(57)【要約】【課題】小型化されても高い周波数温度特性を実現可能な量子干渉装置及びその製造方法、この量子干渉装置を用いた電子機器、並びにこの量子干渉装置に用いられる原子セルモジュールを提供すること。【解決手段】本発明の原子発振器（量子干渉装置の一例）の製造方法は、ガスセル１１０、半導体レーザー２００、光検出器２１０、回路部のＩＣ、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ及びコイル１３０ａ，１３０ｂをそれぞれ所望の場所に配置して原子発振器（量子干渉装置の一例）を組み立てる組み立て工程（Ｓ１０，Ｓ２０）と、共鳴光の周波数温度特性が平坦に近づくように、コイル１３０ａ，１３０ｂに流す電流、コイル１３０ａ，１３０ｂの位置及び形状の少なくとも１つを調整する調整工程（Ｓ３０〜Ｓ７０）と、を含む。【選択図】図１０
2014053842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子が封入されている原子セルと、共鳴光を含む光を発生させて前記原子セルに照射する光発生部と、前記原子セルを透過した光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出信号に基づいて前記共鳴光の周波数を制御する制御部と、電流が流れることにより発熱して前記原子セルを加熱する発熱部と、前記原子セルの内部に磁界を発生させる第１の磁界発生部とを含み、前記共鳴光によって前記原子に量子干渉状態を生じさせる量子干渉装置の製造方法であって、
前記原子セル、前記光発生部、前記光検出部、前記制御部、前記発熱部及び前記第１の磁界発生部をそれぞれ所望の場所に配置して前記量子干渉装置を組み立てる組み立て工程と、
前記量子干渉装置の周波数温度特性が平坦に近づくように、前記第１の磁界発生部に流す電流、前記第１の磁界発生部の位置及び形状の少なくとも１つを調整する調整工程と、を含む、量子干渉装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記組み立て工程により組み立てられた前記量子干渉装置の周波数温度特性を測定する測定工程をさらに含み、
前記調整工程において、
前記測定工程の測定結果と、前記第１の磁界発生部が発生させる磁界と前記共鳴光の周波数との対応関係を特定可能な情報とに基づいて、前記第１の磁界発生部に流す電流値を計算する、量子干渉装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記量子干渉装置は、
前記発熱部に流れる電流の少なくとも一部が流れることにより、前記原子セルの内部に磁界を発生させる第２の磁界発生部を含み、
前記組み立て工程において、
前記原子セル、前記光発生部、前記光検出部、前記制御部、前記発熱部、前記第１の磁界発生部及び前記第２の磁界発生部をそれぞれ所望の場所に配置して前記量子干渉装置を組み立てる、量子干渉装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記量子干渉装置は、
前記調整工程において、
前記量子干渉装置の周波数温度特性が平坦に近づくように、前記第２の磁界発生部に流す電流、前記第２の磁界発生部の位置及び形状の少なくとも１つを調整する、量子干渉装置の製造方法。
【請求項５】
共鳴光によって原子に量子干渉状態を生じさせる量子干渉装置であって、
前記原子が封入されている原子セルと、
前記共鳴光を含む光を発生させて前記原子セルに照射する光発生部と、
前記原子セルを透過した光を検出する光検出部と、
前記光検出部の検出信号に基づいて前記共鳴光の周波数を制御する制御部と、
電流が流れることにより発熱して前記原子セルを加熱する発熱部と、
前記原子セルの内部に磁界を発生させる第１の磁界発生部と、を含み、
周波数温度特性が平坦に近づくように、前記第１の磁界発生部に流す電流、前記第１の磁界発生部の位置及び形状の少なくとも１つが調整されている、量子干渉装置。
【請求項６】
請求項５に記載の量子干渉装置を備えた、電子機器。
【請求項７】
前記原子が封入されている原子セルと、
電流が流れることにより発熱して前記原子セルを加熱する発熱部と、
前記原子セルの内部に磁界を発生させる第１の磁界発生部と、を含み、
前記原子に量子干渉状態を生じさせる共鳴光の周波数温度特性が平坦に近づくように、前記第１の磁界発生部に流す電流、前記第１の磁界発生部の位置及び形状の少なくとも１つが調整されている、原子セルモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子干渉装置の製造方法、量子干渉装置、電子機器及び原子セルモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属原子の一種であるセシウム原子は、図２２に示すように、６Ｓ１／２の基底準位と、６Ｐ１／２、６Ｐ３／２の２つの励起準位とを有することが知られている。さらに、６Ｓ１／２、６Ｐ１／２、６Ｐ３／２の各準位は、複数のエネルギー準位に分裂した超微細構造を有している。具体的には、６Ｓ１／２はＦ＝３，４の２つの基底準位を持ち、６Ｐ１／２はＦ＝３，４の２つの励起準位を持ち、６Ｐ３／２はＦ＝２，３，４，５の４つの励起準位を持っている。
【０００３】
例えば、６Ｓ１／２のＦ＝３の基底準位にあるセシウム原子は、Ｄ２線を吸収することで、６Ｐ３／２のＦ＝２，３，４のいずれかの励起準位に遷移することができるが、Ｆ＝５の励起準位に遷移することはできない。６Ｓ１／２のＦ＝４の基底準位にあるセシウム原子は、Ｄ２線を吸収することで、６Ｐ３／２のＦ＝３，４，５のいずれかの励起準位に遷移することができるが、Ｆ＝２の励起準位に遷移することはできない。これらは、電気双極子遷移を仮定した場合の遷移選択則による。逆に、６Ｐ３／２のＦ＝３，４のいずれかの励起準位にあるセシウム原子は、Ｄ２線を放出して６Ｓ１／２のＦ＝３又はＦ＝４の基底準位（元の基底準位又は他方の基底準位のいずれか）に遷移することができる。ここで、６Ｓ１／２のＦ＝３，４の２つの基底準位と６Ｐ３／２のＦ＝３，４のいずれかの励起準位からなる３準位（２つの基底準位と１つの励起準位からなる）は、Ｄ２線の吸収・発光によるΛ型の遷移が可能であることからΛ型３準位と呼ばれる。同様に、６Ｓ１／２のＦ＝３，４の２つの基底準位と６Ｐ１／２のＦ＝３，４のいずれかの励起準位からなる３準位は、Ｄ１線の吸収・発光によるΛ型の遷移が可能であるからΛ型３準位を形成する。
【０００４】
これに対して、６Ｐ３／２のＦ＝２の励起準位にあるセシウム原子は、Ｄ２線を放出して必ず６Ｓ１／２のＦ＝３の基底準位（元の基底準位）に遷移し、同様に、６Ｐ３／２のＦ＝５の励起準位にあるセシウム原子は、Ｄ２線を放出して必ず６Ｓ１／２のＦ＝４の基底準位（元の基底準位）に遷移する。すなわち、６Ｓ１／２のＦ＝３，４の２つの基底準位と６Ｐ３／２のＦ＝２又はＦ＝５の励起準位からなる３準位は、Ｄ２線の吸収・放出によるΛ型の遷移が不可能であることからΛ型３準位を形成しない。なお、セシウム原子以外のアルカリ金属原子も、同様に、Λ型３準位を形成する２つの基底準位と励起準位を有することが知られている。
【０００５】
ところで、気体状のアルカリ金属原子に、Λ型３準位を形成する第１の基底準位（セシウム原子の場合、６Ｓ１／２のＦ＝３の基底準位）と励起準位（セシウム原子の場合、例えば６Ｐ３／２のＦ＝４の励起準位）とのエネルギー差に相当する周波数（振動数）を有する共鳴光（共鳴光１とする）と、第２の基底準位（セシウム原子の場合、６Ｓ１／２のＦ＝４の基底準位）と励起準位とのエネルギー差に相当する周波数（振動数）を有する共鳴光（共鳴光２とする）とを同時に照射すると、２つの基底準位の重ね合わせ状態、即ち量子コヒーレンス状態（暗状態）になり、励起準位への励起が停止する電磁誘起透過（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象（ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）と呼ばれることもある）が起こることが知られている。このＥＩＴ現象を起こす共鳴光対（共鳴光１と共鳴光２）の周波数差はアルカリ金属原子の２つの基底準位の
エネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数と正確に一致する。例えば、セシウム原子は、２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数は９．１９２６３１７７０ＧＨｚであるので、セシウム原子に、周波数差が９．１９２６３１７７０ＧＨｚの２種類のＤ１線又はＤ２線のレーザー光を同時に照射すると、ＥＩＴ現象が起こる。
【０００６】
従って、図２３に示すように、周波数がｆ１の光と周波数がｆ２の光を気体状のアルカリ金属原子に同時に照射したとき、この２光波が共鳴光対となってアルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こすか否かでアルカリ金属原子を透過する光の強度が急峻に変化する。この急峻に変化する透過光の強度を示す信号はＥＩＴ信号（共鳴信号）と呼ばれ、共鳴光対の周波数差ｆ１−ｆ２がΔＥ１２に相当する周波数ｆ１２と正確に一致するときにＥＩＴ信号のレベルがピーク値を示す。そこで、気体状のアルカリ金属原子を封入した原子セル（ガスセル）に２光波を照射し、光検出器によりＥＩＴ信号のピークトップを検出するように、すなわち、２光波の周波数差ｆ１−ｆ２がΔＥ１２に相当する周波数ｆ１２と正確に一致するように制御することで、高精度な発振器を実現することができる。このような原子発振器に関する技術は、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６３２０４７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ガスセルを内蔵する原子発振器は、一般的にガスセルの温度を最良の特性が得られるような温度帯に制御している。従来の方法では、ガスセルを含む容器（一般に金属）全体を暖めるようにヒーターを駆動していた。これに対して、近年、ヒーターに透明導電膜を使う手法が提案され、小型化に向くことと適切な温度分布が得られやすいことなどから、特にＥＩＴ現象を利用した原子発振器において適用例が報告されている。
