(57)【要約】【課題】低コストで実現可能な光ポンプ周波数標準器を提供する。【解決手段】安定化された周波数信号を生成するための装置(20)を開示する。装置(20)は、第１、第２、及び第３のエネルギー状態を有する量子吸収器(13)を備える。量子吸収器(13)は、周波数νＬの電磁放射を生成する第１の放射源(21)によって照射される。この電磁放射は第１と第３のエネルギー状態間の遷移を誘起する。量子吸収器(13)は、周波数νＭの電磁放射を生成する第２の放射源(18)によっても照射される。この電磁放射は、第１と第２のエネルギー状態間の遷移を誘起する。量子吸収器(13)から出る、νＬを含む周波数範囲内の放射レベルを示す検出器信号を生成する検出器が複数のサーボループによって使用される。サーボループの１つが、検出器信号を最小化または最大化するνＬの値を決定し、他の１つのサーボループ(31)が、第１の放射源(21)の強度に対するνＭの依存度を低減するオフセット信号を決定する。【選択図】図２
2006115513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエネルギー状態、第２のエネルギー状態、および第３のエネルギー状態を有する材料を含む吸収体（１３）と、
前記第１と第３のエネルギー状態間で遷移を引き起こす周波数νＬを有する第１の電磁ポンピング放射を生成し、かつ、前記吸収体（１３）をあるポンピング放射強度で照射する第１の放射源（２１）であって、前記第１と第２のエネルギー状態が前記ポンピング放射強度に依存するある量だけエネルギーが異なる、第１の放射源（２１）と、
前記第１と第２のエネルギー状態間で遷移を引き起こす周波数νＭを有する第２の電磁放射を生成し、かつ、前記吸収体（１３）を照射する第２の電磁放射源（１８）と、
前記吸収体（１３）による前記第１の電磁放射の吸収を目標値に維持するようにνＭを設定する第１のコントローラ（１６）と、
νＬをνＭＡＸからオフセットされた値に設定する第２のコントローラ（２２）であって、νＭＡＸが、前記吸収体（１３）による前記第１の電磁放射の吸収が最大になるνＬの値であり、νＬにおける前記ポンピング放射強度に対する前記第１と第２のエネルギー状態間の前記エネルギー差の前記依存度が、νＭＡＸにおける前記ポンピング放射強度に対する前記第１と第２のエネルギー状態間の前記エネルギー差の依存度よりも小さくなるように前記オフセットが選択される、第２のコントローラ（２２）
を備える、装置（２０）。
【請求項２】
νＭによって決定された周波数を有する信号を生成する出力回路をさらに備える、請求項１に記載の装置（２０）。
【請求項３】
前記第１の放射源（２１）がレーザを含み、前記第２の放射源（１８）がマイクロ波発生器を含む、請求項１に記載の装置（２０）。
【請求項４】
前記第２のコントローラ（２２）が、νＭＡＸを決定する第１のサーボループ（２７）を含む、請求項１に記載の装置（２０）。
【請求項５】
前記第２のコントローラ（２２）が、前記オフセットを決定する第２のサーボループ（３１）をさらに含む、請求項４に記載の装置（２０）。  
【請求項６】
前記第２のサーボループ（３１）が、前記ポンピング放射強度の第１と第２の値における前記第１と第２のエネルギー状態間の前記エネルギー差を決定することによって前記オフセットを決定する、請求項５に記載の装置（２０）。
【請求項７】
前記第２のサーボループ（３１）が、前記ポンピング放射強度を変調し、前記第１と第２のエネルギー状態間の前記エネルギー差の変化を決定することによって前記オフセットを決定する、請求項５に記載の装置（２０）。
【請求項８】
前記第２のサーボループ（３１）が、前記ポンピング放射強度の第１と第２の値における前記第１のコントローラ（１６）によって生成されたエラー信号を決定することによって前記オフセットを決定する、請求項５に記載の装置（２０）。
【請求項９】
前記第２のサーボループ（３１）が、前記ポンピング放射強度の第１と第２の値におけるνＭを決定することによって前記オフセットを決定する、請求項５に記載の装置（２０）。
【請求項１０】
