CN104426545A - 原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体 - Google Patents
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Abstract
原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体。能够抑制由多余部分的金属原子引起的特性下降。本发明的原子振荡器(1)具有一对窗部(22、23)；壁部(214)，其配置在一对窗部(22、23)之间，与一对窗部(22、23)一起形成收纳有气体状的碱金属的空间(S1)；以及空间(S2)，其与空间(S1)连通，并被配置在与空间(S1)之间夹设有壁部(214)的位置，收纳有液体状或固体状的碱金属(M)。
Description
技术领域
本发明设计原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体。
背景技术
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。
通常，原子振荡器的工作原理大致分为利用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 Population Trapping(相干布居俘获))的方式。
无论在哪个方式的原子振荡器中，通常，都是将碱金属封入气室(原子室)内，利用加热器将气室加热到规定温度，以使该碱金属保持固定的气体状态。
此处，通常，气室内的碱金属并非全部都气化，而是一部分作为多余部分成为液体。这样的多余部分的碱金属原子在气室的温度低的部分析出(结露)而成为液体，当位于激励光的通过区域时，会遮挡激励光，其结果是，导致原子振荡器的振荡特性下降。
因此，在专利文献1的气室中，在气室的内壁面设置有用于使碱金属析出的凹部。
但是，在专利文献1的气室中，在凹部内析出的多余部分的碱金属处于面向激励光的通过区域的状态，所以，被激励的气体状的碱金属的一部分与凹部内的多余部分的碱金属接触，由此，被激励的气体状的碱金属的状态变得不均匀，其结果是，存在振荡特性下降(例如频率变动)的问题。
专利文献1：日本特开2010-205875号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供能够抑制由多余部分的金属原子引起的特性下降的原子室、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。
本发明是为了解决上述的问题的至少一部分而完成的，其能够作为以下的方式或者应用例来实现。
[应用例1]
本发明的原子室的特征在于该原子室具有：气体收纳部，其具有一对窗部和配置在所述一对窗部之间的壁部，收纳有气体状的金属原子；金属蓄积部，其收纳有液体状或固体状的金属原子，与所述气体收纳部连通，所述壁部介于所述金属蓄积部与所述气体收纳部之间。
根据这样的原子室，由于壁部介于气体收纳部与金属蓄积部之间，因此能够抑制气体收纳部内的气体状的金属原子与液体状或固体状的金属原子接触。即，由于防止了液体状或固体状的金属原子面向气体收纳部内的状态，因此，气体收纳部内的气体状的金属原子难以接触到液体状或固体状的金属原子。其结果是，能够防止或抑制气体收纳部内的气体状的金属原子的状态变得不均匀，抑制由多余部分的金属原子引起的特性的下降。
[应用例2]
在本发明的原子室中，优选的是，所述金属蓄积部具有在沿着所述壁部的内壁面的方向上延伸的部分。
由此，既能够确保金属蓄积部所需的容积，又能够实现原子室的小型化。
[应用例3]
在本发明的原子室中，优选的是，所述金属蓄积部具有沿着所述一对窗部排列的方向延伸的部分。
由此，变得容易形成金属蓄积部。
[应用例4]
在本发明的原子室中，优选的是，所述金属蓄积部具有宽度变窄的部分。
由此，在液体状的金属原子对于金属蓄积部的内壁面的润湿性较低的情况下，能够利用毛细现象使液体状的金属原子停留在金属蓄积部的宽度变窄的部分。
[应用例5]
在本发明的原子室中，优选的是，所述金属蓄积部具有宽度变宽的部分。
由此，在液体状的金属原子对于金属蓄积部的内壁面的润湿性较高的情况下，能够利用表面张力使液体状的金属原子停留在金属蓄积部的宽度变宽的部分。
[应用例6]
在本发明的原子室中，优选的是，所述金属蓄积部具有宽度为0.1mm以上且2mm以下的部分。
由此，能够使液体状的金属原子容易停留在金属蓄积部。
[应用例7]
在本发明的原子室中，优选的是，所述原子室具有连通部，该连通部连通所述气体收纳部与所述金属蓄积部，与所述一对窗部中的一个所述窗部相连。
由此，既能够确保金属蓄积部所需的容积，又能够实现原子室的小型化。
[应用例8]
在本发明的原子室中，优选的是，所述金属蓄积部在另一个所述窗部侧具有宽度变宽的部分。
由此，既能够确保金属蓄积部所需的容积，又能够使液体状的金属原子容易停留在金属蓄积部。
[应用例9]
在本发明的原子室中，优选具有：第一连通部，其连接所述气体收纳部与所述金属蓄积部的位于一个所述窗部侧的端部，使所述气体收纳部与所述金属蓄积部连通；以及第二连通部，其连接所述气体收纳部与所述金属蓄积部的位于另一个所述窗部侧的端部，使所述气体收纳部与所述金属蓄积部连通。
