(57)【要約】【課題】従来よりも長期安定度を向上させることが可能な原子発振器等を提供すること。【解決手段】金属原子を封入しているセルと、前記セルに照射する光を発生させる光源と、前記金属原子に電磁誘起透過現象を発生させる共鳴光対を含む周波数変調された光を前記光源に発生させるための周波数変調信号を生成する周波数変調信号生成手段と、を含んだ原子発振器であって、前記周波数変調の変調度は、第１の変調度よりも小さい第２の変調度と、前記第１の変調度よりも大きい第３の変調度との間の範囲にあり、前記第１の変調度は、前記原子発振器の発振周波数偏差の前記変調度による１次微分値が０となる前記変調度であり、前記第２の変調度と前記第３の変調度は、前記発振周波数偏差が０となる前記変調度である、原子発振器。【選択図】図１８
2019080222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属原子を封入しているセルと、
前記セルに照射する光を発生させる光源と、
前記金属原子に電磁誘起透過現象を発生させる共鳴光対を含む周波数変調された光を前記光源に発生させるための周波数変調信号を生成する周波数変調信号生成手段と、を含んだ原子発振器であって、
前記周波数変調の変調度は、第１の変調度よりも小さい第２の変調度と、前記第１の変調度よりも大きい第３の変調度との間の範囲にあり、
前記第１の変調度は、前記原子発振器の発振周波数偏差の前記変調度による１次微分値が０となる前記変調度であり、
前記第２の変調度と前記第３の変調度は、前記発振周波数偏差が０となる前記変調度であることを特徴とする原子発振器。
【請求項２】
前記第１の変調度は、前記発振周波数偏差の前記変調度による１次微分値が０となる前記変調度の中で、最も小さい値であることを特徴とする、請求項１に記載の原子発振器。
【請求項３】
前記第１の変調度は、前記発振周波数偏差の前記変調度による１次微分値が０となる前記変調度の中で、２番目に小さい値であることを特徴とする、請求項１に記載の原子発振器。
【請求項４】
前記第２の変調度は、前記第１の変調度よりも小さく、かつ、前記発振周波数偏差が０となる前記変調度の中で、前記第１の変調度に最も近い値であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の原子発振器。
【請求項５】
前記第３の変調度は、前記第１の変調度よりも大きく、かつ、前記発振周波数偏差が０となる前記変調度の中で、前記第１の変調度に最も近い値であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の原子発振器。
【請求項６】
前記第１の変調度は、３．０であり、前記第２の変調度は２．４であり、前記第３の変調度は３．８であることを特徴とする、請求項１に記載の原子発振器。
【請求項７】
前記第１の変調度は４．６であり、前記第２の変調度は３．８であり、前記第３の変調度は５．５であることを特徴とする、請求項１に記載の原子発振器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の原子発振器を含む電子機器。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の原子発振器を含む移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子発振器、電子機器及び移動体に関する。
【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１２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し、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１３に示すように、周波数がω１の光と周波数がω２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ω１−ω２がΔＥ１２に相当する周波数ω２１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ω１−ω２がΔＥ１２に相当する周波数ω２１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】
従来のＥＩＴ方式による原子発振器は、半導体レーザーが発する光の中心周波数ｆ０（＝ｖ／λ０：ｖは光の速度、λ０は光の波長）（キャリア周波数）を決めるバイアス電流に周波数がｆｍの変調信号を重畳して半導体レーザーに供給することにより、半導体レーザーは、中心周波数ｆ０を変調周波数ｆｍで変調した光を発生させる。半導体レーザーの出射光はアルカリ金属が封入されているガスセルに照射され、ガスセルを透過した光は光検出器により検出される。光検出器が検出した光の強度に応じて電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillator）の発振周波数が制御され、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を介して周波数がｆｍの変調信号が生成される。そして、半導体レーザーが発する１次のサイドバンド光、すなわち、周波数がｆ０＋ｆｍの光と周波数がｆ０−ｆｍの光が共鳴光対となるように制御がかかる。この制御により、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）の出力信号の周波数偏差は極めて小さくなり、周波数精度の高い発振器を実現することができる。ＥＩＴ信号のＳ／Ｎが高いほど周波数精度（短期安定度）が向上するため、従来は、１次のサイドバンド光の強度が最大となるように変調信号の強度（振幅）が決められていた。図１４に、従来の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。図１４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。
【０００９】
