缓冲气体的种类和数量对应的正的或者负的斜率的温度特性。例如，在气室110中仅仅封入氖(Ne)作为缓冲气体的情况下，共振光对的频率差的温度特性相对于温度的增大具有正的斜率，在气室110中仅仅封入氩(Ar )作为缓冲气体的情况下，共振光对的频率差的温度特性相对于温度的增大具有负的斜率。由于原子振荡器I的输出信号(例如，电压控制石英振荡器(VCX0)260的输出信号)的频率由共振光对的频率差决定，因此，如果共振光对的频率差的温度特性具有斜率，则原子振荡器I的输出信号的频率温度特性也具有相同的斜率。例如，如果以适当的比例混合氖(Ne)和氩(Ar)而封入到气室110，则理论上能够使共振光对的频率差的温度特性平坦。但是实际上，由于缓冲气体的注入量的误差和构成原子振荡器I的电路部的各元件所具有的温度特性等，难以使原子振荡器I的输出信号的频率温度特性平坦，而是略微具有斜率。
[0092]如上所述，气室110施加由流过线圈130a、130b的电流(线圈电流)产生的磁场(恒定磁场)和由流过加热器120a、120b的电流(加热器电流)产生的磁场(变动磁场)。图6是示出流过加热器120a、120b和线圈130a、130b的电流的方向与在气室110的内部产生的磁场的方向之间的关系的一例的图。图6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轴的正方向观察到的剖视图。此外，在图6中，省略了磁屏蔽150的图示。
[0093]如图6所示，在线圈130a中，例如，当从+Y方向观察时，电流按顺时针方向流动，因此，在位于气室Iio的内部的光路上的P点(例如，气室110的内部的中心位置)，产生-Y方向的磁场Gl。同样，在线圈130b中，当从+Y方向观察时，电流按顺时针方向流动，因此在P点产生-Y方向的磁场G2。
[0094]在加热器120a中，例如电流朝_X方向(从电极122a朝电极121a)流动，因此在P点产生-Y方向的磁场G3。另一方面，在加热器120b中，电流朝+X方向(从电极121b朝电极122b)流动，因此在P点产生-Y方向的磁场G4。
[0095]在该情况下，由流过线圈130a、130b的电流(线圈电流)产生的磁场(恒定磁场)Gl、G2的方向是与由流过加热器120a、120b的电流(加热器电流)产生的磁场(变动磁场)G3、G4的方向相同的方向。
[0096]此处，当外部温度在T1?T2的范围内变动的情况下，为了使气室110几乎保持恒定温度，加热器电流相对于温度的上升几乎线性地减少(参照图7(A))。并且，由于磁场G3、G4相对于加热器电流的减少几乎线性地减少，因此磁场G3+G4相对于温度的上升几乎线性地减少(参照图7 (B))。由于即使外部温度发生变化，磁场G1、G2也保持恒定，因此，施加于气室110的内部的P点的磁场的合计G1+G2+G3+G4也相对于温度的上升几乎线性地减少(参照图7 (B))。
[0097]另一方面，由于在施加于气室110的磁场强度变动时,碱金属原子的发生塞曼分裂的两个基态能级分别发生变动，因此共振光对的频率差也会发生变动。如图8所示，共振光对的频率差在磁场强度为O时变得最小(例如，在铯原子的情况下为9.192631770GHz),并相对于磁场强度以2次函数进行变化。在外部温度在T1?T2的范围内变动的情况下，例如，当P点的磁场强度(G1+G2+G3+G4的大小)在H2?H1的范围内变动时，共振光对的频率差相对于温度的上升而减少，并在Af2?Af1的范围内变动(参照图9的曲线A)。此外，例如，在P点的磁场强度在H4?H3的范围内变动时，共振光对的频率差相对于温度的上升急剧地减少，并在Af4?Af3的范围内变动(参照图9的曲线B)。通过变更流过线圈130a、130b的电流的大小而对恒定磁场进行调整，能够将磁场强度的变动范围(H2?H1和H4?H3)设定在期望的范围内。此外，通过变更流过线圈130a、130b的电流的大小和方向，当外部温度在T1?T2的范围内变动的情况下，能够实现相对于温度的上升而增大且在Λ ?Λ f2的范围内或在Af3?Af4的范围内变动的温度特性(参照图9的曲线C、D)。总之，通过对流过线圈130a、130b的电流的大小和方向进行调整，能够对共振光对的频率差的温度特性的斜率进行任意的调整。
[0098]此外，通过对线圈130a和130b的位置和形状(卷绕数和直径等)进行调整，能够对流过线圈130a和130b的电流产生的磁场强度进行调整。因此，能够对共振光对的频率差的温度特性的斜率进行调整。
