原子振蕩器及其頻率調(diào)整方法、電子設(shè)備和移動(dòng)體的制作方法
【專利摘要】原子振蕩器及其頻率調(diào)整方法、電子設(shè)備和移動(dòng)體。本發(fā)明提供不受氣室內(nèi)的溫度變化影響地具有良好精度的基準(zhǔn)頻率的原子振蕩器、可獲得該原子振蕩器的原子振蕩器的頻率調(diào)整方法以及具備該原子振蕩器的電子設(shè)備以及移動(dòng)體。本發(fā)明的原子振蕩器(31)具備封入金屬原子和緩沖氣體的氣室(32)、射出對氣室(32)內(nèi)的上述金屬原子進(jìn)行激勵(lì)的光的光源(33)以及對透過了氣室(32)的光進(jìn)行檢測的光檢測部(受光部)(35)，緩沖氣體包含氖(Ne)和氬(Ar)，(Ar)相對于(Ne)與(Ar)的合計(jì)的壓力比率大于0且小于0.5。
【專利說明】原子振蕩器及其頻率調(diào)整方法、電子設(shè)備和移動(dòng)體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子振蕩器、原子振蕩器的頻率調(diào)整方法、電子設(shè)備以及移動(dòng)體。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為激勵(lì)出基準(zhǔn)頻率的振蕩源，公知有原子振蕩器。
[0003]該原子振蕩器通過對封入了氣體狀堿金屬原子的氣室照射激勵(lì)光后觀測其透過光來獲得基準(zhǔn)頻率。
[0004]例如，在利用基于波長不同的2種共振光(激勵(lì)光)1、2的量子干涉效應(yīng)(CPT: Coherent Populat1n Trapping)的原子振蕩器中，當(dāng)對堿金屬照射共振光1、2時(shí),共振光1、2在堿金屬中的光吸收率(透光率)隨著共振光I的頻率O1與共振光2的頻率ω2之差(ω「ω2)而變化。并且,當(dāng)共振光I的頻率O1與共振光2的頻率ω2之差(ω「ω2)和相當(dāng)于基態(tài)I與基態(tài)2的能量差的頻率Otl —致時(shí)，分別停止從基態(tài)1、2向激發(fā)態(tài)的激勵(lì)。此時(shí)，共振光1、2不被堿金屬吸收而透過。因此，透過氣室的透過光的透過光強(qiáng)度陡峭地上升，所以，作為這樣的陡峭信號，檢測出EIT信號。該EIT信號具有由堿金屬的種類決定的固有值，所以，可將這樣的EIT信號用作基準(zhǔn)頻率。
[0005]可是，該EIT信號雖然具有由堿金屬的種類決定的固有值，但氣體狀的堿金屬原子進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)，在該熱運(yùn)動(dòng)的影響下，難以產(chǎn)生理想的量子干涉，因此，頻譜寬度變寬。
[0006]因此，提出了如下這樣的方法:在氣室中封入He、Ne、Ar等緩沖氣體，由此，能夠減輕熱運(yùn)動(dòng)，使EIT信號的頻譜寬度不變寬。但是，已知這樣的情況:根據(jù)該方法，即，當(dāng)采用在氣室內(nèi)封入緩沖氣體的結(jié)構(gòu)時(shí)，具有EIT信號(由堿金屬的種類決定的固有值)根據(jù)氣室內(nèi)的溫度變化而偏移的溫度特性。
[0007]從而，為了避免該EIT信號的偏移，采取了以規(guī)定的混合比在氣室中混合可相互抵消EIT信號偏移的溫度特性的兩種緩沖氣體的方法。
[0008]例如，在專利文獻(xiàn)I中，在將Cs氣體作為堿金屬氣體而封入氣室內(nèi)的情況下，當(dāng)單獨(dú)封入Ne作為緩沖氣體時(shí)，EIT信號以+3Hz/°C的溫度特性進(jìn)行偏移，當(dāng)單獨(dú)封入Ar作為緩沖氣體時(shí)，EIT信號以_3Hz/°C的溫度特性進(jìn)行偏移(尤其參照專利文獻(xiàn)I的圖2。)，所以，采取了以氣體比為1:1的混合比在氣室中混合作為緩沖氣體的Ne和Ar的方法。
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-245805號公報(bào)
[0010]但是，根據(jù)本發(fā)明人的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)了如下情況:如上所述，當(dāng)單獨(dú)封入Ne作為緩沖氣體時(shí)，EIT信號以+3Hz/°C的溫度特性進(jìn)行偏移，當(dāng)單獨(dú)封入Ar作為緩沖氣體時(shí)，EIT信號以_3Hz/°C的溫度特性進(jìn)行偏移，但是，當(dāng)封入Ne與Ar的混合氣體作為緩沖氣體時(shí)，在EIT信號偏移的溫度特性中產(chǎn)生偏差。發(fā)現(xiàn)了尤其在使原子振蕩器(氣室)小型化時(shí)可更明顯地看到產(chǎn)生這種偏差的趨勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明鑒于此問題進(jìn)行了研究，其目的是提供不受氣室內(nèi)的溫度變化影響地具有良好精度的基準(zhǔn)頻率的原子振蕩器、可獲得該原子振蕩器的原子振蕩器頻率調(diào)整方法以及具有該原子振蕩器的電子設(shè)備以及移動(dòng)體。