一方、レーザー光と原子の相互作用によって原子が本来持っているエネルギー準位が多少変動するシュタルクシフトと呼ばれる効果が知られている。シュタルクシフトによってＥＩＴ信号のピーク位置の周波数がシフトするため、原子発振器の周波数もシフトすることになる。半導体レーザーやガスセル等の部品の経時劣化に起因してアルカリ金属原子に入射する光の強度が変わると、シュタルクシフトによるＥＩＴピーク位置の周波数のシフト量も変動するが、従来の手法ではＥＩＴ信号のＳ／Ｎを高くすることのみ考慮されているため、ＥＩＴピーク位置の周波数のシフト量の変動が比較的大きく、原子発振器の長期安定度が劣化するという問題があった。
【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、従来よりも長期安定度を向上させることが可能な原子発振器、並びにこの原子発振器を用いた電子機器及び移動体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］
本適用例に係る原子発振器は、金属原子を封入しているセルと、前記セルに照射する光を発生させる光源と、前記金属原子に電磁誘起透過現象を発生させる共鳴光対を含む周波数変調された光を前記光源に発生させるための周波数変調信号を生成する周波数変調信号生成手段と、を含んだ原子発振器であって、前記周波数変調の変調度は、第１の変調度よりも小さい第２の変調度と、前記第１の変調度よりも大きい第３の変調度との間の範囲にあり、前記第１の変調度は、前記原子発振器の発振周波数偏差の前記変調度による１次微分値が０となる前記変調度であり、前記第２の変調度と前記第３の変調度は、前記発振周波数偏差が０となる前記変調度である。
【００１３】
本適用例に係る原子発振器では、周波数変調の変調度が、周波数変調信号の強度が変動した時の発振周波数偏差の変動量が従来よりも小さくなる範囲に設定されている。従って、本適用例に係る原子発振器によれば、部品の経時変化により生じるシュタルクシフトに起因する発振周波数の変動量を低減させることができるので、従来よりも長期安定度を向上させることができる。
【００１４】
また、周囲の環境温度が変動した時に、回路部分の温度特性に応じて周波数変調信号の強度が変動するが、本適用例の原子発振器によれば、周波数変調の変調度が、周囲の環境温度が変動した時の発振周波数偏差の変動量が従来よりも小さくなる範囲に設定されているので、従来よりも周波数温度特性を向上させることができる。
【００１５】
［適用例２］
上記適用例に係る原子発振器において、前記第１の変調度は、前記発振周波数偏差の前記変調度による１次微分値が０となる前記変調度の中で、最も小さい値であってもよい。
本適用例に係る原子発振器によれば、共鳴光対の強度がより大きくなり、これにより、電磁誘起透過現象の信号強度（ＳＮ比）が良好となり、短期安定度を向上させることができる。
【００１６】
［適用例３］
上記適用例に係る原子発振器において、前記第１の変調度は、前記発振周波数偏差の前記変調度による１次微分値が０となる前記変調度の中で、２番目に小さい値であってもよい。これにより、電磁誘起透過現象の信号強度（ＳＮ比）が良好となり、短期安定度を向上させることができる。
【００１７】
［適用例４］
上記適用例に係る原子発振器において、前記第２の変調度は、前記第１の変調度よりも小さく、かつ、前記発振周波数偏差が０となる前記変調度の中で、前記第１の変調度に最も近い値であってもよい。これにより、電磁誘起透過現象の信号強度（ＳＮ比）が良好となり、短期安定度を向上させることができる。
【００１８】
［適用例５］
上記適用例に係る原子発振器において、前記第３の変調度は、前記第１の変調度よりも大きく、かつ、前記発振周波数偏差が０となる前記変調度の中で、前記第１の変調度に最も近い値であってもよい。これにより、電磁誘起透過現象の信号強度（ＳＮ比）が良好となり、短期安定度を向上させることができる。
【００１９】
［適用例６］
上記適用例に係る原子発振器において、前記第１の変調度は、３．０であり、前記第２の変調度は２．４であり、前記第３の変調度は３．８であってもよい。
【００２０】
本適用例に係る原子発振器では、第１の変調度は、発振周波数偏差の変調度による１次微分値が０となる変調度の中で、最も小さい値である３．０に設定されている。従って、本適用例に係る原子発振器によれば、共鳴光対の強度がより大きくなり、これにより、電磁誘起透過現象の信号強度（ＳＮ比）が良好となり、短期安定度を向上させることができる。
【００２１】
［適用例７］
上記適用例に係る原子発振器において、前記第１の変調度は４．６であり、前記第２の変調度は３．８であり、前記第３の変調度は５．５であってもよい。これにより、電磁誘起透過現象の信号強度（ＳＮ比）が良好となり、短期安定度を向上させることができる。
【００２２】
［適用例８］
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの原子発振器を含む。
【００２３】
［適用例９］
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかの原子発振器を含む。
【００２４】
これらの適用例に係る電子機器及び移動体によれば、長期安定度や周波数温度特性の高い原子発振器を含むので、長期的に高い信頼性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態の原子発振器の構成例を示す図。
【図２】周波数変換回路の構成例を示す図。
【図３】ベッセル関数を表す図。
【図４】本実施形態の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５】本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６】シグナルジェネレーターと周波数カウンターの接続例を示す図。
【図７】マイクロ波の強度と発振周波数との関係の一例を示す図。
【図８】図５の工程Ｓ４０の実施例を示すフローチャート図。
【図９】マイクロ波強度とマイクロ波感度との関係の一例を示す図。
【図１０】本実施形態の電子機器の機能ブロック図。
【図１１】本実施形態の移動体の一例を示す図。
【図１２】セシウム原子のエネルギー準位を模式的に示す図。
【図１３】ＥＩＴ信号の一例を示す概略図。
【図１４】従来の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１５】周波数偏差シフトと変調度との関係の一例を示す図。
【図１６】周波数偏差シフト（絶対値）と変調度との関係の一例を示す図。
【図１７】マイクロ波感度と変調度との関係の一例を示す図。
