(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属原子が封入されているセルと、
入力した２つの周波数信号を混合して混合信号を生成する混合器と、
前記混合信号を入力して、前記アルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差を有し、かつ、前記アルカリ金属原子にＥＩＴ現象を発生させる互いに中心周波数の異なる２つの共鳴光対を前記セルに照射する光源と、
を有することを特徴とする量子干渉装置。
【請求項２】
前記混合器が入力する２つの周波数信号のうち、少なくとも１つはＰＬＬ回路を含む発振器から出力されることを特徴とする請求項１に記載の量子干渉装置。
【請求項３】
前記混合器が入力する２つの周波数信号は、互いに異なる発振器から出力されることを特徴とする請求項１または２に記載の量子干渉装置。
【請求項４】
前記混合器が入力する２つの周波数信号とも、ＰＬＬ回路を含む発振器から出力されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の量子干渉装置。
【請求項５】
アルカリ金属原子が封入されているセルと、
光を照射する光源と、
前記光源から入射した光を、前記アルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差を有し、かつ、前記アルカリ金属原子にＥＩＴ現象を発生させる互いに中心周波数の異なる２つの共鳴光対にして前記セルに向けて照射する電気光学変調素子と、
を有することを特徴とする量子干渉装置。
【請求項６】
前記電気光学変調素子は、２つの共鳴光対を発生させる第１の電気光学変調素子及び第２の電気光学変調素子を有することを特徴とする請求項５に記載の量子干渉装置。
【請求項７】
前記第１の電気光学変調素子と前記第２の電気光学変調素子とが、前記光源と前記セルとの間で直列に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の量子干渉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子干渉装置に関し、さらに詳しくは、ＥＩＴ現象を効率良く発生させるための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘起透過方式（ＥＩＴ方式、ＣＰＴ方式と呼ばれることもある）による原子発振器は、アルカリ金属原子に波長の異なる二つの共鳴光を同時に照射すると、二つの共鳴光の吸収が停止する現象（ＥＩＴ現象）を利用した発振器である。図１２（ａ）は一つのアルカリ金属原子のエネルギー状態を示したものである。第１基底準位２３と励起準位２１とのエネルギー差に相当する波長を有する第１共鳴光、あるいは第２基底準位２４と励起準位２１とのエネルギー差に相当する波長を有する第２共鳴光を、それぞれ単独でアルカリ金属原子に照射すると、良く知られているように光吸収が起きる。ところが、このアルカリ金属原子に第１共鳴光と第２共鳴光を同時に照射し、同時に照射される第１共鳴光と第２共鳴光の周波数差が正確に第１基底準位２３と第２基底準位２４のエネルギー差（ΔＥ１２）に一致すると、図１２（ａ）の系は２つの基底準位の重ね合わせ状態、即ち量子干渉状態になり、励起準位２１への励起が停止し透明化（ＥＩＴ）現象が起きる。この現象を利用し、第１共鳴光と第２共鳴光との波長差がΔＥ１２からずれた時の光吸収挙動の急峻な変化を検出、制御することで、高精度な発振器をつくることができる。また、ΔＥ１２は外部磁気の強さやゆらぎで敏感に変化するので、ＥＩＴ現象を利用して高感度な磁気センサーをつくることもできる。
【０００３】