【０００９】
しかしながら、ガスセルに極端に近接した部位に、外気温度に応じて変動する大きなヒーター電流が流れるので、このヒーター電流により発生する磁場が変動し、原子発振器の周波数温度特性が劣化するという問題がある。さらに、原子発振器が小型化されると、外気温度の影響を受けやすくなり、ガスセルに注入されるネオン（Ｎｅ）やアルゴン（Ａｒ）等のバッファーガスの温度特性や原子発振器の回路部の温度特性が表面化し、やはり周波数温度特性が劣化するという問題がある。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、小型化されても優れた周波数温度特性を実現可能な量子干渉装置及びその製造方法、この量子干渉装置を用いた電子機器、並びにこの量子干渉装置に用いられる原子セルモジュールを提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
【００１２】
［適用例１］
本適用例に係る量子干渉装置の製造方法は、原子が封入されている原子セルと、共鳴光を含む光を発生させて前記原子セルに照射する光発生部と、前記原子セルを透過した光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出信号に基づいて前記共鳴光の周波数を制御する制御部と、電流が流れることにより発熱して前記原子セルを加熱する発熱部と、前記原子セルの内部に磁界を発生させる第１の磁界発生部とを含み、前記共鳴光によって前記原子
に量子干渉状態を生じさせる量子干渉装置の製造方法であって、前記原子セル、前記光発生部、前記光検出部、前記制御部、前記発熱部及び前記第１の磁界発生部をそれぞれ所望の場所に配置して前記量子干渉装置を組み立てる組み立て工程と、前記量子干渉装置の周波数温度特性が平坦に近づくように、前記第１の磁界発生部に流す電流、前記第１の磁界発生部の位置及び形状の少なくとも１つを調整する調整工程と、を含む。
【００１３】
一般に、外気温度が変動すると変動量に応じて発熱部に流れる電流が変動し、発熱部に流れる電流が変動すれば原子セル内部の磁界強度も変動する。そして、原子セル内部の磁界強度が変動すると共鳴光の周波数が変動するので、仮に、原子セルや回路部の温度特性が平坦であったとしても、発熱部に流れる電流の変動（磁界強度の変動）に起因して量子干渉装置の周波数温度特性は傾きを有することになる。従って、発熱部に流れる電流の変動（磁界強度の変動）に起因する量子干渉装置の周波数温度特性の傾きを原子セルや回路部の温度特性に起因する量子干渉装置の周波数温度特性の傾きと逆にすることで、量子干渉装置の総合的な周波数温度特性を平坦化することができる。共鳴光の周波数は原子セル内部の磁界強度の２次関数で表されることが知られており、発熱部に流れる電流の変動（磁界強度の変動）に起因する量子干渉装置の周波数温度特性は、原子セル内部の磁界の向きと強度に応じた傾きを有することになる。この原子セル内部の磁界の向きや強度の調整は、第１の磁界発生部に流す電流や第１の磁界発生部の位置及び形状を調整することで実現することができる。
【００１４】
従って、本適用例に係る量子干渉装置の製造方法によれば、小型化されても優れた周波数温度特性を実現可能な量子干渉装置を実現することができる。
【００１５】
［適用例２］
上記適用例に係る量子干渉装置の製造方法は、前記組み立て工程により組み立てられた前記量子干渉装置の周波数温度特性を測定する測定工程をさらに含み、前記調整工程において、前記測定工程の測定結果と、前記第１の磁界発生部が発生させる磁界と前記共鳴光の周波数との対応関係を特定可能な情報とに基づいて、前記第１の磁界発生部に流す電流値を計算するようにしてもよい。
【００１６】
本適用例に係る量子干渉装置の製造方法によれば、第１の磁界発生部が発生させる磁界と共鳴光の周波数との対応関係を特定可能な情報（２次関数の情報）に基づいて、測定工程で測定された周波数温度特性を補正するために第１の磁界発生部が発生させるべき磁界の向きや強度がわかるので、第１の磁界発生部に流す電流値を計算することができる。従って、この電流値を記憶させておいて第１の磁界発生部に流すことで優れた周波数温度特性を実現可能な量子干渉装置を実現することができる。
【００１７】
［適用例３］
前記量子干渉装置は、前記発熱部に流れる電流の少なくとも一部が流れることにより、前記原子セルの内部に磁界を発生させる第２の磁界発生部を含み、前記組み立て工程において、前記原子セル、前記光発生部、前記光検出部、前記制御部、前記発熱部、前記第１の磁界発生部及び前記第２の磁界発生部をそれぞれ所望の場所に配置して前記量子干渉装置を組み立てるようにしてもよい。
【００１８】
本適用例に係る量子干渉装置の製造方法によれば、発熱部に流れる電流の変動に応じて第２の磁界発生部が発生させる磁界が変動することで、原子セル内部の磁界強度の変動範囲を広げたり狭くしたりすることができる。その結果、発熱部に流れる電流の変動（磁界強度の変動）に起因する量子干渉装置の周波数温度特性の傾きを変更することができる。従って、第１の磁界発生部が発生させる磁界が弱すぎたり強すぎたりして第１の磁界発生部の調整だけでは量子干渉装置の周波数温度特性を平坦化することが難しい場合であって
も有効である。
【００１９】
［適用例４］
上記適用例に係る量子干渉装置の製造方法において、前記調整工程において、前記量子干渉装置の周波数温度特性が平坦に近づくように、前記第２の磁界発生部に流す電流、前記第２の磁界発生部の位置及び形状の少なくとも１つを調整するようにしてもよい。
【００２０】
本適用例に係る量子干渉装置の製造方法によれば、第１の磁界発生部が発生させる磁界の向きや強度を調整するとともに第２の磁界発生部が発生させる磁界の向きや変動幅も調整することができるので、量子干渉装置の周波数温度特性を平坦化しやすい。
【００２１】
［適用例５］
本適用例に係る量子干渉装置は、共鳴光によって原子に量子干渉状態を生じさせる量子干渉装置であって、前記原子が封入されている原子セルと、前記共鳴光を含む光を発生させて前記原子セルに照射する光発生部と、前記原子セルを透過した光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出信号に基づいて前記共鳴光の周波数を制御する制御部と、電流が流れることにより発熱して前記原子セルを加熱する発熱部と、前記原子セルの内部に磁界を発生させる第１の磁界発生部と、を含み、周波数温度特性が平坦に近づくように、前記第１の磁界発生部に流す電流、前記第１の磁界発生部の位置及び形状の少なくとも１つが調整されている。
【００２２】
［適用例６］
本適用例に係る電子機器は、上記の量子干渉装置を備える。
【００２３】
［適用例７］
本適用例に係る原子セルモジュールは、前記原子が封入されている原子セルと、電流が流れることにより発熱して前記原子セルを加熱する発熱部と、前記原子セルの内部に磁界を発生させる第１の磁界発生部と、を含み、前記原子に量子干渉状態を生じさせる共鳴光の周波数温度特性が平坦に近づくように、前記第１の磁界発生部に流す電流、前記第１の磁界発生部の位置及び形状の少なくとも１つが調整されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態の原子発振器の機能ブロック図。
【図２】第１実施形態の原子発振器の具体的な構成例を示す図。
【図３】第１実施形態におけるガスセルモジュールの構造の一例を示す図。
【図４】図４（Ａ）はゼーマン分裂したエネルギー準位を示す図であり、図４（Ｂ）は分裂したＥＩＴ信号の一例を示す図。
【図５】半導体レーザーの出射光の周波数スペクトラムの一例を示す概略図。
【図６】ヒーター及びコイルに流れる電流の向きとガスセルの内部に発生する磁界の向きの関係の一例を示す図。
【図７】図７（Ａ）は外気温度とヒーター電流の関係を示す図であり、図７（Ｂ）は外気温度と磁界強度の関係を示す図。
【図８】磁界強度と共鳴光対の周波数差の関係を示す図。
【図９】外気温度と共鳴光対の周波数差の関係を示す図。
【図１０】第１実施形態の原子発振器の製造方法の一例を示すフローチャート図。
【図１１】原子発振器の出力信号の周波数温度特性の一例を示す図。
【図１２】第２実施形態の原子発振器の機能ブロック図。
【図１３】第２実施形態の原子発振器の具体的な構成例を示す図。
【図１４】第２実施形態におけるガスセルモジュールの構造の一例を示す図。
【図１５】ヒーター及びコイルに流れる電流の向きとガスセルの内部に発生する磁界の向きの関係の一例を示す図。
【図１６】磁界強度と共鳴光対の周波数差の関係を示す図。
【図１７】外気温度と共鳴光対の周波数差の関係を示す図。
【図１８】第２実施形態の原子発振器の製造方法の一例を示すフローチャート図。
【図１９】本実施形態の電子機器の機能ブロック図。
【図２０】本実施形態の電子機器の模式図。
【図２１】変形例における半導体レーザーの出射光の周波数スペクトルを示す概略図。
【図２２】セシウム原子のエネルギー準位を模式的に示す図。
【図２３】ＥＩＴ信号の一例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２６】
以下では、量子干渉装置の一例である原子発振器を例に挙げて説明する。
【００２７】
１．原子発振器
１−１．第１実施形態
［原子発振器の機能構成］
図１は、第１実施形態の原子発振器の機能ブロック図である。図１に示すように、第１実施形態の原子発振器１は、原子セルモジュール１０、光発生部２０、光検出部３０及び制御部４０を含んで構成されている。なお、本実施形態の原子発振器は、適宜、図１の構成要素（各部）の一部を省略又は変更したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００２８】