前記第２のコントローラ（２２）が、一定のオフセットとνＭＡＸを使用してνＬを設定する、請求項４に記載の装置（２０）。
【請求項１１】
前記吸収体（１３）が、水素、ルビジウムまたはセシウムの同位体からなるグループから選択されたアルカリ金属、周期表のIIＡ族とIIＢ族からのイオン、または、Ｙｂ＋からなる、請求項１に記載の装置（２０）。
【請求項１２】
第１と第３のエネルギー状態間で遷移を引き起こす周波数νＬを有する第１の電磁ポンピング放射で、前記第１、第２および前記第３のエネルギー状態を有する材料からなる吸収体（１３）を照射するステップであって、前記第１の電磁放射があるポンピング放射強度を有し、前記第１と第２のエネルギー状態が前記ポンピング放射強度に依存するある量だけエネルギーが異なる、ステップと、
前記第１と第２のエネルギー状態間で遷移を引き起こす周波数νＭを有する第２の電磁放射で前記吸収体（１３）を照射するステップと、
前記吸収体（１３）による前記第１の電磁放射の吸収を維持するようにνＭを目標値に設定するステップと、
νＬをνＭＡＸからオフセットされた値に設定するステップであって、νＭＡＸは、前記吸収体（１３）による前記第１の電磁放射の吸収が最大になるνＬの値であり、前記オフセットは、νＬにおける前記電磁ポンピング放射強度に対する前記第１と第２のエネルギー状態間の前記エネルギー差の依存度が、νＭＡＸにおける前記ポンピング放射強度に対する前記第１と前記第２のエネルギー状態間の前記エネルギー差の依存度よりも小さくなるように選択される、ステップ
とを含む、放射源の周波数を安定させるための方法。
【請求項１３】
νＭによって決定された周波数を有する出力信号を生成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
νＭＡＸが、νＬの異なる値における、前記吸収体（１３）による前記第１の電磁放射の吸収を決定することによって決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
νＭＡＸが、νＬを変調することによって決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記オフセットが、前記ポンピング放射強度の異なる値における前記第１と第２のエネルギー状態間の前記エネルギー差を決定することによって決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記オフセットが、前記ポンピング放射強度を変調し、及び、前記第１と第２のエネルギー状態間の前記エネルギー差を決定することによって決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記オフセットが、前記ポンピング放射強度の異なる値におけるνＭの決定中にエラー信号を生成することにより決定される、請求項１２に記載の装置（２０）。
【請求項１９】
前記オフセットが、前記ポンピング放射強度の第１と第２の値において生成されたエラー信号を決定することによって決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記オフセットが、前記ポンピング放射強度の第１と第２の値におけるνＭを決定することによって決定される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ポンプ周波数標準器に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途で、原子（または、分子やイオンなどの他の量子吸収体）の２つのエネルギー状態間の遷移周波数を正確に決定することはきわめて重要である。原子周波数標準器は、この遷移周波数を使用してその出力周波数を画定し、磁力計は、この遷移周波数を使用して磁界強度を測定する。量子吸収体が置かれる環境が、そのような２つのエネルギー状態のエネルギーを乱すことがあるので、対応する遷移周波数も乱れることがある。２つのエネルギー状態の選択は、特定の用途に依存する。原子周波数標準器は、遷移周波数が環境パラメータの影響を受けないようにこれらの２つのエネルギー状態を選択する。センサ（例えば、磁力計）は、遷移周波数が測定対象の物理量（例えば、磁界強度）には敏感であるが、他のすべての環境パラメータの影響は受けないように、これらの２つのエネルギー状態を選択する。
