(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数差を有する２光波を含む光を発生させる光発生部と、
前記光が入射する金属原子と、
前記金属原子を透過した光を検出する光検出部と、
前記２光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部と、
前記掃引信号に同期して前記光検出部の出力信号を検波する検波部と、
前記掃引信号と前記検波部からの出力信号とに基づいて、前記２光波が共鳴光対となるように制御信号を生成する周波数制御部と、を備え、
前記掃引信号は、
前記金属原子を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、前記掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さいことを特徴とする量子干渉装置。
【請求項２】
前記掃引信号は、
前記基準点が、微分係数の絶対値が最も小さい請求項１に記載の量子干渉装置。
【請求項３】
前記掃引信号は、三角波信号である請求項１又は２に記載の量子干渉装置。
【請求項４】
前記掃引信号は、
前記基準点から極値点まで微分係数の絶対値が単調増加する請求項１又は２に記載の量子干渉装置。
【請求項５】
共鳴信号の線幅に対応させて前記掃引信号の振幅を調整するための振幅調整情報が記憶されている記憶部を備え、
前記掃引信号生成部は、
前記振幅調整情報に応じた振幅の前記掃引信号を生成する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の量子干渉装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の量子干渉装置を備えている原子発振器。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の量子干渉装置を備えている電子機器。
【請求項８】
共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる量子干渉方法であって、
所与の制御信号に応じた周波数差の２光波を含む光を発生させる光発生ステップと、
前記原子の集団に、前記２光波を含む光を照射する光照射ステップと、
前記原子の集団を透過した光を検出する光検出ステップと、
前記２光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成ステップと、
前記掃引信号に同期して前記光検出ステップで得られた信号を検波する検波ステップと、
前記掃引信号と前記検波ステップで得られた信号とに基づいて、前記２光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御ステップと、を含み、
前記掃引信号は、
前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい、量子干渉方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる量子干渉装置、原子発振器、電子機器及び量子干渉方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０に示すように、アルカリ金属原子は、タームシンボル2Ｓ1/2で表される基底準位と、タームシンボル2Ｐ1/2、2Ｐ3/2で表される２つの励起準位とを有することが知られている。さらに、2Ｓ1/2、2Ｐ1/2、2Ｐ3/2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、2Ｓ1/2はＩ＋１／２とＩ−１／２の２つの基底準位を持ち、2Ｐ1/2はＩ＋１／２とＩ−１／２の２つの励起準位を持ち、2Ｐ3/2はＩ＋３／２，Ｉ＋１／２，Ｉ−１／２，Ｉ−３／２の４つの励起準位を持っている。ここで、Ｉは核スピン量子数である。
【０００３】
2Ｓ1/2のＩ−１／２の基底準位にある原子は、Ｄ２線を吸収することで、2Ｐ3/2のＩ＋１／２，Ｉ−１／２，Ｉ−３／２のいずれかの励起準位に遷移することができるが、Ｉ＋３／２の励起準位に遷移することはできない。2Ｓ1/2のＩ＋１／２の基底準位にある原子は、Ｄ２線を吸収することで、2Ｐ3/2のＩ＋３／２，Ｉ＋１／２，Ｉ−１／２のいずれかの励起準位に遷移することができるが、Ｉ−３／２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、2Ｐ3/2のＩ＋１／２又はＩ−１／２の励起準位にある原子は、Ｄ２線を放出して2Ｓ1/2のＩ＋１／２又はＩ−１／２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、2Ｓ1/2のＩ＋１／２，Ｉ−１／２の２つの基底準位と2Ｐ3/2のＩ＋１／２又はＩ−１／２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。これに対して、2Ｐ3/2のＩ−３／２の励起準位にある原子は、Ｄ２線を放出して必ず2Ｓ1/2のＩ−１／２の基底準位（元の基底準位）に遷移し、同様に、2Ｐ3/2のＩ＋３／２の励起準位にある原子は、Ｄ２線を放出して必ず2Ｓ1/2のＩ＋１／２の基底準位（元の基底準位）に遷移する。すなわち、2Ｓ1/2のＩ＋１／２，Ｉ−１／２の２つの基底準位と2Ｐ3/2のＩ−３／２又はＩ＋３／２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。
【０００４】
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（2Ｓ1/2のＩ−１／２の基底準位）と励起準位（例えば、2Ｐ3/2のＩ＋１／２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（2Ｓ1/2のＩ＋１／２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。
【０００５】
従って、図１１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、ＥＩＴ信号のピークトップを検出し、アルカリ金属原子に照射する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。