ところで、ＥＩＴ現象による光出力信号のＳＮ比を向上させるには、共鳴光と相互作用するアルカリ金属の原子数を増やしてやればよい。例えば、特許文献１では、原子発振器の出力信号のＳＮ比を良くすることを目的として、気体状のアルカリ金属原子を閉じ込めたセルの厚みを大きくしたり、或いはセルに入射するレーザー光のビーム径を大きくするといった方法が開示されている。いずれの方法も、アルカリ金属原子が共鳴光に接触する領域を広くするために、図１２（ｂ）或いは図１２（ｃ）のようにセルの厚みか高さを大きくしている。ここで使用されているレーザー光については、ＥＩＴ現象の発現条件を満たす２種類の波長のレーザー光を一対のみ用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９６４１０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セル内の気体状のアルカリ金属原子の集団を構成する個々の原子に着目すると、それぞれの運動状態に応じた一定の速度分布を持っている。この原子集団に対して入射されるレーザー光の波長が２種類（一対）のみだと、原子の運動によるドップラー効果（ドップラーシフト）の影響で、実際に相互作用できるのは、セル内の多数の原子の内、レーザー入射方向に対する特定の速度成分の値を持ったごく一部の原子に限られてしまい、ＥＩＴ発現に寄与する原子の割合が極めて低い。特許文献１に開示されている従来技術は、このようなＥＩＴ発現効率が低い状態で構成された原子発振器であるので、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）の大きい所望の吸収スペクトルを得るには、セルの厚みか或いは高さの何れかを大きくしなければならず、信号対雑音比を維持しながら小型化することは困難であるという課題があった。つまり、セル内の単位体積あたりでＥＩＴ現象に寄与する原子数に変わりはないままである。本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、波長が異なる複数の共鳴光対を生成することにより、セル内のより多くの気体状のアルカリ金属原子に対してＥＩＴ現象を効率よく発生させる量子干渉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本発明の量子干渉装置は、アルカリ金属原子が封入されているセルと、
入力した２つの周波数信号を混合して混合信号を生成する混合器と、
前記混合信号を入力して、前記アルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差を有し、かつ、前記アルカリ金属原子にＥＩＴ現象を発生させる互いに中心周波数の異なる２つの共鳴光対を前記セルに照射する光源と、
を有することを特徴とする。
【０００８】
［適用例２］本発明の量子干渉装置では、前記混合器が入力する２つの周波数信号のうち、少なくとも１つはＰＬＬ回路を含む発振器から出力されることが好ましい。
【０００９】
［適用例３］本発明の量子干渉装置では、前記混合器が入力する２つの周波数信号は、互いに異なる発振器から出力されることが好ましい。
【００１０】
［適用例４］本発明の量子干渉装置では、前記混合器が入力する２つの周波数信号とも、ＰＬＬ回路を含む発振器から出力されることが好ましい。
【００１１】
［適用例５］本発明の量子干渉装置は、アルカリ金属原子が封入されているセルと、
光を照射する光源と、
前記光源から入射した光を、前記アルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差を有し、かつ、前記アルカリ金属原子にＥＩＴ現象を発生させる互いに中心周波数の異なる２つの共鳴光対にして前記セルに向けて照射する電気光学変調素子と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
［適用例６］本発明の量子干渉装置では、前記電気光学変調素子は、２つの共鳴光対を発生させる第１の電気光学変調素子及び第２の電気光学変調素子を有することが好ましい。
【００１３】
［適用例７］本発明の量子干渉装置では、前記第１の電気光学変調素子と前記第２の電気光学変調素子とが、前記光源と前記セルとの間で直列に接続されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】気体状態のアルカリ金属原子の速度分布の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）はガスセルに入射する共鳴光の周波数スペクトラムを示す図である。