【０００３】
以下の説明を単純にするために、原子周波数標準器の例を利用する。しかしながら、この説明はセンサ用途にも当てはまる。原子周波数標準器の１つのクラスでは、２つのエネルギー状態は、例えばＲｂやＣｓなどの適切な原子種の基底状態の多様体（マニホルド）に属する。原子周波数標準器の出力周波数を画定するこれらの２つのエネルギー状態間の遷移周波数は、マイクロ波周波数帯域にある。以下の説明では、これらの２つのエネルギー状態を状態Ａと状態Ｂと呼ぶ。また、励起状態の多様体に属するさらに別のエネルギー状態である状態Ｅもある。さらに、これらのエネルギー状態のエネルギーＥα（α＝Ａ、ＢまたはＥ）が関係ＥＥ＞ＥＢ＞ＥＡを満たすと仮定する。さらに、状態Ｅと状態Ａ（または状態Ｂ）の間で許容される遷移が光帯域の遷移周波数を有すると仮定する。
【０００４】
室温では、状態Ａと状態Ｂがほぼ等しく存在しているが、状態Ｅはほとんど存在していない。この場合、原子にマイクロ波電磁界（または、単にマイクロ波。以下同じ）を照射した場合、状態Ａと状態Ｂの間で生じる遷移を観測することは困難である。しかしながら、原子に適切な周波数の光電磁界（または、単に光。以下同じ）を照射した場合は、エネルギー状態のうちの１つの状態（例えば、状態Ａ）の原子が光子を吸収し、状態Ｅに遷移する。同じ原子が状態Ｅから基底状態に減衰するとき、減衰の一部は状態Ａと異なる状態になる。したがって、この光ポンピングプロセスによって、状態Ａの占有率（存在割合）が下がり、状態Ａと状態Ｂとの間に占有率の差ができる。その結果、印加された光電磁界の吸収と蛍光が減少する。衝突などの緩和プロセスによって状態Ａの占有率が上昇する。光ポンピングプロセスの効率は、光電磁界の周波数νＬが、状態Ａと状態Ｅ間の遷移周波数ν０≡（ＥＥ−ＥＡ）／ｈと等しいときに最大になる。ここで、ｈはプランク定数である。単純化した３状態原子系では、従来のディザアンドフェーズセンシティブ検出サーボループ（ｄｉｔｈｅｒ−ａｎｄ−ｐｈａｓｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ−ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｓｅｒｖｏ  ｌｏｏｐ）を使用してνＬ＝ν０を維持することができる。
【０００５】
ここで、状態Ａと状態Ｂ間の遷移周波数に近い周波数のマイクロ波電磁界を原子に照射した場合、生じる遷移が状態Ａの占有率を高める。従って、印加された光電磁界の吸収と蛍光が増大する。印加されたマイクロ波の周波数νＭが、状態Ａと状態Ｂ間の遷移周波数νＢＡ≡（ＥＢ−ＥＡ）／ｈと等しい場合、印加された光電磁界の吸収と蛍光の両方が最大になる。この場合も、ディザアンドフェーズセンシティブ検出サーボループを使用してνＭ＝νＢＡを維持することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
残念ながら、対象とする原子はＡＣシュタルクシフト（光シフト）を示す。すなわち、状態Ａと状態Ｂのエネルギー差は、印加される光電磁界の強度に依存する。その結果、νＢＡは、原子を光学的にポンピングするために使用される印加される光電磁界の強度の関数になる。高精度の標準器を提供するためには、きわめて安定した強度の光源が必要である。そのような光源を提供するコストは、そのような光ポンプ原子周波数標準器のコストを大幅に高める。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、放射（線）源の周波数を制御する装置を含む。この装置は、第１と第２の放射源によって照射される吸収体と、それらの放射源の周波数を設定する第１と第２のコントローラとを含む。吸収体は、第１のエネルギー状態、第２のエネルギー状態および第３のエネルギー状態を有する材料を含む。第１の放射源は、第１と第３のエネルギー状態間の遷移を引き起こす周波数νＬを有する第１の電磁放射を生成し、第１の電磁放射源は、ある光放射強度で吸収体を照射する。