【０００６】
図１２は、従来のＥＩＴ方式による原子発振器の一般的な構成の概略図である。図１２に示すように、従来のＥＩＴ方式による原子発振器は、電流駆動回路により発生した周波数ｆ0（＝ｖ／λ0：ｖは光の速度、λ0は光の波長）を設定するための駆動電流に、周波数がｆmの変調信号を重畳することにより、半導体レーザーに変調をかけて周波数がｆ0＋ｆmの光と周波数がｆ0−ｆmの光の２光波を発生させる。この２種類の光はガスセルに同時に照射され、光検出器によりガスセルを透過した光の強度を検出する。ガスセルは気体状のアルカリ金属原子とこれを封入する容器とから構成されており、同時に照射された２種類の光が共鳴光対となれば、アルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こし、ガスセルを透過する光の強度が大きくなる。そこで、この原子発振器は、光検出器が検出する光の強度が最大になるように電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillator）の発振周波数を制御し、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）を介して周波数がｆmの変調信号を生成する。この光検出器が検出する光の強度が最大になるタイミング、すなわち、ＥＩＴ信号のピークトップを正確に検出するために、低周波発振器が発生させる数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の正弦波を変調信号として電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の発振信号を周波数変調し、ＰＬＬに入力している。これにより、半導体レーザーが発生させる２光波の周波数差を正弦波の振幅によって決まる数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度の範囲で掃引し、検波回路により光検出器の検出信号を正弦波で同期検波することで、ＥＩＴ信号のピークトップを正確に検出している。例えば、２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数と一致していれば、図１３（Ａ）に示すように、周波数がｆs（周期が１／ｆs）の正弦波（掃引信号）のゼロクロス点ａ，ｃ，ｅがＥＩＴ信号のピークトップに正確に一致する。この状態では、光検出器の検出信号には、直流成分と周波数が２ｆs（周期が１／２ｆs）の一定振幅の低周波数成分が含まれるが、周波数がｆs（周期が１／ｆs）の低周波数成分は含まれない。従って、検波回路によってｆsの周波数成分は検波されない。一方、２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数よりもわずかに低くなると、図１３（Ｂ）に示すように、周波数がｆs（周期が１／ｆs）の正弦波のゼロクロス点ａ，ｃ，ｅがＥＩＴ信号のピークトップよりも低い方向にずれる。この状態では、光検出器の検出信号は、周波数が２ｆs（周期が１／２ｆs）で１／ｆs周期毎に振幅が変化する。つまり、光検出器の検出信号には、直流成分と２ｆsの周波数成分以外に、ｆsの周波数成分も含まれる。従って、検波回路によってｆsの周波数成分が検波され、検波回路の出力信号の電圧値は、図１３（Ａ）の場合の電圧値（基準電圧値）よりも高い電圧値となる。この検波回路の出力信号が電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）に入力されるので、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の発振周波数は高い方向（２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数に一致する方向）に変化する。なお、図示を省略するが、２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数よりもわずかに高くなった場合、周波数がｆs（周期が１／ｆs）の正弦波のゼロクロス点ａ，ｃ，ｅがＥＩＴ信号のピークトップよりも高い方向にずれるの��、光検出器の検出信号は、図１３（Ｂ）の信号に対して位相が１８０度異なる信号となる。従って、検波回路の出力信号の電圧値は負（基準電圧値よりも低い電圧値）となり、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の発振周波数は低い方向（２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数に一致する方向）に変化する。このような構成によれば、半導体レーザーが出射する、周波数がｆ0＋ｆmの光と周波数がｆ0−ｆmの光の周波数差２ｆmがΔＥ12に相当する周波数と一致するように、すなわち、変調信号の周波数ｆmがΔＥ12に相当する周波数の１／２の周波数と一致するように制御がかかる。従って、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の発振動作が極めて安定に継続し、周波数安定度が極めて高い発振信号を発生させることができる。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、掃引周期（検波周期）が短いほど周波数の短期安定度を高めることができるので、掃引信号の周波数（掃引速度）をできるだけ高くすることが望ましい。ところが、掃引周波数（掃引速度）が高すぎると、原子のラビ振動の周波数に対して無視できなくなり、観測されるＥＩＴ信号の対称性が崩れる現象が見られる。図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、２光波の周波数差の掃引速度を変えて観測されるＥＩＴ信号のプロファイルのシミュレーション結果を示した図であり、図１４（Ａ）は掃引速度が最も遅く、図１４（Ｃ）は掃引速度が最も速く、図１４（Ｂ）は掃引速度が図１４（Ａ）と図１４（Ｃ）の間の場合のシミュレーション結果である。図１４（Ａ）のように、十分にゆっくりと掃引すると正しい対称な信号プロファイルが得られる。一方、図１４（Ｂ）や図１４（Ｃ）のように、掃引速度が速すぎると共鳴点（ＥＩＴ信号のピークトップ）を過ぎてから信号プロファイルが崩れ、正確な共鳴信号を取得できなくなる。これは、観測系が掃引中に平衡状態を保てなかったことによるもので、掃引速度に最も敏感なのは、共鳴点であるピークトップ近傍であることが知られている。