由此，金属蓄积部经由两个连通部与气体收纳部连通，即使液体状的金属原子在气体收纳部内析出，也能够容易地使该液体状的金属原子经由连通部移动到金属蓄积部。
[应用例10]
在本发明的原子室中，优选的是，所述金属蓄积部配置在所述一对窗部之间。
由此，能够高精度且简单地形成具有气体收纳部以及金属蓄积部的小型原子室。
[应用例11]
本发明的量子干涉装置的特征在于具有本发明的原子室。
根据这样的量子干涉装置，能够抑制由多余部分的金属原子引起的特性下降。
[应用例12]
本发明的原子振荡器的特征在于具有本发明的原子室。
根据这样的原子振荡器，能够抑制由多余部分的金属原子引起的特性下降。
[应用例13]
本发明的电子设备的特征在于具有本发明的原子室。
由此，能够提供可靠性优异的电子设备。
[应用例14]
本发明的移动体的特征在于具有本发明的原子室。
由此，能够提供可靠性优异的移动体。
附图说明
图1是示出本发明第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。
图2是用于说明图1所示的原子振荡器的气室内中的碱金属的能量状态的图。
图3是针对图1所示的原子振荡器的光射出部以及光检测部示出来自光射出部的两个光的频率差与光检测部的检测强度之间的关系的曲线图。
图4是图1所示的原子振荡器具有的气室的立体图。
图5是图4所示的气室的纵剖视图。
图6是图4所示的气室的横剖视图。
图7是示出本发明第2实施方式的气室的纵剖视图。
图8是示出本发明第3实施方式的气室的纵剖视图。
图9是示出本发明第4实施方式的气室的纵剖视图。
图10是示出本发明第5实施方式的气室的纵剖视图。
图11是示出本发明第6实施方式的气室的纵剖视图。
图12是示出本发明第7实施方式的气室的横剖视图。
图13是示出本发明第8实施方式的气室的横剖视图。
图14是示出本发明第9实施方式的气室的横剖视图。
图15是示出在将本发明的原子振荡器应用于利用了GPS卫星的定位***中的情况下的概略结构的图。
图16是示出本发明的移动体的一例的图。
标号说明
1原子振荡器；2气室(原子室)；2A气室(原子室)；2B气室(原子室)；2C气室(原子室)；2D气室(原子室)；2E气室(原子室)；2F气室(原子室)；2G气室(原子室)；2H气室(原子室)；3光射出部；5光检测部；6加热器；7温度传感器；8磁场产生部；10控制部；11温度控制部；12激励光控制部；13磁场控制部；21主体部；21A主体部；21B主体部；21C主体部；21D主体部；21E主体部；21F主体部；21G主体部；21H主体部；22窗部；23窗部；41光学部件；42光学部件；43光学部件；44光学部件；100定位***；200GPS卫星；211贯通孔；212贯通孔；212A凹部；212B贯通孔；212C贯通孔；212D贯通孔；212E贯通孔；212F贯通孔；212G贯通孔；213槽；213D槽；213F槽；213G槽；214壁部；214A壁部；214B壁部；214C壁部；214D壁部；214E壁部；215槽；215D槽；216部分；217贯通孔；218槽；300基站装置；301天线；302接收装置；303天线；304发送装置；400GPS接收装置；401天线；402卫星接收部；403天线；404基站接收部；1500移动体；1501车体；1502车轮；LL激励光；M固体状的碱金属；S1空间(气体收纳部)；S2空间(金属蓄积部)；S2a空间(金属蓄积部)；S2b空间(金属蓄积部)；S2c空间(金属蓄积部)；S2d空间(金属蓄积部)；S2e空间(金属蓄积部)；S2f空间(金属蓄积部)；S2g空间(金属蓄积部)；S3空间(连结部)；S3d空间(连结部)；S3f空间(连结部)；S3g空间(连结部)；S4空间(连结部)；S4d空间(连结部)；S5空间(金属蓄积部)；S6空间(连结部)。
具体实施方式
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、电子设备和移动体进行详细说明。
1.原子振荡器
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，以下对将本发明的量子干涉装置应用于原子振荡器的例子进行说明，但是本发明的量子干涉装置不限于此，除了原子振荡器以外，例如也可以应用于磁性传感器、量子存储器等。
＜第1实施方式＞
图1是示出本发明第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。此外，图2是用于说明图1所示的原子振荡器的气室内中的碱金属的能量状态的图，图3是针对图1所示的原子振荡器的光射出部以及光检测部示出来自光射出部的两个光的频率差与光检测部的检测强度之间的关系的曲线图。此外，图4是图1所示的原子振荡器具有的气室的立体图，图5是图4所示的气室的纵剖视图，图6是图4所示的气室的横剖视图。
此外，在图4～图6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，将该图示的各箭头的前端侧称作“+(正)”，将基端侧称作“-(负)”。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“Z轴方向”。
图1所示的原子振荡器1是利用量子干涉效应的原子振荡器。
如图1所示，该原子振荡器1具有气室2(原子室)、光射出部3、光学部件41、42、43、44、光检测部5、加热器6、温度传感器7、磁场产生部8和控制部10。
