JP5343356B2 - 原子発振器 - Google Patents
原子発振器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5343356B2 JP5343356B2 JP2008000369A JP2008000369A JP5343356B2 JP 5343356 B2 JP5343356 B2 JP 5343356B2 JP 2008000369 A JP2008000369 A JP 2008000369A JP 2008000369 A JP2008000369 A JP 2008000369A JP 5343356 B2 JP5343356 B2 JP 5343356B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- atomic oscillator
- gas cell
- lens
- window
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 42
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 33
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 32
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 15
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 10
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 10
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical group [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 5
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
る光検出器56の一部に到達する構造となっている。
そこで本発明は上記問題を解決し、小型化が可能で、良好なEIT信号を得られる原子発振器を提供することを目的とする。
ガスセル材料と空気とは屈折率が同じではないため、入射光のガスセルの入射角によって、入射光の進行方向は異なったものとなる。またガスセル材料の屈折率が光の断面積方向で不均一であればそれによっても入射光は屈折する。よって、一定の断面積をもって進行する光は、前記屈折手段を通ると光の断面積方向の要素ごとにそれぞれ異なった方向に屈折するため、結果的に空間的に分散して進行する。
したがって、ガスセルの入射光側に第1の屈折手段を組み込むことにより、コヒーレント光はガスセル内に分散され、ガスセル内にある大半の金属原子にコヒーレント光が照射され、ガスセル内の大半の金属原子と光−原子相互作用を起こすことができ、大きな検出強度のEIT信号を得ることができる。
またコヒーレント光は第1の屈折手段により分散され、個々の金属原子に照射される光強度は小さくなるため、上述の線幅を狭くすることができ、EIT信号としての品質が向上する。また検出器の受光面積がコヒーレント光の本来の断面積よりも大きい場合であっても、コヒーレント光を上記第1の屈折手段に通すことにより分散され、検出器の受光部分全体に満遍なくコヒーレント光を受光させることができ、検出器本来のS/N比を確保することができる。
さらに、ガスセルと屈折手段とが一体化されたことにより、前記ガスセルを組み込んだデバイスの小型化に有利である。また部品点数が増えないため、第1の屈折手段を外付けにした場合よりも製造プロセスの簡易化され、製造コストを下げることができるとともに、デバイスの歩留まりを高め、デバイスの信頼性を向上させることができる。
[適用例2]前記第1の屈折手段は、前記2種類の共鳴光間の色収差がないように構成されている適用例1に記載の原子発振器。
これにより、2種類の波長のレーザ光が第1の屈折手段によって波長にかかわらず同様に空間的に分散する。
これにより、コヒーレント光は凹レンズ状の凹部を透過して直ちに空間的に分散してガスセル内に広がり、ガスセル内の金属原子を照射する。よって製造が容易で安価、かつ大きなEIT信号を得られる原子発振器となる。
これにより、コヒーレント光は凸レンズ状の凸部を透過して一度焦点を結ぶものの、その後空間的に分散してガスセル内に広がり、ガスセル内の金属原子を照射する。よって適用例2同様に、製造が容易で安価、かつ大きなEIT信号を得られる原子発振器となる。
屈折率分布型レンズは半径方向に屈折率が同心円状に分布し、中心から離れるほど屈折率が小さくなる。また屈折率分布型レンズの厚みを変えることによって凸レンズ的にも凹レンズ的にも光束を空間的に分散させることができる。よって平板であっても凹レンズ的または凸レンズ的な屈折手段のいずれかを選択可能であり、コヒーレント光による光束を空間的に分散させることができる。
したがって、このような構成にすることにより、適用例2、3と同様の作用効果を有するとともに、平板構造であり上述の凸部がないため、さらなる小型化を行うことができるとともに、その屈折率を適切に選択することにより、ガスセルの外形を変えずに高精度な光路制御が可能となる。
またコヒーレント光源とガスセルとの間に介装される平板光学素子(波長板等)との密着スタック構造が容易であるため、前記平板光学素子を含めて小型化を図ることができる。また光学素子間に隙間が発生しないため防塵効果があり、デバイスの長期の信頼性が確保できる。
光検出器の受光面積が小さい場合には、分散したコヒーレント光を拾いきれず、大きなEIT信号を得ることはできない。そこで上記構成にすることにより、光−原子相互作用を受けて透過・出射されたコヒーレント光は凸部によって収束するため、光検出器は収束したコヒーレント光を小さな受光面積で受光して、大きな検出強度のEIT信号を得ることができる。
