原子振荡器、量子干涉装置的控制方法及量子干涉装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供原子振荡器、量子干涉装置的控制方法及量子干涉装置，即使EIT信号的强度发生变化也能够维持较高的频率稳定度，其中，所述量子干涉装置包括最大频率偏移控制部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及原子振荡器、量子干涉装置的控制方法及量子干涉装置。
技术介绍
如图19所不，已知碱金属原子具有由项符号2S1/2表不的基态能级、和由项符号2p1/2>2p3/2表示的两个激励能级。而且，2s1/2、2p1/2、2p3/2的各能级具有分裂为多个能级的超微细结构。具体而言，2S1/2具有1+1/2和1-1/2这两个基态能级，2Pv2具有1+1/2和1-1/2这两个激励能级，2P3/2具有1+3/2、1+1/2、1-1/2和1-3/2这四个激励能级。因此，I为核自旋量子数。虽然位于2S1/2的1-1/2的基态能级的原子能够通过吸收D2线而向2Pv2的1+1/2、1-1/2、1-3/2中的任意一个激励能级跃迁，但是不能向1+3/2的激励能级跃迁。虽然位于2S172的1+1/2的基态能级的原子能够通过吸收D2线而向2Pv2的1+3/2、1+1/2、1-1/2中的任意一个激励能级跃迁，但是不能向1-3/2的激励能级跃迁。这些跃迁均是基于假设了电偶极跃迁的情况下的跃迁选择规则的。相反，位于2P3/2的1+1/2或者1-1/2的激励能级的原子能够放出D2线而向2Sv2的1+1/2或者1-1/2的基态能级(原来的基态能级或者另一个基态能级中的任意一个)跃迁。因此，由2S1/2的1+1/2、1-1/2这两个基态能级、与2Pv2的1+1/2或1-1/2的激励能级构成的三能级(由两个基态能级和一个激励能级构成)，由于能够进行由D2线的吸收或发光所产生的Λ型的跃迁，因此被称为Λ型三能级。与此相对，位于2Ρ3/2的1-3/2的激励能级的原子放出D2线，必然向2S1/2的1-1/2的基态能级(原来的基态能级)跃迁，同样，位于2P3/2的1+3/2的激励能级的原子放出D2线，必然向2S1/2的1+1/2的基态能级(原来的基态能级)跃迁。即，由2Sv2的1+1/2、1-1/2这两个基态能级、与2Pv2的1-3/2或者1+3/2的激励能级组成的三能级，由于不能进行由D2线的吸收或放出而产生的Λ型的跃迁，因此未形成Λ型三能级。可是，已知下述的一种情况，即，当向气体状的碱金属原子同时照射具有与形成Λ型三能级的第一基态能级(2S1/2的1-1/2的基态能级)和激励能级(例如，2P3/2的1+1/2的激励能级)之间的能量差相当的频率(振荡频率)的共振光(设为共振光I)、以及具有与第二基态能级(2Sv2的1+1/2的基态能级)和激励能级之间的能量差相当的频率(振荡频率)的共振光(设为共振光2)时，将形成两个基态能级重合的状态、即量子相干状态(暗状态)，从而产生向激励能级的激励停止的电磁诱导透明(EIT:Electromagnetically InducedTransparency)现象(也被称为 CPT(相干布居捕获，Coherent Population Trapping))。产生该EIT现象的共振光对(共振光I和共振光2)的频率差与相当于碱金属原子的两个基态能级的能量差AE12的频率准确一致。例如，在铯原子中，由于与两个基态能级的能量差相当的频率为9.192631770GHz,因此，当向铯原子同时照射频率差为9.192631770GHz的两种Dl线或者D2线的激光时，将产生EIT现象。因此，如图20所示，当向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，这两种光将形成共振光对，根据碱金属原子是否产生EIT现象，透过碱金属原子的光的强度将急剧地变化。表示这种急剧变化的透射光的强度的信号被称为EIT信号，当共振光对的频率差与相当于AE12的频率f12准确一致时，EIT信号的电平表现出峰值。因此，通过对EIT信号的峰顶进行检测，从而实施控制，以使向碱金属原子照射的两种光的频率差与相当于AE12的频率f12准确一致，从而能够实现高精度的振荡器。图21为以现有的EIT方式构成的原子振荡器的普通结构的示意图。如图21所示，以现有的EIT方式构成的原子振荡器通过在由电流驱动电路产生的、用于对频率& (=v/λ ^:ν为光的速度、λ 0为光的波长)进行设定的驱动电流上重叠频率为fm的调制信号,从而对半导体激光器实施调制并产生频率为fo+fm的光和频率为fcrfm的光。这两种光被同时向气室照射，通过光检测器而对透过气室的光的强度进行检测。气室通过气体状的碱金属原子和封入该气体状的碱金属原子的容器而构成，当被同时照射的两种光形成共振光对时，碱金属原子将产生EIT现象，从而透过气室的光的强度将变大。