原子セルモジュール１０は、原子セル１１、発熱部１２、第１の磁界発生部１３及び温度検出部１４を含んで構成されている。原子セルモジュール１０は、磁気遮蔽部１５をさらに含んでいてもよい。
【００２９】
原子セル１１は、ガラス等の透明部材でできた容器中にΛ型３準位を有する原子（例えば、ナトリウム（Ｎａ）原子、ルビジウム（Ｒｂ）原子、セシウム（Ｃｓ）原子等のアルカリ金属原子）が封入されたものである。原子セル１１には、光発生部２０が発生させた光が入射し、入射光の一部が原子セル１１を透過する。
【００３０】
発熱部１２は、電流が流れることにより発熱し、原子セル１１を加熱するものである。発熱部１２は、例えば、電流量に応じた熱量を発生させるヒーターで実現することができる。例えば、原子セル１１の光の入射面及び出射面に、導電性と光透過性を有するヒーターを配置してもよい。このような導電性と光透過性を有するヒーターは、ＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、Ｉｎ３Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の透明電極材料を用いて実現することができる。
【００３１】
第１の磁界発生部１３は、原子セル１１の内部に磁界を発生させるものである。磁界発生部１３は、例えば、コイルで実現することができ、コイルの位置、形状（例えば、コイルを巻く方向、巻き数、直径等）、電流の大きさや向き等を調整することで所望の磁界を発生させることができる。
【００３２】
温度検出部１４は、所定の位置に配置され、温度を検出する。温度検出部１４は、例えば、発熱部１２又は原子セル１１に接するように配置されていてもよい。温度検出部１４
は、例えば、サーミスターや熱電対等の温度センサーで実現することができる。
【００３３】
磁気遮蔽部１５は、少なくとも、原子セル１１、発熱部１２及び磁界発生部１３を外部の磁場から遮蔽し、さらに温度検出部１４も外部の磁場から遮蔽してもよい。
【００３４】
光発生部２０は、原子セル１１に封入されている原子を共鳴させる共鳴光を含む光を発生させ、原子セル１１に照射する。光発生部２０は、例えば、半導体レーザーで実現することができる。半導体レーザーとしては、端面発光レーザー（Edge Emitting Laser）や、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の面発光レーザーなどを用いることができる。
【００３５】
光検出部３０は、原子セル１１を透過した光を検出する。光検出部３０は、例えば、受光した光の強度に応じた検出信号を出力するフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）を用いて実現することができる。
【００３６】
制御部４０は、発熱制御部４１、磁界設定部４２及び発振制御部４３を含んで構成されており、例えば、汎用のマイクロプロセッサーや専用回路で実現することができる。
【００３７】
発熱制御部４１は、温度検出部１４の検出信号に応じて発熱部１２に流れる電流を制御する。この発熱制御部４１により、原子セル１１の内部温度をほぼ一定に保つように、発熱部１２の発熱量が制御される。
【００３８】
磁界設定部４２は、第１の磁界発生部１３が発生させる磁界の大きさを設定する。この磁界設定部４２により、原子セル１１の内部の各市に一定の磁界（定常磁場）が発生する。磁界設定部４２は、例えば、第１の磁界発生部１３に一定量の電流を流すことで定常磁場を発生させることができる。
【００３９】
発振制御部４３は、光検出部３０の検出信号に基づいて、光発生部２０が発生させる光の周波数が制御する。この発振制御部４３により、光発生部２０が共鳴光を発生させるように制御される。
【００４０】
特に、本実施形態では、光発生部２０が発生させる共鳴光の周波数温度特性が平坦に近づくように、第１の磁界発生部１３が発生させる磁界が調整されている。例えば、第１の磁界発生部１３の位置、形状、電流の大きさ及び向きの少なくとも１つを調整することで、第１の磁界発生部１３が発生させる磁界を調整することができる。
【００４１】
なお、このような原子発振器としては、例えば、光発生部２０に、原子セル１１に封入されている原子にＥＩＴ現象を起こさせる共鳴光対を発生させるように制御するものであってもよいし、原子セル１１を空洞共振器（マイクロ波キャビティー）に収容し、光発生部２０に、原子セル１１に封入されている原子に対する共鳴光を発生させるように制御するとともに、空洞共振器にマイクロ波を印加することで発生する光マイクロ２重共鳴現象を利用するものであってもよい。
【００４２】
［原子発振器の具体的構成］
図２は、第１実施形態の原子発振器１の具体的な構成例を示す図である。図２に示すように、原子発振器１は、ガスセルモジュール１００、半導体レーザー２００、光検出器２１０、検波回路２２０、変調回路２３０、低周波発振器２４０、検波回路２５０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２６０、変調回路２７０、低周波発振器２８０、周波数変換回路２９０、駆動回路３００、ヒーター電流制御回路３１０、コイル電流設定回路３２０及びメモリー３３０を含んで構成されている。なお、本実施形態の原子発振器は、適宜、図
２の構成要素（各部）の一部を省略又は変更したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００４３】
ガスセルモジュール１００は、図１の原子セルモジュール１０に対応し、ガスセル１１０、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ、コイル１３０ａ，１３０ｂ、温度センサー１４０及び磁気シールド１５０を含んで構成されている。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に、ガスセルモジュール１００の構造の一例を示す。図３（Ａ）は、ガスセルモジュール１００の斜視図であり、図３（Ｂ）は、ガスセルモジュール１００の側面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、説明の便宜上、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を併記しており、図３（Ｂ）は、Ｘ軸の正方向から見たガスセルモジュール１００の側面図である。
【００４４】
ガスセル１１０は、図１の原子セル１１に対応し、ガラス等の透明部材でできた容器中に、気体状のアルカリ金属原子とともにネオン（Ｎｅ）やアルゴン（Ａｒ）等のバッファーガスが封入されたものである。本実施形態では、ガスセル１１０は、直方体の形状であり、Ｚ軸と直交する一方の面（入射面）１１１の所定位置（例えば中心点）から光が入射し、ガスセル１１０を透過した光が他方の面（出射面）１１２の所定位置（例えば中心点）から出射する。なお、ガスセル１１０は、円柱等の他の形状であってもよい。
【００４５】
２つのヒーター１２０ａ，１２０ｂは、ともに平板形状であり、ガスセル１１０の入射面１１１と出射面１１２にそれぞれ重なるように設けられている。ヒーター１２０ａの両端には、それぞれ電極１２１ａ及び１２２ａが設けられており、電極１２２ａから電極１２１ａの向きあるいはその逆向きに電流が流れることによりヒーター１２０ａが発熱し、ガスセル１１０を加熱する。ヒーター１２０ｂの両端には、それぞれ電極１２１ｂ及び１２２ｂが設けられており、電極１２１ｂから電極１２２ｂの向きあるいはその逆向きに電流が流れることにより発熱し、ガスセル１１０を加熱する。本実施形態では、ヒーター１２０ａ，１２０ｂは、透明導電膜を用いて構成されており、ヒーター１２０ａを透過した光がガスセル１１０に入射し、ガスセル１１０を透過した光がヒーター１２０ｂを透過して出射する。この２つのヒーター１２０ａ，１２０ｂは、図１の発熱部１２に対応する。
【００４６】
温度センサー１４０は、図１の温度検出部１４に対応し、本実施形態では、ヒーター１２０ｂの表面に配置されている。ただし、温度センサー１４０を、ヒーター１２０ａ又はガスセル１１０の表面に配置してもよい。
【００４７】
２つのコイル１３０ａ，１３０ｂは、ガスセル１１０の入射面１１１と出射面１１２の両方に直交する（Ｙ軸と直交する）２つの面１１３，１１４とそれぞれ対向するように配置されている。この２つのコイル１３０ａ，１３０ｂは、図１の第１の磁界発生部１３に対応し、ガスセル１１０の内部の各位置に、当該２つのコイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の向き及び大きさに応じた一定の磁界（定常磁場）が発生する。ただし、ガスセル１１０の内部の各位置には、外気温度によって変動するヒーター電流（ヒーター１２０ａ，１２０ｂに流れる電流）に応じた磁界も発生するので、ガスセル１１０の内部の各位置の磁界は、外気温度の変動範囲に応じた範囲で変動する。
【００４８】
ガスセル１１０、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ、コイル１３０ａ，１３０ｂ及び温度センサー１４０は、磁気シールド１５０で覆われている。磁気シールド１５０は、図１の磁気遮蔽部１５に対応する。なお、磁気シールド１５０は、通常、透明色ではないが、図３（Ａ）では、ガスセルモジュール１０の構造を示すために、磁気シールド１５０を透明に図示している。また、図３（Ｂ）では、磁気シールド１５０の図示を省略している。
【００４９】
図２に戻り、半導体レーザー２００は、図１の光発生部２０に対応し、ガスセル１１０に含まれるアルカリ金属原子にＥＩＴ現象を起こさせる共鳴光対となる２光波を含む光を
発生させる。半導体レーザー２００が発生させた光は、ガスセル１１０に入射する。
