(57)【要約】【課題】面発光レーザーから射出される偏光光の偏光方向を制御して、原子発振器の安定性を高めることができる光学モジュールを提供する。【解決手段】光学モジュール１００は、光を射出する面発光レーザー１０と、面発光レーザー１０から射出した光を、第１の方向に偏光する第１偏光光Ｌ１と前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２偏光光Ｌ２とに分離する偏光分離部２０と、第１偏光光Ｌ１が入射するλ／４板３０と、アルカリ金属ガスが封入され、かつ、λ／４板３０を透過した光が照射されるガスセル４０と、ガスセル４０を透過した光の強度を検出する第１光検出部５０と、第２偏光光Ｌ２の強度を検出する第２光検出部６０と、面発光レーザー１０を光軸周りに回転させる駆動部７０と、第２光検出部６０で検出した光量に応じて、駆動部７０を動作させる制御部８０と、を含む。【選択図】図１
2015082511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子発振器の光学モジュールであって、
光を射出する面発光レーザーと、
前記面発光レーザーから射出した光を、第１の方向に偏光する第１偏光光と前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２偏光光とに分離する偏光分離部と、
前記第１偏光光が入射するλ／４板と、
アルカリ金属ガスが封入され、かつ、前記λ／４板を透過した光が照射されるガスセルと、
前記ガスセルを透過した光の強度を検出する第１光検出部と、
前記第２偏光光の強度を検出する第２光検出部と、
前記面発光レーザーを光軸周りに回転させる駆動部と、
前記第２光検出部で検出した光量に応じて、前記駆動部を動作させる制御部と、
を含むことを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
前記制御部は、前記第２光検出部で検出される前記第２偏光光の光量が変化したときに、変化する前の前記第２偏光光の光量に戻すように前記駆動部を動作させる、ことを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２光検出部で検出される前記第２偏光光の光量が所定の光量となるように前記駆動部を動作させる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記偏光分離部は、前記面発光レーザーから射出した光を、ｐ偏光の光とｓ偏光の光とに分離する偏光ビームスプリッターである、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記面発光レーザーは、偏光光を射出する、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学モジュール。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学モジュールを含む、ことを特徴とする原子発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学モジュールおよび原子発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、量子干渉効果のひとつであるＣＰＴ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｐｐｉｎｇ）を利用した原子発振器が提案され、装置の小型化や低消費電力化が期待されている。ＣＰＴを利用した原子発振器は、アルカリ金属原子に異なる２種類の波長（周波数）を有するコヒーレント光を照射すると、コヒーレント光の吸収が停止する電磁誘起透過現象（ＥＩＴ現象：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）を利用した発振器である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ＥＩＴ現象の発現確率を高めるために、光源から射出された共鳴光をλ／４板によって円偏光に変換して、アルカリ金属原子が封入されたガスセルに照射する原子発振器が開示されている。ガスセルに円偏光の光を照射することにより、アルカリ金属原子と円偏光の光との間で相互作用を起こし、アルカリ金属原子が磁気量子数ｍＦ＝０の基底準位に存在する確率を高めることができる。これにより、ＥＩＴ現象の発現確率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−９８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