上記構成により、適用例5と同様の作用効果を有するとともに、ガスセルの光検出側も平板構造であるため、ガスセルと光検出器との間に介装される平板光学素子および光検出器との密着スタック構造が可能である。よって適用例4と同様に前記平板光学素子を含めて小型化を図ることができ、光学素子間に隙間が発生しないため防塵効果があり、デバイスの長期の信頼性が確保できる。
普通の光は、いろいろな波長が混ざり位相がランダムな光である。これに対してレーザ光は波長の単色性が良く、位相の揃った光である。このような光の波長や位相の安定性の尺度としてコヒーレンスが定義されている。コヒーレンスが良い、すなわち波長や位相が安定な光は量子干渉効果を起こすことができる。その点ではレーザ光は最適である。
セシウム原子を使えば、精度の高い原子発振器を実現できる。また、ルビジウム原子は手軽に広く普及している。よって、原子発振器の要求性能とコストを考慮して、いずれかの金属原子を選択することができる。
である。胴体は一定の剛性があり原子発振器10の動作温度において変形・溶解・腐食等しないものであればいかなる材料でも良いが、熱膨張等を考慮すると入射窓20、出射窓26と同一の材料を用いることが望ましい。また上述の内部空間29には量子吸収体であるセシウム、ルビジウム等の金属原子12が封入されている。金属原子12は、前記内部空間の温度と真空度から決定される金属原子の飽和蒸気圧に従い、気体の状態で一定の濃度で前記内部空間に存在している。
ーザ光22は入射窓20、すなわち凹レンズ30aを通過してその光束を広げられることにより、金属原子12は内部空間29に均一に分布するから、レーザ光22の光束が平行光の場合と比較してより多くの金属原子12に照射可能となる。
また、作動距離(バックフォーカス長)dwは、
振器10の基本的構成は第1実施形態乃至第3実施形態と同様であるが、ガスセルの光検出器側である出射窓26 が凸レンズ38(第2の屈折手段)によって形成されている。またガスセル14の出射窓26側には受光面積が小さい光検出器42が配設されている。凸レンズ38の凸部40の形成方法は基本的に第2実施形態の凸部36と同様である。また凸部40の焦点距離は入射窓20を形成する屈折手段30(図4では凹レンズ30a)の焦点距離よりも短くなるように設計する。これにより入射窓20を形成する屈折手段30により空間的に分散されたレーザ光22の光束は凸部40を通過すると収束する。そして図4に示すように光束が適当な断面積にまで収束する位置に前記断面積と同程度の受光面積をもつ光検出器42を配設すれば小さな受光面積で効率よくレーザ光22を受光できる。
Claims (9)
- 波長が異なるコヒーレント光として2種類の共鳴光を入射したときの量子干渉効果による光吸収特性を利用して発振周波数を制御する原子発振器の光学系であって、
ガス状の金属原子を封入したガスセルと、前記ガスセル中の金属原子に前記共鳴光を供給するコヒーレント光源と、前記ガスセルを透過した光を検出する光検出器と、を備え、
前記ガスセルは、筒状の胴体と、前記胴体の前記コヒーレント光の入射側の端面に接合された入射窓と、前記胴体の前記コヒーレント光の出射側の端面に接合された出射窓と、を有し、
前記入射窓に、第1の屈折手段が形成され、かつ、前記入射窓は、前記出射窓側の面が平面であることを特徴とする原子発振器。 - 前記第1の屈折手段は、前記2種類の共鳴光間の色収差がないように構成されている請求項1に記載の原子発振器。
- 前記第1の屈折手段は凹レンズであることを特徴とする請求項1または2記載の原子発振器。
- 前記第1の屈折手段は凸レンズであることを特徴とする請求項1または2記載の原子発振器。
- 前記第1の屈折手段は屈折率分布型レンズであることを特徴とする請求項1または2記載の原子発振器。
- 前記ガスセルの光検出器側に第2の屈折手段が形成され、該第2の屈折手段は凸レンズによって形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の原子発振器。
- 前記ガスセルの光検出器側に第2の屈折手段が形成され、前記第2の屈折手段は屈折率分布型レンズで形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の原子発振器。
- 前記コヒーレント光は、レーザ光であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の原子発振器。
- 前記ガス状の金属原子は、ルビジウム又はセシウムであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の原子発振器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008000369A JP5343356B2 (ja) | 2008-01-07 | 2008-01-07 | 原子発振器 |
US12/349,040 US7956697B2 (en) | 2008-01-07 | 2009-01-06 | Atomic oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008000369A JP5343356B2 (ja) | 2008-01-07 | 2008-01-07 | 原子発振器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009164334A JP2009164334A (ja) | 2009-07-23 |
JP5343356B2 true JP5343356B2 (ja) | 2013-11-13 |
Family
ID=40844106
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008000369A Active JP5343356B2 (ja) | 2008-01-07 | 2008-01-07 | 原子発振器 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7956697B2 (ja) |