【０００９】
前述したように、従来の原子発振器では、掃引信号として正弦波を用いており、正弦波のゼロクロス点付近がＥＩＴ信号のピークトップ付近に対応している。ところが、正弦波のゼロクロス点は、時間変化率が最も大きいため、ＥＩＴ信号のピークトップでの掃引速度が最も速く、掃引信号の周波数を高くするとＥＩＴ信号の対称性が崩れやすい。前述した検波の原理より、変調信号の周波数ｆmがΔＥ12に相当する周波数の１／２の周波数と正確に一致するように制御がかかるためには、ＥＩＴ信号が左右対称であることが前提となっている。逆に、ＥＩＴ信号が左右非対称であれば、変調信号の周波数ｆmとΔＥ12に相当する周波数の１／２の周波数がわずかにずれた状態で安定する可能性がある。このような状態では、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の発振周波数に誤差が生じ、周波数精度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、周波数の短期安定度を維持しながら従来よりも周波数精度を向上させることができる量子干渉装置、原子発振器、電子機器及び量子干渉方法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は、共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる量子干渉装置であって、所与の制御信号に応じた周波数差の２光波を含む光を発生させる光発生部と、光発生部が発生させた光が入射する前記原子の集団と、前記原子の集団を透過した光を検出する光検出部と、前記２光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部と、前記掃引信号に同期して前記光検出部の出力信号を検波する検波部と、前記掃引信号と前記検波部の出力信号とに基づいて、前記２光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御部と、を含み、前記掃引信号は、前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい。
【００１３】
本適用例に係る量子干渉装置では、原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における当該基準点の微分係数の絶対値よりも小さい掃引信号を用いて、光発生部が発生させる２光波の周波数差を掃引する。これにより、掃引信号として正弦波を用いた従来の手法と比較して、ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度を遅くすることができるので、ＥＩＴ信号の対称性を維持できる掃引周波数の限界値を従来よりも高くすることができる。従って、本適用例に係る量子干渉装置によれば、周波数の短期安定度を維持しながら従来よりも周波数精度を向上させることができる。
【００１４】
例えば、前記周波数制御部は、前記検波部の出力信号に応じた周波数の発振信号を生成する周波数可変発振部と、前記周波数可変発振部の前記発振信号を前記掃引信号で変調する変調部と、前記２光波が前記共鳴光対となるように、前記変調部の出力信号を周波数変換して前記制御信号を生成する周波数変換部と、を含むようにしてもよい。
【００１５】
また、例えば、前記掃引信号生成部は、所与の周波数の発振信号を生成する発振部と、前記発振部の前記発振信号を波形整形し、当該発振信号と同期した前記掃引信号を生成する波形整形部と、を含み、前記検波部は、前記発振部の前記発振信号を用いて前記光検出部の出力信号を検波するようにしてもよい。
【００１６】
［適用例２］
上記適用例に係る量子干渉装置において、前記掃引信号は、前記基準点が、微分係数の絶対値が最も小さくてもよい。
【００１７】
本適用例に係る量子干渉装置によれば、基準点において微分係数の絶対値が最小となる掃引信号を用いることで、ＥＩＴ信号のピークトップの掃引速度を最も遅くすることができる。
【００１８】
［適用例３］
上記適用例に係る量子干渉装置において、前記掃引信号は、三角波信号であってもよい。
【００１９】
本適用例に係る量子干渉装置によれば、比較的容易に生成可能な三角波信号を掃引信号として用いることで、正弦波を掃引信号として用いた場合と比較してＥＩＴ信号のピークトップの掃引速度を遅くすることができる。
【００２０】
［適用例４］
上記適用例に係る量子干渉装置において、前記掃引信号は、前記基準点から極値点まで微分係数の絶対値が単調増加するようにしてもよい。
【００２１】
本適用例に係る量子干渉装置によれば、基準点から極値点まで微分係数の絶対値が単調増加する掃引信号を用いることで、掃引速度に最も敏感なピークトップ付近では掃引速度を遅くし、ピークトップから離れるほど掃引速度を速くすることができる。従って、本適用例に係る量子干渉装置によれば、ＥＩＴ信号の対称性を維持できる掃引周波数の限界値をより高くすることができるので、周波数の短期安定度をより向上させることができる。
【００２２】
［適用例５］
上記適用例に係る量子干渉装置は、共鳴信号の線幅に対応させて前記掃引信号の振幅を調整するための振幅調整情報が記憶されている記憶部を含み、前記掃引信号生成部は、前記振幅調整情報に応じた振幅の前記掃引信号を生成するようにしてもよい。
【００２３】
本適用例に係る量子干渉装置によれば、量子干渉装置毎のＥＩＴ信号の違い（ばらつき）を考慮し、振幅調整情報によりＥＩＴ信号の線幅に対応させて掃引信号の振幅を調整することで、ＥＩＴ信号の対称性とピークトップの高い検出感度を維持することができる。従って、本適用例に係る量子干渉装置によれば、周波数の短期安定度を維持しながら周波数精度をより向上させることができる。
【００２４】
［適用例６］