【図４】ガスセルに入射した共鳴光と気体状のアルカリ金属原子の移動方向の様子を示す図である。
【図５】原子運動によるエネルギーのドップラー拡がりと本発明の共鳴光との関係を説明する模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る磁気センサーの構成を示す図である。
【図９】（ａ）は、波長の異なる２つの共鳴光対によるＥＩＴ現象に係る光透過強度の図、（ｂ）は波長の異なる２つの共鳴光対を変調したときのＥＩＴ現象に係る光透過強度の図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。
【図１２】（ａ）は従来のＥＩＴ方式の原理を説明する図、（ｂ）、（ｃ）は従来のガスセルと共鳴光の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は容器に閉じ込められた気体状のアルカリ金属原子集団の速度分布の概略図を示したものである。
図１の横軸は気体状のアルカリ金属原子の速度を、縦軸はその速度を有する気体状のアルカリ金属原子の数の割合を示している。図１に示すように、速度０を中心として気体状のアルカリ金属原子は温度に応じた一定の速度分布を持つ。ここで、速度とは、レーザー光を気体状のアルカリ金属原子集団に照射した時の、照射方向に平行な原子速度成分を表し、光源に対し相対的に静止している速度の値を０としている。ここで、本願発明者らは気体状のアルカリ金属原子の速度がＥＩＴ現象に大きく影響を与えていることに着目した。気体状のアルカリ金属原子の速度に分布があると、光のドップラー効果（ドップラーシフト）により共鳴光の見かけ上の波長、すなわち気体状のアルカリ金属原子から見た共鳴光の波長に分布を生じる。このため第１共鳴光と第２共鳴光を１対で同時に照射してもＥＩＴ現象を起こさずに残ってしまう気体状のアルカリ金属原子が集団の中で相当数存在することに着目した。従来の方法、即ち第１共鳴光と第２共鳴光を１対で同時にアルカリ金属原子集団に照射する場合、セル内に封入されていた気体状のアルカリ金属原子集団のうち、ＥＩＴ現象に寄与できるのは、一部のアルカリ金属原子だけであった。そこで、本願発明者らは、ドップラー効果の影響のため、従来ＥＩＴ現象に寄与せず無駄になっていた気体状のアルカリ金属原子も、ＥＩＴ現象に寄与させるべく工夫を施した。以下、本発明について詳細に説明する。
【００１６】
図２は本発明の第１の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。この原子発振器５０は、波長が異なるコヒーレント光対を２対以上（後述するように３対）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であって、各共鳴光を出射するＬＤ（ＶＣＳＥＬ）（コヒーレント光源）２と、ＬＤ２の中心波長を発生する中心波長発生手段１と、二つの異なる基底状態のエネルギー差（ΔＥ１２）に相当する周波数（９．２ＧＨｚ）の１／２（４．５９６ＧＨｚ）を発振する発振器９と、約２５ＭＨｚの周波数を発振する発振器１０と、電気信号によりＬＤ２から出射された共鳴光１１に周波数変調を与えるＥＯＭ（電気光学変調素子）３、４と、ＥＯＭ４により変調された光１２の波長により光の吸収量を変化させる、気体状セシウム（アルカリ金属として）原子を封入したガスセル５と、ガスセル５から透過する光１３を検出する光検出器（光検出手段）６と、光検出器６の出力に基づきガスセル５のＥＩＴ状態を検出して出力電圧を制御する周波数制御手段７と、を備えて構成されている。尚、発振器１０の発振周波数は２５ＭＨｚとしたが、この周波数はセシウム原子の典型的なドップラー幅（例えば室温で約１ＧＨｚ）に対して十分小さい値である。この周波数は適宜変更することができる。また、発振器９の出力周波数は、セシウムの場合ΔＥ１２に相当する周波数が約９．２ＧＨｚ（４．５９６ＧＨｚ×２）であるので、４．５９６ＧＨｚとし、周波数制御手段７から出力される制御電圧により電圧制御水晶発振器８を制御して得られた周波数を逓倍して生成される。そして、発振器１０の周波数（２５ＭＨｚ）によりＥＯＭ３を変調し、発振器９の周波数（４．５９６ＧＨｚ）によりＥＯＭ４を変調して、ＥＯＭ３とＥＯＭ４をＬＤ２の出射側に直列に配置した。尚、ＥＯＭ３と発振器１０の組み合わせと、ＥＯＭ４と発振器９の組み合わせの配列順序を逆にしても構わない。