JP (1) | JP5343356B2 (ja) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5540619B2 (ja) * | 2009-09-16 | 2014-07-02 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器の制御方法 |
JP5609130B2 (ja) * | 2010-02-02 | 2014-10-22 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器 |
JP5679099B2 (ja) * | 2010-03-02 | 2015-03-04 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器 |
JP5640490B2 (ja) * | 2010-06-21 | 2014-12-17 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器 |
JP2012049230A (ja) * | 2010-08-25 | 2012-03-08 | Seiko Epson Corp | 量子干渉装置及び量子干渉方法 |
JP5910806B2 (ja) | 2011-03-14 | 2016-04-27 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器用の光学モジュールおよび原子発振器 |
JP5699725B2 (ja) * | 2011-03-23 | 2015-04-15 | セイコーエプソン株式会社 | ガスセル製造装置およびガスセルの製造方法 |
US8654332B2 (en) * | 2011-06-22 | 2014-02-18 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc | Chip-scale optics module for optical interrogators |
JP5892320B2 (ja) * | 2012-01-11 | 2016-03-23 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器用の光学モジュールおよび原子発振器 |
JP5892321B2 (ja) * | 2012-01-11 | 2016-03-23 | セイコーエプソン株式会社 | 原子発振器用の光学モジュールおよび原子発振器 |
US9077354B2 (en) * | 2012-04-10 | 2015-07-07 | Honeywell International Inc. | Low power reduction of biases in a micro primary frequency standard |
JP6135308B2 (ja) * | 2012-11-21 | 2017-05-31 | 株式会社リコー | アルカリ金属セル、原子発振器及びアルカリ金属セルの製造方法 |
WO2014087746A1 (ja) * | 2012-12-03 | 2014-06-12 | 富士電機株式会社 | 粒子線成形装置 |
CN103760135B (zh) * | 2013-12-30 | 2016-06-15 | 浙江大学城市学院 | V型能级结构原子的速度转移激光光谱测量装置及方法 |
JP2015057841A (ja) * | 2014-10-31 | 2015-03-26 | セイコーエプソン株式会社 | 量子干渉装置 |
KR101750197B1 (ko) | 2016-03-03 | 2017-06-22 | 한양대학교 산학협력단 | 가스 검출 장치 |
JP6728867B2 (ja) * | 2016-03-28 | 2020-07-22 | セイコーエプソン株式会社 | 量子干渉装置、原子発振器、および電子機器 |
CN107342768B (zh) * | 2017-07-18 | 2020-08-11 | 上海新示方科技有限公司 | 一种氢原子频标 |
US10774220B1 (en) * | 2018-04-12 | 2020-09-15 | Hrl Laboratories, Llc | Inorganic passive coatings for atomic vapor cells |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6258063U (ja) * | 1985-09-28 | 1987-04-10 | ||
JP2615816B2 (ja) * | 1988-04-27 | 1997-06-04 | 日本電気株式会社 | ルビジウム原子発振器 |
GB9015800D0 (en) * | 1990-07-18 | 1990-09-05 | Secretary Trade Ind Brit | Optical long-path monitoring apparatus |
JP2643808B2 (ja) * | 1993-11-17 | 1997-08-20 | 日本電気株式会社 | ルビジウム原子発振器 |
JP3963998B2 (ja) * | 1997-03-31 | 2007-08-22 | アンリツ株式会社 | 原子発振器 |
US6806784B2 (en) * | 2001-07-09 | 2004-10-19 | The National Institute Of Standards And Technology | Miniature frequency standard based on all-optical excitation and a micro-machined containment vessel |
FI117808B (fi) * | 2004-09-14 | 2007-02-28 | Vaisala Oyj | Kaasun pitoisuuden mittauslaitteisto ja menetelmä |
NO326482B1 (no) * | 2005-05-31 | 2008-12-15 | Integrated Optoelectronics As | En ny infrarod laserbasert alarm |