首先，简单说明原子振荡器1的原理。
在原子振荡器1中，在气室2内，封入有气体状的铷、铯、钠等碱金属(金属原子)。
如图2所示，碱金属具有三能级***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1是比基态2低的能量状态。
在对这样的气体状的碱金属照射频率不同的两种共振光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1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)而变化。
并且，在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)和相当于基态1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)。
光射出部3向气室2射出上述那样的频率不同的两种光(共振光1和共振光2)。
此处，例如，如果固定共振光1的频率ω1而使共振光2的频率ω2变化，则在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)与相当于基态1与基态2之间的能量差的频率ω0一致时，光检测部5的检测强度如图3所示那样陡峭地上升。这样的陡峭的信号称作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信号作为基准，能够实现高精度的振荡器。
以下，对原子振荡器1的各部依次进行详细说明。
[气室]
在气室2内，封入有气体状的铷、铯、钠等碱金属。
如图4和图5所示，气室2具有主体部21、隔着主体部21设置的一对窗部22、23。
在主体部21中，形成有：沿Z轴方向贯通的柱状的贯通孔211、212；以及槽213，其朝-Z轴方向侧开口，使贯通孔211、212连通。
而且，主体部21的-Z轴方向侧的端面与窗部22接合，另一方面，主体部21的+Z轴方向侧的端面与窗部23接合。由此，形成了由贯通孔211形成的空间S1和由贯通孔212以及槽213形成的空间S2、S3。即，气室2具有连通的空间S1、S2、S3，空间S1、S2经由空间S3彼此连通。
空间S1是收纳气体状的碱金属的气体收纳部。该空间S1由一对窗部22、23以及壁部214形成。此处，壁部214是配置在一对窗部22、23之间的主体部21中的构成贯通孔211的内壁面的筒状部分，包含在主体部21中。
收纳在这样的空间S1内的气体状的碱金属被激励光LL激励。此外，以下，将激励光LL通过空间S1内的区域称作“激励光通过区域”。在本实施方式中，激励光通过区域的横截面是与空间S1的横截面相似的形状，且被设定为比空间S1的横截面稍小。
空间S2是收纳液体状或固体状的碱金属M的金属蓄积部。该空间S2经由空间S3与空间S1连通，且被配置在这样的位置：壁部214介于该位置与空间S1之间。
通过这样配置作为金属蓄积部的空间S2，能够抑制空间S1内的气体状的碱金属与液体状或固体状的碱金属M接触。即，在从空间S1内观察时，固体状的碱金属M在壁部214的后面，防止了液体状或固体状的碱金属M面向空间S1内的状态，因此，空间S1内的气体状的碱金属难以与液体状或固体状的碱金属M接触。其结果是，能够防止或抑制空间S1内的气体状的碱金属的状态变得不均匀，抑制由作为多余部分的金属原子的碱金属M引起的特性下降。
此外，如上所述，空间S1、S2分别是利用一对窗部22、23对形成在主体部21中的贯通孔211、212的两端开口进行封闭而形成的。由此，能够高精度且简单地形成具有空间S1和空间S2的小型气室2。具体而言，例如，通过使用蚀刻等精细加工技术对硅基板或玻璃基板等基板进行加工，能够容易且高效地生成小型且高精度的主体部21。因此，能够高精度且简单地形成小型气室2。尤其是，与利用了双重共振现象的方式的原子振荡器相比，利用了CPT的方式的原子振荡器更适合小型化，近年来，其被期待组装到各种设备中，从而进一步要求小型化，因此，能够高精度且简单地形成小型气室2这样的效果在利用CPT的方式的原子振荡器1中变得重要。
此外，由于空间S2在沿着壁部214的内壁面的方向上延伸，因此，既能够确保空间S2所需的容积，又能够实现气室2的小型化。尤其是，空间S2沿着一对窗部22、23排列的方向(即Z轴方向)延伸，因此，如上所述，能够通过使用蚀刻等精细加工技术在厚度方向上对基板进行加工来形成空间S2，变得容易形成空间S2。
这样的空间S2的宽度根据多余部分的碱金属M的体积或气室2整体的体积等来决定，没有特别限定，关于沿着X轴方向的宽度，空间S2的最小宽度W1优选为0.1mm以上且2mm以下，更优选为0.1mm以上且1mm以下。换言之，空间S2优选具有宽度为0.1mm以上且2mm以下的部分，更优选具有宽度为0.1mm以上且1mm以下的部分。由此，能够使液体状的碱金属M容易地停留在空间S2中。例如，在液体状的碱金属M对于空间S2的内壁面的润湿性较高的情况下，能够利用毛细现象使液体状的碱金属M停留在空间S2内。此外，在本实施方式中，仅有空间S2的一端部经由空间S3与空间S1连通而被开放，在空间S2的另一端部配置液体状的碱金属M。因此，即使在液体状的碱金属M对于空间S2的内壁面的润湿性较低的情况下，利用与液柱温度计相同的作用，能够使液体状的碱金属M停留在空间S2的另一端部。