本適用例に係る原子発振器は、共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる原子発振器であって、所与の制御信号に応じた周波数差の２光波を含む光を発生させる光発生部と、光発生部が発生させた光が入射する前記原子の集団と、前記原子の集団を透過した光を検出する光検出部と、前記２光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部と、前記掃引信号に同期して前記光検出部の出力信号を検波する検波部と、前記掃引信号と前記検波部の出力信号とに基づいて、前記２光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御部と、を含み、前記掃引信号は、前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい。
【００２５】
本適用例に係る原子発振器では、原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における当該基準点の微分係数の絶対値よりも小さい掃引信号を用いて、光発生部が発生させる２光波の周波数差を掃引する。これにより、掃引信号として正弦波を用いた従来の手法と比較して、ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度を遅くすることができるので、ＥＩＴ信号の対称性を維持できる掃引周波数の限界値を従来よりも高くすることができる。従って、本適用例に係る原子発振器によれば、周波数の短期安定度を維持しながら従来よりも周波数精度を向上させることができる。
【００２６】
［適用例７］
本適用例に係る電子機器は、上記の原子発振器を備える。
【００２７】
［適用例８］
本適用例に係る量子干渉方法は、共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる量子干渉方法であって、所与の制御信号に応じた周波数差の２光波を含む光を発生させる光発生ステップと、前記原子の集団に、前記２光波を含む光を照射する光照射ステップと、前記原子の集団を透過した光を検出する光検出ステップと、前記２光波の周波数差を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成ステップと、前記掃引信号に同期して前記光検出ステップで得られた信号を検波する検波ステップと、前記掃引信号と前記検波ステップで得られた信号とに基づいて、前記２光波が前記共鳴光対となるように前記制御信号を生成する周波数制御ステップと、を含み、前記掃引信号は、前記原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における前記基準点の微分係数の絶対値よりも小さい。
【００２８】
本適用例に係る量子干渉方法では、原子の集団を透過する光の強度を極大にする基準点の微分係数の絶対値が、当該掃引信号と同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における当該基準点の微分係数の絶対値よりも小さい掃引信号を用いて、光発生部が発生させる２光波の周波数差を掃引する。これにより、掃引信号として正弦波を用いた従来の手法と比較して、ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度を遅くすることができるので、ＥＩＴ信号の対称性を維持できる掃引周波数の限界値を従来よりも高くすることができる。従って、本適用例に係る量子干渉方法によれば、周波数の短期安定度を維持しながら従来よりも周波数精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態の原子発振器の構成例を示す図。
【図２】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３】掃引信号の一例である三角波信号を示す図。
【図４】ＥＩＴ信号の掃引についての説明図。
【図５】第２実施形態の原子発振器の構成例を示す図。
【図６】ＥＩＴ信号の掃引についての説明図。
【図７】本実施形態の電子機器の模式図。
【図８】掃引信号の他の一例を示す図。
【図９】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１０】アルカリ金属原子のエネルギー準位を模式的に示す図。
【図１１】ＥＩＴ信号の一例を示す概略図。
【図１２】従来のＥＩＴ方式による原子発振器の一般的な構成の概略図。
【図１３】ＥＩＴ信号の掃引についての説明図。
【図１４】掃引速度とＥＩＴ信号の関係のシミュレーション結果を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
１．第１実施形態
１−１．機能構成
図１は、本実施形態の原子発振器の構成例を示す図である。図１に示すように、第１実施形態の原子発振器１は、半導体レーザー１１０、ガスセル１２０、光検出器１３０、検波回路１４０、変調回路１５０、低周波発振器１６０、検波回路１７０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０、周波数変調回路１９０、低周波発振器２００、周波数変換回路２１０、駆動回路２２０、波形整形回路２３０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。
【００３３】
半導体レーザー１１０（光発光部の一例）は、複数の２光波を含む光を発生させ、ガスセル１２０に照射する。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。特に、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、チップの上面に発光部を形成するので小型化に特に有利である。
【００３４】
ガスセル１２０は、容器中に気体状のアルカリ金属原子（ナトリウム（Ｎａ）原子、ルビジウム（Ｒｂ）原子、セシウム（Ｃｓ）原子等）（原子の集団の一例）が封入されたものであり、ガスセル１２０を透過した光は、光検出器１３０に入射する。
【００３５】
光検出器１３０（光検出部の一例）は、入射した光を検出し、光の強度に応じた検出信号を出力する。光検出器１３０として、フォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）等が用いられる。
【００３６】