【００１７】
即ち、本実施形態の原子発振器５０の構成が従来と異なる点は、ＬＤ２から出射された共鳴光１１に対し変調手段としてＥＯＭ３を介すことで、波長が異なる２つの共鳴光対を２対以上（３対）とした点である。従来の原子発振器では、波長の異なる２つの共鳴光対を１対のみ用意して、同時に照射される２つの共鳴光の周波数差（波長の差）が正確に夫々の基底準位のエネルギー差ΔＥ１２に一致するように周波数を制御していた。しかし、原子の運動による共鳴光のドップラー効果の為、ガスセル５内に閉じ込められたセシウム原子集団の共鳴光波長には分布が生じ、１対の共鳴光では、偶然その波長に対応する共鳴条件を満たす速度で運動している一部のセシウム原子としか相互作用をおこさないので、ＥＩＴ現象を発生する効率が悪かった。そこで本実施形態では、波長の異なる少なくとも４つ（２つの共鳴光対）の共鳴光をガスセル５に封入された気体状のセシウム原子と相互作用させるように光変調手段を構成した。これにより、ガスセル５内で単位体積あたりでＥＩＴ現象に寄与するセシウム原子の数を増大させることが可能となり、効率よくＥＩＴ信号を取得することができる。
【００１８】
図３（ａ）及び（ｂ）はガスセルに入射する共鳴光の周波数スペクトラムを示す図である。図４はガスセルに入射した共鳴光と気体状のセシウム原子の移動方向の様子を示す図である。
次に本実施形態の動作について図３及び図４を参照しながら説明する。ＬＤ２の共鳴光１１は中心波長がλ０（中心周波数ｆ０）となるように中心波長制御手段１で制御される。ＬＤ２の共鳴光１１に対して、ＥＯＭ３と４で周波数変調をかけると、ガスセル５には、図３（ａ）に示す周波数スペクトラム３０〜３２を有する共鳴光１２が入力される。ここで、図３（ａ）において、Ａ−Ａ´の周波数差は９．２ＧＨｚであり、この一対の共鳴光に対しては、λ０を適当な値に設定することで図４に示す入射光１２の方向に対する速度成分が小さい気体状のセシウム原子１５がＥＩＴ現象を発生する。また、Ｂ−Ｂ´の周波数差も９．２ＧＨｚであり、この一対の共鳴光に対しては、図４に示す入射光１２と反対方向の速度成分を持つ気体状のセシウム原子１４がＥＩＴ現象を発生する。また、図３（ａ）において、Ｃ−Ｃ´の周波数差も９．２ＧＨｚであり、この一対の共鳴光に対しては、図４に示す入射光１２と同じ方向の速度成分を持つ気体状のセシウム原子１６がＥＩＴ現象を発生する。このように、ガスセル５内の原子は様々な速度分布を持っている。そこで上記のようにサイドバンドＢ、Ｂ´、Ｃ、Ｃ´の成分を与えた共鳴光１２をガスセル５に入射すると、Ａ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´、及びＣ−Ｃ´の周波数差は何れも９．２ＧＨｚとなり、これら３対のレーザー光はいずれも対応する速度成分を持つ気体状のセシウム原子と相互作用を起こし、その結果ＥＩＴ現象に寄与するセシウム原子の割合が増大する。これにより、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）の大きい所望のＥＩＴ信号を得ることができる。
【００１９】