【００５０】
光検出器２１０は、図１の光検出部３０に対応し、ガスセル１１０を透過した光が入射し、入射した光の強度に応じた検出信号を出力する。光検出器２１０の出力信号は検波回路２２０と検波回路２５０に入力される。
【００５１】
検波回路２２０は、数Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の低い周波数で発振する低周波発振器２４０の発振信号を用いて光検出器２１０の出力信号を同期検波する。変調回路２３０は、検波回路２２０による同期検波を可能とするために、低周波発振器２４０の発振信号（検波回路２２０に供給される発振信号と同じ信号）を変調信号として検波回路２２０の出力信号を変調して駆動回路３００に出力する。変調回路２３０は、周波数混合器（ミキサー）、周波数変調（ＦＭ：Frequency Modulation）回路、振幅変調（ＡＭ：Amplitude Modulation）回路等により実現することができる。
【００５２】
検波回路２５０は、数Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の低い周波数で発振する低周波発振器２８０の発振信号を用いて光検出器２１０の出力信号を同期検波する。そして、検波回路２５０の出力信号の大きさに応じて、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２６０の発振周波数が微調整される。電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２６０は、例えば、数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度で発振する。
【００５３】
変調回路２７０は、検波回路２５０による同期検波を可能とするために、低周波発振器２８０の発振信号（検波回路２５０に供給される発振信号と同じ信号）を変調信号として電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２６０の出力信号を変調する。変調回路２７０は、周波数混合器（ミキサー）、周波数変調（ＦＭ）回路、振幅変調（ＡＭ）回路等により実現することができる。
【００５４】
周波数変換回路２９０は、一定の周波数変換率で変調回路２７０の出力信号を周波数変換して駆動回路３００に出力する。周波数変換回路２９０は、例えば、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路により実現することができる。
【００５５】
駆動回路３００は、半導体レーザー２００のバイアス電流を設定するとともに、変調回路２３０の出力信号に応じて当該バイアス電流を微調整して半導体レーザー２００に供給する。すなわち、半導体レーザー２００、ガスセル１１０、光検出器２１０、検波回路２２０、変調回路２３０、駆動回路３００を通るフィードバックループ（第１のフィードバックループ）により、半導体レーザー２００が発生させる光の中心波長λ０（中心周波数ｆ０）が微調整される。具体的には、第１のフィードバックループにより、アルカリ金属原子の励起準位と一方の基底準位とのエネルギー差に相当する波長λ１（＝ｖ／ｆ１：ｖは光の速度）、励起準位と他方の基底準位とのエネルギー差に相当する波長λ２（＝ｖ／ｆ２）に対して、半導体レーザー２００の出射光の中心波長λ０（＝ｖ／ｆ０）が（λ１＋λ２）／２とほぼ一致する（中心周波数ｆ０が（ｆ１＋ｆ２）／２とほぼ一致する）ようにフィードバック制御がかかる。
【００５６】
駆動回路３００は、さらに、バイアス電流に、周波数変換回路２９０の出力周波数成分（変調周波数ｆｍ）の電流（変調電流）を重畳して半導体レーザー２００に供給する。この変調電流により、半導体レーザー２００に周波数変調がかかり、中心周波数ｆ０の光とともに、その両側にそれぞれ周波数がｆｍだけずれた周波数ｆ０±ｆｍ、ｆ０±２ｆｍ、・・・の光を発生させる。そして、半導体レーザー２００、ガスセル１１０、光検出器２１０、検波回路２５０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２６０、変調回路２７０、周波数変換回路２９０、駆動回路３００を通るフィードバックループ（第２のフィードバックループ）により、周波数ｆ０＋ｆｍの光と周波数ｆ０−ｆｍの光がガスセル１１０に封入
されているアルカリ金属原子にＥＩＴ現象を発生させる共鳴光対となるように微調整される。
【００５７】
なお、検波回路２２０、変調回路２３０、低周波発振器２４０、検波回路２５０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２６０、変調回路２７０、低周波発振器２８０、周波数変換回路２９０、駆動回路３００により構成される回路は、図１の発振制御部４３に対応する。
【００５８】
ヒーター電流制御回路３１０は、図１の発熱制御部４１に対応し、ガスセル１１０の温度を一定に保つように、温度センサー１４０の検出温度に応じてヒーター１２０ａ，１２０ｂに流す電流を制御する。具体的には、ヒーター電流制御回路３１０は、外気温度が上昇することで温度センサー１４０の検出温度がわずかに上昇するとヒーター１２０ａ，１２０ｂに流す電流を減少させ、逆に外気温度が低下することで温度センサー１４０の検出温度がわずかに低下するとヒーター１２０ａ，１２０ｂに流す電流を増加させる。
【００５９】
コイル電流設定回路３２０は、図１の磁界設定部４２に対応し、メモリー３３０（不揮発性メモリー）に記憶されている設定情報に従い、コイル１３０ａ，１３０ｂに流す電流量を設定し、コイル１３０ａ，１３０ｂは、ガスセル１１０の内部に電流量に応じた所望の強度の定常磁場を発生させる。この定常磁場がガスセル１１０にかかると、アルカリ金属原子の各エネルギー準位が２Ｆ＋１個に分裂（ゼーマン分裂）する。例えば、図４（Ａ）に示すように、セシウム原子の場合、６Ｓ１/２，Ｆ＝３の基底準位や６Ｐ３/２，Ｆ＝３の励起準位は、磁気量子数ｍＦ＝０，±１，±２，±３に対応する７つの準位に分裂し、６Ｓ１/２，Ｆ＝４の基底準位や６Ｐ３/２，Ｆ＝４の励起準位は、磁気量子数ｍＦ＝０，±１，±２，±３，±４に対応する９つの準位に分裂する。
【００６０】
アルカリ金属原子にＥＩＴ現象を起こさせる共鳴光対の周波数（周波数差）は、磁気量子数ｍＦ毎に異なることが知られている。すなわち、ガスセル１１０に磁場がかかった状態では、半導体レーザー２００が出射する２光波の周波数差をスイープすると、光検出器２１０の出力に複数のピーク、すなわち複数のＥＩＴ信号が観測される。例えば、図４（Ｂ）に示すように、セシウム原子の場合、磁気量子数ｍＦ＝０，±１，±２，±３に対応する７つのＥＩＴ信号が観測される。図４（Ｂ）において、横軸はスイープする２光波の周波数差であり、縦軸は検出器２００が検出する光の強度である。図４（Ｂ）に示すように、一般に、ｍＦ＝０に対応するＥＩＴ信号の強度が最も高いので、ｍＦ＝０に対応するＥＩＴ信号が発生するように、共鳴光対の周波数差を制御するのが有効である。
【００６１】
そこで、本実施形態の原子発振器１は、例えば、磁気量子数ｍＦ＝０の２つの基底準位のいずれかを有するアルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こすように制御する。具体的には、第２のフィードバックループにより、周波数ｆ０＋ｆｍの光と周波数ｆ０−ｆｍの光の周波数差（＝２ｆｍ）が、アルカリ金属原子の磁気量子数ｍｆ＝０の２つの基底準位間のエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数と一致するようにフィードバック制御がかかる。例えば、アルカリ金属原子がセシウム原子であれば、ΔＥ１２に相当する周波数が９．１９２６３１７７０ＧＨｚ＋ΔＨｚ（Δは磁界強度の２次関数で表される周波数）なので、周波数変換回路２９０の出力信号の周波数が４．５９６３１５８８５ＧＨｚ＋Δ／２Ｈｚと一致した状態で安定する。図５に、半導体レーザー２００の出射光の周波数スペクトラムの一例を示す。図５において、横軸は光の周波数であり、縦軸は光の強度である。
【００６２】
［原子発振器の周波数温度特性］
一般に、共鳴光対の周波数差は、ガスセル１１０に封入されているバッファーガスの種類や量に応じた正又は負の傾きの温度特性を持つ。例えば、ガスセル１１０にバッファーガスとしてネオン（Ｎｅ）のみを封入した場合、共鳴光対の周波数差の温度特性は温度の
増加に対して正の傾きとなり、ガスセル１１０にバッファーガスとしてアルゴン（Ａｒ）のみを封入した場合、共鳴光対の周波数差の温度特性は温度の増加に対して負の傾きとなる。原子発振器１の出力信号（例えば、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２６０の出力信号）の周波数は、共鳴光対の周波数差によって決まるので、共鳴光対の周波数差の温度特性が傾きを持てば、原子発振器１の出力信号の周波数温度特性も同様の傾きを持ってしまう。例えば、ネオン（Ｎｅ）とアルゴン（Ａｒ）を適切な割合で配合してガスセル１１０に封入すれば、理論的には共鳴光対の周波数差の温度特性を平坦にすることができる。しかしながら、実際には、バッファーガスの注入量の誤差や原子発振器１の回路部を構成する各素子が持つ温度特性等に起因し、原子発振器１の出力信号の周波数温度特性を平坦にすることは困難であり、わずかに傾きを持ってしまう。
【００６３】
ところで、前述したように、ガスセル１１０には、コイル１０３ａ，１０３ｂに流れる電流（コイル電流）により発生する磁界（定常磁場）と、ヒーター１０２ａ，１０２ｂに流れる電流（ヒーター電流）により発生する磁界（変動磁場）とがかかる。図６は、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ及びコイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の向きとガスセル１１０の内部に発生する磁界の向きの関係の一例を示す図である。図６は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）のガスセルモジュール１００をＹＺ平面に平行かつ光路を含む面で切り、Ｘ軸の正方向から見た断面図である。なお、図６では、磁気シールド１５０の図示を省略している。