面発光レーザーで発生する光は、可干渉性を有するため、量子干渉効果を得るために好適である。面発光レーザーは、一般的に、偏光した光（偏光光）を射出する。
【０００６】
しかしながら、面発光レーザーが射出する偏光光の偏光方向は、経時的に変化する。そのため、特許文献１の原子発振器の光源として面発光レーザーを適用すると、面発光レーザーが射出する偏光光の偏光方向の変化によって、λ／４板に対する偏光光の偏光方向が変化し、λ／４板を通過した光の円偏光成分の割合が変化する（例えばλ／４板で円偏光に変換されずに楕円偏光に変換される）。したがって、特許文献１の原子発振器の光源として面発光レーザーを適用すると、ガスセルに照射される光の円偏光成分の割合が経時的に変化し、原子発振器の安定性が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、面発光レーザーから射出される偏光光の偏光方向を制御して、原子発振器の安定性を高めることができる光学モジュールを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記光学モジュールを含む原子発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光学モジュールは、
原子発振器の光学モジュールであって、
光を射出する面発光レーザーと、
前記面発光レーザーから射出した光を、第１の方向に偏光する第１偏光光と前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２偏光光とに分離する偏光分離部と、
前記第１偏光光が入射するλ／４板と、
アルカリ金属ガスが封入され、かつ、前記λ／４板を透過した光が照射されるガスセルと、
前記ガスセルを透過した光の強度を検出する第１光検出部と、
前記第２偏光光の強度を検出する第２光検出部と、
前記面発光レーザーを光軸周りに回転させる駆動部と、
前記第２光検出部で検出した光量に応じて、前記駆動部を動作させる制御部と、
を含む。
【０００９】
このような光学モジュールでは、面発光レーザーから射出した光を偏光分離部で分離して第１の方向に偏光する第１偏光光としてλ／４板に入射させるため、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、λ／４板に入射する偏光光の偏光方向をλ／４板に対して一定の方向にすることができる。これにより、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が経時的に変化することに起因して、ガスセルに照射される光の円偏光成分の割合が変化することを防ぐことができる。
【００１０】
さらに、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、制御部が駆動部を動作させて面発光レーザーを光軸まわりに回転させることにより、ガスセルに照射される光の光量を一定にすることができる。
【００１１】
したがって、このような光学モジュールによれば、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が経時的に変化することに起因して、ガスセルに照射される光の円偏光成分の割合、およびその光量が変化することを防ぐことができるため、原子発振器の安定性を高めることができる。
【００１２】
本発明に係る光学モジュールにおいて、
前記制御部は、前記第２光検出部で検出される前記第２偏光光の光量が変化したときに、変化する前の前記第２偏光光の光量に戻すように前記駆動部を動作させてもよい。
【００１３】
このような光学モジュールでは、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、第１偏光光の光量を一定にすることができるため、ガスセルに照射される光の光量を一定にすることができる。
【００１４】
本発明に係る光学モジュールにおいて、
前記制御部は、前記第２光検出部で検出される前記第２偏光光の光量が所定の光量となるように前記駆動部を動作させてもよい。
【００１５】