此处，由于液体状态的铯、铷等的表面张力较小(铯为67N/m左右，铷为80N/m左右)，因此，在用玻璃材料等构成主体部21的情况下，液体状的碱金属M对于空间S2的内壁面的润湿性变得较高。另一方面，通过使用表面张力较大的金属原子、或者对空间S2的内壁面实施斥液处理，能够降低液体状的碱金属M对于空间S2的内壁面的润湿性。
此外，收纳在空间S2内的液体状的碱金属M的体积会因热胀、热缩、与气体状的碱金属的减少相伴的液体状的碱金属M的减少等，而发生变化，但是，空间S2构成为即使液体状的碱金属M的体积发生变化也收纳液体状的碱金属M。因此，能够抑制液体状的碱金属M的体积变化对空间S1内的气体状的碱金属的状态产生影响。
此外，在本实施方式中，如图6所示，在从Z轴方向观察时，空间S2为圆形。因此，空间S2的沿Y轴方向的宽度与空间S2的沿X轴方向的宽度相等。此外，空间S2的沿Y轴方向的宽度与空间S2的沿X轴方向的宽度也可以不同(例如，参照后述的第7、8实施方式)。
此外，如图5所示，使空间S1与空间S2连通的空间S3连接空间S1与空间S2的一个窗部22侧的端部。换言之，空间S3连通空间S1与空间S2，与一对窗部22、23中的一个窗部22相连。即，在空间S2中，仅有一个窗部22侧的端部经由空间S3朝空间S1开放。由此，能够在空间S2的另一个窗部23侧的端部收纳多余的碱金属M。因此，既能够确保空间S2所需的容积，又能够实现气室2的小型化。
这样的空间S3的宽度没有特别限定，可以与上述空间S2的宽度相同，也可以不同，但是，关于沿Z轴方向的宽度，空间S3的最小宽度W2优选与上述空间S2的最小宽度W1相同或者是上述空间S2的最小宽度W1以上，并且，相对于一对窗部22、23之间的距离为1/2以下，更优选为1/3以下，进一步优选为1/4以下。由此，既能够确保空间S2所需的容积，又能够抑制空间S3对空间S1内的气体状的碱金属的影响。
此外，在本实施方式中，由于槽213的横截面形状为矩形，因此，如图4所示，空间S3的横截面形状(从X轴方向观察时的形状)为矩形。此外，槽213也可以是U字槽、V字槽等，空间S3的横截面形状不限于矩形。
与这样的主体部21接合的各窗部22、23对于来自上述光射出部3的激励光具有透过性。而且，一个窗部22是激励光LL朝气室2的空间S1内入射的入射侧窗部，另一个窗部23是激励光LL从气室2的空间S1内部射出的出射侧窗部。
此外，窗部22、23分别为板状，其板面被设置为与激励光LL的轴垂直。
作为构成这样的气室2的窗部22、23的材料，只要具有上述对于激励光的透过性，则没有特别限制，例如可举出玻璃材料、石英等。此外，根据窗部22、23的厚度或激励光的强度的不同，也可以用硅来构成窗部22、23。
另一方面，构成气室2的主体部21的材料没有特别限定，可以与窗部22、23同样地为玻璃材料、石英等，也可以是金属材料、树脂材料、硅材料等。其中，主体部21的结构材料优选使用玻璃材料、石英、硅材料中的任意一种，更优选使用硅材料。由此，即使在形成宽度或高度为10mm以下那样小的气室2的情况下，也能够容易地使用蚀刻等精细加工技术来形成高精度的主体部21。此外，由硅材料构成的主体部21能够通过阳极接合法简单地与由玻璃材料构成的窗部22、23气密接合。
此外，气室2的主体部21与窗部22、23之间的接合方法可根据它们的结构材料来决定，只要能够气密接合，则没有特别限定，例如可以使用基于粘结剂的接合方法、直接接合法、阳极接合法等。
此外，通过加热器6，这样的气室2的温度被调节到例如70℃左右。
[光源]
光射出部3(光源)具有射出对气室2中的碱金属原子进行激励的激励光LL的功能。
更具体而言，光射出部3射出上述那样的、频率不同的两种光(共振光1和共振光2)作为激励光LL。
共振光1能够将气室2内的碱金属从上述基态1激励到激发态。另一方面，共振光2能够将气室2内的碱金属从上述基态2激励到激发态。
作为该光射出部3，只要能够射出上述那样的激励光，则没有特别限定，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。
这样的光射出部3与后述的控制部10的激励光控制部12连接，根据光检测部5的检测结果而被驱动控制(参照图1)。
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3的温度被调节到规定温度。
[光学部件]
多个光学部件41、42、43、44分别设置在上述光射出部3与气室2之间的激励光LL的光路上。
此处，从光射出部3侧到气室2侧，依次配置有光学部件41、光学部件42、光学部件43、光学部件44。
光学部件41是透镜。由此，能够无损耗地向气室2照射激励光LL。
此外，光学部件41具有使激励光LL成为平行光的功能。由此，能够简单且可靠地防止激励光LL在气室2的内壁发生反射。因此，适当地产生气室2内的激励光的共振，其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡特性。
光学部件42是偏振光板。由此，能够将来自光射出部3的激励光LL的偏振光调整为规定方向。
光学部件43是减光滤光器(ND滤光器)。由此，能够调整(减少)入射到气室2的激励光LL的强度。因此，即使在光射出部3的输出较大的情况下，也能够使入射到气室2的激励光成为期望的光量。在本实施方式中，利用光学部件43来调整通过了上述光学部件42的具有规定方向的偏振光的激励光LL的强度。