【００６４】
図６に示すように、コイル１３０ａには、例えば、＋Ｙ方向から見て時計周りに電流が流れ、これによりガスセル１１０の内部の光路上にあるＰ点（例えば、ガスセル１１０の内部の中心位置）には−Ｙ方向の磁界Ｇ１が発生する。同様に、コイル１３０ｂにも＋Ｙ方向から見て時計周りに電流が流れ、これによりＰ点には−Ｙ方向の磁界Ｇ２が発生する。
【００６５】
ヒーター１２０ａには、例えば、−Ｘ方向に（電極１２２ａから電極１２１ａに）電流が流れ、これによりＰ点には−Ｙ方向の磁界Ｇ３が発生する。一方、ヒーター１２０ｂには、＋Ｘ方向に（電極１２１ｂから電極１２２ｂに）電流が流れ、これによりＰ点には−Ｙ方向の磁界Ｇ４が発生する。
【００６６】
この場合、コイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流（コイル電流）により発生する磁界（定常磁場）Ｇ１，Ｇ２の向きは、ヒーター１２０ａ，１２０ｂに流れる電流（ヒーター電流）により発生する磁界（変動磁場）Ｇ３，Ｇ４の向きと同じ向きになる。
【００６７】
ここで、外気温度がＴ１〜Ｔ２の範囲で変動する場合、ヒーター電流は、ガスセル１１０をほぼ一定温度に保つために、温度の上昇に対してほぼ線形に減少する（図７（Ａ）参照）。そして、磁界Ｇ３，Ｇ４は、ヒーター電流の減少に対してほぼ線形に減少するので、磁界Ｇ３＋Ｇ４は、温度の上昇に対してほぼ線形に減少する（図７（Ｂ）参照）。磁界Ｇ１，Ｇ２は、外気温度が変化しても一定であるから、ガスセル１１０の内部のＰ点にかかる磁界の総和Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４も、温度の上昇に対してほぼ線形に減少する（図７（Ｂ）参照）。
【００６８】
一方、ガスセル１１０にかかる磁界強度が変動すると、アルカリ金属原子のゼーマン分裂した２つの基底準位がそれぞれ変動するため、共鳴光対の周波数差も変動する。図８に示すように、共鳴光対の周波数差は、磁界強度が０の時に最小となり（例えば、セシウム原子の場合、９．１９２６３１７７０ＧＨｚ）、磁界強度に対して２次関数的に変化する。外気温度がＴ１〜Ｔ２の範囲で変動する場合、例えば、Ｐ点の磁界強度（Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４の大きさ）がＨ２〜Ｈ１の範囲で変動すると、共鳴光対の周波数差は、温度の上昇に対して減少し、Δｆ２〜Δｆ１の範囲で変動する（図９のグラフＡ参照）。また、
例えば、Ｐ点の磁界強度がＨ４〜Ｈ３の範囲で変動すると、共鳴光対の周波数差は、温度の上昇に対してより急峻に減少し、Δｆ４〜Δｆ３の範囲で変動する（図９のグラフＢ参照）。磁界強度の変動範囲（Ｈ２〜Ｈ１やＨ４〜Ｈ３）は、コイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の大きさを変更して定常磁場を調整することで、所望の範囲に設定することができる。また、コイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の大きさと向きを変更することで、外気温度がＴ１〜Ｔ２の範囲で変動する場合に、温度の上昇に対して増加しながらΔｆ１〜Δｆ２の範囲やΔｆ３〜Δｆ４の範囲で変動する温度特性を実現することもできる（図９のグラフＣ，Ｄ参照）。要するに、コイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の大きさや向きを調整することで、共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きを任意に調整することができる。
【００６９】
また、コイル１３０ａ及び１３０ｂの位置や形状（巻き数や直径等）を調整することで、コイル１３０ａ及び１３０ｂに流れる電流により発生する磁界強度を調整することができる。従って、共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きを調整することができる。
【００７０】
そこで、本実施形態の原子発振器１は、磁界強度の変動による共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きがバッファーガスの注入量や回路素子の温度特性等に起因して生じる共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きと逆かつ同程度になるように、コイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の大きさや向き、コイル１３０ａ，１３０ｂの位置や形状が調整されている。その結果、本実施形態の原子発振器１の出力信号の周波数温度特性はより平坦に近いものになっている。
【００７１】
なお、ヒーター電流は任意の調整することができないが、その向きを変更することはできる。従って、ヒーター電流の向きを変更することで、共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きの極性を変更してもよい。
【００７２】
［原子発振器の製造方法］
図１０は、本実施形態の原子発振器１の製造方法の一例を示すフローチャート図である。
【００７３】
まず、設計情報に従い、ガスセル１１０、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ、コイル１３０ａ，１３０ｂ、温度センサー１４０、磁気シールド１５０を用いて、ガスセルモジュール１００を組み立てる（Ｓ１０）。
【００７４】
次に、設計情報に従い、ステップＳ１０で組み立てたガスセルモジュール１００、半導体レーザー２００、光検出器２１０、回路部のＩＣを用いて、原子発振器１を組み立てる（Ｓ２０）。
【００７５】
次に、コイル１３０ａ，１３０ｂに流す電流を初期値に設定し、原子発振器１の出力信号の周波数温度特性を測定する（Ｓ３０）。例えば、許容される外気温度範囲がＴ１〜Ｔ２の場合、原子発振器１の周辺温度をＴ１からＴ２の間の複数の温度に設定し、各々の温度での原子発振器１の出力周波数を測定する。この測定結果をプロットし、例えば、最小二乗近似等の手法を用いて近似計算することで原子発振器１の出力信号の周波数温度特性（例えば、図１１（Ａ）に示す周波数温度特性）の情報を得ることができる。なお、この周波数温度特性は、バッファーガスの注入量や回路素子の温度特性等による周波数温度特性（磁界強度の変動以外に起因する周波数温度特性）とガスセル１１０にかかる磁界強度の変動による周波数温度特性が加算されたものである。
【００７６】
ステップＳ３０で測定した周波数温度特性の周波数変動幅（許容温度範囲での周波数の最大値と最小値の差）が目標値よりも大きい場合（Ｓ４０のＹ）、磁界強度と共鳴光対の
周波数差との対応関係の情報を用いて、原子発振器１の出力信号の周波数温度特性を平坦に近づけるための、コイル１３０ａ，１３０ｂに流す電流値及び向きを計算する（Ｓ５０）。磁界強度と共鳴光対の周波数差との対応関係の情報は、例えば、図８に示したような情報であり、当該対応関係の情報とコイル１３０ａ，１３０ｂに対して設定中の電流値及び向きの情報とヒーター電流の変動幅の情報から、磁界強度の変動に起因する共鳴光対の周波数差の温度特性の情報を得ることができる。この共鳴光対の周波数差の温度特性の情報を原子発振器１の出力信号の周波数温度特性（例えば、図１１（Ｂ）に示す周波数温度特性）の情報に変換し、ステップＳ３０で得られた周波数温度特性（例えば、図１１（Ａ）に示す周波数温度特性）から差し引くことで、磁界強度の変動以外に起因する周波数温度特性（例えば、図１１（Ｃ）に示す周波数温度特性）の情報を得ることができる。そして、磁界強度と共鳴光対の周波数差との対応関係の情報を用いて、磁界強度の変動以外に起因する周波数温度特性（例えば、図１１（Ｃ）に示す周波数温度特性）を補正するような、磁界強度の変動に起因する周波数温度特性（例えば、図１１（Ｄ）に示す周波数温度特性）を実現するために、コイル１３０ａ，１３０ｂに流す電流値及び向きを計算により求める。
【００７７】
次に、ステップＳ５０の計算値に従ってコイル１３０ａ，１３０ｂに流す電流値及び向きを設定し、原子発振器１の出力信号の周波数温度特性を測定する（Ｓ６０）。
【００７８】
そして、ステップＳ３０又はＳ６０で測定した周波数温度特性の周波数変動幅が目標値以下の場合（Ｓ４０のＮ）、最後に、コイル１３０ａ，１３０ｂに流す電流値及び向きの設定情報をメモリー３３０に記憶する（Ｓ７０）。
【００７９】
なお、図１０のフローチャートでは、コイル１３０ａ，１３０ｂに流す電流値及び向きを調整しているが、コイル１３０ａ，１３０ｂの位置や形状を調整してもよい。
【００８０】
以上に説明したように、第１実施形態によれば、コイル１３０ａ，１３０ｂに流す電流値及び向きあるいはコイル１３０ａ，１３０ｂの位置や形状を調整し、ヒーター１２０ａ，１２０ｂに流れる電流の変動（磁界強度の変動）に起因する原子発振器１の周波数温度特性の傾きをガスセル１１０や回路部の温度特性に起因する原子発振器１の周波数温度特性の傾きと逆にすることで、原子発振器１の総合的な周波数温度特性を平坦化することができる。
【００８１】
１−２．第２実施形態
［原子発振器の機能構成］
図１２は、第２実施形態の原子発振器の機能ブロック図である。図１２において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付している。なお、本実施形態の原子発振器は、適宜、図１２の構成要素（各部）の一部を省略又は変更したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００８２】