このような光学モジュールでは、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、第１偏光光の光量を一定にすることができるため、ガスセルに照射される光の光量を一定にすることができる。
【００１６】
本発明に係る光学モジュールにおいて、
前記偏光分離部は、前記面発光レーザーから射出した光を、ｐ偏光の光とｓ偏光の光とに分離する偏光ビームスプリッターであってもよい。
【００１７】
このような光学モジュールでは、面発光レーザーにおいて偏光光の偏光方向が変化しても、λ／４板に入射する偏光光の偏光方向をλ／４板に対して一定の方向にすることができる。
【００１８】
本発明に係る光学モジュールにおいて、
前記面発光レーザーは、偏光光を射出してもよい。
【００１９】
本発明に係る原子発振器は、
本発明に係る光学モジュールを含む。
【００２０】
このような原子発振器では、本発明に係る光学モジュールを含むため、装置の安定性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る光学モジュールを含む原子発振器を示すブロック図。
【図２】共鳴光の周波数スペクトラムを示す図。
【図３】アルカリ金属原子のΛ型３準位モデルと第１側帯波および第２側帯波の関係を示す図。
【図４】本実施形態に係る光学モジュールの面発光レーザーおよび駆動部を模式的に示す平面図。
【図５】本実施形態に係る光学モジュールの面発光レーザーおよび駆動部を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
１．光学モジュール
まず、本実施形態に係る光学モジュールについて、図面を参照しながら説明する。ここでは、本実施形態に係る光学モジュールを原子発振器に適用した例について説明する。図１は、本実施形態に係る光学モジュール１００を含んで構成された原子発振器１を示すブロック図である。
【００２４】
原子発振器１は、図１に示すように、光学モジュール１００と、中心波長制御部２と、高周波制御部４と、を含んで構成されている。
【００２５】
光学モジュール１００は、図１に示すように、面発光レーザー１０と、偏光分離部２０と、λ／４板３０と、ガスセル４０と、第１光検出部５０と、第２光検出部６０と、駆動部７０と、制御部８０と、を含んで構成されている。
【００２６】
面発光レーザー１０は、例えば、共振器を半導体基板に対して垂直に作りこんだ垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）である。面発光レーザー１０は、偏光光を射出する。ここで偏光光とは、直線偏光の場合と、実質的に直線偏光とみなせる楕円偏光の場合と、を含む。直線偏光とは、光の電場の振動方向が一平面内にある光をいう。また、実質的に直線偏光とみなせる楕円偏光とは、楕円偏光の長軸の長さが楕円偏光の短軸の長さに対して十分に長いものをいう。例えば、長軸の長さａと短軸の長さｂの比がａ／ｂ≧１０の関係を満たす楕円偏光である。ここで、楕円偏光の長軸とは、光の電場の振動ベクトルの先端が楕円運動する楕円偏光において、この振動ベクトルの先端が描く楕円の長軸をいう。また、楕円偏光の短軸とは、当該楕円の短軸をいう。なお、図１では、偏光光（直線偏光の光）を実線の白抜き矢印で示し、電場の振動ベクトルの先端が円運動をする光（円偏光の光）を破線の白抜き矢印で示している。
【００２７】
面発光レーザー１０では、経時的に偏光光の偏光方向（直線偏光における電場の振動方向）が変化する。すなわち、面発光レーザー１０では、経時的に偏光面が回転する。ここで、偏光面とは、光の進行方向と電場の振動方向とを含む面である。なお、実質的に直線偏光とみなせる楕円偏光において、偏光光の偏光方向とは、楕円偏光の長軸の方向をいうことができる。
【００２８】
面発光レーザー１０から射出された光は、偏光分離部２０に入射する。ここで、光学モジュール１００では、面発光レーザー１０において偏光光の偏光方向が変化しても、後述するように、制御部８０が駆動部７０を動作させて面発光レーザー１０を光軸まわりに回転させることにより、偏光分離部２０に入射する偏光光の偏光方向を一定の方向にすることができる。ここで、光軸とは、面発光レーザー１０から射出された光の広がりの中心を通る軸である（図４および図５の光軸Ａ参照）。
【００２９】