[0012]本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，可作為以下的方式或應(yīng)用例來實(shí)現(xiàn)。
[0013][應(yīng)用例I]
[0014]本應(yīng)用例的原子振蕩器的特征在于，該原子振蕩器具備:氣室，其封入金屬原子和緩沖氣體；光源，其射出用于激勵(lì)所述氣室內(nèi)的所述金屬原子的光；以及受光部，其檢測透過了所述氣室的所述光，所述緩沖氣體包含氖(Ne)和氬(Ar) ,Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率大于O且小于0.5。
[0015]由此，可實(shí)現(xiàn)不受氣室內(nèi)的溫度變化影響地具有良好精度的基準(zhǔn)頻率的原子振蕩器。
[0016][應(yīng)用例2]
[0017]在本應(yīng)用例的原子振蕩器中優(yōu)選，所述金屬原子包含銫(Cs)。
[0018]在堿金屬由銫(Cs)構(gòu)成時(shí)，通過將Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率設(shè)定為上述范圍內(nèi)，能夠更可靠地抑制或防止由于氣室內(nèi)的溫度變化引起EIT信號偏移。
[0019][應(yīng)用例3]
[0020]在本應(yīng)用例的原子振蕩器中，優(yōu)選的是，所述Ar相對于所述Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率在0.001以上且0.05以下的范圍內(nèi)。
[0021]由此，能夠更可靠地抑制或防止氣室內(nèi)的溫度變化引起EIT信號偏移。
[0022][應(yīng)用例4]
[0023]在本應(yīng)用例的原子振蕩器中，優(yōu)選的是，所述氣室的內(nèi)部的壓力在SOTorr以上且150Torr以下的范圍內(nèi)。
[0024]由此，能夠更可靠地抑制或防止氣室內(nèi)的溫度變化引起EIT信號偏移。
[0025][應(yīng)用例5]
[0026]在本應(yīng)用例的原子振蕩器中，優(yōu)選的是，該原子振蕩器具備對所述氣室進(jìn)行加熱的加熱部，所述氣室的內(nèi)部的溫度被設(shè)定為50°C以上且90°C以下的范圍內(nèi)。
[0027]當(dāng)氣室的溫度被設(shè)定在該范圍內(nèi)時(shí)，通過將Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率設(shè)定在上述范圍內(nèi)，能夠更顯著地減小EIT信號偏移的大小。
[0028][應(yīng)用例6]
[0029]在本應(yīng)用例的原子振蕩器中，優(yōu)選的是，所述氣室的內(nèi)壁的表面積在0.06cm2以上且6cm2以下的范圍內(nèi)。
[0030]通過在這樣地小型化的氣室中應(yīng)用本發(fā)明，能夠更可靠地抑制或防止氣室內(nèi)的溫度變化引起EIT信號偏移。
[0031][應(yīng)用例7]
[0032]本應(yīng)用例的原子振蕩器的頻率調(diào)整方法是這樣的方法，該原子振蕩器具備封入金屬原子、氖(Ne)以及氬(Ar)的氣室，該原子振蕩器的頻率調(diào)整方法的特征在于，在Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率大于O且小于0.5的狀態(tài)下，在所述氣室內(nèi)封入包含所述Ne和所述Ar的氣體。
[0033]由此，能夠?qū)崿F(xiàn)不受氣室內(nèi)的溫度變化影響地具有良好精度的基準(zhǔn)頻率的原子振蕩器。
[0034][應(yīng)用例8]
[0035]本應(yīng)用例的電子設(shè)備的特征在于具備本應(yīng)用例的原子振蕩器。
[0036]由此，可提供具有良好的可靠性的電子設(shè)備。
[0037][應(yīng)用例9]
[0038]本應(yīng)用例的移動(dòng)體的特征在于具備本應(yīng)用例的原子振蕩器。
[0039]由此，能夠提供具有良好的可靠性的移動(dòng)體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是示出本發(fā)明的原子振蕩器的概括圖。
[0041]圖2是用于說明圖1所示的原子振蕩器的氣室內(nèi)的堿金屬的能量狀態(tài)的圖。
[0042]圖3是關(guān)于圖1所示的原子振蕩器的光源以及光檢測部示出來自光源的2個(gè)光的頻率差與光檢測部中的檢測強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖。
[0043]圖4是示出Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率和EIT信號的溫度系數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0044]圖5是示出在利用GPS衛(wèi)星的測位系統(tǒng)中采用本發(fā)明的原子振蕩器時(shí)的概括結(jié)構(gòu)的圖。
