(57)【要約】【課題】アルカリ金属原子に対するＥＩＴ現象の発現効率を高めることができる量子干渉装置及び量子干渉方法を提供すること。【解決手段】光源１０は、互いに周波数が異なる複数の第１の光と互いに周波数が異なる複数の第２の光とを発生させてアルカリ金属原子２０に照射する。光検出部３０は、アルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する。制御部４０は、光検出部が検出した光の強度に基づいて、第１の光の各々と第２の光の各々との周波数差が２Ｓ１/２の第１の基底準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数にそれぞれ一致するように制御し、かつ、第１の光の各々の波長が２Ｐ１/２のいずれかの励起準位又はその近傍の準位と第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御するとともに、第２の光の各々の波長が当該励起準位又はその近傍の準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共鳴光対によってアルカリ金属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、
互いに周波数が異なる複数の第１の光と、互いに周波数が異なる複数の第２の光とを発生させて前記アルカリ金属原子に照射する光源と、
前記光源から照射されて前記アルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する光検出部と、
前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記複数の第１の光の各々と前記複数の第２の光の各々との周波数差が、前記アルカリ金属原子の２Ｓ１/２の第１の基底準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数にそれぞれ一致するように制御し、かつ、前記複数の第１の光の各々の波長が前記アルカリ金属原子の２Ｐ１/２のいずれかの励起準位又はその近傍の準位と前記第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御するとともに、前記複数の第２の光の各々の波長が前記励起準位又はその近傍の準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御する制御部と、を含む、量子干渉装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光源は、
所与の中心波長の光を所与の変調信号で変調することにより、周波数がΔωずつ異なる前記複数の第１の光と周波数がΔωずつ異なる前記複数の第２の光を発生させ、
前記制御部は、
前記光源が発生させる光の中心波長を制御する中心波長制御部と、前記光検出部が検出した光の強度に基づいて前記変調信号を生成する変調制御部と、を含む、量子干渉装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記中心波長制御部は、
前記光源が発生させる光の中心波長が、前記励起準位と前記第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と、前記励起準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長との和の１／２又はその近傍の波長と一致するように制御し、
前記変調制御部は、
前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記第１の基底準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数の１／２の周波数を有する第１の発振信号を生成する第１発振信号生成部と、Δωの周波数を有する第２の発振信号を生成する第２発振信号生成部と、前記第１の発振信号と前記第２の発振信号に基づいて前記変調信号を生成する変調信号生成部と、を含む、量子干渉装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第２発振信号生成部は、
前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記第２の発振信号の周波数Δωを調整する、量子干渉装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかにおいて、
前記中心波長制御部は、
前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記光源が発生させる光の中心波長を調整する、量子干渉装置。
【請求項６】
共鳴光対によってアルカリ金属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、
互いに周波数が異なる複数の第１の光と、互いに周波数が異なる複数の第２の光とを発
生させて前記アルカリ金属原子に照射する光照射工程と
前記光照射工程で照射されて前記アルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する光検出工程と、
前記光検出工程で検出した光の強度に基づいて、前記複数の第１の光の各々と前記複数の第２の光の各々との周波数差が、前記アルカリ金属原子の２Ｓ１/２の第１の基底準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数にそれぞれ一致するように制御し、かつ、前記複数の第１の光の各々の波長が前記アルカリ金属原子の２Ｐ１/２のいずれかの励起準位又はその近傍の準位と前記第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御するとともに、前記複数の第２の光の各々の波長が前記励起準位又はその近傍の準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御する制御工程と、を含む、量子干渉方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子干渉装置及び量子干渉方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４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（これらの遷移は特許文献１においてcycling transitionと呼ばれている）。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】
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（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）、あるいは第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）を同時に照射すると、２つの基底準位の重ね合わせ状態、即ち量子干渉状態（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、気体状のアルカリ金属原子に周波数の異なる２種類の光を照射したとき、この
２種類の光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光吸収挙動が急峻に変化する。この急峻に変化する光吸収挙動を示す信号はＥＩＴ信号と呼ばれ、共鳴光対の周波数差がΔＥ１２に相当する周波数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種類の光が共鳴光対となるように、すなわち、この２種類の光の周波数差がΔＥ１２に相当する周波数と正確に一致するように周波数制御することで、高精度な発振器を実現することができる。