図２は、面発光レーザー１０が射出する光の周波数スペクトラムを示す図である。図３は、アルカリ金属原子のΛ型３準位モデルと第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２の関係を示す図である。面発光レーザー１０から射出される光は、図２に示す、中心周波数ｆ０（＝ｃ／λ０：ｃは光の速さ、λ０はレーザー光の中心波長）を有する基本波Ｆと、中心周波数ｆ０に対して上側サイドバンドに周波数ｆ１を有する第１側帯波Ｗ１と、中心周波数ｆ０に対して下側サイドバンドに周波数ｆ２を有する第２側帯波Ｗ２と、を含む。第１側帯波Ｗ１の周波数ｆ１は、ｆ１＝ｆ０＋ｆｍであり、第２側帯波Ｗ２の周波数ｆ２は、ｆ２＝ｆ０−ｆｍである。
【００３０】
図３に示すように、第１側帯波Ｗ１の周波数ｆ１と第２側帯波Ｗ２の周波数ｆ２との周波数差が、アルカリ金属原子の基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２とのエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数と一致している。したがって、アルカリ金属原子は、周波数ｆ１を有する第１側帯波Ｗ１と、周波数ｆ２を有する第２側帯波Ｗ２と、によってＥＩＴ現象を起こす。
【００３１】
偏光分離部２０は、面発光レーザー１０から射出した光を、第１の方向に偏光する第１偏光光Ｌ１と、第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２偏光光Ｌ２とに分離する。ここで、第１の方向に偏光する第１偏光光Ｌ１とは、電場の振動方向が第１の方向である直線偏光の光をいう。同様に、第２の方向に偏光する第２偏光光Ｌ２とは、電場の振動方向が第２の方向である直線偏光の光をいう。このように偏光分離部２０は、入射した光の偏光成分を分離する。
【００３２】
偏光分離部２０は、例えば、面発光レーザー１０から射出した光を、ｐ偏光の光とｓ偏光の光とに分離する偏光ビームスプリッターである。ここで、ｐ偏光の光とは、偏光分離部２０の偏向分離面２２の入射面に対して、偏光方向が平行な光（電場の振動方向が平行な光）である。また、ｓ偏光の光とは、偏光分離部２０の偏向分離面２２の入射面に対して、偏光方向が垂直な光（電場の振動方向が垂直な光）である。なお、偏向分離面２２の入射面とは、偏向分離面２２に入射する光の光軸と偏向分離面２２にて反射する光の光軸とを含む平面であり、図１の紙面に平行な面である。偏光分離部２０は、面発光レーザー１０から射出された光のｐ偏光成分を透過させ、ｓ偏光成分を反射させることで、ｐ偏光の光とｓ偏光の光とに分離する。このとき、上記第１の方向は、偏向分離面２２の入射面に対して平行な方向であり、上記第２の方向は、偏向分離面２２の入射面に対して垂直な方向である。また、第１偏光光Ｌ１は、ｐ偏光の光に対応し、第２偏光光Ｌ２は、ｓ偏光の光に対応する。
【００３３】
偏光分離部２０は、入射する偏光光の偏光方向に応じて、第１偏光光Ｌ１と第２偏光光Ｌ２の分離比が異なる特性を持つ。例えば、偏光分離部２０に入射する偏光光の偏光方向が変化した場合には、第１偏光光Ｌ１の光量と第２偏光光Ｌ２の光量の比も変化する。光学モジュール１００では、後述するように、面発光レーザー１０から射出されて偏光分離部２０に入射する偏光光の偏光方向を一定の方向にすることができるため、第１偏光光Ｌ１の光量と第２偏光光Ｌ２の光量の比も一定にすることができる。
【００３４】
光学モジュール１００では、面発光レーザー１０から射出された光は、偏光分離部２０によって第１偏光光Ｌ１と第２偏光光Ｌ２とに分離されることにより、２つの経路（経路Ｒ１、経路Ｒ２）に分かれる。経路Ｒ１は、偏光分離部２０で分離されてからλ／４板３０、ガスセル４０を通って第１光検出部５０で検出されるまでの光の経路である。経路Ｒ１は、ＥＩＴ現象を利用して原子発振器１を発振器として動作させるための光の経路である。経路Ｒ２は、偏光分離部２０で分離されてから第２光検出部６０で検出されるまでの光の経路である。経路Ｒ２は、第２偏光光Ｌ２の光量をモニターするための光の経路である。また、経路Ｒ２は、第２偏光光Ｌ２の光量を介して、間接的に第１偏向光Ｌ１の光量をモニターする経路であるともいえる。
【００３５】
λ／４板３０には、偏光分離部２０で分離された第１偏光光Ｌ１が入射する。λ／４板３０は、光の直交する直線偏光成分間に１／４波長の光路差（９０°の位相差）を与える波長板である。λ／４板３０は、第１偏光光Ｌ１（直線偏光）を円偏光に変換する。λ／４板３０は、第１偏光光Ｌ１の偏光方向（直線偏光の振動方向）に対して、速軸が４５°の角度となるように配置されている。これにより、第１偏光光Ｌ１を円偏光に変換することができる。ここで、速軸（高速軸）とは、λ／４板において小さい屈折率を持つ方向の軸をいい、λ／４板の遅軸（低速軸、大きい屈折率を持つ方向の軸）に対して直交する軸である。λ／４板３０としては、例えば、水晶板や、雲母板等を用いることができる。