[0045]圖6是示出具備本發(fā)明的原子振蕩器的移動(dòng)體(汽車)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0046]標(biāo)號說明
[0047]31原子振蕩器；32氣室；33光源；35光檢測部；36加熱器；37溫度傳感器；38線圈；39控制部；341光學(xué)部件；342光學(xué)部件；343光學(xué)部件；344光學(xué)部件；391溫度控制部；392激勵(lì)光控制部；393磁場控制部；100測位系統(tǒng)；200GPS衛(wèi)星；300基站裝置；301天線；302接收裝置；303天線；304發(fā)送裝置；400GPS接收裝置；401天線；402衛(wèi)星接收部；403天線；404基站接收部；1500移動(dòng)體；1501車體；1502車輪；LL激勵(lì)光；Otl頻率；Co1頻率；ω2頻率。

【具體實(shí)施方式】
[0048]以下，根據(jù)附圖所示的實(shí)施方式來詳細(xì)說明本發(fā)明的原子振蕩器、原子振蕩器的頻率調(diào)整方法、電子設(shè)備以及移動(dòng)體。
[0049]1.原子振蕩器
[0050]圖1是示出本發(fā)明的原子振蕩器的概括圖，圖2是用于說明圖1所示的原子振蕩器的氣室內(nèi)的堿金屬的能量狀態(tài)的圖，圖3是關(guān)于圖1所示的原子振蕩器的光源以及光檢測部示出來自光源的2個(gè)光的頻率差與光檢測部中的檢測強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖。
[0051]原子振蕩器31根據(jù)氣體狀的銣、銫、鈉等堿金屬原子的能量躍遷而激勵(lì)出基準(zhǔn)頻率。
[0052]在本實(shí)施方式中，該原子振蕩器31是利用基于波長不同的2種光的量子干涉效應(yīng)(CPT:Coherent Populat1n Trapping,相干布居俘獲)的原子振蕩器,如圖1所示具備氣室(原子單元)32、光源(光射出部)33、光學(xué)部件341、342、343、344、光檢測部(受光部)35、加熱器(加熱部)36、溫度傳感器37、線圈38和控制部39。
[0053]首先，在說明利用量子干涉效應(yīng)的原子振蕩器31具備的各個(gè)部的結(jié)構(gòu)之前，簡單說明該原子振蕩器31的原理。
[0054]在原子振蕩器31中，在氣室32內(nèi)，封入有氣體狀的銣、銫、鈉等堿金屬(金屬原子)。
[0055]如圖2所示,堿金屬具有三能級系統(tǒng)的能量能級,可得到能量能級不同的兩個(gè)基態(tài)(基態(tài)1、2)和激發(fā)態(tài)這3個(gè)狀態(tài)。此處，基態(tài)I是比基態(tài)2低的能量狀態(tài)。
[0056]在對上述這樣的氣體狀的堿金屬照射頻率不同的兩種共振光1、2時(shí)，共振光1、2在堿金屬中的光吸收率(光透過率)隨著共振光I的頻率O1與共振光2的頻率ω2之差(CO1-CO2)而變化。
[0057]并且，在共振光I的頻率。1與共振光2的頻率ω2之差(ω「ω2)和相當(dāng)于基態(tài)I與基態(tài)2之間的能量差的頻率Oci—致時(shí)，分別停止從基態(tài)1、2激勵(lì)成激發(fā)態(tài)。此時(shí)，共振光1、2均不被堿金屬吸收而透過。這樣的現(xiàn)象稱作CPT現(xiàn)象或者電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)。
[0058]光源33向氣室32射出上述那樣的頻率不同的兩種光(共振光I和共振光2)。
[0059]此處，例如，如果固定共振光I的頻率O1而使共振光2的頻率ω2變化，則在共振光I的頻率?1與共振光2的頻率ω2之差(GJ1-CO2)與相當(dāng)于基態(tài)I與基態(tài)2之間的能量差的頻率Qci —致時(shí)，光檢測部35的檢測強(qiáng)度如圖3所示那樣陡峭地上升。這樣的陡峭的信號稱作EIT信號。
[0060]該EIT信號具有由堿金屬的種類決定的固有值。因此，通過使用這樣的EIT信號作為基準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的振蕩器。
[0061]另外，原子振蕩器31在氣室32內(nèi)除了氣體狀的堿金屬(金屬原子)之外，還封入氮、氦、氖、氬、氪等的緩沖氣體。
[0062]這里，EIT信號雖然表示由堿金屬的種類決定的固有值，但氣體狀的堿金屬原子進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)，由于該熱運(yùn)動(dòng)的影響，EIT信號的頻譜寬度呈現(xiàn)出變寬的趨勢。因此，可通過采用在氣室32內(nèi)封入緩沖氣體的結(jié)構(gòu)來減輕熱運(yùn)動(dòng)，所以，能夠可靠地抑制或防止EIT信號的頻譜寬度變寬。
[0063]以下，依次詳細(xì)地說明該原子振蕩器31的各個(gè)部。
[0064][氣室]