US7359059B2 (en) * | 2006-05-18 | 2008-04-15 | Honeywell International Inc. | Chip scale atomic gyroscope |
JP4720635B2 (ja) * | 2006-06-14 | 2011-07-13 | エプソントヨコム株式会社 | 原子発振器、受動形原子発振器、原子発振器の温度制御方法及び受動形原子発振器の温度制御方法 |
JP5014682B2 (ja) | 2006-06-22 | 2012-08-29 | 株式会社岡村製作所 | 椅子のランバーサポート装置 |
US7619485B2 (en) * | 2007-01-31 | 2009-11-17 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc | Compact optical assembly for chip-scale atomic clock |
-
2008
- 2008-01-07 JP JP2008000369A patent/JP5343356B2/ja active Active
-
2009
- 2009-01-06 US US12/349,040 patent/US7956697B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US7956697B2 (en) | 2011-06-07 |
US20090174489A1 (en) | 2009-07-09 |
JP2009164334A (ja) | 2009-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5343356B2 (ja) | 原子発振器 | |
JP2009164331A (ja) | 原子発振器および発振デバイス | |
US7999626B2 (en) | Physical section of atomic oscillator | |
US7701302B2 (en) | Atomic frequency acquiring apparatus and atomic clock | |
US8593229B2 (en) | Atomic oscillator | |
US9319056B2 (en) | Quantum interference device, atomic oscillator, electronic apparatus, and moving object | |
JP5724480B2 (ja) | 原子発振器および原子発振器の製造方法 | |
JP6484922B2 (ja) | 原子セル、量子干渉装置、原子発振器および電子機器 | |
US10707884B2 (en) | Atomic oscillator and electronic apparatus | |
CN105372981A (zh) | 一种铯cpt原子钟物理*** | |
JP3963998B2 (ja) | 原子発振器 | |
JP4941249B2 (ja) | 光学系及び原子発振器 | |
JP3811184B2 (ja) | 横断方向にポンピングされる固体レーザ | |
JP2009141048A (ja) | 光学系及び原子発振器 | |
JP6728867B2 (ja) | 量子干渉装置、原子発振器、および電子機器 | |
JP2009232335A (ja) | 光学系及び原子発振器 | |
JP2010109411A (ja) | 原子発振器 | |
JP6264876B2 (ja) | 量子干渉装置、原子発振器、および電子機器 | |
US11002808B2 (en) | Gas cell, magnetometric device, method of manufacturing gas cell, and method of manufacturing magnetometric device | |
JP2010003944A (ja) | 原子発振器 | |
KR101324545B1 (ko) | 레이저 빔 보정을 통한 안정화와 에너지 효율 향상을 위한 극자외선 발생장치 | |
JP5181815B2 (ja) | 光学系及び原子発振器 | |
JP2009218535A (ja) | 光学系及び原子発振器 | |
JP2009281958A (ja) | 示差屈折率計 | |
JP2018082108A (ja) | 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110105 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20110729 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20110729 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110819 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130416 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130614 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20130614 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130716 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130729 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5343356 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |