[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

基于电磁感应透明(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)方式(有时也称作CPT(Coherent Population Trapping，相干布居囚禁)方式)的原子振荡器是利用以下现象的振荡器，即：当向碱金属原子同时照射具有可干涉性且具有相互不同的特定波长(频率)的2种共振光时，共振光的吸收停止。

众所周知，如图14所示，可使用∧型3能级系统模型来说明碱金属原子与2种共振光的相互作用机构。碱金属原子具有2个基态能级，当将以下的共振光1或共振光2分别单独照射到碱金属原子时，众所周知会产生光吸收，其中，共振光1具有相当于基态能级1与激发能级之间的能量差的频率，共振光2具有相当于基态能级2与激发能级之间的能量差的频率。然而，当向该碱金属原子同时照射共振光1和共振光2时，处于2个基态能级的重合状态，即量子干涉状态，产生透明化现象(EIT现象)，即：向激发能级的激发停止，共振光1和共振光2透射碱金属原子。例如，对于铯原子，D2线(波长是852.1nm)的基态状态由于超细微结构而分裂为具有F＝3、4的能级的2个状态，与F＝3的基态能级1和F＝4的基态能级2的能量差相当的频率是9.192631770GHz。因此，当向铯原子同时照射波长是852.1nm附近且频率差是9.192631770GHz的2种激光时，该2种激光成为共振光对而发生EIT现象。

然后，当向碱金属原子照射频率不同的2种光时，根据该2种光是否成为共振光对而碱金属原子是否发生EIT现象，光吸收举动急剧变化。表示该急剧变化的光吸收举动的信号被称作EIT信号，当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，在铯原子的情况下是9.192631770GHz)准确一致时，EIT信号的级别表示峰值。因此，检测EIT信号的峰值，并进行频率控制，使得照射到碱金属原子的2种光成为共振光对，即，该2种光的频率差与相当于ΔE₁₂的频率准确一致，从而可实现高精度的振荡器。

另外，众所周知，当对碱金属原子施加磁场时，2个基态能级分别根据磁量子数分裂为多个能级(称作塞曼分裂)。即，由于2个基态能级的能量差ΔE₁₂按各磁量子数而不同，因而当使共振光对的频率差变化时，出现多个EIT信号。此时，在磁场强度微小的情况下，该多个EIT信号重合而成为线宽度宽的1个EIT信号，因而难以准确检测其峰值，频率精度劣化。然而，完全消除由干扰引起的磁场影响是极其困难的。因此，着眼于以下方面，即：对于弱磁场，即使磁场强度变动，针对磁量子数0的2个基态能级的能量差ΔE₁₂也可视为大致恒定，提出了这样的原子振荡器：将多个EIT信号完全分离的程度的弱磁场施加给碱金属原子来检测针对磁量子数0的EIT信号的峰值，从而提高频率精度。

【专利文献1】美国专利第6265945号说明书

然而，要想消除干扰影响来稳定控制弱磁场是非常困难的。而且，即使是弱磁场，严格地说，2个基态能级的能量差ΔE₁₂也会微妙地变动，因而以往的方式难以进一步提高频率精度。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题而完成的，根据本发明的若干方式，可提供能比以往提高频率精度的原子振荡器。