【図１８】マイクロ波感度（絶対値）と変調度との関係の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
１．原子発振器
１−１．第１実施形態
［原子発振器の構成］
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、本実施形態の原子発振器１は、半導体レーザー１０、減光フィルター（ＮＤフィルター）１１、１／４波長板１２、ガスセル１３、光検出器１４、検波回路１６、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１７、変調回路１８、低周波発振器１９、周波数変換回路２０、検波回路２１、変調回路２２、低周波発振器２３、駆動回路２４、バイアス設定回路２６、メモリー２７及び周波数変換回路２８を含んで構成されている。なお、本実施形態の原子発振器１は、適宜、図１の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００２８】
半導体レーザー１０は、例えば、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や端面発光レーザー（Edge Emitting Laser）などであり、ガスセル１３に照射する光を発生させる。半導体レーザー１０が発生させた光は、減光フィルター１１に入射する。
【００２９】
減光フィルター１１は、半導体レーザー１０の出射光の一部のみを透過させ、減光フィルター１１を透過した光は１／４波長板１２に入射する。
【００３０】
１／４波長板１２は、入射した光をσ＋円偏光にして透過させ、１／４波長板１２を透過した光はガスセル１３に入射する。
【００３１】
ガスセル１３は、金属原子を封入している。例えば、ガスセル１３は、ガラス等の透明部材でできた容器中に、金属原子として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）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ってもよい。ガスセル１３に入射した光の一部はガスセル１３を透過し、光検出器１４に入射する。
【００３２】
光検出器１４は、ガスセル１３を透過した光を検出し、検出した光の強度に応じた検出信号を出力する。光検出器１４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。光検出器１４の出力信号は検波回路１６と検波回路２１に入力される。
【００３３】
半導体レーザー１０、減光フィルター１１、１／４波長板１２、ガスセル１３及び光検出器１４は、１つの筐体に収容されており、物理パッケージ１００を構成している。
【００３４】
検波回路１６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１９の発振信号を用いて光検出器１４の出力信号を検波する。そして、検波回路１６の出力信号の大きさに応じて、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１７の発振周波数が微調整される。電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１７は、例えば、数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度で発振する。
【００３５】
変調回路１８は、検波回路１６による検波を可能とするために、低周波発振器１９の発振信号（検波回路１６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）１７の出力信号を変調する。変調回路１８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。
【００３６】
周波数変換回路２０は、変調回路１８の出力信号を、アルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数ω２１の１／２の周波数の信号に周波数変
換し、周波数変換した信号の振幅を一定に制御して駆動回路２４に出力する。周波数変換回路２０は、例えば、図２に示すように、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路３０と、利得が可変の増幅回路３２と、オートゲインコントロール（ＡＧＣ）回路３４とを用いて実現することができる。
【００３７】
検波回路２１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２３の発振信号を用いて光検出器１４の出力信号を検波する。
【００３８】
変調回路２２は、検波回路２１による検波を可能とするために、低周波発振器２３の発振信号（検波回路２１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２１の出力信号を変調して駆動回路２４に出力する。変調回路２２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。
【００３９】
バイアス設定回路２６は、駆動回路２４を介して、メモリー２７に記憶されている設定情報に応じて半導体レーザー１０にバイアス電流を設定する処理（半導体レーザー１０が発生させる光の中心波長（中心周波数（キャリア周波数））を設定する処理）を行う。
【００４０】
メモリー２７は、不揮発性のメモリーであり、半導体レーザー１０のバイアス電流の設定情報等が記憶されている。メモリー２７は、例えば、ＭＯＮＯＳ（Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon）メモリー等のフラッシュメモリーやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等で実現することができる。
【００４１】
駆動回路２４は、半導体レーザー１０のバイアス電流を設定するとともに、変調回路２２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１０に供給する。すなわち、半導体レーザー１０、減光フィルター１１、１／４波長板１２、ガスセル１３、光検出器１４、検波回路２１、変調回路２２、駆動回路２４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１０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。