光学部件44是λ/4波长板。由此，能够将来自光射出部3的激励光LL从线偏振光转换为圆偏振光(右圆偏振光或者左圆偏振光)。
如后所述，在气室2内的碱金属原子因磁场产生部8的磁场而发生塞曼***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***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信号的强度降低，结果导致原子振荡器1的振荡特性的下降。
与此相对，如后所述，在气室2内的碱金属原子因磁场产生部8的磁场而进行塞曼***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***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信号的强度增大，其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡特性。
[光检测部]
光检测部5具有检测透过气室2内的激励光LL(共振光1、2)的强度的功能。
该光检测部5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)。
这样的光检测部5与后述的控制部10的激励光控制部12连接(参照图1)。
[加热器]
加热器6(加热部)具有对上述气室2(更具体地是气室2中的碱金属)进行加热的功能。由此，能够使气室2中的碱金属维持为适当的浓度的气体状。
该加热器6利用通电(直流)而发热，例如由未图示的、设置在气室2的外表面上的两个发热电阻体构成。
此处，一个发热电阻体设置在气室2的窗部22(入射侧窗部)，另一个发热电阻体设置在气室2的窗部23(出射侧窗部)。通过在各窗部22、23分别配置发热电阻体，能够防止碱金属原子在气室2的窗部22、23发生结露。其结果是，能够长期使原子振荡器1的特性(振荡特性)保持优异。
此外，优选的是，窗部23侧的发热电阻体构成为与空间S2对应的部分的温度低于其它部分，例如，与空间S2对应的部分欠缺，或者与空间S2对应的部分的散热性提高。由此，能够使碱金属容易在空间S2的+Z轴方向侧的端部析出。
这样的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ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)、IZO(Indium Zinc Oxide：铟锌氧化物)、In3O3、SnO2、含Sb的SnO2、含Al的ZnO等氧化物等的透明电极材料构成。
此外，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。
此外，加热器6只要能够对气室2进行加热，则不限于上述方式，可以使用各种加热器。此外，加热器6可以与气室2不接触。此外，也可以使用帕尔贴元件替代加热器6或者与加热器6并用，来对气室2进行加热。
这样的加热器6与后述的控制部10的温度控制部11电连接而被通电(参照图1)。
[温度传感器]
温度传感器7检测加热器6或者气室2的温度。进而，根据该温度传感器7的检测结果，控制上述加热器6的发热量。由此，能够使气室2内的碱金属原子维持期望的温度。
此外，温度传感器7的设置位置没有特别限定，例如可以在加热器6上，也可以在气室2的外表面上。
温度传感器7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。
这样的温度传感器7经由未图示的布线，与后述的控制部10的温度控制部11电连接(参照图1)。
[磁场产生部]
磁场产生部8具有产生磁场的功能，该磁场使气室2内的碱金属的简并后的多个能量能级发生塞曼***。由此，通过塞曼***，扩大碱金属退化的不同能量能级间的能隙，提高分辨率。其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡频率的精度。
该磁场产生部8例如由以夹着气室2的方式配置的亥姆霍兹线圈(Helmholtz coil)或者以覆盖气室2的方式配置的电磁线圈构成。由此，能够在气室2内产生一个方向的均匀磁场。
此外，磁场产生部8产生的磁场是恒定磁场(直流磁场)，但是也可以叠加交变磁场。
这样的磁场产生部8与后述的控制部10的磁场控制部13电连接而被通电控制(参照图1)。
[控制部]
图1所示的控制部10具有分别控制光射出部3、加热器6以及磁场产生部8的功能。
该控制部10具有：激励光控制部12，其控制光射出部3的共振光1、2的频率；温度控制部11，其控制气室2中的碱金属的温度；以及磁场控制部13，其控制来自磁场产生部8的磁场。
激励光控制部12根据上述光检测部5的检测结果，控制从光射出部3射出的共振光1、2的频率。更具体而言，激励光控制部12控制从光射出部3射出的共振光1、2的频率，使得由上述光检测部5检测出的(ω1-ω2)成为上述碱金属的固有频率ω0。此外，激励光控制部12控制从光射出部3射出的共振光1、2的中心频率。
此外，虽然未图示，但激励光控制部12具有压控型石英振荡器(振荡电路)，其根据光检测部5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1的输出信号进行输出。