尚、本実施形態ではＥＯＭ４の変調周波数を気体状のセシウム原子の周波数差の１／２（４．５９６ＧＨｚ）としたが、周波数差の９．２ＧＨｚとしても構わない。そのときの共鳴光の周波数スペクトラムは図３（ｂ）のようになり、周波数スペクトラム３３〜３５が発生するが、例えば、周波数スペクトラム３３は使用せずに、周波数スペクトラム３４と３５（周波数スペクトラム３３と３４でも可）を使用する。即ち、Ａ−λ０の周波数差は９．２ＧＨｚであり、この一対の共鳴光に対しては、λ０を適当な値に設定することで図４に示す入射光１２の方向に対する速度成分が小さい気体状のセシウム原子１５がＥＩＴ現象を発生する。Ｂ−λ１の周波数差も９．２ＧＨｚであり、この一対の共鳴光に対しては、図４に示す入射光１２と反対方向の速度成分を持つ気体状のセシウム原子１４がＥＩＴ現象を発生する。また、Ｃ−λ２の周波数差も９．２ＧＨｚであり、この一対の共鳴光に対しては、図４に示す入射光１２と同じ方向の速度成分を持つ気体状のセシウム原子１６がＥＩＴ現象を発生する。このように、ガスセル５内の原子は様々な速度分布を持っている。そこで上記のようにサイドバンドＢ、λ１、Ｃ、λ２の成分を与えた共鳴光１２をガスセル５に入射すると、Ａ−λ０、Ｂ−λ１、及びＣ−λ２の周波数差は何れも９．２ＧＨｚとなり、これら３対のレーザー光はいずれも対応する速度成分を持つ気体状のセシウム原子と相互作用を起こし、その結果ＥＩＴ現象に寄与するセシウム原子の割合が増大する。これにより、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）の大きい所望のＥＩＴ信号を得ることができる。
【００２０】
即ち、少なくとも２つの共鳴光対（ここでは３対）の共鳴光を発生させるためには、ＬＤ２から出射される共鳴光にサイドバンドを重畳させて発生させ、その周波数スペクトラムを利用することが考えられる。また、共鳴光を変調する周波数は、二つの異なる基底状態のエネルギー差（ΔＥ１２）に相当する周波数（９．２ＧＨｚ）の１／２の４．５９６ＧＨｚと、セシウム原子の典型的なドップラー幅（例えば室温で約１ＧＨｚ）に対して十分小さい値である周波数（ここでは２５ＭＨｚ）によって変調する必要がある。また、光を変調するためのＥＯＭを利用する。そこで本実施形態では、２種類の周波数を夫々発振する発振器９、１０を用意して、ＬＤ２の出射側に直列に配置したＥＯＭ３と４、を夫々の周波数で変調する。これにより、ＬＤ２から出射した共鳴光１１から、９．２ＧＨｚの周波数差を維持した３対の周波数スペクトラムを有する共鳴光を生成することができる。  また、本実施形態ではＥＯＭ３とＥＯＭ４を１個ずつ備えたが、ＥＯＭ４と、少なくとも２つ以上のＥＯＭ３をＬＤ２の出射側に直列に配置するようにしても良い。これにより、共鳴光対の数を任意に設定し、櫛歯様の周波数間隔で発生させることができる。
【００２１】
図５は原子運動によるエネルギーのドップラー拡がりと本発明の共鳴光との関係を説明する模式図である。容器に封入された気体状のアルカリ金属原子集団のエネルギー状態図は、図１２に示した一つの原子に対するエネルギー状態図の励起準位をドップラー拡がりに相当するエネルギー帯で置き換えることで表現できる。図５における２０、２１、２２の各準位は、図４における、それぞれ１６、１５、１４で示された原子に対応する励起準位である。これにより、速度分布を持った気体状のアルカリ金属原子集団に対して、複数の共鳴光の対によりＥＩＴ現象に寄与する原子の割合が増大していることがわかる。そこで、例えば１対の共鳴光に割り当てられるパワーが従来のパワーにほぼ等しい設定にすれば、吸収の飽和限界が高くなりトータルのパワーが増大するので、高いコントラストのＥＩＴ信号が取得できる。また、トータルの光照射パワーが従来とほぼ等しい場合は、本発明の１対の共鳴光あたりのパワーは減少するので、ＥＩＴ信号のパワーブロードニング（光パワーが強いと、ＥＩＴ信号の線幅が増大してしまう現象）が抑えられ、従来に比べ、半値幅が狭い良好なＥＩＴ信号が取得できる。従ってこれを発振器に適用した場合、周波数安定性を従来より向上させることができる。
【００２２】
図６は本発明の第２の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。同じ構成要素には図２と同じ参照番号を付して説明する。図６が図２と異なる点は、ＥＯＭ４を削除して、発振器１０、及び発振器９の出力信号を混合する混合器１７を備え、混合器１７の出力信号１８によりＥＯＭ３を駆動して、ＥＯＭ３をＬＤ２の出射側に配置する。これにより、ＥＯＭ３から出射される共鳴光１２は、図３（ａ）と同様の周波数スペクトラムを発生する。