【００４２】
駆動回路２４は、さらに、バイアス電流に、周波数変換回路２０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１０に供給する。この変調電流により周波数変調がかかり、半導体レーザー１０は、中心周波数ｆ０（中心波長λ０）の光とともに、周波数ｆ０±ｆｍの光（１次サイドバンド光）、ｆ０±２ｆｍ（２次サイドバンド光）、ｆ０±３ｆｍ（３次サイドバンド光）等を含む光を発生させる。
【００４３】
本実施形態では、半導体レーザー１０、減光フィルター１１、１／４波長板１２、ガスセル１３、光検出器１４、検波回路１６、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１７、変調回路１８、周波数変換回路２０、駆動回路２４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（１次サイドバンド光の対）がガスセル１３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。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２つの基底準位間のエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数ω２１と正確に一致するようにフィードバック制御がかかる。
【００４４】
このように、アルカリ金属原子のＥＩＴ現象を利用することで、第２のフィードバックループに含まれる、周波数変換回路２０の出力信号や電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１７の出力信号が一定の周波数で安定する。
【００４５】
周波数変換回路２８は、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１７の出力信号を周波数変換
し、所望の周波数（例えば、１０．００・・・ＭＨｚ）のクロック信号を生成する。このクロック信号が外部出力される。周波数変換回路２０は、例えば、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）により実現することができる。
【００４６】
このような構成の原子発振器１は、発振周波数偏差が極めて小さく、高い短期安定度を実現することができる。
【００４７】
一方、半導体レーザー１０、減光フィルター１１、１／４波長板１２、ガスセル１３等の部品の経年劣化により、アルカリ金属原子に入射する光の強度が変動すると、ω２１が変動する現象（シュタルクシフト）が生じるため、時間の経過とともに発振周波数が変動する。以下に説明するように、本実施形態では、この発振周波数の変動量を従来よりも小さくし、長期安定度を向上させる。
【００４８】
シュタルクシフトを考慮すると、ω２１は次式（１）で近似される。
【００４９】
【数１】
2019080222.tif 000003
【００５０】
ここで、ω２１０はアルカリ金属原子に光が入射しない時のΔＥ１２に相当する周波数である。ところで、ΩはＲａｂｉ周波数であり、Ωの２乗が光強度に比例する。そこで本稿での以下の記述では簡便化を考慮して、Ωは光強度として記述することとする。
Ω０は０次（中心周波数）の光の強度（入射量）、Ω＋１及びΩ−１はそれぞれ上側と下側の１次サイドバンド光の強度（入射量）、Ω＋２及びΩ−２はそれぞれ上側と下側の２次サイドバンド光の強度（入射量）である。
【００５１】
式（１）において、右辺第２項は中心周波数の光の強度による周波数変動分を表し、右辺第３項及び第４項は１次サイドバンド光の強度による周波数変動分を表し、右辺第５項及び第６項は２次サイドバンド光の強度による周波数変動分を表している。右辺第３項と第４項は符号が逆であるため、１次サイドバンド光の強度による周波数変動分は比較的小さい。同様に、右辺第５項と第６項は符号が逆であるため、２次サイドバンド光の強度による周波数変動分は比較的小さい。従って、ω２１の変動は、中心周波数の光の強度Ω０による変動分が支配的である。そこで、長期安定度を向上させるには、Ω０の変動量が小さくなるように周波数変調をかけること、すなわち、周波数変調信号の強度を、その変動に対してΩ０の変動量が小さくなる値に設定することが有効である。
【００５２】
半導体レーザー１０を理想的なレーザーとして、周波数がｆｍの周波数変調信号で周波数変調をかけたときの出射光は次式（２）で表される。
【００５３】
【数２】
2019080222.tif 000004
【００５４】
ここで、Ａ０は周波数変調をかけないときの半導体レーザー１０の出射光（周波数ｆ０）の強度であり、Ｊｎ（ｍ）はベッセル関数（ｎ＝０，１，２，３・・・）である。また、ｍは変調度であり、周波数変調信号の強度（振幅）に比例する。
【００５５】
式（２）において、Ａ０×Ｊ０（ｍ）が０次（中心周波数）の光の強度に相当し、Ａ０×Ｊ１（ｍ）が１次サイドバンド光の強度に相当し、Ａ０×Ｊ２（ｍ）が２次サイドバンド光の強度に相当し、Ａ０×Ｊ３（ｍ）が３次サイドバンド光の強度に相当する。
【００５６】
図３は、Ｊ０，Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の各ベッセル関数を表す図であり、図３において、横軸は変調度ｍ、縦軸は各ベッセル関数の値である。
【００５７】
図３において、ｍ１は、変調度ｍを小さい側から大きい側へ変化させたときに、１次サイドバンド光の強度が最初に極大になる時（言い換えると、Ｊ１が最初に極大になる時）の変調度ｍの値（第１の値）である。また、ｍ２は、変調度ｍを小さい側から大きい側へ変化させたときに、中心周波数の光の強度が最初に１次サイドバンド光の強度よりも小さくなってから次に１次サイドバンド光の強度以上になる時（言い換えると、最初にＪ０＜Ｊ１になってから次にＪ０＝Ｊ１になる時）の変調度ｍの値（第２の値）である。従来は、変調度ｍがｍ１と一致するように設定しており、この設定ではＪ０の傾きが比較的大きいため、周波数変調信号の強度が変動した時のシュタルクシフトに起因する発振周波数の変動量も大きい。
【００５８】