[0099]因此，在本实施方式的原子振荡器I中，对流过线圈130a、130b的电流的大小和方向、线圈130a、130b的位置和形状进行调整，使得因磁场强度变动产生的共振光对的频率差的温度特性的斜率变得与由于缓冲气体的注入量和电路元件的温度特性等而产生的共振光对的频率差的温度特性的斜率相反且程度相同。其结果是，本实施方式的原子振荡器I的输出信号的频率温度特性更接近平坦。
[0100]此外，虽然不能对加热器电流进行任意的调整，但是能够变更其方向。因此，可以通过变更加热器电流的方向来变更共振光对的频率差的温度特性的斜率的极性。
[0101][原子振荡器的制造方法]
[0102]图10是示出本实施方式的原子振荡器I的制造方法的一例的流程图。
[0103]首先，根据设计信息，利用气室110、加热器120a、120b、线圈130a、130b、温度传感器140和磁屏蔽150，组装气室模块100 (SlO)0
[0104]接下来，根据设计信息，利用半导体激光器200、光检测器210、电路部的IC和在步骤SlO中组装出的气室模块100，组装原子振荡器I (S20)。
[0105]接下来，将流过线圈130a、130b的电流设定为初始值，测定原子振荡器I的输出信号的频率温度特性(S30)。例如，在容许的外部温度范围是T1?T2的情况下，将原子振荡器I的周边温度设定为从T1到T2之间的多个温度，测定每个温度下的原子振荡器I的输出频率。描绘该测定结果，例如，能够利用最小二乘拟合等方法进行近似计算来得到原子振荡器I的输出信号的频率温度特性(例如，图11 (A)所示的频率温度特性)的信息。此外，该频率温度特性是将由缓冲气体的注入量和电路元件的温度特性等引起的频率温度特性(由磁场强度的变动以外引起的频率温度特性)加上由施加于气室110的磁场强度的变动引起的频率温度特性而得到的。[0106]当在步骤S30中测定的频率温度特性的频率变动幅度(容许温度范围内的频率的最大值与最小值之差)大于目标值的情况下(S40:是)，利用磁场强度与共振光对的频率差之间的对应关系的信息，计算流过线圈130a、130b的电流值和方向(S50)，使得原子振荡器I的输出信号的频率温度特性接近平坦。磁场强度与共振光对的频率差之间的对应关系的信息，例如是图8所示这样的信息，根据该对应关系的信息和对线圈130a、130b进行设定时的电流值和方向的信息以及加热器电流的变动幅度的信息，能够得到由磁场强度的变动引起的共振光对的频率差的温度特性的信息。将该共振光对的频率差的温度特性的信息转换为原子振荡器I的输出信号的频率温度特性(例如，图11 (B)所示的频率温度特性)的信息，并将其从在步骤S30中得到的频率温度特性(例如，图11 (A)所示的频率温度特性)减去，由此能够得到由磁场强度的变动以外所引起的频率温度特性(例如，图11 (C)所示的频率温度特性)的信息。进而，为了利用磁场强度与共振光对的频率差之间的对应关系的信息，对由磁场强度的变动以外引起的频率温度特性(例如，图11 (C)所示的频率温度特性)进行校正，实现因磁场强度的变动引起的频率温度特性(例如，图11 (D)所示的频率温度特性)，通过计算求出流过线圈130a、130b的电流值和方向。
[0107]接下来,根据步骤S50的计算值,设定流过线圈130a、130b的电流值和方向，测定原子振荡器I的输出信号的频率温度特性(S60)。
[0108]并且，最后，当在步骤S30或者S60中测定的频率温度特性的频率变动幅度为目标值以下(即，频率温度特性接近平坦)的情况下(S40:否)，将流过线圈130a、130b的电流值和方向的设定信息存储在存储器330 (存储部)中(S70)。因此，存储在存储器330 (存储部)中的流过线圈130a、130b的电流的值和方向的设定信息能够作为用于使频率温度特性接近平坦的信息来使用。
[0109]此外，在图10的流程图中，可以对流过线圈130a、130b的电流值和方向进行调整，也可以对线圈130a、130b的位置和形状进行调整。
[0110]如以上所说明的那样，根据第I实施方式，对流过线圈130a、130b的电流值和方向或者线圈130a、130b的位置和形状进行调整，使由流过加热器120a、120b的电流的变动(磁场强度的变动)引起的原子振荡器I的频率温度特性的斜率与因气室110和电路部的温度特性引起的原子振荡器I的频率温度特性的斜率相反，由此能够使原子振荡器I的综合的频率温度特性平坦化。