此外，温度控制部11根据温度传感器7的检测结果，控制对加热器6的通电。由此，能够使气室2维持在期望的温度范围内。
此外，磁场控制部13控制对磁场产生部8的通电，使得磁场产生部8产生的磁场恒定。
这样的控制部10例如被设置在安装于基板上的IC芯片中。
根据以上说明的原子振荡器1，由于壁部214介于气室2的空间S1与空间S2之间，因此能够抑制空间S1内的气体状的碱金属与液体状或固体状的碱金属M接触。其结果是，防止或抑制空间S1内的气体状的碱金属的状态变得不均匀，抑制由多余部分的碱金属M引起的特性下降。
＜第2实施方式＞
接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。
图7是示出本发明第2实施方式的气室的纵剖视图。
除了原子室的金属蓄积部的结构不同以外，本实施方式与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第2实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图7中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。
本实施方式的气室2A具有主体部21A来替代第1实施方式的主体部21。
在主体部21A中，形成有朝-Z轴方向侧开口的凹部212A。通过该凹部212A，形成了作为经由空间S3而与空间S1连通的金属蓄积部的空间S2a。壁部214A介于该空间S2a与空间S1之间。
此外，与空间S1相比，空间S2a的沿Z轴方向的长度较短。因此，空间S2a的窗部23侧的端部与窗部23分离。因此，在利用设置在窗部22、23上的两个发热电阻体来构成加热器6的情况下，能够降低空间S2a在窗部23侧的端部的温度。由此，能够使碱金属M容易在空间S2的+Z轴方向侧的端部析出。
通过以上的第2实施方式，也能够抑制由多余部分的碱金属M引起的特性下降。
＜第3实施方式＞
接下来，对本发明第3实施方式进行说明。
图8是示出本发明第3实施方式的气室的纵剖视图。
除了原子室的金属蓄积部的结构不同以外，本实施方式与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第3实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图8中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。
本实施方式的气室2B具有主体部21B来替代第1实施方式的主体部21。
在主体部21B中，形成有贯通孔212B。通过该贯通孔212B，形成了经由空间S3而与空间S1连通的作为金属蓄积部的空间S2b。壁部214B介于该空间S2b与空间S1之间。
此外，空间S2b在窗部23侧具有宽度扩大的部分。由此，利用与液柱温度计相同的作用，能够使液体状的碱金属M停留在空间S2b的窗部23侧的端部。因此，既能够确保空间S2b所需的容积，又能够使液体状的碱金属M容易停留在空间S2b。
通过以上说明的第3实施方式，也能够抑制由多余部分的碱金属M引起的特性下降。
＜第4实施方式＞
接下来，对本发明第4实施方式进行说明。
图9是示出本发明第4实施方式的气室的纵剖视图。
除了原子室的金属蓄积部以及连通部的结构不同以外，本实施方式与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第4实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。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。
本实施方式的气室2C具有主体部21C来替代第1实施方式的主体部21。
在主体部21C中，形成有贯通孔212C和朝+Z轴方向侧开口的槽215。通过贯通孔212C，形成了作为金属蓄积部的空间S2c，空间S2c经由由槽213形成的空间S3(第一连通部)以及由槽215形成的空间S4(第二连通部)与空间S1连通。壁部214C介于该空间S2c与空间S1之间。
此处，空间S3连接空间S1与空间S2c的位于一个窗部22侧的端部，空间S4连接空间S1和空间S2c的位于另一个窗部23侧的端部。由此，空间S2c经由两个空间S3、S4与空间S1连通，因此，即使液体状的碱金属在空间S1中析出，也能够容易地使该液体状的碱金属经由空间S3或空间S4移动到空间S2c。
此外，空间S4的宽度W3没有特别限定，可以与空间S3的宽度W4相同，也可以不同。
通过以上说明的第4实施方式，也能够抑制由多余部分的碱金属M引起的特性下降。
＜第5实施方式＞
接下来，对本发明第5实施方式进行说明。
图10是示出本发明第5实施方式的气室的纵剖视图。
除了原子室的金属蓄积部以及连通部的结构不同以外，本实施方式与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第5实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。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。