図１２に示すように、第２実施形態の原子発振器１では、第１実施形態の原子発振器１に対して、原子セルモジュール１０に第２の磁界発生部１６が追加されている。
【００８３】
第２の磁界発生部１６は、発熱部１２に流れる電流の少なくとも一部が流れることにより、原子セル１１の内部に磁界を発生させる。このような第２の磁界発生部１６は、例えば、発熱部１２の給電線の一部を巻いたコイルで実現することができる。コイルの位置、形状（コイルの巻き数や直径等）、コイルに流す電流の向き（あるいは、コイルを巻く方向）を選択することで、コイルによって発生する磁界の向きや強度を所望の状態に調整することができる。
【００８４】
第２実施形態の原子発振器１のその他の機能構成については、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００８５】
［原子発振器の具体的構成］
図１３は、第２実施形態の原子発振器１の具体的な構成例を示す図である。図１３において、図２と同じ構成要素には同じ符号を付している。なお、本実施形態の原子発振器は、適宜、図１３の構成要素（各部）の一部を省略又は変更したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００８６】
図１３に示すように、第２実施形態の原子発振器１では、第１実施形態の原子発振器１に対して、ガスセルモジュール１００に２つのコイル１６０ａ及び１６０ｂが追加されている。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に、本実施形態におけるガスセルモジュール１００の構造の一例を示す。図１４（Ａ）は、ガスセルモジュール１００の斜視図であり、図１４（Ｂ）は、ガスセルモジュール１００の側面図である。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）において、説明の便宜上、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を併記しており、図１４（Ｂ）は、Ｘ軸の正方向から見たガスセルモジュール１００の側面図である。
【００８７】
ガスセル１１０、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ及び温度センサー１４０の構造及び配置は、第１実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【００８８】
２つのコイル１６０ａ，１６０ｂは、ガスセル１１０の入射面１１１と出射面１１２の両方に直交する（Ｙ軸と直交する）２つの面１１３，１１４とそれぞれ対向するように配置されている。コイル１６０ａの一端は、ヒーター１２０ａの電極１２２ａと接続されている。また、コイル１６０ｂの一端は、ヒーター１２０ａの電極１２１ａと接続されている。そして、図１３のヒーター電流制御回路３１０の制御により、温度センサー１４０の出力信号に応じた大きさの電流が、コイル１６０ａを流れた後、ヒーター１２０ａを電極１２２ａから電極１２１ａまで流れ、さらにコイル１６０ｂを流れる。この２つのコイル１６０ａ，１６０ｂは、図１２の第２の磁界発生部１６に対応し、当該２つのコイル１６０ａ，１６０ｂに流れる電流によりガスセル１１０の内部に、ヒーター電流の向き及び大きさに応じた磁界を発生させる。外気温度の変動に応じてヒーター電流が変動するので、コイル１６０ａ，１６０ｂが発生させる磁界は、外気温度の変動範囲に応じた範囲で変動することになる。
【００８９】
なお、本実施形態では、コイル１６０ａ，１６０ｂにはヒーター１２０ａに流れる電流の全部が流れるが、ヒーター１２０ａに流れる電流の一部のみを分流してコイル１６０ａ，１６０ｂに流すような構造にしてもよい。
【００９０】
また、本実施形態では、コイル１６０ａ，１６０ｂは、ヒーター１２０ｂと電気的に接続されておらず、ヒーター１２０ｂには、温度センサー１４０の出力信号に応じた大きさの電流が、電極１２２ｂから電極１２１ｂの向きあるいはその逆向きに、ヒーター電流制御回路３１０から直接供給される。ただし、ヒーター１２０ｂは、コイル１６０ａ，１６０ｂの少なくとも一方と電気的に接続されていてもよい。
【００９１】
２つのコイル１３０ａ，１３０ｂは、コイル１６０ａ，１６０ｂとそれぞれ対向するように配置されている。この２つのコイル１３０ａ，１３０ｂは、図１２の第１の磁界発生部１３に対応し、ガスセル１１０の内部の各位置に、当該２つのコイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の向き及び大きさに応じた一定の磁界（定常磁場）が発生する。ただし、ガスセル１１０の内部の各位置には、外気温度によって変動するヒーター電流に応じた磁界も発生するので、ガスセル１１０の内部の各位置の磁界は、外気温度の変動範囲に応じた範囲で変動する。
【００９２】
第２実施形態の原子発振器１のその他の具体的構成については、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００９３】
［原子発振器の周波数温度特性］
図１５は、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ、コイル１３０ａ，１３０ｂ及びコイル１６０ａ，１６０ｂに流れる電流の向きとガスセル１１０の内部に発生する磁界の向きの関係の一例を示す図である。図１５は、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）のガスセルモジュール１００をＹＺ平面に平行かつ光路を含む面で切り、Ｘ軸の正方向から見た断面図である。なお、図１５では、磁気シールド１５０の図示を省略している。
【００９４】
図１５に示すように、コイル１３０ａには、例えば、＋Ｙ方向から見て時計周りに電流が流れ、これによりガスセル１１０の内部の光路上にあるＰ点（例えば、ガスセル１１０の内部の中心位置）には−Ｙ方向の磁界Ｇ１が発生する。同様に、コイル１３０ｂにも＋Ｙ方向から見て時計周りに電流が流れ、これによりＰ点には−Ｙ方向の磁界Ｇ２が発生する。
【００９５】
ヒーター１２０ａには、例えば、−Ｘ方向に（電極１２２ａから電極１２１ａに）電流が流れ、これによりＰ点には−Ｙ方向の磁界Ｇ３が発生する。一方、ヒーター１２０ｂには、＋Ｘ方向に（電極１２１ｂから電極１２２ｂに）電流が流れ、これによりＰ点には−Ｙ方向の磁界Ｇ４が発生する。
【００９６】
コイル１６０ａには、例えば、＋Ｙ方向から見て時計周りに電流が流れ、これによりＰ点には−Ｙ方向の磁界Ｇ５が発生する。同様に、コイル１６０ｂにも＋Ｙ方向から見て時計周りに電流が流れ、これによりＰ点には−Ｙ方向の磁界Ｇ６が発生する。
【００９７】
この場合、コイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流により発生する磁界（定常磁場）Ｇ１，Ｇ２の向きは、ヒーター１２０ａ，１２０ｂに流れる電流（ヒーター電流）により発生する磁界（変動磁場）Ｇ３，Ｇ４の向き及びコイル１６０ａ，１６０ｂに流れる電流により発生する磁界（変動磁場）Ｇ５，Ｇ６の向きと同じ向きになる。
【００９８】
ここで、磁界Ｇ１，Ｇ２は、外気温度が変化しても一定であるが、磁界Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６は温度の上昇に対してほぼ線形に減少するので、ガスセル１１０の内部のＰ点にかかる磁界の総和Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４＋Ｇ５＋Ｇ６も、温度の上昇に対してほぼ線形に減少する。
【００９９】
そして、外気温度がＴ１〜Ｔ２の範囲で変動する場合、図１６に示すように、例えば、Ｐ点の磁界強度（Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４＋Ｇ５＋Ｇ６の大きさ）がＨ５〜Ｈ１の範囲で変動し、共鳴光対の周波数差は、Δｆ５〜Δｆ１の範囲で変動する（図１７のグラフＡ’参照）。また、例えば、Ｐ点の磁界強度がＨ６〜Ｈ３の範囲で変動し、共鳴光対の周波数差は、Δｆ６〜Δｆ３の範囲で変動する（図１７のグラフＢ’参照）。また、コイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の大きさと向きを変更することで、外気温度がＴ１〜Ｔ２の範囲で変動する場合に、温度の上昇に対して増加しながらΔｆ１〜Δｆ５の範囲やΔｆ３〜Δｆ６の範囲で変動する温度特性を実現することもできる（図１７のグラフＣ’，Ｄ’参照）。ここで、Ｐ点の磁界強度の変動範囲は、第１実施形態と比較してＧ５＋Ｇ６の変動分だけ広くなるため、図１７のグラフＡ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’の傾きの絶対値は、それぞれ図９のグラフＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの傾きの絶対値よりも大きくなっている。要するに、コイル１６０ａ，１６０ｂを設けたことで、コイル１６０ａ，１６０ｂが無い場合（第１実施形態）と比較して、共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きがより急峻になっている。
【０１００】
なお、コイル１６０ａをヒーター１２０ａの電極１２１ａと接続し、かつ、コイル１６０ｂをヒーター１２０ａの電極１２２ａと接続するように変更するか、あるいは、コイル１６０ａ，１６０ｂを図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）と反対向きに巻くように変更すれば、Ｐ点の磁界Ｇ５，Ｇ６の向きは磁界Ｇ３，Ｇ４と逆になるので、第１実施形態と比較して、Ｐ点の磁界強度の変動範囲をＧ５＋Ｇ６の変動分だけ狭くすることができる。つまり、コイル１６０ａ，１６０ｂを設けることで、コイル１６０ａ，１６０ｂが無い場合（第１実施形態）と比較して、共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きをより緩やかにすることもできる。