[0111]1-2.第2实施方式
[0112][原子振荡器的功能结构]
[0113]图12是第2实施方式的原子振荡器的功能框图。在图12中，对于与图1相同的构成要素标注相同的标号。此外，本实施方式的原子振荡器构成为可以适当地省略或者变更图12的构成要素(各部分)的一部分，也可以附加其它构成要素。
[0114]如图12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I，在原子室模块10中追加第2磁场产生部16。
[0115]第2磁场产生部16通过使流过发热部12的电流的至少一部分流动，使原子室11的内部产生磁场。这样的第2磁场产生部16例如能够由卷绕了发热部12的供电线的一部分的线圈来实现。通过选择线圈的位置、形状(线圈的卷绕数和直径等)以及流过线圈的电流的方向(或者，线圈卷绕方向)，能够将由线圈产生的磁场的方向和强度调整为期望的状态。
[0116]由于第2实施方式的原子振荡器I的其它功能结构与第I实施方式相同，因此省略其说明。
[0117][原子振荡器的具体结构]
[0118]图13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13中，对于与图2相同的构成要素标注相同的标号。此外，本实施方式的原子振荡器构成为可以适当地省略或者变更图13的构成要素(各部)的一部分，也可以附加其它构成要素。
[0119]如图13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，在气室模块100中追加了两个线圈160a和160b。图14 (A)和图14 (B)示出本实施方式中的气室模块100的结构的一例。图14 (A)是气室模块100的立体图，图14 (B)是气室模块100的侧视图。在图14 (A)和图14 (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14 (B)是从X轴的正方向观察到的气室模块100的侧视图。
[0120]气室110、加热器120a、120b和温度传感器140的结构和配置与第I实施方式相同，其说明被省略。
[0121]两个线圈160a、160b配置为与两个面113、114分别相对，两个面113、114与气室110的入射面111和出射面112这两者垂直(与Y轴垂直)。线圈160a的一端与加热器120a的电极122a连接。此外，线圈160b的一端与加热器120a的电极121a连接。并且，通过图13的加热器电流控制电路310的控制，使得与温度传感器140的输出信号对应的大小的电流在流过线圈160a后，从电极122a到电极121a流过加热器120a，并进一步流过线圈160b。这两个线圈160a、160b与图12的第2磁场产生部16相对应，通过流过这两个线圈160a、160b的电流,使得气室110的内部产生与加热器电流的方向和大小对应的磁场。由于加热器电流根据外部温度的变动而变动，因此线圈160a、160b产生的磁场在与外部温度的变动范围对应的范围内变动。
[0122]此外，在本实施方式中，使流过加热器120a的电流全部流过线圈160a、160b，但也可以构成为使流过加热器120a的电流中的仅仅一部分发生分流而流过线圈160a、160b。
[0123]此外，在本实施方式中，线圈160a、160b没有与加热器120b电连接，而是在加热器120b中，在从电极122b朝电极121b的方向或者其反方向，从加热器电流控制电路310直接提供与温度传感器140的输出信号对应的大小的电流。其中，加热器120b也可以与线圈160a、160b中的至少一个电连接。
[0124]两个线圈130a、130b配置为与线圈160a、160b分别相对。这两个线圈130a、130b与图12的第I磁场产生部13相对应，在气室110内部的各位置产生与流过这两个线圈130a、130b的电流的方向和大小对应的恒定的磁场(恒定磁场)。但是，在气室110的内部的各位置还产生与因外部温度而变动的加热器电流对应的磁场，因此气室110的内部的各位置的磁场在与外部温度的变动范围对应的范围内变动。
[0125]由于第2实施方式的原子振荡器I的其它具体结构与第I实施方式相同，因此省略其说明。
[0126][原子振荡器的频率温度特性]