第１と第２のエネルギー状態は、光放射強度に依存するある量だけエネルギーが異なる。第２の放射源は、第１と第２のエネルギー状態間の遷移を引き起こす周波数νＭを有する第２の電磁放射を生成する。第１のコントローラは、吸収体による第１の電磁放射の吸収を維持するようにνＭを目標値に設定する。第２のコントローラは、νＭＡＸからオフセットされた値にνＬを設定する。νＭＡＸは、吸収体による第１の電磁放射の吸収が最大になるνＬの値である。オフセットは、νＬにおける光放射強度に対する第１と第２のエネルギー状態間のエネルギー差の依存が、νＭＡＸにおける光放射強度に対する第１と第２のエネルギー状態間のエネルギー差の依存よりも小さくなるように選択される。１つの実施形態では、νＭによって決定された周波数を有する信号を生成する出力回路が提供される。１つの実施形態では、第１の放射源はレーザを含み、第２の放射源はマイクロ波発生器（マイクロ波発振器ともいう）を含む。１つの実施形態では、第２のコントローラは、光放射強度に対する第１と第２の値における吸収体の第１と第２のエネルギー状態間のエネルギー差を決定することによってνＭＡＸからオフセットされたレーザ周波数を決定する第１のサーボループを含む。１つの実施形態では、吸収体は水素またはアルカリ金属を含む。
【実施例】
【０００８】
本発明がどのようにしてその利点を提供するかは、従来技術の光ポンプ周波数標準器（または、光励起式周波数標準器ともいう）１０を示す図１を参照してより容易に理解することができる。入力信号に応じてレーザサーボ１７によって設定された周波数を有するレーザ１１を使用して、吸収セル１３に光を照射する。吸収セル１３は、８７Ｒｂや１３３Ｃｓなどの適切な量子吸収体を含む。吸収セル１３は、マイクロ波源１８によって励起されるマイクロ波キャビティ１４内部にある。吸収セル１３から出る光の強度は、検出器１５によって測定される。
【０００９】
レーザサーボ１７は、吸収セル１３内のレーザ出力光の吸収を最大にするようにレーザ周波数を設定する。例えば、吸収セルの透過度がレーザ周波数離調△≡νＬ−νＯの対称関数であると仮定するアルゴリズムを利用することができる。現在のレーザ中心周波数をνＬで示す。そのようなシステムでは、サーボ１７は、νＬ＋δνＬとνＬ−δνＬの周波数で吸収セル１３の透過度を周期的に測定する。ここで、δνＬ＞０は所定の周波数増分である。νＬ＋δνＬでの透過度がνＬ−δνＬでの透過度よりも小さいと、レーザ周波数が高くなる。同様に、νＬ＋δνＬでの透過度がνＬ−δνＬでの透過度よりも大きいと、レーザ周波数は低くなる。測定した透過度値が等しい場合、レーザは吸収極大に正確に設定される。δνＬが小さく吸収セルの透過度がレーザ周波数離調の対称関数でない場合、レーザ周波数は、上述の方法を使用して吸収極大のきわめて近くで依然として安定である。レーザ周波数の安定化のために例えば方形波周波数変調を使用するが、他のタイプの変調波形を適切な復調方法と共に使用することもできる。
【００１０】
マイクロ波サーボ１６は、マイクロ波周波数の関数として吸収セル１３内のレーザ光の吸収を最大にするようにマイクロ波周波数を設定する。例えば、レーザ周波数を設定するための上述のアルゴリズムと類似したアルゴリズムを利用することができる。現在のマイクロ波周波数をνＭで示す。マイクロ波サーボは、νＭ＋δνＭとνＭ−δνＭの周波数における吸収セル１３の透過度を周期的に測定する。ここで、δνＭ＞０は所定の周波数増分である。測定した透過度値が等しい場合、マイクロ波源１８は透過最小に正確に設定される。νＭ＋δνＭにおける透過度がνＭ−δνＭでの透過度よりも小さいと、マイクロ波周波数は高くなる。同様に、νＭ＋δνＭでの透過度がνＭ−δνＭでの透過度よりも大きいと、マイクロ波周波数は低くなる。この場合も、マイクロ波周波数の制御に他の変調波形を使用することができる。マイクロ波周波数サーボループの単位利得周波数は、一般に、レーザ周波数サーボループのものよりも低く、したがって、これら２つのサーボループは互いに干渉しない。
【００１１】