【０１０１】
また、コイル１６０ａ及び１６０ｂの位置や形状（巻き数や直径等）を調整することで、コイル１６０ａ及び１６０ｂに流れるヒーター電流により発生する磁界の変動量を調整することができる。例えば、図１５の方向に電流を流した場合、コイル１６０ａ，１６０ｂを５回巻きとした場合と１０回巻きとした場合では、後者の方が磁界の変動範囲をより広く（共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きをより急峻に）することができる。
【０１０２】
そこで、本実施形態の原子発振器１は、磁界強度の変動による共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きがバッファーガスの注入量や回路素子の温度特性等に起因して生じる共鳴光対の周波数差の温度特性の傾きと逆かつ同程度になるように、コイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の大きさや向き、コイル１３０ａ，１３０ｂの位置や形状とともに、コイル１６０ａ，１６０ｂに流れる電流の大きさや向き、コイル１６０ａ，１６０ｂの位置や形状が調整されている。その結果、本実施形態の原子発振器１の出力信号の周波数温度特性はより平坦に近いものになっている。
【０１０３】
［原子発振器の製造方法］
図１８は、本実施形態の原子発振器１の製造方法の一例を示すフローチャート図である。
【０１０４】
まず、設計情報に従い、ガスセル１１０、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ、コイル１３０ａ，１３０ｂ（第１コイル）、コイル１６０ａ，１６０ｂ（第２コイル）、温度センサー１４０、磁気シールド１５０を用いて、ガスセルモジュール１００を組み立てる（Ｓ１００）。
【０１０５】
次に、設計情報に従い、ステップＳ１００で組み立てたガスセルモジュール１００、半導体レーザー２００、光検出器２１０、回路部のＩＣを用いて、原子発振器１を組み立てる（Ｓ１１０）。
【０１０６】
次に、コイル１３０ａ，１３０ｂ（第１コイル）に流す電流を初期値に設定し、原子発振器１の出力信号の周波数温度特性を測定する（Ｓ１２０）。
【０１０７】
ステップＳ１２０で測定した周波数温度特性の周波数変動幅（許容温度範囲での周波数の最大値と最小値の差）が目標値よりも大きい場合（Ｓ１３０のＹ）、磁界強度と共鳴光対の周波数差との対応関係の情報を用いて、原子発振器１の出力信号の周波数温度特性を平坦に近づけるための、コイル１３０ａ，１３０ｂ（第１コイル）に流す電流値及び向き、コイル１６０ａ，１６０ｂ（第２コイル）の位置及び形状（巻き数や直径等）を計算する（Ｓ１４０）。
【０１０８】
次に、ステップＳ１４０の計算値に従ってコイル１３０ａ，１３０ｂ（第１コイル）に流す電流値及び向きを設定し、コイル１６０ａ，１６０ｂ（第２コイル）の位置及び形状を変更し、原子発振器１の出力信号の周波数温度特性を測定する（Ｓ１５０）。
【０１０９】
そして、ステップＳ１２０又はＳ１５０で測定した周波数温度特性の周波数変動幅が目標値以下の場合（Ｓ１３０のＮ）、最後に、コイル１３０ａ，１３０ｂ（第１コイル）に流す電流値及び向きの設定情報をメモリー３３０に記憶する（Ｓ１６０）。
【０１１０】
なお、図１８のフローチャートでは、コイル１３０ａ，１３０ｂ（第１コイル）に流す電流値及び向きを調整しているが、コイル１３０ａ，１３０ｂ（第１コイル）の位置や形状を調整してもよい。また、図１８のフローチャートでは、コイル１６０ａ，１６０ｂ（第２コイル）の位置や形状（巻き数や直径等）を調整しているが、コイル１６０ａ，１６０ｂ（第２コイル）に流す電流値を調整してもよい。
【０１１１】
また、図１８のフローチャートでは、コイル１３０ａ，１３０ｂ（第１コイル）とコイル１６０ａ，１６０ｂ（第２コイル）の両方を調整しているが、いずれか一方のみ調整してもよい。
【０１１２】
以上に説明したように、第２実施形態によれば、コイル１６０ａ，１６０ｂを設けたことで、ヒーター１２０ａ，１２０ｂに流れる電流の変動（磁界強度の変動）に起因する原子発振器１の周波数温度特性の傾きを増減させることができるので、コイル１３０ａ，１３０ｂの調整だけでは原子発振器１の周波数温度特性を平坦化することが難しい場合でも、より有効に平坦化することができる。
【０１１３】
２．電子機器
図１９は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図である。本実施形態の電子機器４００は、クロック生成部４１０、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）４２０、操作部４３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）４４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）４５０、通信部４６０、表示部４７０、音出力部４８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図１９の構成要素（各部）の一部を省略又は変更したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【０１１４】
クロック生成部４１０は、原子発振器４１２の発振信号を原振クロックとして、各種のクロック信号を生成する。原子発振器４１２は、例えば、前述した実施形態の原子発振器１である。
【０１１５】
ＭＰＵ４２０は、ＲＯＭ４４０等に記憶されているプログラムに従い、クロック生成部４１０が生成する各種のクロック信号を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＭＰＵ４２０は、操作部４３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部４６０を制御する処理、表示部４７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部４８０に各種の音を出力させる処理等を行う。
【０１１６】
操作部４３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＭＰＵ４２０に出力する。
【０１１７】
ＲＯＭ４４０は、ＭＰＵ４２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
【０１１８】
ＲＡＭ４５０は、ＭＰＵ４２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ４４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部４３０から入力されたデータ、ＣＰＵ４２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【０１１９】
通信部４６０は、ＣＰＵ４２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
【０１２０】
表示部４７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＭＰＵ４２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。
【０１２１】
音出力部４８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。
【０１２２】
原子発振器４１２として本実施形態の原子発振器１を組み込むことにより、より信頼性の高い電子機器を実現することができる。
【０１２３】
図２０に、本実施形態の電子機器の一例として原子発振器を搭載した電子機器（携帯端末）の模式図を示す。図２０において、携帯端末５００（ＰＨＳ、スマートフォンを含む）（電子機器４００の一例）は、複数の操作ボタン５０２（操作部４３０の一例）、受話口５０４及び送話口５０６を備え、操作ボタン５０２と受話口５０４との間には表示部５０８（表示部４７０の一例）が配置されている。最近では、このような携帯端末５００においてもＧＰＳ機能を備えている。そこで、携帯端末５００には、ＧＰＳ回路のクロック源として本実施形態の原子発振器が内蔵されている。
【０１２４】
本実施形態の電子機器としては、この他にも種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。
【０１２５】
３．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１２６】
［変形例１］
本実施形態の原子発振器において、第１のフィードバックループにより、半導体レーザー２００の出射光の中心波長λ０（中心周波数ｆ０）が、ガスセル１１０に封入されたアルカリ金属原子の励起準位と一方の基底準位とのエネルギー差に相当する波長λ１（周波数ｆ１）、励起準位と他方の基底準位とのエネルギー差に相当する波長λ２（周波数ｆ２）に対して、λ１又はλ２とほぼ一致する（中心周波数ｆ０がｆ１又はｆ２とほぼ一致する）ように制御するとともに、第２のフィードバックループにより、周波数変換回路２９０が変調回路２７０の出力信号をΔＥ１２に相当する周波数に等しい周波数の信号に変換するように変形してもよい。
【０１２７】
図２１（Ａ）は、中心波長λ０がλ２と一致するケースの半導体レーザー２００の出射光の周波数スペクトルを示す概略図であり、図２１（Ｂ）は、中心波長λ０がλ１と一致するケースの半導体レーザー２００の出射光の周波数スペクトルを示す概略図である。図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）において、横軸は光の周波数であり、縦軸は光の強度である。図２１（Ａ）の場合は、周波数ｆ０＋ｆｍの光と周波数ｆ０の光の周波数差ｆｍがΔＥ