[0127]图15是示出流过加热器120a、120b、线圈130a、130b和线圈160a、160b的电流的
方向与在气室110的内部产生的磁场的方向之间的关系的一例的图。图15是用与YZ平面平行且包含光路的面剖切图14 (A)和图14 (B)的气室模块100、且从X轴的正方向观察到的剖视图。此外，在图15中，省略了磁屏蔽150的图示。
[0128]如图15所示，在线圈130a中，例如，当从+Y方向观察时，电流按顺时针流动，因此在位于气室Iio的内部的光路上的P点(例如，气室110的内部的中心位置)产生-Y方向的磁场G1。同样，在线圈130b中，当从+Y方向观察时，电流也按顺时针流动，因此在P点产生-Y方向的磁场G2。
[0129]在加热器120a中，例如，电流朝-X方向(从电极122a朝电极12Ia)流动，因此，在P点产生-Y方向的磁场G3。另一方面，在加热器120b中，电流朝+X方向(从电极121b朝电极122b)流动，因此在P点产生-Y方向的磁场G4。
[0130]在线圈160a中，例如，当从+Y方向观察时，电流按顺时针流动，因此在P点产生-Y方向的磁场G5。同样，在线圈160b中，当从+Y方向观察时，电流也按顺时针流动，因此在P点产生-Y方向的磁场G6。
[0131]在该情况下，由流过线圈130a、130b的电流产生的磁场(恒定磁场)Gl、G2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(变动磁场)G3、G4的方向和由流过线圈160a、160b的电流产生的磁场(变动磁场)G5、G6的方向是相同的方向。
[0132]此处，磁场Gl、G2即使外部温度变化也保持恒定，但是磁场G3、G4、G5、G6相对于温度的上升几乎线性地减少，因此施加于气室110的内部的P点的磁场的合计G1+G2+G3+G4+G5+G6也相对于温度的上升几乎线性地减少。
[0133]并且，当外部温度在T1?T2的范围内变动的情况下，如图16所示，例如，P点的磁场强度(G1+G2+G3+G4+G5+G6的大小)在H5?H1的范围内变动，共振光对的频率差在Λ f5?Δ 的范围内变动(参照图17的曲线A’)。此外，例如，P点的磁场强度在H6?H3的范围内变动，共振光对的频率差在Af6?Af3的范围内变动(参照图17的曲线B’)。此外，通过变更流过线圈130a、130b的电流的大小和方向，能够在外部温度在T1?T2的范围内变动的情况下，实现相对于温度的上升而增大且在Af1?Af5的范围或在Af3?Af6的范围内变动的温度特性(参照图17的曲线C’、D ’)。此处，由于P点的磁场强度的变动范围与第I实施方式相比，扩大了 G5+G6的变动量，因此图17的曲线六’、8’、(:’、0’的斜率的绝对值分别大于图9的曲线A、B、C、D的斜率的绝对值。总之，与没有线圈160a、160b的情况(第I实施方式)相比，通过设置线圈160a、160b，共振光对的频率差的温度特性的斜率变得更加陡峭。
[0134]此外，如果变更为将线圈160a与加热器120a的电极121a连接、并且将线圈160b与加热器120a的电极122a连接，或者变更为将线圈160a、160b与图14 (A)和图14 (B)反方向地卷绕，则P点的磁场G5、G6的方向与磁场G3、G4相反，因此,与第I实施方式相比，能够使P点的磁场强度的变动范围缩小G5+G6的变动量。即，与没有线圈160a、160b的情况(第I实施方式)相比，通过设置线圈160a、160b，能够使共振光对的频率差的温度特性的斜率更加平缓。
[0135]此外，通过对线圈160a和160b的位置和形状(卷绕数和直径等)进行调整，能够对由流过线圈160a和160b的加热器电流产生的磁场的变动量进行调整。例如，在使电流朝图15的方向流动的情况下,在将线圈160a、160b卷绕5圈的情况下和卷绕10圈的情况下，能够使后者的磁场的变动范围更大(使共振光对的频率差的温度特性的斜率更加陡峭)。[0136]因此，本实施方式的原子振荡器I对流过线圈130a、130b的电流的大小和方向、线圈130a、130b的位置和形状进行调整，并且对流过线圈160a、160b的电流的大小和方向、线圈160a、160b的位置和形状进行调整，使得由磁场强度的变动引起的共振光对的频率差的温度特性的斜率变得与因缓冲气体的注入量和电路元件的温度特性等而产生共振光对的频率差的温度特性的斜率相反并且程度相同。其结果是，本实施方式的原子振荡器I的输出信号的频率温度特性更接近平坦。