光検出器１３０の出力信号は検波回路１４０と検波回路１７０に入力される。検波回路１４０（検波部の一例）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１６０の発振信号を用いて光検出器１３０の出力信号を同期検波する。変調回路１５０は、検波回路１４０による同期検波を可能とするために、低周波発振器１６０の発振信号（検波回路１４０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１４０の出力信号を変調して駆動回路２２０に出力する。変調回路１５０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。
【００３７】
検波回路１７０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２００（発振部の一例）の発振信号を用いて光検出器１３０の出力信号を同期検波する。そして、検波回路１７０の出力信号の大きさに応じて、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０（周波数可変発振部の一例）の発振周波数が微調整される。電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０は、例えば、数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度で発振する。
【００３８】
波形整形回路２３０（波形整形部の一例）は、低周波発振器２００の発振信号（振幅がＶS、周波数がｆsの正弦波）を波形整形し、光検出器１３０の出力信号を極大にする（ガスセル１２０を透過する光の強度を極大にする）基準点（ＥＩＴ信号（共鳴信号）のピークトップに対応する点）の微分係数（基準点における接線の傾き）の絶対値が、当該発振信号における当該基準点の微分係数の絶対値よりも小さい掃引信号を生成する。図３は、このような掃引信号の一例である三角波信号を示す図である。図３に示す三角波信号は、振幅がＶS（正負のピーク値がそれぞれ＋ＶS及び−ＶS）の三角波が周期Ｔｓ（＝１／ｆs）で繰り返される周期信号であり、電圧ｖと時間ｔの関係は、次式（１）で表される。なお、式（１）において、ｎは０又は正の整数である。
【００３９】
【数１】
0005950097.tif 000002
【００４０】
この三角波信号のゼロクロス点（基準点の一例）の微分係数（時間微分値）の絶対値は、４ＶSｆsである。一方、振幅がＶS、周波数がｆsの正弦波（図３の破線の波形）のゼロクロス点（基準点の一例）の微分係数（時間微分値）の絶対値は、２πＶSｆsである。従って、式（１）で表される三角波信号は、本実施形態における掃引信号の要件を満たしている。
【００４１】
周波数変調回路１９０（変調部の一例）は、検波回路１７０による同期検波を可能とするために、波形整形回路２３０の出力信号（掃引信号）を変調信号として電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０の出力信号を変調する。
【００４２】
周波数変換回路２１０（周波数変換部の一例）は、一定の周波数変換率で周波数変調回路１９０の出力信号を周波数変換して駆動回路２２０に出力する。周波数変換回路２１０は、例えば、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路により実現することができる。
【００４３】
駆動回路２２０は、半導体レーザー１１０のバイアス電流を設定するとともに、変調回路１５０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１１０に供給する。すなわち、半導体レーザー１１０、ガスセル１２０、光検出器１３０、検波回路１４０、変調回路１５０、駆動回路２２０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１１０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。
【００４４】
具体的には、アルカリ金属原子の2Ｐ3/2のＩ−１／２の励起準位（Ｉ＋１／２の励起準位でもよい）と2Ｓ1/2のＩ−１／２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）、アルカリ金属原子の2Ｐ3/2のＩ−１／２の励起準位（Ｉ＋１／２の励起準位でもよい）と2Ｓ1/2のＩ＋１／２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、中心波長λ0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）ように制御される。あるいは、アルカリ金属原子の2Ｐ1/2のＩ−１／２の励起準位（Ｉ＋１／２の励起準位でもよい）と2Ｓ1/2のＩ−１／２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）、アルカリ金属原子の2Ｐ1/2のＩ−１／２の励起準位（Ｉ＋１／２の励起準位でもよい）と2Ｓ1/2のＩ＋１／２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、中心波長λ0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）ように制御されるようにしてもよい。
【００４５】
駆動回路２２０は、さらに、バイアス電流に、周波数変換回路２１０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１１０に供給する。この変調電流により、半導体レーザー１１０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。図２に、半導体レーザー１１０の出射光の周波数スペクトラムを示す。図２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。
【００４６】