マイクロ波周波数から得た信号が周波数標準器から出力される。最も単純な事例では、これは単にマイクロ波信号自体である。しかしながら、マイクロ波信号から得た他の信号を提供することもできる。
【００１２】
上述のように、マイクロ波周波数を決定する量子吸収体の２つの低いエネルギー状態間の周波数差（または、エネルギー差）は、ＡＣシュタルクシフトにより量子吸収体に光を照射するために使用されるレーザ光の強度に依存する。レーザ出力強度を安定させる何らかの機構を使用しない限り、レーザからの光の強度は時間と共に変化するので、この依存性によって周波数標準器に誤差が導入される。上述のように、そのような安定したレーザは、周波数標準器のコストを高くするので、回避されるべきである。
【００１３】
本発明は、レーザ周波数を吸収極大からわずかに離調することによって、レーザ強度に対する量子吸収体における２つの低いエネルギー状態間のエネルギー差の依存性を大きく低減できるという観察に基づく。ここで図２を参照する。図２は、本発明の１つの実施形態による光ポンプ周波数標準器２０を示す。以下の説明を単純にするために、周波数標準器１０に関して前に述べたものと類似の機能を奏する周波数標準器２０の要素には、同じ参照番号が与えられており、ここでは詳しく説明しない。周波数標準器２０は、レーザ２１を利用して吸収セル１３の内容物を照射する。
【００１４】
レーザ２１によって生成された光は、印加される制御信号によって制御可能な周波数と強度を有する。そのようなレーザは、当技術分野で既知であるので、ここでは詳しく説明しない。例えば、可動ミラーを備えたファブリー−ペロ−キャビティを有するレーザを利用することができる。このキャビティは、電気的または光学的にポンピングされる利得材料を含む。レーザ光の周波数はミラー間の距離によって制御することができる。レーザ光の強度は、励起源（ポンピングソース）の強度によって制御することができる。
【００１５】
吸収セル１３から出る光の強度が検出器１５によって測定される。検出器１５は、様々なサーボループによって利用される出力信号を生成する。マイクロ波サーボ１６は、上述のものと類似の方式で動作し、マイクロ波源１８によって生成されるマイクロ波放射の周波数を制御する。
【００１６】
レーザ周波数は、２つの異なるサーボから生成された信号によって制御される。レーザ周波数サーボ２７は、ライン３３上の信号がゼロの場合に、吸収セル１３におけるレーザ２１によって生成されたレーザ光の吸収を最大にするようにレーザ２１の出力周波数を調整する制御信号をライン２８上に生成する。レーザ周波数サーボ２７は、上述のものと類似の方式で動作する。
【００１７】
第２のレーザサーボは、レーザ２１をレーザ周波数サーボ２７によって指定された周波数から離調するめにレーザ周波数サーボ２７の出力に加算（またはそれから減算）されるオフセット信号をライン３３上に生成する。レーザ周波数オフセットサーボ３１は、２つの異なるレーザ強度レベルにおける量子吸収体内の２つの低いエネルギー状態間のエネルギー差△ＥＱを観測することによって動作する。エネルギー差△ＥＱの変化は、マイクロ波周波数サーボループの単位利得周波数の逆数よりも短い時間期間におけるマイクロ波周波数誤差で観測することができる。代替として、マイクロ波周波数サーボループの単位利得周波数の逆数より長い時間期間におけるマイクロ波周波数νＭを測定することによってエネルギー差△ＥＱの変化を観測することができる。レーザ周波数オフセットサーボ３１は、エネルギー差△ＥＱがレーザ出力の強度の小さな変化に依存しないようにオフセット信号を調整する。レーザ強度は、コントローラ３２によってライン３５上の信号に応じて設定される。レーザ強度の現在値をＩＬで示す。レーザ周波数オフセットサーボ３１は、エネルギー差△ＥＱに依存するようにライン３３上のレーザ周波数オフセット信号を調整する。レーザ周波数オフセットサーボ３１は、ＩＬ＋δＩＬとＩＬ−δＩＬのレーザ強度での△ＥＱを測定する。△ＥＱがこれらのそれぞれのレーザ強度で同じ場合は、ライン３３上のレーザ周波数オフセット信号は変更されない。△ＥＱ（ＩＬ＋δＩＬ）が△ＥＱ（ＩＬ−δＩＬ）と異なる場合は、ライン３３上のオフセット信号の値は、△ＥＱ（ＩＬ＋δＩＬ）−△ＥＱ（ＩＬ−δＩＬ）に依存するある量だけ変更される。△ＥＱ（ＩＬ＋δＩＬ）＝△ＥＱ（ＩＬ−δＩＬ）のときは、出力周波数のレーザ強度への依存度が大幅に減少しているかまたはなくなっており、従って、多くの用途で、きわめて安定した出力強度を有するレーザの必要性が減少するか、または、なくなることに注意されたい。