[0137][原子振荡器的制造方法]
[0138]图18是示出本实施方式的原子振荡器I的制造方法的一例的流程图。
[0139]首先，根据设计信息，利用气室110、加热器120a、120b、线圈130a、130b (第I线圈)、线圈160a、160b (第2线圈)、温度传感器140和磁屏蔽150，组装气室模块100(S100)。
[0140]接下来，根据设计信息，利用半导体激光器200、光检测器210、电路部的IC和在步骤SlOO中组装出的气室模块100，组装原子振荡器I (S110)。
[0141]接下来,将流过线圈130a、130b (第I线圈)的电流设定为初始值，测定原子振荡器I的输出信号的频率温度特性(S120)。
[0142]当在步骤S120中测定的频率温度特性的频率变动幅度(容许温度范围内的频率的最大值与最小值之差)大于目标值的情况下(S130:是)，利用磁场强度与共振光对的频率差之间的对应关系的信息，计算用于使原子振荡器I的输出信号的频率温度特性接近平坦的、流过线圈130a、130b (第I线圈)的电流值和方向、线圈160a、160b (第2线圈)的位置和形状(卷绕数和直径等)(S140)。
[0143]接下来,根据步骤S140的计算值,设定流过线圈130a、130b (第I线圈)的电流值和方向，变更线圈160a、160b (第2线圈)的位置和形状，测定原子振荡器I的输出信号的频率温度特性(S150)。
[0144]然后，当在步骤S120或者S150中测定的频率温度特性的频率变动幅度为目标值以下的情况下(S130:否),最后,将流过线圈130a、130b (第I线圈)的电流值和方向的设定信息存储在存储器330中(S160)。
[0145]此外，在图18的流程图中，对流过线圈130a、130b (第I线圈)的电流值和方向进行了调整，但也可以对线圈130a、130b (第I线圈)的位置和形状进行调整。此外，在图18的流程图中，对线圈160a、160b (第2线圈)的位置和形状(卷绕数和直径等)进行了调整，但也可以对流过线圈160a、160b (第2线圈)的电流值进行调整。
[0146]此外，在图18的流程图中，对线圈130a、130b (第I线圈)和线圈160a、160b (第2线圈)这两方进行了调整，但也可以仅仅对任意一方进行调整。
[0147]如以上说明的那样，根据第2实施方式，通过设置线圈160a、160b,能够增大/减小由流过加热器120a、120b的电流的变动(磁场强度的变动)引起的原子振荡器I的频率温度特性的斜率，因此，在仅通过线圈130a、130b的调整难以使原子振荡器I的频率温度特性平坦化的情况下，也能够更有效地进行平坦化。
[0148]2.电子设备
[0149]图19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、显不部470和声音输出部480。此外,本实施方式的电子设备构成为可以省略或者变更图19的构成要素(各部)的一部分，或附加其它构成要素。
[0150]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。
[0151 ] MPU420根据存储在R0M440等中的程序，利用时钟生成部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对通信部460进行控制的处理、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。
[0152]操作部430是由操作键或按钮开关等构成的输入装置，用于将与用户的操作对应的操作信号输出到MPU420。
[0153]R0M440存储用于MPU420进行各种计算处理和控制处理的程序和数据等。
[0154]RAM450作为MPU420的工作区域来使用，暂时存储根据从R0M440读出的程序和数据、从操作部430输入的数据以及MPU420根据各种程序执行的运算结果等。
[0155]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。
[0156]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。
[0157]声音输出部480是扬声器等输出声音的装置。