[0065]在氣室32內(nèi)封入氣體狀的鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁的堿金屬(金屬原子)，而且封入氮、氦、氖、氬、氪等的緩沖氣體(緩沖氣體)。
[0066]雖未圖示，氣室32具備:具有柱狀貫通孔的主體部；和封鎖該貫通孔的兩個(gè)開口的I對窗部。由此，形成封入上述這樣的堿金屬以及緩沖氣體的內(nèi)部空間，在該內(nèi)部空間中封入氣體狀的堿金屬以及緩沖氣體。
[0067]這里，氣室32的各窗部具有對于來自上述光源33的激勵(lì)光的透過性。并且，一個(gè)窗部是激勵(lì)光LL向氣室32內(nèi)入射的入射側(cè)窗部,另一個(gè)窗部是激勵(lì)光LL從氣室32內(nèi)射出的射出側(cè)窗部。
[0068]作為構(gòu)成這樣的氣室32的窗部的材料，只要具有上述對于激勵(lì)光的透過性，就沒有特別限定，例如可舉出玻璃材料、石英等。
[0069]另外，構(gòu)成氣室32的主體部的材料沒有特別限定，可以是金屬材料、樹脂材料等，也可以與窗部同樣是玻璃材料、石英等。
[0070]并且，各窗部相對于主體部以氣密的方式進(jìn)行接合。由此，可使氣室32的內(nèi)部空間成為氣密空間。
[0071]氣室32的主體部與各窗部的接合方法可根據(jù)它們的構(gòu)成材料來決定，沒有特別限定，例如可以使用基于粘結(jié)劑的接合方法、直接接合法、陽極接合法等。
[0072]另外，這樣的氣室32可利用加熱器36調(diào)節(jié)為期望的溫度，例如，溫度被調(diào)節(jié)為50°C以上、90°C以下。
[0073][光源]
[0074]光源33具有射出對氣室32中的堿金屬原子進(jìn)行激勵(lì)的激勵(lì)光LL的功能。
[0075]更具體而言，光射出部3射出上述那樣的、頻率不同的兩種光(共振光I和共振光
2)作為激勵(lì)光LL。
[0076]共振光I能夠?qū)馐?2內(nèi)的堿金屬從上述基態(tài)I激勵(lì)到激發(fā)態(tài)。另一方面，共振光2能夠?qū)馐?2內(nèi)的堿金屬從上述基態(tài)2激勵(lì)到激發(fā)態(tài)。
[0077]該光源33只要能夠射出上述那樣的激勵(lì)光，則沒有特別限定，例如，可以使用垂直共振器面發(fā)光激光器(VCSEL)等半導(dǎo)體激光器等。
[0078]這樣的光源33與后述的控制部39的激勵(lì)光控制部392連接，根據(jù)光檢測部35的檢測結(jié)果而被驅(qū)動(dòng)控制(參照圖1)。
[0079]此外，通過未圖示的溫度調(diào)節(jié)元件(發(fā)熱電阻體、帕爾貼(Peltier)元件等)，這樣的光源33的溫度例如被調(diào)節(jié)到30°C左右。
[0080][光學(xué)部件]
[0081]多個(gè)光學(xué)部件341、342、343、344分別設(shè)置在上述光源33與氣室32之間的激勵(lì)光LL的軸上。
[0082]在本實(shí)施方式中，從光源33側(cè)到氣室32側(cè)，依次配置有光學(xué)部件341、光學(xué)部件342、光學(xué)部件343、光學(xué)部件344。
[0083]光學(xué)部件341是透鏡。由此,能夠無損耗地向氣室32照射激勵(lì)光LL。
[0084]此外，光學(xué)部件341具有使激勵(lì)光LL成為平行光的功能。由此，能夠簡單且可靠地防止激勵(lì)光LL在氣室32的內(nèi)壁發(fā)生反射。因此，適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生氣室32內(nèi)的激勵(lì)光的共振，其結(jié)果是，能夠提高原子振蕩器31的振蕩特性。
[0085]光學(xué)部件342是偏振光板。由此,能夠?qū)碜怨庠?3的激勵(lì)光LL的偏振光調(diào)整為規(guī)定方向。
[0086]光學(xué)部件343是減光濾光器(ND濾光器)。由此，能夠調(diào)整(減少)入射到氣室32的激勵(lì)光LL的強(qiáng)度。因此，即使在光源33的輸出較大的情況下，也能夠使入射到氣室32的激勵(lì)光成為期望的光量。在本實(shí)施方式中，利用光學(xué)部件343來調(diào)整通過了上述光學(xué)部件342的具有規(guī)定方向的偏振光的激勵(lì)光LL的強(qiáng)度。
[0087]光學(xué)部件344是λ /4波長板。由此，能夠?qū)碜怨庠?3的激勵(lì)光LL從線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光(右圓偏振光或者左圓偏振光)。
[0088]如后所述，在氣室32內(nèi)的堿金屬原子因線圈38的磁場而發(fā)生塞曼分裂的狀態(tài)下，如果向堿金屬原子照射線偏振光的激勵(lì)光，則由于激勵(lì)光與堿金屬原子的相互作用，堿金屬原子均勻地分散存在于塞曼分裂后的多個(gè)能級。其結(jié)果是，由于期望的能量能級的堿金屬原子的數(shù)量相對于其它能量能級的堿金屬原子的數(shù)量相對地變少，因此顯現(xiàn)期望的EIT現(xiàn)象的原子數(shù)減少，期望的EIT信號的強(qiáng)度降低，結(jié)果導(dǎo)致原子振蕩器31的振蕩特性的下降。
[0089]與此相對，如后所述，在氣室32內(nèi)的堿金屬原子因線圈38的磁場而進(jìn)行塞曼分裂的狀態(tài)下，如果向堿金屬原子照射圓偏振光的激勵(lì)光，則由于激勵(lì)光與堿金屬原子的相互作用，能夠使堿金屬原子進(jìn)行塞曼分裂后的多個(gè)能級中的期望的能量能級的堿金屬原子的數(shù)量相對于其它能量能級的堿金屬原子的數(shù)量相對地變多。因此，顯現(xiàn)期望的EIT現(xiàn)象的原子數(shù)增加，期望的EIT信號的強(qiáng)度增大，其結(jié)果是，能夠提高原子振蕩器31的振蕩特性。
[0090][光檢測部]
[0091]光檢測部35具有檢測在氣室32內(nèi)透過的激勵(lì)光LL(共振光1、2)的強(qiáng)度的功能。換言之，具有檢測在頻率差(O1-CO2)與頻率COtl—致時(shí)出現(xiàn)的EIT信號的功能。
[0092]該光檢測部35只要能夠檢測上述這樣的激勵(lì)光，則沒有特別限定，例如可采用太陽能電池、光電二極管等光檢測器(受光元件)。
[0093]這樣的光檢測部35與后述的控制部39的激勵(lì)光控制部392連接(參照圖1)。
[0094][加熱器]
[0095]加熱器36具有對上述氣室32 (更具體地是氣室32中的堿金屬和緩沖氣體)進(jìn)行加熱的功能。由此，能夠使氣室32中的堿金屬維持為氣體狀。
[0096]該加熱器36利用通電而發(fā)熱,例如由未圖不的、設(shè)置在氣室32的外表面上的發(fā)熱電阻體構(gòu)成。
[0097]此處，發(fā)熱電阻體例如設(shè)置在氣室32的各窗部上。由此，能夠防止堿金屬原子在氣室32的窗部發(fā)生結(jié)露。其結(jié)果是，能夠長期發(fā)揮優(yōu)異的振蕩特性。
[0098]這樣的發(fā)熱電阻體由具有對于激勵(lì)光的透過性的材料構(gòu)成，具體而言，例如，由ITO(Indium Tin Oxide:銦錫氧化物)、IZO (Indium Zinc Oxide:銦鋒氧化物)、In303、Sn02、含Sb的SnO2、含Al的ZnO等氧化物等的透明電極材料構(gòu)成。
[0099]此外，發(fā)熱電阻體例如可以使用等離子體CVD、熱CVD那樣的化學(xué)蒸鍍法(CVD)、真空蒸鍍等干式鍍層法、溶膠凝膠法等來形成。
[0100]此外，加熱器36只要能夠?qū)馐?2進(jìn)行加熱，則沒有特別限定，加熱器36可以與氣室32不接觸。此外，也可以使用帕爾貼元件替代加熱器36或者與加熱器36并用，來對氣室32進(jìn)行加熱。
[0101]這樣的加熱器36與后述的控制部39的溫度控制部391電連接而被通電(參照圖1)。
[0102][溫度傳感器]
[0103]溫度傳感器37檢測加熱器36或者氣室32的溫度。進(jìn)而，根據(jù)該溫度傳感器37的檢測結(jié)果，控制上述加熱器36的發(fā)熱量。由此，能夠使氣室32內(nèi)更具體地說是堿金屬原子和緩沖氣體維持期望的溫度。
[0104]此外，溫度傳感器37的設(shè)置位置沒有特別限定，例如可以在加熱器36上，也可以在氣室32的外表面上。
[0105]溫度傳感器37沒有特別限定，可以使用熱敏電阻、熱電偶等公知的各種溫度傳感器。
[0106]這樣的溫度傳感器37經(jīng)由未圖示的布線，與后述的控制部39的溫度控制部391電連接(參照圖1)。
[0107][線圈]
[0108]線圈38 (磁場產(chǎn)生部)具有在氣室32內(nèi)產(chǎn)生沿著激勵(lì)光LL的軸的方向的磁場的功能。由此，通過塞曼分裂，能夠擴(kuò)大堿金屬的簡并的不同能量能級之間的間隙，提高分辨率。其結(jié)果是，能夠提高原子振蕩器31的振蕩頻率的精度。
[0109]該線圈38例如可使用以夾著氣室32的方式配置的亥姆霍茲線圈(Helmholtzcoil)或者以覆蓋氣室32的方式配置的電磁線圈。
[0110]此外，線圈38產(chǎn)生的磁場可以是直流磁場或交流磁場中的任意一個(gè)磁場，也可以是疊加直流磁場和交流磁場而得到的磁場。
[0111]這樣的線圈38與后述的控制部39的磁場控制部393電連接而被通電控制(參照圖1)。
[0112][控制部]
[0113]圖1所示的控制部39具有分別控制光源33、加熱器36以及線圈38的功能。
[0114]該控制部39具有:激勵(lì)光控制部392，其控制光源33的共振光1、2的頻率；溫度控制部391，其控制氣室32中的堿金屬的溫度；以及磁場控制部393，其控制對氣室32施加的磁場。
[0115]激勵(lì)光控制部392根據(jù)上述光檢測部35的檢測結(jié)果，控制從光源33射出的共振光1、2的頻率。更具體而言，激勵(lì)光控制部392控制從光源33射出的共振光1、2的頻率，使得由上述光檢測部35檢測出的(Co1-CO2)成為上述堿金屬固有的頻率ω(ι。此外，激勵(lì)光控制部392控制從光源33射出的共振光1、2的中心頻率。
[0116]另外，溫度控制部391根據(jù)溫度傳感器37的檢測結(jié)果來控制對加熱器36的通電。由此，可將氣室32維持在期望的溫度范圍內(nèi)。這里，溫度傳感器37構(gòu)成檢測氣室32的溫度的溫度檢測單元。