【００３６】
ガスセル４０は、容器中に気体状のアルカリ金属原子（ナトリウム原子、ルビジウム原子、セシウム原子等）が封入されたものである。このガスセル４０に対して、アルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数（波長）を有する２つの光波が照射されると、アルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こす。例えば、アルカリ金属原子がセシウム原子であれば、Ｄ１線における基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２のエネルギー差に相当する周波数が９．１９２６３・・・ＧＨｚなので、周波数差が９．１９２６３・・・ＧＨｚの２つの光波が照射されるとＥＩＴ現象を起こす。
【００３７】
ガスセル４０には、λ／４板３０を透過した光（円偏光）が照射される。光学モジュール１００では、面発光レーザー１０から射出された光を偏光分離部２０を介してλ／４板３０で円偏光に変換して、ガスセル４０に照射する。これにより、ＥＩＴ現象の発現確率を高めることができる。
【００３８】
第１光検出部５０は、ガスセル４０に封入されたアルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する。第１光検出部５０は、アルカリ金属原子を透過した光の強度に応じた検出信号を出力する。第１光検出部５０としては、例えば、フォトダイオードを用いる。
【００３９】
第２光検出部６０は、偏光分離部２０で分離された第２偏光光Ｌ２の強度を検出する。第２光検出部６０は、第２偏光光Ｌ２の強度に応じた検出信号を出力する。第２光検出部６０としては、例えば、フォトダイオードを用いる。第２光検出部６０の検出信号は、制御部８０に出力される。
【００４０】
駆動部７０は、面発光レーザー１０を光軸周りに回転させる。これにより、偏光分離部２０に入射する偏光光の偏光方向を変えることができる。ここで、第１偏光光Ｌ１の光量および第２偏光光Ｌ２の光量は、偏光分離部２０における偏光光Ｌ１，Ｌ２の分離比によって決まる。また、偏光光Ｌ１，Ｌ２の分離比は、偏光分離部２０に入射する偏光光の偏光方向によって決まる。そのため、駆動部７０が面発光レーザー１０を回転させることにより偏光分離部２０に入射する偏光光の偏光方向を変えることで、第２偏光光Ｌ２の光量（第１偏光光Ｌ１の光量）を変化させることができる。駆動部７０は、制御部８０によって、制御される。駆動部７０の具体的な構成については後述する。
【００４１】
制御部８０は、第２光検出部６０で検出した光の光量に応じて、駆動部７０を動作させる。具体的には、制御部８０は、第２光検出部６０で検出される第２偏光光Ｌ２の光量が変化したときに、変化する前の第２偏光光Ｌ２の光量に戻すように駆動部７０を動作させる。これにより、第１偏光光Ｌ１の光量も変化する前の光量に戻すことができるため、ガスセル４０に照射される光の量を一定にすることができる。
【００４２】
制御部８０は、例えば、第２光検出部６０で検出される第２偏光光Ｌ２の光量が所定の光量となるように駆動部７０を動作させる。なお、所定の光量は、例えば、第２偏光光Ｌ２の光量が最小となるときの光量である。すなわち、第１偏光光Ｌ１の光量が最大となるときの第２偏光光Ｌ２の光量である。なお、所定の光量は、第２偏光光Ｌ２の光量が最小となるときの光量に限定されず、適宜設定することができる。
【００４３】
具体的には、制御部８０は、例えば、駆動部７０を動作させて面発光レーザー１０を光軸まわりに回転させて偏光分離部２０に入射する偏光光の偏光方向を変化させながら第２偏光光Ｌ２の光量をモニターし、第２偏光光Ｌ２の光量が所定の光量となったところで駆動部７０の動作を止める。これにより、第２偏光光Ｌ２の光量を所定の光量とすることができる。
【００４４】
中心波長制御部２は、第１光検出部５０が出力する検出信号に応じた大きさの駆動電流を発生させて面発光レーザー１０に供給し、面発光レーザー１０が射出する光の中心波長λ０を制御する。面発光レーザー１０、ガスセル４０、第１光検出部５０、中心波長制御部２を通るフィードバックループにより、面発光レーザー１０が射出する光の中心波長λ０が微調整されて安定する。