[0158]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。
[0159]作为本实施方式的电子设备的一例，图20示出搭载有原子振荡器的电子设备(便携终端)的示意图。在图20中，便携终端500 (包含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和送话口 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还具有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。
[0160]作为本实施方式的电子设备、还可以考虑其它各种电子设备，例如，可以列举出个人计算机(例如移动型个人计算机、笔记本型个人计算机、平板型个人计算机)、移动电话等移动体终端、数字静态照相机、喷射式喷出装置(例如、喷墨打印机)、路由器或交换机等存储区域网络设备、局域网设备、电视、摄像机、录像机、汽车导航装置、呼叫器、电子记事本(附带通信功能)、电子词典、计算器、电子游戏设备、游戏用控制器、文字处理器、工作站、可视电话、防犯用电视监视器、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、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测机、各种测量设备、仪器仪表(例如、车辆、飞机、船舶的仪器仪表)、飞行模拟器、头戴式显示器、运动轨迹器、运动跟踪器、运动控制器、PDR (步行者位置方位计测)等。
[0161]3.变形例
[0162]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。
[0163][变形例I]
[0164]在本实施方式的原子振荡器中，可以变形为:通过第I反馈环路进行控制，使得对于与封入到气室110中的碱金属原子的激励能级和一个基态能级之间的能量差对应的波长λ I (频率为4)以及与激励能级和另一个基态能级之间的能量差对应的波长λ2 (频率为f2)而言，半导体激光器200的出射光的中心波长λ0 (中心频率为&)与X1或者入2几乎一致(中心频率&与或者f2几乎一致)，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。
[0165]图21 (A)是示出中心波长λ ^与λ 2 —致的情况下的半导体激光器200的出射光的频谱的概略图，图21(B)是示出中心波长λ ^与λ i —致的情况下的半导体激光器200的出射光的频谱的概略图。在图21 (A)和图21 (B)中，横轴是光的频率，纵轴是光的强度。在图21 (A)的情况下，由于频率为的光与频率为&的光的频率差fm等于与AE12对应的频率，并且，f0+fm与几乎相等，并且，f0与f2几乎相等，因此，频率为fo+fm的光和频率为&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21 (B)的情况下，由于频率为&的光与频率为fd的光的频率差fm与和AE12对应的频率几乎相等，并且，f0与几乎相等，并且，f0-fm与f2几乎相等，因此，频率为&的光和频率为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。
[0166][变形例2]
[0167]本实施方式的原子振荡器可以变形为使用电光调制器(EOM:Electro-0pticModulator)的结构。即，半导体激光器200与基于频率转换电路290的输出信号(调制信号)的调制无关地产生与设定的偏置电流对应的单一频率&的光。该频率为f。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)进行调制。其结果是，能够产生具有与图5相同的频谱的光。并且，将该电光调制器(EOM)产生的光照射于气室110。在该原子振荡器中，基于半导体激光器200和电光调制器(EOM)的结构相当于图1或者图12的光产生部20。
[0168]此外，也可以使用声光调制器(Α0Μ:Acousto_0ptic Modulator)来替代电光调制器(EOM)。
[0169]4.应用例
[0170]本实施方式或者变形例的原子振荡器的结构能够应用于利用共振光使原子产生量子干涉状态的各种量子干涉装置。