【００１８】
レーザ周波数オフセット信号を生成するための１例として、レーザ強度に対する方形波変調を使用するが、他のタイプの変調波形を適切な復調方法と共に使用することもできる。
【００１９】
レーザ周波数サーボループ、レーザ周波数オフセットサーボループ、およびマイクロ波周波数サーボループの単位利得周波数および変調周波数は、これらの３つのサーボループのうちのどのサーボループの動作も他の２つのサーボループと干渉しないように注意深く選択されなければならない。
【００２０】
上記の考察は、ＥＥ＞ＥＢ＞ＥＡであるという仮定に基づく。しかしながら、本発明は、ＥＥ＞ＥＡ＞ＥＢの関係が満たされる場合にも十分に機能する。
【００２１】
本発明の上述の実施形態は、吸収セルを照射する電磁放射源としてレーザを利用している。しかしながら、他の適切な電磁放射源を利用することもできる。例えば、本発明の教示を光帯域外の電磁放射源に適用することができる。第２の電磁放射の周波数がマイクロ波帯域外でもよいことに注意されたい。したがって、ポンプ電磁波源とポンピング放射強度という用語は、放射の周波数範囲に関係なく低いエネルギー状態の１つと励起エネルギー状態の１つの間の遷移を引き起こす供給源を指すために使用される。
【００２２】
上述の本発明の実施形態は、サーボループが吸収セルにおけるレーザ放射の吸収を最大にしようとする検出方式を利用する。しかしながら、サーボループが吸収セルから出る蛍光を最大にしようとする実施形態も構成することができる。
【００２３】
本発明の上述の実施形態は、レーザ光強度の変化の影響を比較的受けにくい周波数の標準信号を生成することを目標とする周波数標準器に関するものである。しかしながら、本発明は、磁界強度などの何らかの物理量を測定するセンサを構成するために利用することもできる。ある材料で構成された吸収セルを考え、２つのエネルギー準位がその材料に印加される外部磁界に依存するエネルギー差を有するものとする。この場合、出力周波数は、磁界の強度に依存し、従って磁界強度を測定するために較正されることができる。
【００２４】
適切な量子吸収体には、水素原子、アルカリ金属、特にルビジウムとセシウムの同位体（または、同位元素。アイソトープともいう）、IIＡとIIＢ族からのイオン、およびＹｂ＋がある。
【００２５】
本発明の上述の実施形態は、３つのエネルギー状態だけを有する量子吸収体に関して説明された。しかしながら、本発明は、さらに他の高いエネルギー状態を有する量子吸収体でも十分に動作する。より一般的な事例では、量子吸収体は、基底状態または準安定状態あるいはいくつかの励起状態の多様体に属する第１と第２の低いエネルギー状態を有する。光放射源は、第１の低いエネルギー状態と少なくとも１つの励起状態との間で遷移を誘発する。この場合、励起状態の量子吸収体は、直接に、または、他の状態への中間遷移（これは、最終的に第２の低いエネルギー状態に減衰する）を介して、第２の低いエネルギー状態に減衰しうる。励起状態の量子吸収体は、第１と第２の低いエネルギー状態と異なる状態にも減衰しうる。マイクロ波源は、第１と第２の低いエネルギー状態の間で遷移を引き起こす。
【００２６】
上述の実施形態は、レーザ強度に対するνＭの依存性を最小にするレーザ周波数のオフセットを決定する。しかしながら、単にレーザ周波数が所定の値だけオフセットされるシステムを構成することもできる。このオフセットは、一般に、量子吸収体、使用されるスペクトル線、およびレーザ強度に依存する。これらのパラメータが設定されると、必要なオフセットを決定することができる。次に、このオフセットを、対象とする材料を利用する周波数源の生産モデル（実機バージョン）に組み込むことができる。そのような実施形態は、ＡＣシュタルクシフトならびに上述のサーボバージョンを補償しないが、これらの実施形態は、従来技術の装置に対して大きな改良点を提供する。これらの実施形態は、より複雑なシステムのサーボコントローラおよびハードウェアを必要としないので、これらの実施形態はより低コストで構築することができる。