１２に相当する周波数に等しく、かつ、ｆ０＋ｆｍがｆ１にほぼ等しく、かつ、ｆ０がｆ２にほぼ等しいので、周波数ｆ０＋ｆｍの光と周波数ｆ０の光がガスセル１１０に封入されたアルカリ金属原子にＥＩＴ現象を起こさせる共鳴光対となる。一方、図２１（Ｂ）の場合は、周波数ｆ０の光と周波数ｆ０−ｆｍの光の周波数差ｆｍがΔＥ１２に相当する周波数にほぼ等しく、かつ、ｆ０がｆ１にほぼ等しく、かつ、ｆ０−ｆｍがｆ２にほぼ等しいので、周波数ｆ０の光と周波数ｆ０−ｆｍの光がガスセル１１０に封入されたアルカリ金属原子にＥＩＴ現象を起こさせる共鳴光対となる。
【０１２８】
［変形例２］
本実施形態の原子発振器を電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro-Optic Modulator）を用いた構成に変形してもよい。すなわち、半導体レーザー２００は、周波数変換回路２９０の出力信号（変調信号）による変調がかけられず、設定されたバイアス電流に応じた単一周波数ｆ０の光を発生させる。この周波数ｆ０の光は、電気光学変調器（ＥＯＭ）に入射し、周波数変換回路２９０の出力信号（変調信号）によって変調がかけられる。その結果、図５と同様の周波数スペクトルを有する光を発生させることができる。そして、この電気光学変調器（ＥＯＭ）が発生させる光がガスセル１１０に照射される。この原子発振器では、半導体レーザー２００と電気光学変調器（ＥＯＭ）による構成が図１又は図１２の光発生部２０に相当する。
【０１２９】
なお、電気光学変調器（ＥＯＭ）の代わりに、音響光学変調器（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）を用いてもよい。
【０１３０】
４．応用例
本実施形態又は変形例の原子発振器の構成は、共鳴光によって原子に量子干渉状態を生じさせる様々な量子干渉装置に応用することができる。
【０１３１】
［応用例１］
例えば、本実施形態又は変形例の原子発振器において、磁気シールド１５０を無くすことにより、ガスセルモジュール１００の周辺の磁場の変化に追従して電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２６０の発振周波数が変化する。従って、ガスセルモジュール１００の近傍に磁気測定対象物を配置することで磁気センサー（量子干渉装置の一例）を実現することができる。
【０１３２】
［応用例２］
また、例えば、本実施形態又は変形例の原子発振器と同様の構成により、極めて安定した金属原子の量子干渉状態（量子コヒーレンス状態）を作り出すことができるので、ガスセル１１０に入射する共鳴光対を取り出すことで、量子コンピュータ、量子メモリー、量子暗号システム等の量子情報機器に用いる光源（量子干渉装置の一例）を実現することもできる。
【０１３３】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１３４】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１３５】
１  原子発振器、１０  原子セルモジュール、１１  原子セル、１２  発熱部、１３  第１の磁界発生部、１４  温度検出部、１５  磁気遮蔽部、１６  第２の磁界発生部、２０
光発生部、３０  光検出部、４０  制御部、４１  発熱制御部、４２  磁界設定部、４３  発振制御部、１００  ガスセルモジュール、１１０  ガスセル、１２０ａ，１２０ｂ
ヒーター、１２１ａ，１２１ｂ  電極、１２２ａ，１２２ｂ  電極、１３０ａ，１３０ｂ  コイル、１４０  温度センサー、１５０  磁気シールド、１６０ａ，１６０ｂ  コイル、２００  半導体レーザー、２１０  光検出器、２２０  検波回路、２３０  変調回路、２４０  低周波発振器、２５０  検波回路、２６０  電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、２７０  変調回路、２８０  低周波発振器、２９０  周波数変換回路、３００  駆動回路、３１０  ヒーター電流制御回路、３２０  コイル電流設定回路、３３０  メモリー、４００  電子機器、４１０  クロック生成部、４１２  原子発振器、４２０  ＭＰＵ、４３０  操作部、４４０  ＲＯＭ、４５０  ＲＡＭ、４６０  通信部、４７０  表示部、４８０  音出力部、５００  携帯端末、５０２  操作ボタン、５０４  受話口、５０６  送話口、５０８  表示部
【図１】
2014053842.tif 000003
【図２】
2014053842.tif 000004
【図３】
2014053842.tif 000005
【図４】
2014053842.tif 000006
【図５】
2014053842.tif 000007
【図６】
2014053842.tif 000008
【図７】
2014053842.tif 000009
【図８】
2014053842.tif 000010
【図９】
2014053842.tif 000011
【図１０】
2014053842.tif 000012
【図１１】
2014053842.tif 000013
【図１２】
2014053842.tif 000014
【図１３】
2014053842.tif 000015
【図１４】
2014053842.tif 000016
【図１５】
2014053842.tif 000017
【図１６】
2014053842.tif 000018
【図１７】
2014053842.tif 000019
【図１８】
2014053842.tif 000020
【図１９】
2014053842.tif 000021
【図２０】
2014053842.tif 000022
【図２１】
2014053842.tif 000023
【図２２】
2014053842.tif 000024
【図２３】
2014053842.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月9日(2013.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
磁界設定部４２は、第１の磁界発生部１３が発生させる磁界の大きさを設定する。この磁界設定部４２により、原子セル１１の内部の各位置に一定の磁界（定常磁場）が発生する。磁界設定部４２は、例えば、第１の磁界発生部１３に一定量の電流を流すことで定常磁場を発生させることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
ガスセル１１０、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ、コイル１３０ａ，１３０ｂ及び温度センサー１４０は、磁気シールド１５０で覆われている。磁気シールド１５０は、図１の磁気遮蔽部１５に対応する。なお、磁気シールド１５０は、通常、透明色ではないが、図３（Ａ）では、ガスセルモジュール１００の構造を示すために、磁気シールド１５０を透明に図示している。また、図３（Ｂ）では、磁気シールド１５０の図示を省略している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
アルカリ金属原子にＥＩＴ現象を起こさせる共鳴光対の周波数（周波数差）は、磁気量子数ｍＦ毎に異なることが知られている。すなわち、ガスセル１１０に磁場がかかった状態では、半導体レーザー２００が出射する２光波の周波数差をスイープすると、光検出器２１０の出力に複数のピーク、すなわち複数のＥＩＴ信号が観測される。例えば、図４（Ｂ）に示すように、セシウム原子の場合、磁気量子数ｍＦ＝０，±１，±２，±３に対応する７つのＥＩＴ信号が観測される。図４（Ｂ）において、横軸はスイープする２光波の周波数差であり、縦軸は光検出器２１０が検出する光の強度である。図４（Ｂ）に示すように、一般に、ｍＦ＝０に対応するＥＩＴ信号の強度が最も高いので、ｍＦ＝０に対応するＥＩＴ信号が発生するように、共鳴光対の周波数差を制御するのが有効である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
ところで、前述したように、ガスセル１１０には、コイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流（コイル電流）により発生する磁界（定常磁場）と、ヒーター１２０ａ，１２０ｂに流れる電流（ヒーター電流）により発生する磁界（変動磁場）とがかかる。図６は、ヒーター１２０ａ，１２０ｂ及びコイル１３０ａ，１３０ｂに流れる電流の向きとガスセル１１０の内部に発生する磁界の向きの関係の一例を示す図である。図６は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）のガスセルモジュール１００をＹＺ平面に平行かつ光路を含む面で切り、Ｘ軸の正方向から見た断面図である。なお、図６では、磁気シールド１５０の図示を省略している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
ＲＡＭ４５０は、ＭＰＵ４２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ４４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部４３０から入力されたデータ、ＭＰＵ４２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
通信部４６０は、ＭＰＵ４２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。