【００４５】
高周波制御部４は、第１光検出部５０が出力する検出結果に基づいて、第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２の波長（周波数）差が、ガスセル４０に封入されたアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数に等しくなるように制御する。高周波制御部４は、第１光検出部５０が出力する検出結果に応じた変調周波数ｆｍ（図２参照）を有する変調信号を発生させる。
【００４６】
面発光レーザー１０、ガスセル４０、第１光検出部５０、高周波制御部４を通るフィードバックループにより、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２との周波数差がアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数と極めて正確に一致するようにフィードバック制御がかかる。その結果、変調周波数ｆｍは極めて安定した周波数になるので、変調信号を原子発振器１の出力信号（クロック出力）とすることができる。
【００４７】
２．  面発光レーザーおよび駆動部の構成
次に、面発光レーザー１０および駆動部７０の構成の一例について、図面を参照しながら説明する。図４は、面発光レーザー１０および駆動部７０を模式的に示す平面図である。図５は、面発光レーザー１０および駆動部７０を模式的に示す断面図であり、図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【００４８】
面発光レーザー１０は、図４および図５に示すように、半導体積層体１１と、電極１２ａ，１２ｂと、支持基板１６と、を含んで構成されている。
【００４９】
半導体積層体１１は、例えば、第１半導体多層膜ミラーと、第２半導体多層膜ミラーと、第１および第２半導体多層膜ミラーに挟まれた活性層と、を含んで構成されている。この第１および第２半導体多層膜ミラーと活性層により、垂直共振器が構成される。
【００５０】
電極１２ａ，１２ｂは、半導体積層体１１の表面に設けられている。電極１２ａ，１２ｂに駆動信号が供給されると、活性層において光が発生する。そして、面発光レーザー１０は、射出面１３から光を射出する。
【００５１】
支持基板１６は、半導体積層体１１を支持している。支持基板１６には、電極１２ａ，１２ｂに駆動信号（中心波長制御部２の出力信号および高周波制御部４の出力信号）を供給するための端子１４ａ，１４ｂが設けられている。端子１４ａと電極１２ａとは配線ワイヤー１５ａによって接続されている。端子１４ｂと電極１２ｂとは配線ワイヤー１５ｂによって接続されている。支持基板１６の形状は、例えば、円盤状である。
【００５２】
面発光レーザー１０は、図示の例では、ステム１７に実装されている。
【００５３】
ステム１７は、支持基板１６を支持している。ステム１７には、端子１４ａが挿入される溝１８ａと、端子１４ｂが挿入される溝１８ｂとが設けられている。溝１８ａ，１８ｂは、図４に示すように平面視において、射出面１３から射出される光の光軸Ａを中心とする同心円状に設けられている。溝１８ａの内面には外部電極１９ａが設けられ、溝１８ｂの内面には外部電極１９ｂが設けられている。中心波長制御部２および高周波制御部４で生成された駆動信号は、外部電極１９ａ，１９ｂ、端子１４ａ，１４ｂ、配線ワイヤー１５ａ，１５ｂを介して電極１２ａ，１２ｂに供給される。溝１８ａ，１８ｂに端子１４ａ，１４ｂが挿入されていることにより、面発光レーザー１０が回転しても、電極１２ａ，１２ｂに駆動信号を供給することができる。
【００５４】
ステム１７は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃ、Ｂｅ、Ａｕや、これらの化合物（例えば、ＡｌＮ、ＢｅＯなど）や合金（例えばＣｕＭｏなど）などからなる。また、これらの例示を組み合わせたもの、例えば銅（Ｃｕ）層とモリブデン（Ｍｏ）層の多層構造などから、ステム１７を構成することもできる。
【００５５】
駆動部７０は、モーター７１を含んで構成されている。モーター７１は、例えば、ステップモーター（ステッピングモーター）である。モーター７１は、制御部８０によって制御される。モーター７１は、軸部材７１ａを回転させる。
【００５６】