即ち、光を変調するためには、ＥＯＭを用いているが、周波数スペクトラムの数を増やすと、それだけＥＯＭの数を増やさなければならず、コスト的に高くなり、且つ部品点数が増加するといった問題がある。そこで本実施形態では、ＥＯＭを変調する信号を予め混合器１７により混合しておき、その出力信号１８により１つのＥＯＭ３を変調する。これにより、ＥＯＭの数を最小限にして、部品点数を削減することができる。
【００２３】
図７は本発明の第３の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。同じ構成要素には図６と同じ参照番号を付して説明する。図７が図６と異なる点は、ＥＯＭ３を削除して、混合器１７の出力信号１９により直接ＬＤ２を変調駆動する。これにより、ＬＤ２から出射される共鳴光１１は、図３（ａ）と同様の周波数スペクトラムを発生する。
即ち、ＬＤ２から出射された共鳴光１１は、中心波長がλ０となるように中心波長制御手段１で制御されている。そして、中心波長を変調するためには、ＬＤ２から出射された共鳴光１１をＥＯＭで変調する方法以外に、ＬＤ２そのものを変調する方法がある。そこで本実施形態では、発振器１０、及び発振器９の出力周波数を混合する混合器１７により混合された信号１９でＬＤ２そのものを変調駆動する。これにより、ＥＯＭを不要とすることができる。また、発振器１０の出力周波数は、電圧制御水晶発振器８からＰＬＬ等を介して（発振器９の回路の一部を利用することもできる）生成することもできる。その場合は発振器１０も不要となる。
また、図示は省略するが、従来のＥＩＴ方式による原子発振器に備えられているＬＤを、夫々異なる波長の面発光レーザーをアレイ状に配置した構成としても構わない。
【００２４】
図８は本発明の実施形態に係る磁気センサーの構成を示す図である。同じ構成要素には図７と同じ参照番号を付して説明する。図８が図７と異なる点は、ガスセル５の近傍に、被測定磁気発生源３７を配し、周波数制御手段７の出力信号の変動を測定する磁気測定器３６と、を備えた点である。原子発振器の発振周波数は、原子の２つの基底準位間のエネルギー差（ΔＥ１２）を基準としている。ΔＥ１２の値は、外部磁気の強さやゆらぎで変化するため、原子発振器のセルには、外部磁気の影響を受けないように、磁気シールドが施されている。そこで磁気シールドを外し、ΔＥ１２の変化を発振周波数変化から読取ることにより、外部磁気の強さや変動を測定する磁気センサーをつくることができる。本発明の構成とすることにより、Ｓ／Ｎ比の高い状態でＥＩＴ現象を発現させることができるため、磁気センサーの小型化が可能となる。
【００２５】
図９（ａ）は、波長の異なる２つの共鳴光対によるＥＩＴ現象に係る光透過強度の図であり、図９（ｂ）は波長の異なる２つの共鳴光対を変調したときのＥＩＴ現象に係る光透過強度の図である。図９（ａ）から、波形４１はＶＣＳＥＬからの直線偏光された光透過強度の波形であり、その共鳴光対を更に波長板を通過させて円偏光としたときの光透過強度が波形４２である。波形４２は波形４１に対して約２０％レベルが増加しているのが分かる。また、図９（ｂ）のように共鳴光対を変調すると、複数の共鳴光対はいずれも対応する速度分布を持つ気体状のセシウム原子と相互作用を起こし、複数のピークを持った波形４３が発現する。本実施形態では、例えば、図１０のようにＬＤ２とガスセル５の間に波長板４０を光路と直交するように配置して、波長板面を徐々に回転すると共鳴光対１１が円偏光となったときに、波長λ０で光透過強度が最大の波形４５となることが確認された。従って、共鳴光対を直線偏光から円偏光に変化する過程で光透過強度が波形４３（直線偏光）、波形４４（楕円偏光）、波形４５（円偏光）となることが確認された。
即ち、ＬＤ２から出射される共鳴光対１１は光の伝播方向に垂直な面内で、電気ベクトルの先端が円を描く場合、その光は円偏光と呼ばれる。共鳴光対を円偏光に変換すると、波長λ０の光透過強度が通常の約６倍に増大することが実験的に確認されている。これにより、ＥＩＴ現象による光出力信号のＳＮ比を向上させることができる。