[0117]此外，磁場控制部393控制向線圈38的通電，使線圈38產(chǎn)生的磁場恒定。
[0118]例如，這樣的控制部39例如被設(shè)置在安裝于基板上的IC芯片中。
[0119]另外，未圖示的振蕩電路與控制部39電連接，該振蕩電路根據(jù)上述的EIT信號使時(shí)鐘信號進(jìn)行振蕩。
[0120]另外，在此結(jié)構(gòu)的原子振蕩器31中，利用溫度控制部391來控制向加熱器36的通電，由此能夠?qū)馐?2維持在期望的溫度范圍內(nèi)，但是，在此溫度范圍內(nèi)，顯然在氣室32內(nèi)產(chǎn)生溫度變化。因此，如上所述，當(dāng)采用在氣室32內(nèi)封入緩沖氣體的結(jié)構(gòu)時(shí)，顯現(xiàn)出EIT信號根據(jù)氣室內(nèi)的溫度變化進(jìn)行偏移的溫度特性。
[0121]因此，一直以來，為了避免該EIT信號的偏移，采取了以規(guī)定的混合比在氣室中混合可相互抵消EIT信號偏移的溫度特性的兩種緩沖氣體的方法，具體而言，在日本特開2010-245805號公報(bào)中，在將Cs氣體作為堿金屬氣體而封入氣室32內(nèi)的情況下，當(dāng)單獨(dú)封入Ne作為緩沖氣體時(shí)，EIT信號以+3Hz/°C的溫度特性進(jìn)行偏移，當(dāng)單獨(dú)封入Ar作為緩沖氣體時(shí)，EIT信號以-3Hz/°C的溫度特性進(jìn)行偏移，所以采取了以壓力比率為1:1的混合比在氣室中混合作為緩沖氣體的Ne和Ar的方法。
[0122]但是，根據(jù)本發(fā)明人的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)了如下情況:當(dāng)分別單獨(dú)封入Ne和Ar作為緩沖氣體時(shí)，EIT信號以上述那樣的溫度特性進(jìn)行偏移，但是，當(dāng)封入Ne與Ar按1:1的壓力比率混合后的混合氣體作為緩沖氣體時(shí)，在EIT信號偏移的溫度特性中產(chǎn)生偏差。
[0123]更具體地說，發(fā)現(xiàn)了如下情況:當(dāng)在氣室(內(nèi)壁的表面積:2.06cm2) 32內(nèi)封入Cs氣體作為堿金屬氣體、設(shè)對Ne與Ar的混合物施加的分壓為ITorr而在氣室32內(nèi)封入Ne與Ar的混合物作為緩沖氣體時(shí)，如果使Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率(混合比率)發(fā)生變化，則EIT信號偏移的溫度特性即EIT信號的溫度系數(shù)如圖4那樣進(jìn)行變化。
[0124]由圖4可知，表示Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率和EIT信號的溫度系數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖A不具有線性的關(guān)系而具有非線性的關(guān)系，位于將表示Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率的Ne:Ar為100:0和0:100時(shí)連結(jié)起來的直線B下側(cè)的區(qū)域。
[0125]因此，如果像現(xiàn)有技術(shù)那樣，僅使得封入氣室32內(nèi)的Ne與Ar的壓力比率為1:1 (將Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率設(shè)為0.5)，則Ne的壓力比率不充分，所以，在本發(fā)明中，將Ne的壓力比率設(shè)定為大于Ar的壓力比率。即，將Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率設(shè)定為大于O且小于0.5。由此，能夠可靠地抑制或防止氣室32內(nèi)的溫度變化引起EIT信號偏移。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)不受氣室32內(nèi)的溫度變化影響地具有良好精度的基準(zhǔn)頻率的原子振蕩器31。
[0126]另外，可通過以Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率大于O且小于0.5的封入壓力在氣室32內(nèi)封入包含Ne和Ar的緩沖氣體(本發(fā)明的原子振蕩器的頻率調(diào)整方法)，來獲得滿足此關(guān)系的氣室32。
[0127]另外，Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率只要設(shè)定為大于O且小于0.5即可，優(yōu)選設(shè)定為0.001以上且0.05以下，更優(yōu)選設(shè)定為0.001以上且0.004以下，最好設(shè)定為
0.00301。由此，能夠更可靠地抑制或防止由氣室32內(nèi)的溫度變化引起EIT信號偏移。SP，能夠使EIT信號的溫度系數(shù)近似于O。
[0128]此外，關(guān)于圖4所示的Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率和EIT信號的溫度系數(shù)之間的關(guān)系，可以包含鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁中的任意一個(gè)作為封入氣室32內(nèi)的堿金屬，優(yōu)選包含銣以及銫中的至少I種，更優(yōu)選包含銫。在包含這樣的金屬作為堿金屬時(shí)，通過將Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率設(shè)定在上述范圍內(nèi)，能夠更可靠地抑制或防止由氣室32內(nèi)的溫度變化引起EIT信號偏移。
[0129]另外，在將Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率設(shè)定在上述范圍內(nèi)時(shí)，優(yōu)選氣室32的內(nèi)部壓力是80Torr以上且150Torr以下，更優(yōu)選是10Torr以上且120Torr以下。由此，能夠更可靠地抑制或防止由氣室32內(nèi)的溫度變化引起EIT信號偏移。
[0130]此外，如上所述，氣室32利用加熱器36將溫度調(diào)節(jié)為例如50°C以上且90°C以下，但優(yōu)選將溫度調(diào)節(jié)為70°C左右。在將氣室32的溫度設(shè)定為此范圍內(nèi)時(shí)，可通過將Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率設(shè)定在上述范圍內(nèi)，來更顯著地減小EIT信號偏移的大小。
[0131]另外，氣室32優(yōu)選其內(nèi)壁的表面積是0.06cm2以上且6.0cm2以下，更優(yōu)選是
1.0cm2以上且4.0cm2以下。通過在這樣地小型化的氣室32中應(yīng)用本發(fā)明，能夠更可靠地抑制或防止由氣室32內(nèi)的溫度變化引起EIT信號偏移。此外，可以認(rèn)為在這樣地小型化的氣室32中可更顯著地顯現(xiàn)出通過應(yīng)用本發(fā)明而獲得的效果是因?yàn)闅馐?2的內(nèi)壁面參與了入射到氣室32內(nèi)的入射光的吸收。
[0132]此外，在本實(shí)施方式中說明了原子振蕩器31是利用了基于波長不同的2種光的量子干涉效應(yīng)(CPT: Coherent Populat1n Trapping)的原子振蕩器的情況,但原子振蕩器31也可以是利用了基于光和微波的雙重共振現(xiàn)象的原子振蕩器。其中，利用量子干涉效應(yīng)進(jìn)行振蕩的原子振蕩器31與利用雙重共振現(xiàn)象的原子振蕩器相比，可以實(shí)現(xiàn)極小型化。因此，如上所述，在本發(fā)明中，當(dāng)使氣室32小型化時(shí)，能夠更顯著地減小EIT信號偏移的大小，因此，本發(fā)明更優(yōu)選應(yīng)用于利用量子干涉效應(yīng)進(jìn)行振蕩的原子振蕩器31。
[0133]2.電子設(shè)備
[0134]在各種電子設(shè)備中可組裝以上說明的本發(fā)明的原子振蕩器。具備這樣的本發(fā)明的原子振蕩器的電子設(shè)備具有良好的可靠性。
[0135]以下，說明具備本發(fā)明的原子振蕩器的電子設(shè)備的一例。
[0136]圖5是示出在利用GPS衛(wèi)星的測位系統(tǒng)中采用本發(fā)明的原子振蕩器時(shí)的概括結(jié)構(gòu)的圖。
[0137]圖5所示的測位系統(tǒng)100由GPS衛(wèi)星200、基站裝置300和GPS接收裝置400構(gòu)成。
[0138]GPS衛(wèi)星200發(fā)送定位信息(GPS信號)。
[0139]基站裝置300具有:接收裝置302，其例如經(jīng)由設(shè)置在電子基準(zhǔn)點(diǎn)(GPS連續(xù)觀測站)的天線301，高精度地接收來自GPS衛(wèi)星200的定位信息；以及發(fā)送裝置304，其經(jīng)由天線303發(fā)送由該接收裝置302接收到的定位信息。
[0140]此處，接收裝置302是具有上述本發(fā)明的原子振蕩器I來作為其基準(zhǔn)頻率振蕩源的電子裝置。這樣的接收裝置302具有優(yōu)異的可靠性。此外，由接收裝置302接收到的定位信息被發(fā)送裝置304實(shí)時(shí)地發(fā)送。
[0141]GPS接收裝置400具有:衛(wèi)星接收部402，其經(jīng)由天線401接收來自GPS衛(wèi)星200的定位信息；以及基站接收部404，其經(jīng)由天線403接收來自基站裝置300的定位信息。
[0142]3.移動(dòng)體
[0143]另外，在各種移動(dòng)體中可組裝上述這樣的本發(fā)明的原子振蕩器。具備這樣的本發(fā)明的原子振蕩器的移動(dòng)體具有良好的可靠性。
[0144]以下，說明本發(fā)明的移動(dòng)體的一例。