軸部材７１ａは、ステム１７を貫通する貫通孔を通って、支持基板１６に接続されている。軸部材７１ａは、平面視で光軸Ａと重なるように配置される。そのため、モーター７１の動作により軸部材７１ａが回転することで、面発光レーザー１０が光軸Ａ周りに回転する。これにより、面発光レーザー１０から射出される偏光光の偏光方向を変える（偏光面を回転させる）ことができる。
【００５７】
３．  光学モジュールの動作
次に、光学モジュール１００の動作について、図１を参照しながら説明する。
【００５８】
面発光レーザー１０は、偏光光を射出する。面発光レーザー１０から射出された偏光光は、偏光分離部２０に入射する。偏光分離部２０に入射した光は、互いに偏光方向が垂直な方向である第１偏光光Ｌ１と第２偏光光Ｌ２とに分離される。このように、面発光レーザー１０から射出された光は、偏光分離部２０によって第１偏光光Ｌ１と第２偏光光Ｌ２とに分離されることにより、２つの経路（経路Ｒ１、経路Ｒ２）に分かれる。以下、各経路Ｒ１，Ｒ２ごとに説明する。
【００５９】
まず、経路Ｒ１について説明する。
【００６０】
偏光分離部２０を透過した第１偏光光Ｌ１は、λ／４板３０に入射する。第１偏光光Ｌ１は、λ／４板３０で円偏光に変換され、ガスセル４０に入射する。ここで、面発光レーザー１０から射出される光は、アルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数（波長）を有する２つの光波（第１側帯波Ｗ１、第２側帯波Ｗ２）を含んでおり、アルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こす。ガスセル４０を透過した光の強度は第１光検出部５０で検出される。
【００６１】
中心波長制御部２および高周波制御部４は、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２との周波数差がアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数と極めて正確に一致するように、フィードバック制御を行う。原子発振器１では、ＥＩＴ現象を利用し、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２との周波数差ｆ１−ｆ２が基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２とのエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数からずれた時の光吸収挙動の急峻な変化を検出し制御することで、高精度な発振器をつくることができる。
【００６２】
次に、経路Ｒ２について説明する。
【００６３】
偏光分離部２０で反射された第２偏光光Ｌ２は、第２光検出部６０に入射する。第２光検出部６０では、第２偏光光Ｌ２の強度が検出される。
【００６４】
ここで、偏光分離部２０は、入射する偏光光の偏光方向に応じて、第１偏光光Ｌ１と第２偏光光Ｌ２の分離比が異なる特性を持つ。そのため、例えば、面発光レーザー１０から射出される偏光光の偏光方向が変化すると、偏光分離部２０において第１偏光光Ｌ１と第２偏光光Ｌ２の分離比が変わる。これにより、ガスセル４０に照射される光の量が変化してしまう。
【００６５】
そのため、制御部８０は、第２光検出部６０で検出される第２偏光光Ｌ２の光量が変化したときに、変化する前の第２偏光光Ｌ２の光量に戻すように駆動部７０を動作させる。これにより、第１偏光光Ｌ１の光量も変化する前の光量に戻すことができるため、ガスセル４０に照射される光の量を一定にすることができる。
【００６６】
制御部８０の処理の一例について具体的に説明する。
【００６７】
制御部８０は、第２光検出部６０が出力する検出信号の強度が設定値から変化すると、駆動部７０を動作させて面発光レーザー１０を回転させる。ここで、設定値は、例えば、第２偏光光Ｌ２の光量が最小となるときの第２光検出部６０の検出信号の強度である。面発光レーザー１０を回転させることにより、偏光分離部２０に入射する偏光光の偏光方向が変化する。これにより、偏光分離部２０の偏光光Ｌ１，Ｌ２の分離比が変化し、第２偏光光Ｌ２の光量が変化する。
【００６８】
制御部８０は、第２光検出部６０が出力する検出信号の強度（第２偏光光Ｌ２の光量）をモニターしながら、当該検出信号の強度が設定値（最小値）になるまで駆動部７０を動作させて面発光レーザー１０を回転させる。そして、制御部８０は、当該検出信号の強度が設定値（最小値）になると処理を終了する。
【００６９】