本実施形態では、少なくとも、変調度ｍがｍ１よりも大きく、ｍ２よりも小さくなる範囲で周波数変調信号の強度を設定する。この設定範囲では、従来の設定と比較して、過変調となっており、Ｊ０の傾きが小さいため、シュタルクシフトに起因する発振周波数の変動量を低減することができる。
【００５９】
また、図３において、ｍ３は、変調度ｍを小さい側から大きい側へ変化させたときに、中心周波数の光の強度が、２次サイドバンド光の強度と最初に同じになる時（言い換えると、最初にＪ０＝Ｊ２になる時）の変調度ｍの値（第３の値）である。また、ｍ４は、変調度ｍを小さい側から大きい側へ変化させたときに、中心周波数の光の強度が、３次サイドバンド光の強度と最初に同じになる時（言い換えると、最初にＪ０＝Ｊ３になる時）の変調度ｍの値（第４の値）である。
【００６０】
本実施形態において、変調度ｍがｍ３よりも大きくなる範囲で周波数変調信号の強度を設定し、あるいは、変調度ｍがｍ４よりも大きくなる範囲で周波数変調信号の強度を設定するのが好ましい。いずれの設定範囲でも、Ｊ０の傾きがより小さいため、シュタルクシフトに起因する発振周波数の変動量をより低減することができる。
【００６１】
また、図３において、ｍ５は、変調度ｍを小さい側から大きい側へ変化させたとき、１次サイドバンド光の強度が、３次サイドバンド光の強度よりも最初に大きくなってから次に３次サイドバンド光の強度以上になる時（言い換えると、最初にＪ１＞Ｊ３になってから次にＪ１＝Ｊ３になる時）の変調度ｍの値（第５の値）である。また、ｍ６は、変調度ｍを小さい側から大きい側へ変化させたとき、１次サイドバンド光の強度が、２次サイドバンド光の強度よりも最初に大きくなってから次に２次サイドバンド光の強度と同じになる時（言い換えると、最初にＪ１＞Ｊ２になってから次にＪ１＝Ｊ２になる時）の変調度ｍの値（第６の値）である。
【００６２】
本実施形態において、変調度ｍがｍ５よりも小さくなる範囲で周波数変調信号の強度を設定し、あるいは、変調度ｍがｍ６よりも小さくなる範囲で周波数変調信号の強度を設定するのがより好ましい。いずれの設定範囲でも、Ｊ０の傾きがより小さいため、シュタル
クシフトに起因する発振周波数の変動量をより低減することができる。
【００６３】
また、図３において、ｍ７は、変調度ｍがｍ１とｍ２との間で、中心周波数の光の強度が極小となる時（言い換えると、変調度ｍがｍ１とｍ２との間でＪ０が極小になる時）の変調度ｍの値である
本実施形態において、変調度ｍがｍ７あるいはｍ７の近傍になるように周波数変調信号の強度を設定するのがさらに好ましい。このように設定すれば、Ｊ０の傾きがほぼ０であり、シュタルクシフトに起因する発振周波数の変動量を大きく低減することができる。
【００６４】
図４に、半導体レーザー１０の出射光の周波数スペクトラムの一例を示す。図４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４の例は、変調度ｍがｍ７の近傍になるように周波数変調信号の強度が設定されている場合の周波数スペクトラムを示している。図４に示すように、中心周波数ｆ０の光の強度が低いレベルに抑制されている。
【００６５】
以上に説明したように、本実施形態の原子発振器１では、中心周波数ｆ０の光の強度の変動が共鳴光対の周波数差ω２１の変動（シュタルクシフト）に支配的であることを考慮し、変調度ｍが変動した時の中心周波数ｆ０の光の強度の変動量が従来よりも小さくなるように、周波数変換回路２０の出力信号（周波数変調信号）の強度が設定されている。従って、本実施形態の原子発振器１によれば、部品の経時変化により生じるシュタルクシフトに起因する発振周波数の変動量を低減させることができるので、従来よりも長期安定度を向上させることができる。
【００６６】
また、周囲の環境温度が変動した時に、回路部分の温度特性に応じて周波数変換回路２０の出力信号（周波数変調信号）の強度が変動するが、本実施形態の原子発振器１によれば、周波数変調信号の強度が、その変動量が従来よりも小さくなる範囲に設定されているので、シュタルクシフトに起因する発振周波数の変動量を低減させ、従来よりも周波数温度特性を向上させることができる。
【００６７】
なお、図１において、物理パッケージ１００を除く構成要素（回路）は、例えば、１チップの集積回路（ＩＣ）で実現してもよいし、複数のＩＣチップで実現してもよい。
【００６８】
また、図１では、半導体レーザー１０、ガスセル１３が、それぞれ本発明における「光源」、「セル」に相当する。また、検波回路１６、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１７、変調回路１８、低周波発振器１９及び周波数変換回路２０により構成される回路が、本発明における「周波数変調信号生成手段」に相当する。
【００６９】
［原子発振器の製造方法］
図５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。
【００７０】
まず、図１に示した物理パッケージ１００と回路部を用意し、シグナルジェネレーター（ＳＧ）４０と周波数カウンター５０を接続する（Ｓ１０）。
【００７１】
図６は、シグナルジェネレーター（ＳＧ）４０と周波数カウンター５０の接続例を示す図である。図６の例では、図１の変調回路１８と周波数変換回路２０がシグナルジェネレーター（ＳＧ）４０に置き換えられており、シグナルジェネレーター（ＳＧ）４０は、検波回路１６による検波を可能とするために、低周波発振器１９の発振信号を変調信号として電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１７の出力信号を変調し、さらに一定の周波数変換率で周波数変換してマイクロ波を生成し、駆動回路２４に出力する。このマイクロ波は、半導体レーザー１０に周波数変調をかける周波数変調信号として機能する。また、周波数カウンター５０は、周波数変換回路２８が出力するクロック信号の周波数を測定する。なお
、周波数カウンター５０は、ＶＣＸＯ１７の出力信号やシグナルジェネレーター（ＳＧ）４０の出力信号の周波数を測定してもよい。
【００７２】
次に、半導体レーザー１０に対して、強度を変えながらマイクロ波（周波数変調信号）を入力し、光検出器１４の出力信号に基づいてマイクロ波の強度と発振周波数との関係を求める（Ｓ２０）。具体的には、シグナルジェネレーター（ＳＧ）４０がマイクロ波の電圧を所定値ずつ大きく又は小さくしていき、周波数カウンター５０がマイクロ波の各電圧での発振周波数を測定することで、マイクロ波の強度と発振周波数との関係を求める。