[0145]圖6是示出具備本發(fā)明的原子振蕩器的移動(dòng)體(汽車)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0146]圖6所示的移動(dòng)體1500構(gòu)成為具有車體1501和4個(gè)車輪1502，利用在車體1501中設(shè)置的未圖示的動(dòng)力源(發(fā)動(dòng)機(jī))使車輪1502進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在這樣的移動(dòng)體1500中內(nèi)置有原子振蕩器31。并且，未圖示的控制部例如根據(jù)來自原子振蕩器31的振蕩信號來控制動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)。
[0147]此外，安裝本發(fā)明的原子振蕩器的電子設(shè)備或移動(dòng)體不限于上述情況，例如，可應(yīng)用于移動(dòng)電話機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、噴墨式排出裝置(例如噴墨打印機(jī))、個(gè)人計(jì)算機(jī)(移動(dòng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)、膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī))、電視機(jī)、攝像機(jī)、錄像機(jī)、汽車導(dǎo)航裝置、尋呼機(jī)、電子筆記本(還包含附帶通信功能)、電子詞典、電子計(jì)算機(jī)、電子游戲設(shè)備、文字處理器、工作站、電視電話、安全用電視監(jiān)視器、電子雙眼鏡、POS終端、醫(yī)療設(shè)備(例如電子體溫計(jì)、血壓計(jì)、血糖計(jì)、心電圖測量裝置、超聲波診斷裝置、電子內(nèi)窺鏡)、魚群探測器、各種測定設(shè)備、計(jì)量儀器類(例如，車輛、飛機(jī)、船舶的計(jì)量儀器類)、飛行模擬器、地面數(shù)字廣播、移動(dòng)電話基站坐寸ο
[0148]以上，根據(jù)圖示的實(shí)施方式說明了本發(fā)明的原子振蕩器、原子振蕩器的頻率調(diào)整方法、電子設(shè)備以及移動(dòng)體，但本發(fā)明不限于此。
[0149]另外，在本發(fā)明的原子振蕩器、原子振蕩器的頻率調(diào)整方法、電子設(shè)備以及移動(dòng)體中，各部的結(jié)構(gòu)可置換為發(fā)揮同樣功能的任意的結(jié)構(gòu)，另外，可附加任意的結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種原子振蕩器，其特征在于，該原子振蕩器具備: 氣室，其封入金屬原子和緩沖氣體； 光源，其射出用于激勵(lì)所述氣室內(nèi)的所述金屬原子的光；以及 受光部，其檢測透過了所述氣室的所述光， 所述緩沖氣體包含氖(Ne)和気(Ar), Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率大于O且小于0.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器，其中， 所述金屬原子包含銫(Cs)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器，其中， 所述Ar相對于所述Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率在0.0Ol以上且0.05以下的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器，其中， 所述氣室的內(nèi)部的壓力在80Torr以上且150Torr以下的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器，其中， 該原子振蕩器具備對所述氣室進(jìn)行加熱的加熱部， 所述氣室的內(nèi)部的溫度被設(shè)定為50°C以上且90°C以下的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子振蕩器，其中， 所述氣室的內(nèi)壁的表面積在0.06cm2以上且6cm2以下的范圍內(nèi)。
7.一種原子振蕩器的頻率調(diào)整方法，該原子振蕩器具備封入金屬原子、氖(Ne)以及氬(Ar)的氣室，該原子振蕩器的頻率調(diào)整方法的特征在于， 在Ar相對于Ne與Ar的合計(jì)的壓力比率大于O且小于0.5的狀態(tài)下，在所述氣室內(nèi)封入包含所述Ne和所述Ar的氣體。
8.一種電子設(shè)備，其特征在于，其具備權(quán)利要求1所述的原子振蕩器。
9.一種移動(dòng)體，其特征在于，其具備權(quán)利要求1所述的原子振蕩器。
【文檔編號】H03L7/26GK104518792SQ201410474766
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】珎道幸治, 田中孝明, 田村智博, 吉田啟之, 牧義之 申請人:精工愛普生株式會(huì)社