本实施方式的气室2D具有主体部21D来替代第1实施方式的主体部21。
在主体部21D中，形成有贯通孔212D、朝-Z轴方向侧开口的槽213D和朝+Z轴方向侧开口的槽215D。通过这样的贯通孔212D以及槽213D、215D，形成了作为金属蓄积部的空间S2d以及使空间S2d与空间S1连通的空间S3d、S4d。壁部214D介于该空间S2d与空间S1之间。
此处，空间S3d连接空间S1与空间S2d的位于一个窗部22侧的端部，空间S4d连接空间S1与空间S2d的位于另一个窗部23侧的端部。
而且，空间S2d在其中间(Z轴方向的中间)具有宽度(沿X轴方向的宽度)变窄的部分。由此，在液体状的碱金属M对于空间S2d的内壁面的润湿性较低的情况下，能够利用毛细现象使液体状的碱金属M停留在空间S2d的宽度变窄的部分。
通过以上说明的第5实施方式，也能够抑制由多余部分的碱金属M引起的特性下降。
＜第6实施方式＞
接下来，对本发明第6实施方式进行说明。
图11是示出本发明第6实施方式的气室的纵剖视图。
除了原子室的金属蓄积部以及连通部的结构不同以外，本实施方式与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第6实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图11中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。
本实施方式的气室2E具有主体部21E来替代第1实施方式的主体部21。
在主体部21E中，形成有贯通孔212E。通过这样的贯通孔212E，形成了作为金属蓄积部的空间S2e。壁部214E介于该空间S2e与空间S1之间。
此处，空间S3连接空间S1与空间S2e的一个窗部22侧的端部，空间S4连接空间S1与空间S2e的另一个窗部23侧的端部。
而且，空间S2e在其中间具有宽度变宽的部分216。由此，在液体状的碱金属M对于空间S2e的内壁面的润湿性较高的情况下，能够利用表面张力使液体状的碱金属M停留在空间S2e的宽度变宽的部分216。
通过以上说明的第6实施方式，也能够抑制由多余部分的碱金属M引起的特性下降。
＜第7实施方式＞
接下来，对本发明第7实施方式进行说明。
图12是示出本发明第7实施方式的气室的横剖视图。
除了原子室的金属蓄积部以及连通部的结构不同以外，本实施方式与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第7实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图12中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。
本实施方式的气室2F具有主体部21F来替代第1实施方式的主体部21。
在主体部21F中，形成有贯通孔212F和朝-Z轴方向侧开口的槽213F。通过这样的贯通孔212F以及槽213F，形成了作为金属蓄积部的空间S2f以及使空间S2f与空间S1连通的空间S3f。
该空间S2f的沿Y轴方向的宽度大于沿X轴方向的宽度。由此，既能够确保空间S2f所需的容积，又能够实现气室的小型化。
此外，空间S2f的沿X轴方向的宽度是固定的。
此外，在本实施方式中，空间S3f的Y轴方向的宽度与空间S2f的沿Y轴方向的宽度相等，但是空间S3f的Y轴方向的宽度也可以小于空间S2f的沿Y轴方向的宽度。
此外，使空间S2f与空间S1连通的连通部可以如第1实施方式那样设为1个，也可以如第4实施方式那样设为两个。
通过以上说明的第7实施方式，也能够抑制由多余部分的碱金属M引起的特性下降。
＜第8实施方式＞
接下来，对本发明第8实施方式进行说明。
图13是示出本发明第8实施方式的气室的横剖视图。
除了原子室的金属蓄积部以及连通部的结构不同以外，本实施方式与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第8实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图13中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。
本实施方式的气室2G具有主体部21G来替代第1实施方式的主体部21。
在主体部21G中，形成有贯通孔212G和朝-Z轴方向侧开口的槽213G。通过这样的贯通孔212G以及槽213G，形成了作为金属蓄积部的空间S2g以及使空间S2g与空间S1连通的空间S3g。
该空间S2g的沿Y轴方向的宽度大于沿X轴方向的宽度。
而且，在本实施方式中，空间S2g在Y轴方向的中央部侧，具有沿X轴方向的宽度变窄的部分。由此，在液体状的碱金属M对于空间S2g的内壁面的润湿性较低的情况下，能够利用毛细现象使液体状的碱金属M停留在空间S2g的宽度变窄的部分。
通过以上说明的第8实施方式，也能够抑制由多余部分的碱金属M引起的特性下降。
＜第9实施方式＞
接下来，对本发明第9实施方式进行说明。
图14是示出本发明第9实施方式的气室的横剖视图。
除了原子室的金属蓄积部的结构不同以外，本实施方式与上述第1实施方式相同。
此外，在以下的说明中，关于第9实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心说明，省略相同事项的说明。此外，在图14中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。