【００７３】
図７は、マイクロ波の強度と発振周波数との関係の一例を示す図である。図７において、横軸はマイクロ波の強度であり、縦軸は発振周波数の周波数偏差であり、ともに任意単位である。前述したように、シュタルクシフトを考慮した共鳴光対の周波数差ω２１の式（１）によると、ω２１の変動は、中心周波数の光の強度による変動分が支配的であり、中心周波数の光の強度は、式（２）の右辺第１項（ベッセル関数Ｊ０（ｍ）を含む項）に相当するので、変調度ｍに応じて変動する。そして、変調度ｍはマイクロ波の強度と比例するので、図７に示すマイクロ波の強度による発振周波数の周波数偏差は、図６に示したベッセル関数Ｊ０（ｍ）と相関関係にある。具体的には、図７においてマイクロ波の強度が０からＰ０まで増加するにつれて周波数偏差が単調減少するときは、図６において変調度が０からｍ７まで増加するにつれてＪ０（ｍ）が単調減少するときに対応する。また、図７においてマイクロ波の強度がＰ０であって周波数偏差の変化率が最小となるときは、図６において変調度がｍ７であってＪ０（ｍ）が極小となるときに対応する。さらに、図７においてマイクロ波の強度がＰ０から増加するにつれて周波数偏差が単調減少するときは、図６において変調度がｍ７から増加するにつれてＪ０（ｍ）が単調増加するときに対応する。
【００７４】
次に、シグナルジェネレーター（ＳＧ）４０の接続を外して、変調回路１８と及び周波数変換回路２０を組み込む（Ｓ３０）。
【００７５】
次に、工程Ｓ２０で求めたマイクロ波の強度と発振周波数との関係に基づいて、中心周波数の光の強度が、１次のサイドバンド光の強度よりも小さくなるように、マイクロ波の強度を調整する（Ｓ４０）。例えば、図７のＰ０と図６のｍ７が一致するとして、図７において、図６のＪ０（ｍ）＜Ｊ１（ｍ）となる変調度ｍの範囲に対応するマイクロ波強度の範囲を計算により求め、マイクロ波の強度を当該範囲内のいずれかの値に調整してもよい。
【００７６】
最後に、物理パッケージ１００と回路部を筐体に収容し、原子発振器１を組み立てる（Ｓ５０）。
【００７７】
図８は、図５の工程Ｓ４０の好ましい実施例を示すフローチャート図である。図８の例では、まず、図５の工程Ｓ２０で求めたマイクロ波の強度と発振周波数との関係に基づいて、マイクロ波の強度に対する発振周波数の感度を求める。
【００７８】
次に、工程Ｓ４２で求めたマイクロ波の強度に対する発振周波数感度を最小に近づけるようにマイクロ波の強度を調整する（Ｓ４４）。
【００７９】
例えば、工程Ｓ４２では、図７に示したマイクロ波強度と周波数偏差の関係を用いて、周波数偏差のマイクロ波強度による１次微分計算（差分計算）を行い、マイクロ波強度とマイクロ波感度（周波数偏差の１次微分）との関係を求める。このマイクロ波感度が、マイクロ波の強度に対する発振周波数の感度に相当する。
【００８０】
図９は、マイクロ波強度とマイクロ波感度との関係の一例を示す図である。図９において、横軸はマイクロ波強度であり、縦軸はマイクロ波感度であり、ともに任意単位である。図９において、マイクロ波強度（横軸）の値の範囲は図７と同じであり、マイクロ波感度（縦軸）の値は図７の周波数偏差（縦軸）のマイクロ波強度による１次微分値である。図９の例では、マイクロ波強度がＰ０のときにマイクロ波感度の絶対値が最小（ほぼ０）になっている。工程Ｓ４４では、マイクロ波の強度がＰ０あるいはＰ０の近傍になるように、周波数変換回路２０の出力信号（周波数変調信号）の電圧を調整する。
【００８１】
以上に説明したように、本実施形態の原子発振器の製造方法によれば、マイクロ波（周波数変調信号）の強度に対する発振周波数の感度を求め、この感度が小さくなるように周波数変換回路２０の出力信号（周波数変調信号）の強度を調整するので、部品の経時変化により生じるシュタルクシフトに起因する発振周波数の変動量を確実に低減させ、従来よりも高い長期安定度の原子発振器を製造することができる。
【００８２】
また、本実施形態の原子発振器の製造方法によれば、マイクロ波（周波数変調信号）の強度に対する発振周波数の感度を求めることで、半導体レーザー１０の出射光の周波数スペクトルを取得する手間を省き、周波数変調信号の強度を比較的簡単に調整することができる。
【００８３】
１−２．第２実施形態
第２実施形態の原子発振器１の構成は、第１実施形態（図１）と同様であり、変調度ｍの設定範囲が第１実施形態と異なる。以下では、第２実施形態の原子発振器１について、第１実施形態と重複する説明は省略し、主として、第１実施形態と異なる内容（変調度ｍの設定範囲）について説明する。
【００８４】
図１５は本実施形態の原子発振器１の周波数（発振周波数）偏差シフトと変調度ｍとの関係を表した図であり、図１６は周波数偏差シフトを絶対値で表した図である。図１５及び図１６において、横軸は変調度ｍであり、縦軸は周波数偏差シフトである。ここで周波数偏差は「シュタルクシフト/ν２１」で定義される。例えばν２１はセシウム（Ｃｓ）原子の基底準位の超微細分裂周波数であり、この場合ν２１＝９．１９２６３１７７０ＧＨｚとなる。周波数偏差シフトは、周波数偏差が０から変動した量を表している。図１５、図１６では、３種類の光の強度について前記の関係を表しており、いずれの強度の光であっても、変調度ｍが２．４、３．８、５．５、７．０、８．７の時、周波数偏差が０となっており、その他の値の時は周波数偏差が０から変動しているのがわかる。周波数偏差が０ということは、即ちシュタルクシフトが０であることを意味している。
【００８５】
尚、図１５、図１６及び後述する図１７、図１８で開示している光の強度は、サイドバンド光の成分も含めた全ての周波数成分の光強度の総和を表している。本実施形態の原子発振器１では、光の強度として、１μＷ／ｍｍ２、２μＷ／ｍｍ２、３μＷ／ｍｍ２について例示した。
【００８６】
図１７は本実施形態の原子発振器１のマイクロ波感度（周波数偏差の変調度ｍによる１次微分）シフトと変調度ｍの関係を表した図であり、図１８はマイクロ波感度シフトを絶対値で表した図である。図１７及び図１８において、横軸は変調度ｍであり、縦軸はマイクロ波感度シフトである。マイクロ波感度シフトは、マイクロ波感度が０から変動した量を表している。図１７、図１８では、３種類の光の強度について前記の関係を表しており、いずれの強度の光であっても、変調度ｍが３．０、４．６、６．２、７．８の時、マイクロ波感度が０となっており、その他の値の時はマイクロ波感度が０から変動しているのがわかる。マイクロ波感度が０ということは、変調度ｍの変化に対して、マイクロ波の変化が０であることを意味している。