本実施形態では、半導体レーザー１１０、ガスセル１２０、光検出器１３０、検波回路１７０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０、周波数変調回路１９０、周波数変換回路２１０、駆動回路２２０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、波形整形回路２３０の出力信号を掃引信号として、半導体レーザー１１０が発生させる周波数ｆ0＋ｆmの光と周波数ｆ0−ｆmの光の２光波の周波数差が掃引される。そして、検波回路１７０により光検出器１３０の検出信号を低周波発振器２００の発振信号（正弦波）で同期検波することで、光検出器１３０が検出する光の強度が最大になるタイミング、すなわち、ＥＩＴ信号のピークトップが正確に検出される。
【００４７】
例えば、掃引信号を三角波信号とした場合、２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数と一致していれば、図４（Ａ）に示すように、三角波信号（掃引信号）のゼロクロス点ａ，ｃ，ｅがＥＩＴ信号のピークトップに正確に一致する。この状態では、光検出器１３０の検出信号は、基本周波数が２ｆs（周期が１／２ｆs）の三角波信号となり、直流成分と２ｆsの周波数成分が大きいが、ｆsの周波数成分は小さい。従って、検波回路１７０によってｆsの周波数成分はほとんど検波されない。一方、２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数よりもわずかに低くなると、図４（Ｂ）に示すように、三角波信号（掃引信号）のゼロクロス点ａ，ｃ，ｅがＥＩＴ信号のピークトップよりも低い方向にずれる。この状態では、光検出器１３０の検出信号は、基本周波数が２ｆs（周期が１／２ｆs）で１／ｆs周期毎に振幅が変化する三角波信号となる。つまり、光検出器の検出信号には、直流成分と２ｆsの周波数成分だけでなく、ｆsの周波数成分も大きい。従って、検波回路１７０によってｆsの周波数成分が検波され、検波回路１７０の出力信号の電圧値は、図４（Ａ）の場合の電圧値（基準電圧値）よりも高い電圧値となる。この検波回路１７０の出力信号が電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）に入力されるので、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の発振周波数は高い方向（２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数に一致する方向）に変化する。なお、図示を省略するが、２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数よりもわずかに高くなった場合、三角波信号（掃引信号）のゼロクロス点ａ，ｃ，ｅがＥＩＴ信号のピークトップよりも高い方向にずれるので、光検出器１３０の検出信号は、図４（Ｂ）の信号に対して位相が１８０度異なる信号となる。従って、検波回路１７０の出力信号の電圧値は基準電圧値よりも低い電圧値となり、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の発振周波数は低い方向（２光波の周波数差がΔＥ12に相当する周波数に一致する方向）に変化する。
【００４８】
このようにして検出されたＥＩＴ信号のピークトップをプローブとすることで、周波数ｆ0＋ｆmの光と周波数ｆ0−ｆmの光の２光波がＥＩＴ発現効率を最大にする共鳴光対となるように、すなわち、この２光波の周波数差２ｆmがΔＥ12に相当する周波数ｆ12と正確に一致するように微調整される。言い換えると、第２のフィードバックループにより、周波数変換回路２１０の出力周波数ｆmがｆ12／２と正確に一致するように微調整される。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なので、周波数変換回路２８０の出力信号の周波数が４．５９６３１５８８５ＧＨｚと一致した状態で安定する。
【００４９】
以上に説明したように、本実施形態の原子発振器では、三角波信号のように、ゼロクロス点（ＥＩＴ信号のピークトップに対応する点）の微分係数の絶対値が、低周波発振器２００の発振信号（正弦波）におけるゼロクロス点の微分係数の絶対値よりも小さい掃引信号を用いて、半導体レーザー１１０が発生させる周波数ｆ0＋ｆmの光と周波数ｆ0−ｆmの光の２光波の周波数差を掃引する。これにより、掃引信号として低周波発振器の発振信号（正弦波）を用いる従来の原子発振器と比較して、ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度を遅くすることができる。例えば、振幅がＶs、周波数がｆsの正弦波のゼロクロス点における微分係数の絶対値は２πＶSｆsであるのに対して、基本周波数がｆsの三角波信号のゼロクロス点における微分係数の絶対値は４ＶSｆsなので、掃引信号として三角波信号を用いることで、ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度を従来の約６４％まで遅くすることができる。
【００５０】
その結果、ＥＩＴ信号の対称性を維持できる掃引周波数の限界値を従来よりも高くすることができる。従って、本実施形態の原子発振器によれば、周波数の短期安定度を維持しながら従来よりも周波数精度を向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、低周波発振器２００と波形整形回路２３０により、変調信号生成部１０が構成されているが、掃引信号生成部１０の構成は、これに限られず、光検出器１３０（光検出部）の出力信号を極大にする（ガスセル１２０を透過する光の強度を極大にする）基準点（ＥＩＴ信号のピークトップに対応する点）の微分係数が、同じ振幅かつ同じ周波数の正弦波における当該基準点の微分係数よりも小さい掃引信号を生成する構成であればよい。また、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０、周波数変調回路１９０、周波数変換回路２１０により、周波数制御部２０が構成されているが、周波数制御部２０の構成は、これに限られず、掃引信号と検波回路１７０（検波部）の出力信号とに基づいて、半導体レーザー１１０（光発生部）が発生させる２光波が共鳴光対となるように半導体レーザー１１０（光発生部）の制御信号を生成する構成であればよい。
【００５２】
２．第２実施形態
ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度の限界値は、ＥＩＴ信号の線幅に依存する。例えば、ＥＩＴ信号の線幅が１０倍になれば、ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度の限界値も１０倍程度高くなる。掃引信号の振幅を大きくすれば、ゼロクロス点の微分係数の絶対値が大きくなるため、ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度が速くなる。逆に、掃引信号の振幅を小さくすれば、ゼロクロス点の微分係数の絶対値が小さくなるため、ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度が遅くなる。そこで、第２実施形態の原子発振器では、あらかじめ観測されたＥＩＴ信号の線幅に対応させて掃引信号の振幅を調整する。
【００５３】
図５は、第２実施形態の原子発振器の構成例を示す図である。図５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。図５に示すように、第２実施形態の原子発振器１は、第１実施形態と同様の構成要素に加えて、記憶部３０と振幅調整回路２３０が追加されている。なお、本実施形態の原子発振器は、適宜、図５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。
【００５４】
記憶部３０は、不揮発性の記憶部であり、振幅調整情報３００が記憶されている。振幅調整情報３００は、あらかじめ観測されたＥＩＴ信号の線幅（半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum））に対応させて掃引信号の振幅を調整するための情報である。例えば、原子発振器１の検査工程等においてＥＩＴ信号を観測し、観測されたＥＩＴ信号の線幅が広いほど掃引信号の振幅を大きくするような振幅調整情報３００が記憶部３０に書き込まれる。記憶部３０は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）で実現することができる。
【００５５】
振幅調整回路２３０は、記憶部３０に記憶されている振幅調整情報３００に応じて、波形整形回路２３０が生成した掃引信号の振幅を調整する。例えば、振幅調整回路２３０は、振幅調整情報３００に応じて可変利得増幅器の利得を変えることで掃引信号の振幅を調整するようにしてもよいし、振幅調整情報３００に応じて可変アッテネーターの減衰量を変えることで掃引信号の振幅を調整するようにしてもよい。
【００５６】
例えば、掃引信号の振幅が、観測されたＥＩＴ信号の線幅に比例するように、振幅調整情報３００を決定してもよい。例えば、図６（Ａ）に示すように、あらかじめ観測されたＥＩＴ信号の線幅がＡであれば、掃引信号の振幅がＶｓになるような振幅調整情報３００を記憶部３０に書き込み、図６（Ｂ）に示すように、あらかじめ観測されたＥＩＴ信号の線幅が２Ａであれば、掃引信号の振幅が２Ｖｓになるような振幅調整情報３００を記憶部３０に書き込めばよい。観測されたＥＩＴ信号の線幅に対応させて掃引信号の振幅を２倍にすると、掃引信号のゼロクロス点の微分係数の絶対値も２倍になる。そのため、ＥＩＴ信号のピークトップ付近の掃引速度も２倍になるが、ＥＩＴ信号の線幅が２倍になっているためその対称性は失われない。そして、掃引信号の振幅をＥＩＴ信号の線幅に比例させることで、掃引信号の振幅を固定した場合と比較して、掃引により光検出器１３０の検出信号に含まれる周波数成分のレベルを高くすることができるので、ＥＩＴ信号のピークトップの検出感度を高くすることができる。
【００５７】
なお、必ずしも掃引信号の振幅をＥＩＴ信号の線幅に比例させなくてもよい。例えば、ＥＩＴ信号の対称性が崩れない掃引信号の振幅の限界値（最大値）を検査しておき、掃引信号の振幅が当該限界値付近になるような振幅調整情報３００を記憶部３０に書き込んでもよい。このようにすれば、ＥＩＴ信号のピークトップの検出感度を限界付近まで高くすることができる。
【００５８】
以上に説明したように、本実施形態の原子発振器によれば、原子発振器毎のＥＩＴ信号の違い（ばらつき）を考慮し、振幅調整情報３００によりＥＩＴ信号の線幅に対応させて掃引信号の振幅を調整することで、ＥＩＴ信号の対称性とピークトップの高い検出感度を維持することができる。従って、本実施形態の原子発振器によれば、周波数の短期安定度を維持しながら周波数精度をより向上させることができる。
【００５９】
３．電子機器
図７に、本実施形態の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７において、携帯端末５００（ＰＨＳを含む）は、複数の操作ボタン５０２、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。
【００６０】
４．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。
【００６１】
［変形例１］
本実施形態の原子発振器では、掃引信号として三角波信号を用いているが、例えば、図８に示すような波形の掃引信号でもよい。図８に示す掃引信号は、振幅がＶS（正負のピーク値がそれぞれ＋ＶS及び−ＶS）の所定の波形が周期Ｔｓ（＝１／ｆs）で繰り返される周期信号であり、電圧ｖと時間ｔの関係は、次式（２）で表される。なお、式（２）において、ｎは０又は正の整数である。
【００６２】
【数２】
0005950097.tif 000003
【００６３】
この掃引信号のゼロクロス点（基準点）の微分係数は０である。一方、振幅がＶS、周波数がｆsの正弦波（図８の破線の波形）のゼロクロス点（基準点）の微分係数の絶対値は２πＶSｆsである。従って、式（２）で表される信号は、本実施形態における掃引信号の要件を満たしている。
【００６４】
なお、式（２）で表される信号は、ゼロクロス点（基準点）の微分係数の絶対値が最小である。基準点において微分係数の絶対値が最小となる掃引信号を用いることで、ＥＩＴ信号のピークトップの掃引速度を最も遅くすることができる。
【００６５】
また、式（２）で表される信号は、ゼロクロス点（基準点）から極大点まで微分係数が単調増加し、ゼロクロス点（基準点）から極小点まで微分係数が単調減少している。このように、基準点から極値点まで微分係数の絶対値が単調増加する掃引信号を用いることで、掃引速度に最も敏感なピークトップ付近では掃引速度を遅くし、ピークトップから離れるほど掃引速度を速くすることができる。従って、ＥＩＴ信号の対称性を維持できる掃引周波数の限界値を高くすることができるので、原子発振器の周波数の短期安定度をより向上させることができる。