【００２７】
上述の実施形態は、マイクロ波源の周波数またはレーザ強度を変調することによって動作するサーボループを利用する。そのようなサーボループは、いくつかの適切な波形を使用することができる。例えば、正弦波形、三角形波形、または方形波形をすべて利用することができる。さらに、サーボループは、検出器の出力を関連した強度または周波数の第１と第２の値でテストすることによって所望の量を（その量を変調または調整することなく）設定することができる。
【００２８】
オフセットを設定するサーボループは、いくつかの異なる信号に基づくことができる。例えば、νＭを設定するサーボループは、νＭの値をその現在値から新しい値に移行するために通常使用されるエラー信号を生成する。レーザ強度が、νＭが変化できる時間スケールよりも短い時間スケールにおいて２つの値の間でディザリング（または、変調）される場合、このエラー信号は、レーザ強度に対するエネルギー差△ＥＱの依存性の尺度を提供し、この場合において、その依存性がνＭの現在値に反映されるのを待つ必要がない。従って、オフセットサーボループは、このエラー信号、またはこのエラー信号から得られた信号を、オフセットサーボループ内のエラー信号として利用することができる。この構成は、オフセットサーボループの実装により、周波数標準として出力されるνＭの値が変動しないことを保証する。
【００２９】
代替として、レーザ強度を、νＭが変化できる時間スケールよりも長い時間スケールにおいて２つの値の間でディザリング（または、変調）することができる。この場合、νＭは、レーザ強度が変化するときのエネルギー差△ＥＱの変化に従う。νＭの平均値、またはνＭの平均値から得られた周波数は、レーザ強度に対するνＭの依存性を測定するための基準として機能しうる。この測定は、レーザ強度に対するエネルギー差（△ＥＱ）の依存性に関する情報を提供する。したがって、この測定は、適切に復調され処理された後で、オフセットサーボループのエラー信号として機能しうる。
【００３０】
本発明は、安定化された周波数信号を生成するための装置(20)に関する。この装置(20)は、第１、第２、及び第３のエネルギー状態を有する量子吸収器(13)を備える。量子吸収器(13)は、周波数νＬの電磁放射を生成する第１の放射源(21)によって照射される。この電磁放射は第１と第３のエネルギー状態間の遷移を誘起する。量子吸収器(13)は、周波数νＭの電磁放射を生成する第２の放射源(18)によっても照射される。この電磁放射は、第１と第２のエネルギー状態間の遷移を誘起する。量子吸収器(13)から出る、νＬを含む周波数範囲内の放射レベルを示す検出器信号を生成する検出器（したがって、検出器信号）が複数のサーボループによって使用される。サーボループの１つが、検出器信号を最小化または最大化するνＬの値を決定し、他の１つのサーボループ(31)が、第１の放射源(21)の強度に対するνＭの依存度を低減するオフセット信号を決定する。
【００３１】
以上の説明および添付図面から本発明に対する様々な変更が当業者には明らかになるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術の光ポンプ周波数標準器を示す図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による光ポンプ周波数源を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１３  吸収セル（吸収体）
１５  検出器
１６  マイクロ波サーボ（第１のコントローラ）
２２  レーザ周波数サーボ（第２のコントローラ）
１８  マイクロ波源（第２の放射源）
、２１  レーザ（第１の放射源）
２０  光ポンプ周波数標準器
【図１】
2006115513.tif 000003
【図２】
2006115513.tif 000004