【００８７】
変調度ｍは周波数変換回路２０の出力信号（周波数変調信号）の強度（振幅）に比例する。そこで、第２実施形態の原子発振器１における変調度ｍは、原子発振器１の周囲の環境温度が変動した時に、回路部分の温度特性に応じて周波数変換回路２０の出力信号（周波数変調信号）の強度が変動しても、マイクロ波感度が小さいことにより、周波数偏差が小さくなるように設定されている。特に、変調度ｍが３．０、４．６、６．２、７．８のいずれかに設定されることが最も好ましい。図１７、図１８で説明したように、変調度ｍが３．０、４．６、６．２、７．８のいずれかの時、マイクロ波感度が０となる。一方で、変調度ｍは、原子発振器１の機器としての特性等により、その設定時に一定の範囲を有して設定される。本実施形態では、その範囲を図１８の矢印で示したいずれかの範囲としている。尚、ここで設定される変調度ｍの範囲には、０は含まない。
【００８８】
変調度ｍの最も低い方の範囲（範囲１）は、マイクロ波感度が０となる値である３．０（「第１の変調度」の一例）よりも小さく発振周波数偏差が０となる値である２．４（「第２の変調度」の一例）と、３．０よりも大きく発振周波数偏差が０となる値である３．８（「第３の変調度」の一例）との間の範囲である。この範囲１に含まれる変調度ｍの値３．０は、マイクロ波感度が０になる変調度ｍの中で、最も小さい値である。また、範囲１の下限値２．４は、３．０よりも小さく、かつ、発振周波数偏差が０となる変調度ｍの中で、３．０に最も近い値である。また、範囲１の上限値３．８は、３．０よりも大きく、かつ、発振周波数偏差が０となる変調度ｍの中で、３．０に最も近い値である。
【００８９】
また、変調度ｍの２番目に低い方の範囲（範囲２）は、マイクロ波感度が０となる値である４．６（「第１の変調度」の他の一例）よりも小さく発振周波数偏差が０となる値である３．８（「第２の変調度」の他の一例）と、４．６よりも大きく発振周波数偏差が０となる値である５．５（「第３の変調度」の他の一例）との間の範囲である。この範囲２に含まれる変調度ｍの値４．６は、マイクロ波感度が０になる変調度ｍの中で、２番目に小さい値である。また、範囲２の下限値３．８は、４．６よりも小さく、かつ、発振周波数偏差が０となる変調度ｍの中で、４．６に最も近い値である。また、範囲２の上限値５．５は、４．６よりも大きく、かつ、発振周波数偏差が０となる変調度ｍの中で、４．６に最も近い値である。
【００９０】
範囲１、範囲２のいずれの場合であっても、変調度ｍが最も好ましい値（３．０又は４．６）に設定されている場合は、変調度ｍに対するマイクロ波感度が０となる。変調度ｍが範囲１の両端のいずれか（２．４又は３．８）あるいは範囲２の両端のいずれか（３．８又は５．５）に設定されている場合は、マイクロ波感度が０から若干変動するが、図１５、図１６に示されるようにシュタルクシフトが０になる為、原子発振器１のシュタルクシフトによる発振周波数の変動が最小となるという効果を有することになる。また変調度ｍが、範囲１あるいは範囲２において、最も好ましい設定値（３．０又は４．６）と両端の設定値（２．４と３．８又は３．８と５．５）との間の値に設定されている時は、マイクロ波感度の変動が小さく且つシュタルクシフトも小さいという中間的なバランスのとれた特性が実現できる。
【００９１】
上記の範囲１、範囲２のいずれを選択しても良いが、変調度ｍを範囲１に設定した場合、サイドバンド光（共鳴光対）の強度がより大きくなり、ＥＩＴ信号強度のＳＮ比が良好になる。また、マイクロ波（周波数変調信号）の強度が小さい為、原子発振器１の消費電力をより小さくできる。
【００９２】
尚、図１５、図１６に示されるように、変調度ｍの値として、２．４、３．８、５．５以外にも、７．０あるいは８．７でもシュタルクシフトが０になる。同様に、図１７、図１８に示されるように、変調度ｍの値として、３．０、４．６以外にも、６．２あるいは
７．８でもマイクロ波感度が０になる。従って、変調度ｍの設定範囲として、上記範囲２よりも大きい範囲（例えば、５．５以上７．０以下の範囲３あるいは７．０以上８．７以下の範囲４）を選択することも可能である。
【００９３】
以上に説明した第２実施形態の原子発振器１では、周波数変調の変調度が、周波数変調信号の強度が変動した時の発振周波数偏差の変動量が従来よりも小さくなる範囲に設定されている。従って、第２実施形態の原子発振器１によれば、部品の経時変化により生じるシュタルクシフトに起因する発振周波数の変動量を低減させることができるので、従来よりも長期安定度を向上させることができる。
【００９４】
また、周囲の環境温度が変動した時に、回路部分の温度特性に応じて周波数変調信号の強度が変動するが、第２実施形態の原子発振器１によれば、周波数変調の変調度が、周囲の環境温度が変動した時の発振周波数偏差の変動量が従来よりも小さくなる範囲に設定されているので、従来よりも周波数温度特性を向上させることができる。
【００９５】
２．電子機器
図１０は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図である。
【００９６】
本実施形態の電子機器３００は、原子発振器３１０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access
Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０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１０の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００９７】
原子発振器３１０は、例えば、前述した実施形態の原子発振器１であり、長期安定度の高いクロック信号を出力する。
【００９８】
ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ３２０は、原子発振器３１０が出力するクロック信号に同期して、各種の演算処理、操作部３３０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３６０を制御する処理、表示部３７０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等を行う。