なお、制御部８０は、第２光検出部６０が出力する検出信号の強度をモニターしながら面発光レーザー１０を回転させる際に、面発光レーザー１０の回転（例えば右まわりの回転）に伴って当該検出信号の強度が大きくなる場合には、面発光レーザー１０を逆回転（例えば左まわりの回転）させる処理を行ってもよい。
【００７０】
４．  光学モジュールの特徴
本実施形態に係る光学モジュール１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００７１】
光学モジュール１００では、面発光レーザー１０と、面発光レーザー１０から射出した光を、第１の方向に偏光する第１偏光光Ｌ１と前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２偏光光Ｌ２とに分離する偏光分離部２０と、第１偏光光Ｌ１が入射するλ／４板３０と、アルカリ金属ガスが封入され、かつ、λ／４板３０を透過した光が照射されるガスセル４０と、ガスセル４０を透過した光の強度を検出する第１光検出部５０と、第２偏光光Ｌ２の強度を検出する第２光検出部６０と、面発光レーザー１０を光軸周りに回転させる駆動部７０と、第２光検出部６０で検出した光量に応じて、駆動部７０を動作させる制御部８０と、を含む。このように、光学モジュール１００では、面発光レーザー１０から射出した光を偏光分離部２０で分離して第１の方向に偏光する第１偏光光Ｌ１として、λ／４板３０に入射させる。したがって、面発光レーザー１０において偏光光の偏光方向が変化してもλ／４板３０に入射する偏光光の偏光方向をλ／４板３０に対して一定の方向（λ／４板３０の速軸に対して４５°傾いた方向）にすることができる。これにより、面発光レーザー１０において偏光光の偏光方向が経時的に変化することに起因して、ガスセル４０に照射される光の円偏光成分の割合が変化することを防ぐことができる。
【００７２】
さらに、光学モジュール１００では、面発光レーザー１０において偏光光の偏光方向が変化しても、制御部８０が駆動部７０を動作させて面発光レーザー１０を光軸まわりに回転させることにより、ガスセル４０に照射される光の光量を一定にすることができる。
【００７３】
このように、光学モジュール１００によれば、面発光レーザー１０において偏光光の偏光方向が経時的に変化することに起因して、ガスセル４０に照射させる光の円偏光成分の割合、およびその光量が変化することを防ぐことができるため、原子発振器１の安定性を高めることができる。
【００７４】
光学モジュール１００では、制御部８０は、第２光検出部６０で検出される第２偏光光Ｌ２の光量が変化したときに、変化する前の第２偏光光Ｌ２の光量に戻すように駆動部７０を動作させる。これにより、第１偏光光Ｌ１の光量を一定にすることができるため、ガスセル４０に照射される光の量を一定にすることができる。
【００７５】
光学モジュール１００では、制御部８０は、第２光検出部６０で検出される第２偏光光Ｌ２の光量が所定の光量となるように駆動部７０を動作させる。これにより、第１偏光光Ｌ１の光量を一定にすることができるため、ガスセル４０に照射される光の量を一定にすることができる。
【００７６】
光学モジュール１００では、偏光分離部２０は、面発光レーザー１０から射出した光を、ｐ偏光の光とｓ偏光の光とに分離する偏光ビームスプリッターであるため、面発光レーザー１０において偏光光の偏光方向が変化してもλ／４板３０に入射する偏光光の偏光方向をλ／４板３０に対して一定の方向にすることができる。
【００７７】
上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。
【００７８】
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】
【００７９】
１…原子発振器、２…中心波長制御部、４…高周波制御部、１０…面発光レーザー、１１…半導体積層体、１２ａ，１２ｂ…電極、１３…射出面、１４ａ，１４ｂ…端子、１５ａ，１５ｂ…配線ワイヤー、１６…支持基板、１７…ステム、１８ａ，１８ｂ…溝、１９ａ，１９ｂ…外部電極、２０…偏光分離部、３０…λ／４板、４０…ガスセル、５０…第１光検出部、６０…第２光検出部、７０…駆動部、７１…モーター、７１ａ…軸部材、８０…制御部、１００…光学モジュール
【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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