[发明专利]原子振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及原子振荡器。

背景技术

基于电磁诱导透明(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)方式(有时也称为CPT(Coherent Population Trapping)方式)的原子振荡器是利用如下现象的振荡器：当对碱金属原子同时照射具有可干涉性(相干性)且具有彼此不同的特定波长(频率)的2种共振光时，共振光的吸收停止。

众所周知，可如图17(A)所示，利用Λ型3能级系统模型来说明碱金属原子与2种共振光之间的相互作用机构。碱金属原子具有2个基态能级，当分别单独地对碱金属原子照射具有相当于基态能级1与激励能级的能量差的频率的共振光1、或具有相当于基态能级2与激励能级的能量差的频率的共振光2时，公知会产生光吸收。然而，当对该碱金属原子同时照射共振光1和共振光2时，成为了2个基态能级的重合状态、即量子干涉状态，会产生针对激励能级的激励停止、从而共振光1和共振光2透射过碱金属原子的透明化现象(EIT现象)。因此，在对碱金属原子照射了频率不同的2种光时，这2种光成为共振光对，根据碱金属原子是否产生了EIT现象，光吸收动作急剧变化。该共振光对的频率差与相当于2个基态能级的能量差ΔE₁₂的频率(例如如果是铯原子，则为9.192631770GHz)准确一致。因此，检测光吸收动作的急剧变化，进行频率控制，使得对碱金属原子照射的2种光成为共振光对，即，使得这2种光的频率差与相当于ΔE₁₂的频率准确一致，由此，能够实现高精度的振荡器。

图18是现有的EIT方式的原子振荡器的一般结构的概略图。如图18所示，在现有的EIT方式的原子振荡器中，在由电流驱动电路产生的用于设定频率f₀(＝v/λ₀：v为光速，λ₀为光的波长)的驱动电流中叠加频率为f_m的调制信号，由此，对半导体激光器进行调制，产生频率为f₀+f_m的光和频率为f₀-f_m的光。这2种光同时照射到气室，通过光检测器检测透射过气室的光的强度。气室由气体状的碱金属原子和封入该碱金属原子的容器构成，如果同时照射的2种光为共振光对，则碱金属原子产生EIT现象，透射过气室的光的强度增大。因此，该原子振荡器使用由低频振荡器产生的几十Hz～几百Hz左右的低频信号进行检波，由此，对压控石英振荡器(VCXO：Voltage Controlled Crystal Oscillator)的振荡频率进行控制，使得检测强度达到最大值附近，经由PLL(Phase Locked Loop)生成调制信号。根据这种结构，如图17(B)所示，控制成：使得由半导体激光器出射的、频率为f₀+f_m的光与频率为f₀-f_m的光成为共振光对，即，使得调制信号的频率f_m与相当于ΔE₁₂的频率的1/2的频率一致。因此，压控石英振荡器(VCXO)能够极其稳定地持续进行振荡动作，能够产生频率稳定度极高的振荡信号。

【专利文献1】美国专利第6320472号说明书

但是，在现有的原子振荡器中，为了产生与相当于ΔE₁₂的频率的1/2的频率准确一致的频率f_m的调制信号，需要压控石英振荡器(VCXO)、检波电路、调制电路、低频振荡器、PLL等，所以，无法避免电路的复杂化，存在难以实现小型化和节电化的问题。

发明内容

本发明是鉴于以上的问题点而完成的，根据本发明的几个方式，可提供容易实现电路部分的小型化和节电化的原子振荡器。

(1)本发明的原子振荡器利用了通过对碱金属原子照射共振光对而产生的电磁诱导透明现象，该原子振荡器包括：气体状的碱金属原子；光源，其产生包含具有可干涉性且频率不同的第1光和第2光的多个光而对所述碱金属原子进行照射；光检测部，其接受透射过所述碱金属原子的多个光，生成因该多个光的干涉而得到的包含规定频率的差频信号的检测信号；以及频率控制部，其根据所述检测信号中包含的所述规定频率的差频信号，进行所述第1光和所述第2光中的至少一方的频率控制，使得所述第1光和所述第2光成为使所述碱金属原子产生电磁诱导透明现象的共振光对。