また、ＬＤ２から出射される共鳴光対１１は光の伝播方向に垂直な面内で、電気ベクトルの先端が楕円を描く場合、その光は楕円偏光と呼ばれる。共鳴光対の光路上に光路と直交するように波長板を置いてその面を回転させると、偏光状態が変化して直交偏光と円偏光の間に連続的に変化する楕円偏光が存在することが分かる。従って、楕円偏光であってもＥＩＴ現象による光出力信号のＳＮ比を向上させることができる。
【００２６】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。第４の実施形態は、図７の構成に波長板４０を追加した構成である。即ち、ＬＤ２とセル５の間に波長板４０を光路と直交するように配置したものである。ＬＤ２から出射した直線偏光の共鳴光対１１は波長板４０に入射して、９０度位相が偏光されて円偏光１１ａとなる。尚、波長板４０はＬＤ２とセル５の間であれば何処でも良く、ＬＤ２の出射面の近傍や、セル５の入射口の近傍でも構わない。
【００２７】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る原子発振器の構成を示す図である。第５の実施形態は、図６の構成に波長板４０を追加した構成である。即ち、ＥＯＭ３とセル５の間に波長板４０を光路と直交するように配置したものである。ＬＤ２から出射した直線偏光の共鳴光対１１はＥＯＭ３により変調されて共鳴光１２となり、波長板４０に入射して、９０度位相が偏光されて円偏光１２ａとなる。尚、波長板４０はＥＯＭ３とセル５の間であれば何処でも良く、ＥＯＭ３の出射面の近傍や、セル５の入射口の近傍でも構わない。
即ち、波長板とは、直交する偏光成分の間に位相差を生じさせる複屈折素子のことである。位相差π（１８０°）を生じるものをλ／２板または半波長板と呼び、直線偏光の偏光方向を変えるために用いる。位相差π／２（９０°）を生じるものをλ／４板または四分の一波長板と呼び、直線偏光を円偏光（楕円偏光）に変換、また逆に円偏光（楕円偏光）を直線偏光に変換するために用いる。本実施形態では、直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変える必要があるため、λ／４板が使用され、ＬＤ２から出射した直線偏光の共鳴光対１１を波長板４０により円偏光又は楕円偏光に変えて、ガスセル５に入射させる必要がある。これにより、簡単な構成でＥＩＴ現象による光出力信号のＳＮ比を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  中心波長制御手段、２  ＬＤ、３  ＥＯＭ、４  ＥＯＭ、５  ガスセル、６  光検出器、７  周波数制御手段、８  電圧制御水晶発振器、９  発振器、１０  発振器、１１、１２、１３  共鳴光、１４、１５、１６  気体状のセシウム原子、１７  混合器１８、１９  変調信号、４０  波長板、４１  変調をかけないときの直線偏光された波形、４２  変調をかけないときの円偏光された波形、４３  変調をかけたときの直線偏光された波形、４４  変調をかけたときの楕円偏光された波形、４５  変調をかけたときの円偏光された波形、５０、５１、５２、５３、５４  原子発振器
【図１】
0005954457.tif 000002
【図２】
0005954457.tif 000003
【図３】
0005954457.tif 000004
【図４】
0005954457.tif 000005
【図５】
0005954457.tif 000006
【図６】
0005954457.tif 000007
【図７】
0005954457.tif 000008
【図８】
0005954457.tif 000009
【図９】
0005954457.tif 000010
【図１０】
0005954457.tif 000011
【図１１】
0005954457.tif 000012
【図１２】
0005954457.tif 000013