本实施方式的气室2H具有主体部21H来替代第1实施方式的主体部21。
在主体部21H中，形成有贯通孔217以及槽218。通过该贯通孔217以及槽218，形成了作为金属蓄积部的空间S5以及使空间S1与空间S5连通的空间S6。即，气室2H具有两个作为金属蓄积部的空间S2、S5以及使该空间S2、S5与空间S1连通的两个作为连通部的空间S3、S6。
通过以上说明的第9实施方式，也能够抑制由多余部分的碱金属M引起的特性下降。
2.电子设备
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。
以下，对本发明的电子设备进行说明。
图15是示出将本发明的原子振荡器应用于利用了GPS卫星的定位***的情况下的概略结构的图。
图15所示的定位***100由GPS卫星200、基站装置300和GPS接收装置400构成。
GPS卫星200发送定位信息(GPS信号)。
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。
此处，接收装置302是具有上述本发明的原子振荡器1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。
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。
3.移动体
图16是示出本发明的移动体的一例的图。
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1。
根据这样的移动体，能够发挥优异的可靠性。
此外，具有本发明的原子振荡器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)、鱼群探测机、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)、飞行模拟器等。
以上，根据图示的实施方式，对本发明的原子室、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，但是本发明不限于此。
此外，本发明的各部结构可以置换为发挥与上述实施方式相同功能的任意结构，此外，还可以附加任意结构。
此外，本发明可以使上述各实施方式的任意结构彼此组合。
此外，在上述实施方式中，以在气室(原子室)的主体部中形成气体收纳部以及金属蓄积部双方的情况为例进行了说明，但是，形成金属蓄积部的部分也可以与形成气体收纳部的部分(一对窗部以及主体部)分离。例如，也可以以使内部空间彼此连通的方式接合将一对窗部接合在筒状部件的两端而形成有内部空间作为气体收纳部的结构体与形成有内部空间作为金属蓄积部的有底筒状的部件，从而形成具有气体收纳部以及金属蓄积部的气室。
此外，在上述实施方式中，以连通部与金属蓄积部的长度方向的端部连接的情况为例进行了说明，但是，也可以使连通部与金属蓄积部的长度方向的中央部连接。不过，与使连通部与金属蓄积部的长度方向的中央部连接的情况相比，在使连通部与金属蓄积部的长度方向的端部连接的情况下，可增加能够在每1部位配置的液体状的金属原子的量。
Claims (14)
1.一种原子室，其特征在于，该原子室具有：
气体收纳部，其具有一对窗部和配置在所述一对窗部之间的壁部，收纳有气体状的金属原子；
金属蓄积部，其收纳有液体状或固体状的金属原子，与所述气体收纳部连通，
所述壁部介于所述金属蓄积部与所述气体收纳部之间。
2.根据权利要求1所述的原子室，其特征在于，
所述金属蓄积部具有在沿着所述壁部的内壁面的方向上延伸的部分。
3.根据权利要求1所述的原子室，其特征在于，
所述金属蓄积部具有沿着所述一对窗部排列的方向延伸的部分。
4.根据权利要求1所述的原子室，其特征在于，
所述金属蓄积部具有宽度变窄的部分。
5.根据权利要求1所述的原子室，其特征在于，
所述金属蓄积部具有宽度变宽的部分。
6.根据权利要求1所述的原子室，其特征在于，
所述金属蓄积部具有宽度为0.1mm以上且2mm以下的部分。
7.根据权利要求1所述的原子室，其特征在于，
所述原子室具有连通部，该连通部连通所述气体收纳部与所述金属蓄积部，与所述一对窗部中的一个所述窗部相连。
8.根据权利要求7所述的原子室，其特征在于，
所述金属蓄积部在另一个所述窗部侧具有宽度变宽的部分。
9.根据权利要求1所述的原子室，其特征在于，所述原子室具有：
第一连通部，其连接所述气体收纳部与所述金属蓄积部的位于一个所述窗部侧的端部，使所述气体收纳部与所述金属蓄积部连通；以及
第二连通部，其连接所述气体收纳部与所述金属蓄积部的位于另一个所述窗部侧的端部，使所述气体收纳部与所述金属蓄积部连通。
10.根据权利要求1所述的原子室，其特征在于，
所述金属蓄积部配置在所述一对窗部之间。
11.一种量子干涉装置，其特征在于，其具有权利要求1所述的原子室。
12.一种原子振荡器，其特征在于，其具有权利要求1所述的原子室。
13.一种电子设备，其特征在于，其具有权利要求1所述的原子室。
14.一种移动体，其特征在于，其具有权利要求1所述的原子室。
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