【００９９】
操作部３３０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ＣＰＵ３２０に出力する。
【０１００】
ＲＯＭ３４０は、ＣＰＵ３２０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。
【０１０１】
ＲＡＭ３５０は、ＣＰＵ３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、ＣＰＵ３２０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。
【０１０２】
通信部３６０は、ＣＰＵ３２０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。
【０１０３】
表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０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。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
【０１０４】
原子発振器３１０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、長期的に高い信頼性を維持することが可能な電子機器を実現することができる。
【０１０５】
このような電子機器３００としては、例えば、標準時刻との同期を実現する時刻管理用のサーバー（タイムサーバー）、タイムスタンプの発行等を行う時刻管理装置（タイムスタンプサーバー）、基地局等の周波数基準装置等が挙げられる。電子機器３００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）、スマートフォンや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、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、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。
【０１０６】
３．移動体
図１１は、本実施形態の移動体の一例を示す図（上面図）である。図１１に示す移動体４００は、原子発振器４１０、カーナビゲーション装置４２０、コントローラー４３０，４４０，４５０、バッテリー４６０、バックアップ用バッテリー４７０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図１１の構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【０１０７】
原子発振器４１０は長期安定度の高いクロック信号を出力するものであり、この原子発振器４１０としては、上述の実施形態の原子発振器１を適用することができる。
【０１０８】
カーナビゲーション装置４２０は、原子発振器４１０が出力するクロック信号に同期して、位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。
【０１０９】
コントローラー４３０，４４０，４５０は、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行う。コントローラー４３０，４４０，４５０は、原子発振器４１０が出力するクロック信号に同期して各種の制御を行うようにしてもよい。
【０１１０】
本実施形態の移動体４００は、原子発振器４１０を備えていることで、長期的に高い信頼性を維持することができる。
【０１１１】
このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
【０１１２】
４．応用例
上述した本実施形態の原子発振器では、ガスセル１３に磁場がかかるとアルカリ金属原子のエネルギー準位がゼーマン分裂し、ＥＩＴ現象を生じさせる共鳴光対の周波数差ω２１は磁場の強度に応じて変動する（その結果、発振周波数が変動する）。この特性を利用
し、本実施形態の原子発振器を磁気センサーに応用することができる。
【０１１３】
また、本実施形態の原子発振器は、極めて安定したアルカリ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１３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を実現することもできる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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】
【０１１７】
１  原子発振器、１０  半導体レーザー、１１  減光フィルター、１２  １／４波長板、１３  ガスセル、１４  光検出器、１６  検波回路、１７  電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、１８  変調回路、１９  低周波発振器、２０  周波数変換回路、２１  検波回路、２２  変調回路、２３  低周波発振器、２４  駆動回路、２６  バイアス設定回路、２７
メモリー、２８  周波数変換回路、３０  ＰＬＬ回路、３２  増幅回路、３４  オートゲインコントロール（ＡＧＣ）回路、４０  シグナルジェネレーター、５０  周波数カウンター、１００  物理パッケージ、３００  電子機器、３１０  原子発振器、３２０  ＣＰＵ、３３０  操作部、３４０  ＲＯＭ、３５０  ＲＡＭ、３６０  通信部、３７０  表示部、４００  移動体、４１０  原子発振器、４２０  カーナビゲーション装置、４３０，４４０，４５０  コントローラー、４６０  バッテリー、４７０  バックアップ用バッテリー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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