【００６６】
［変形例２］
本実施形態の原子発振器において、半導体レーザー１１０の中心波長λ0（中心周波数ｆ0）が、ガスセル１２０に封入されたアルカリ金属原子の2Ｐ1/2のＩ−１／２の励起準位（Ｉ＋１／２の励起準位でもよい）と2Ｓ1/2のＩ＋１／２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）にほぼ一致するようにバイアス電流を設定するとともに、周波数変換回路２１０が周波数変調回路１９０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。あるいは、本実施形態の原子発振器１において、半導体レーザー１１０の中心波長λ0（中心周波数ｆ0）が、ガスセル１２０に封入されたアルカリ金属原子の2Ｐ1/2のＩ−１／２の励起準位（Ｉ＋１／２の励起準位でもよい）と2Ｓ1/2のＩ−１／２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）にほぼ一致するようにバイアス電流を設定するとともに、周波数変換回路２１０が周波数変調回路１９０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。
【００６７】
図９（Ａ）は、前者のケースの半導体レーザー１１０の出射光の周波数スペクトルを示す概略図であり、図９（Ｂ）は、後者のケースの半導体レーザー１１０の出射光の周波数スペクトルを示す概略図である。図９（Ａ）及び図９（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９（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ΔＥ12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１２０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９（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１２０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。
【００６８】
［変形例３］
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１１０は、周波数変換回路２１０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２１０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２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１２０に照射される。この原子発振器では、半導体レーザー１１０と電気光学変調器（ＥＯＭ）による構成が光発生部に相当する。
【００６９】
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。
【００７０】
５．応用例
本実施形態又は変形例の原子発振器の構成は、共鳴光対によって原子に電磁誘起透過現象を発生させる様々な量子干渉装置に応用することができる。量子干渉装置とは、原子の量子干渉状態を利用するすべての装置であり、本実施形態で説明したＥＩＴ発現部（ＥＩＴ発現装置）も量子干渉装置に含まれる。
【００７１】
［応用例１］
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、ガスセル１２０の周辺の磁場の変化に追従して電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０の発振周波数が変化するため、ガスセル１２０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。
【００７２】
［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１２０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。
【００７３】
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。
【００７４】
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】
【００７５】
１  原子発振器、１０  掃引信号生成部、２０  周波数制御部、３０  記憶部、１１０  半導体レーザー、１２０  ガスセル、１２１，１２３  ガスセルの底面、１３０  光検出器、１４０  検波回路、１５０  変調回路、１６０  低周波発振器、１７０  検波回路、１８０  電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、１９０  周波数変調回路、２００  低周波発振器、２１０  周波数変換回路、２２０  駆動回路、２３０  波形整形回路、２４０  振幅調整回路、３００  振幅調整情報、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】
0005950097.tif 000004
【図２】
0005950097.tif 000005
【図３】
0005950097.tif 000006
【図４】
0005950097.tif 000007
【図５】
0005950097.tif 000008
【図６】
0005950097.tif 000009
【図７】
0005950097.tif 000010
【図８】
0005950097.tif 000011
【図９】
0005950097.tif 000012
【図１０】
0005950097.tif 000013
【図１１】
0005950097.tif 000014
【図１２】
0005950097.tif 000015
【図１３】
0005950097.tif 000016
【図１４】
0005950097.tif 000017