[0171][应用例1]
[0172]例如，在本实施方式或者变形例的原子振荡器中，通过去掉磁屏蔽150，使电压控制石英振荡器(VCXO) 260的振荡频率随气室模块100的周边磁场的变化而变化。因此，通过在气室模块100的附近配置磁测定对象物，能够实现磁传感器(量子干涉装置的一例)。
[0173][应用例2]
[0174]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(量子相干性状态)，因此，通过取出入射到气室110的共振光对，能够实现用于量子计算机、量子存储器、量子密码系统等量子信息设备的光源(量子干涉装置的一例)。
[0175]上述的实施方式和变形例仅是一例，并非限定于此。例如，可以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，本发明包含替换掉在实施方式中说明的结构中的非本质性部分而得到的结构。此外，本发明包含在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者达到相同目的的结构。此外，本发明包含在实施方式中说明的结构中附加公知技术而得到的结构。
【权利要求】
1.一种量子干涉装置的制造方法，该量子干涉装置包含:封入有原子的原子室；光产生部，其产生包含共振光对的光并将该光照射于所述原子室；光检测部，其检测透过所述原子室的光；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；加热所述原子室的发热部；以及第I磁场产生部，其使所述原子室的内部产生磁场，其特征在于，该量子干涉装置的制造方法包含: 组装所述量子干涉装置的组装工序，所述量子干涉装置包含所述原子室、所述光产生部、所述光检测部、所述控制部、所述发热部和所述第I磁场产生部；以及 调整工序，对流过所述第I磁场产生部的电流、所述第I磁场产生部的位置和形状中的至少一项进行调整，使得所述量子干涉装置的频率温度特性接近平坦。
2.根据权利要求1所述的量子干涉装置的制造方法，其特征在于， 所述量子干涉装置的制造方法还包含测定工序，测定在所述组装工序中组装出的所述量子干涉装置的频率温度特性， 在所述调整工序中，根据所述测定工序的测定结果以及能够确定所述第I磁场产生部产生的磁场与所述共振光对的频率之间的对应关系的信息，计算流过所述第I磁场产生部的电流值。
3.根据权利要求1或2所述的量子干涉装置的制造方法，其特征在于， 所述量子干涉装置具有第2磁场产生部，该第2磁场产生部利用流过所述发热部的电流使所述原子室的内部产生磁场， 在所述组装工序中，将所述原子室、所述光产生部、所述光检测部、所述控制部、所述发热部、所述第I磁场产生部和所述第2磁场产生部分别配置在期望的位置，来组装所述量子干涉装置。
4.根据权利要求3所述的量子干涉装置的制造方法，其特征在于， 在所述调整工序中，对流过所述第2磁场产生部的电流、所述第2磁场产生部的位置和形状中的至少一项进行调整，使得所述量子干涉装置的频率温度特性接近平坦。
5.一种量子干涉装置，其利用共振光对使原子产生量子干涉状态，其特征在于，该量子干涉装置具有: 封入有所述原子的原子室； 光产生部，其产生包含所述共振光对的光并将该光照射于所述原子室； 光检测部，其检测透过所述原子室的光； 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； 加热所述原子室的发热部； 第I磁场产生部，其使所述原子室的内部产生磁场；以及 存储部，其存储流过所述第I磁场产生部的电流的值和方向的设定信息，使得频率温度特性接近平坦。
6.—种电子设备,其特征在于， 该电子设备具有权利要求5所述的量子干涉装置。
7.一种原子室模块，其特征在于，该原子室模块具有: 封入有原子的原子室； 加热所述原子室的发热部；以及第I磁场产生部，其使所述原子室的内部产生磁场， 流过所述第I磁场产生部的电流、所述第I磁场产生部的位置和形状中的至少一项被调整为，使 所述原子产生量子干涉状态的共振光对的频率温度特性接近平坦。
【文档编号】H03L7/26GK103684448SQ201310391017
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2012年9月10日
【发明者】珎道幸治 申请人:精工爱普生株式会社