因此，该原子振荡器通过使用低频振荡器所产生的几十Hz 几百Hz左右的低频信号来进行检波，从而对电压控制晶体振荡器(VCXO:Voltage Controlled Crystal Oscillator)的振荡频率进行控制，以使由光检测器所检测的光的强度变为最大，并经由PLL (锁相环路,Phase Locked Loop)而输出频率为fm的调制信号。根据这种结构，实施控制，以使半导体激光器所出射的、频率为&+乙的光和频率为fcrfm的光之间的频率差2乙与相当于AE12的频率相一致，即，使调制信号的频率fm与相当于AE12的频率的1/2的频率相一致。因此，电压控制晶体振荡器(VCXO)的振荡动作极其稳定地持续，从而能够产生频率稳定度极高的振荡信号。可是，在现 有的原子振荡器中，为了通过使用了低频信号的检波，来对EIT信号的峰顶进行检测，并实施控制，以使调制信号的频率匕与相当于AE12的频率的1/2的频率准确一致，而以EIT信号呈左右对称为前提。反过来说，在现有的原子振荡器中，如果EIT信号呈左右不对称，则有可能在调制信号的频率乙和与AE12相当的频率的1/2的频率发生少许偏移的状态下稳定。即使在这种状态下，也能够确保较高的频率稳定度，例如，通过附加将电压控制晶体振荡器(VCXO)的振荡频率转换为所需的频率的电路，也能够确保频率精度。可是，当由于周围环境的温度的急剧变化等原因而使EIT信号的峰值(强度)发生变化，从而使不对称的程度发生改变时，调制信号的频率fm和与△ E12相当的频率的1/2的频率之差将发生变动，从而成为原子振荡器的频率稳定度降低的原因。专利文献1:美国专利第6320472号说明书
技术实现思路
本专利技术是鉴于以上这种问题点而完成的，根据本专利技术的几个方式，能够提供即使EIT信号的强度发生变化也可维持较高的频率稳定度的原子振荡器、原子振荡器的控制方法及量子干涉装置。(I)本专利技术为通过共振光对而使金属原子产生电磁诱导透明现象的原子振荡器，包括:控制信号输出部，其输出被实施了频率调制的控制信号；光产生部，其产生频率差与所述控制信号的频率相对应的第一光和第二光；金属原子，其被照射所述第一光和所述第二光；光检测部，其对透过所述金属原子的光进行检测；频率控制部，其根据所述光检测部的检测信号而对所述控制信号的频率进行控制，以使所述第一光和所述第二光成为所述共振光对；最大频率偏移控制部，其根据所述光检测部的检测信号而对所述控制信号的最大频率偏移进行控制。根据本专利技术，向金属原子照射频率差与控制信号的频率相对应的第一光和第二光，并对透过金属原子的光进行检测，从而对控制信号的频率进行控制，以使被照射在金属原子上的第一光和第二光成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子干涉装置，包括：控制信号输出部，其输出被实施了频率调制的控制信号；光产生部，其产生第一光和第二光，所述第二光和所述第一光之间的频率差与所述控制信号的频率相对应；原子，所述第一光和所述第二光以成为共振光对的形式而向所述原子被照射，从而使该原子产生电磁诱导透明现象；光检测部，其对透过所述原子的光进行检测；频率控制部，其根据所述光检测部的检测信号而对所述控制信号的频率进行控制；最大频率偏移控制部，其根据所述光检测部的检测信号而对所述控制信号的最大频率偏移进行控制。

【技术特征摘要】
2011.12.09 JP 2011-2699981.一种量子干涉装置，包括: 控制信号输出部，其输出被实施了频率调制的控制信号； 光产生部，其产生第一光和第二光，所述第二光和所述第一光之间的频率差与所述控制信号的频率相对应； 原子，所述第一光和所述第二光以成为共振光对的形式而向所述原子被照射，从而使该原子产生电磁诱导透明现象； 光检测部，其对透过所述原子的光进行检测； 频率控制部，其根据所述光检测部的检测信号而对所述控制信号的频率进行控制；最大频率偏移控制部，其根据所述光检测部的检测信号而对所述控制信号的最大频率偏移进行控制。2.如权利要求1所述的量子干涉装置，其中， 所述控制信号输出部包括: 振荡信号输出部，其输出频率与所述频率控制部的输出信号相对应的振荡信号； 调制信号输出部，其输出调制信号； 频率调制部，其通过所述调制信号来对所述振荡信号进行频率调制； 频率转换部，其对所述频率调制部的输出信号的频率进行转换，从而输出所述控制信号， 所述频率控制部根据与所述调制信号相同的频率的信号，来对所述光检测部的检测信号进行检波， 所述最大频率偏移控制部对所述调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：青山拓，高桥哲也，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：