【０００６】
ところが、アルカリ金属原子にＤ２線の共鳴光対を照射してＥＩＴ現象を起こさせる場合、前記の通りcycling transitionが存在するため、共鳴光対の周波数（波長）が不安定であると量子干渉状態（暗状態）に至る遷移の効率が落ちるという問題がある。
【０００７】
一方、図１４に示すように、２Ｓ１／２のＩ＋１／２又はＩ−１／２の基底準位にある原子は、Ｄ１線を吸収することで、２Ｐ１／２のＩ＋１／２又はＩ−１／２の励起準位に遷移することができる。逆に、２Ｐ１／２のＩ＋１／２又はＩ−１／２の励起準位にある原子は、Ｄ１線を放出して２Ｓ１／２のＩ＋１／２又はＩ−１／２の基底準位に遷移することができる。すなわち、２Ｓ１／２のＩ＋１／２，Ｉ−１／２の２つの基底準位と２Ｐ１／２のＩ＋１／２又はＩ−１／２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ことからΛ型３準位を形成する。このＤ１線による遷移にはcycling transitionが存在しないため、アルカリ金属原子にＤ１線の共鳴光対を照射することでＥＩＴ現象を効率よく起こさせる手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６３５９９１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、気体状のアルカリ金属原子は運動状態に応じた速度を持っているため、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（周波数）がアルカリ金属原子の速度に応じて変化する。例えば、照射される光と同じ方向の速度を有する原子にとっては、共鳴光の見かけ上の波長が長く（周波数が低く）なり、照射される光と反対方向の速度を有する原子にとっては、共鳴光の見かけ上の波長が短く（周波数が高く）なる。すなわち、速度の異なる原子では励起準位が見かけ上異なり、励起準位が一定の幅の拡がり（ドップラー拡がり）を持つものと考えることができる。そのため、特許文献１の手法のように、気体状のアルカリ金属原子集団に１対の共鳴光対を同時に照射しても、実際にＥＩＴ現象を起こすことができるのは共鳴光対の入射方向に対する特定の速度成分の値（例えば０）を持ったごく一部の原子に限られてしまうため、ＥＩＴ現象を起こさずに残ってしまうアルカリ金属原子が集団の中で相当数存在することになり、ＥＩＴ発現に寄与する原子の割合が極めて低い。
【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、アルカリ金属原子に対するＥＩＴ現象の発現効率を高めることができる量子干渉装置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】
（１）本発明は、共鳴光対によってアルカリ金属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、互いに周波数が異なる複数の第１の光と、互いに周波数が異なる複数の第２の光とを発生させて前記アルカリ金属原子に照射する光源と、前記光源から照射されて前記アルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する光検出部と、前記光検出部
が検出した光の強度に基づいて、前記複数の第１の光の各々と前記複数の第２の光の各々との周波数差が、前記アルカリ金属原子の２Ｓ１/２の第１の基底準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数にそれぞれ一致するように制御し、かつ、前記複数の第１の光の各々の波長が前記アルカリ金属原子の２Ｐ１/２のいずれかの励起準位又はその近傍の準位と前記第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御するとともに、前記複数の第２の光の各々の波長が前記励起準位又はその近傍の準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御する制御部と、を含む、量子干渉装置である。
【００１２】
本発明によれば、互いに中心周波数が異なる複数の共鳴光対を発生させることができるので、アルカリ金属原子に対して効率よくＥＩＴ現象を発生させることができる。さらに、本発明によれば、Ｄ１線の共鳴光対を発生させることで、Ｄ２線の共鳴光対を発生させた場合よりも多くのアルカリ金属原子に対してＥＩＴ現象を発生させることができる。従って、本発明によれば、ＥＩＴ信号の強度を高めることができ、その結果、ＥＩＴ信号のＱ値やＳ／Ｎを向上させることができる。
【００１３】
（２）この量子干渉装置において、前記光源は、所与の中心波長の光を所与の変調信号で変調することにより、周波数がΔωずつ異なる前記複数の第１の光と周波数がΔωずつ異なる前記複数の第２の光を発生させ、前記制御部は、前記光源が発生させる光の中心波長を制御する中心波長制御部と、前記光検出部が検出した光の強度に基づいて前記変調信号を生成する変調制御部と、を含むようにしてもよい。
【００１４】
この量子干渉装置によれば、光源を変調することで効率よく複数の共鳴光対を発生させることができる。
【００１５】
（３）この量子干渉装置において、前記中心波長制御部は、前記光源が発生させる光の中心波長が、前記励起準位と前記第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と、前記励起準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長との和の１／２又はその近傍の波長と一致するように制御し、前記変調制御部は、前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記第１の基底準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数の１／２の周波数を有する第１の発振信号を生成する第１発振信号生成部と、Δωの周波数を有する第２の発振信号を生成する第２発振信号生成部と、前記第１の発振信号と前記第２の発振信号に基づいて前記変調信号を生成する変調信号生成部と、を含むようにしてもよい。
【００１６】
この量子干渉装置によれば、Δωの周波数の制御とΔＥ１２に相当する周波数の１／２の周波数の制御を独立に行いながら、中心周波数帯の両側サイドバンドに複数の共鳴光対を効率よく発生させることができる。
【００１７】
（４）この量子干渉装置において、前記第２発振信号生成部は、前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記第２の発振信号の周波数Δωを調整するようにしてもよい。
【００１８】
この量子干渉装置によれば、環境の変化に応じてΔωを微調整してＥＩＴ信号の強度を保持することができる。
【００１９】
（５）この量子干渉装置において、前記中心波長制御部は、前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記光源が発生させる光の中心波長を調整するようにしてもよい。
【００２０】
この量子干渉装置によれば、環境の変化に応じて中心波長を微調整してＥＩＴ信号の強度を保持することができる。
【００２１】
（６）本発明は、共鳴光対によってアルカリ金属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、互いに周波数が異なる複数の第１の光と、互いに周波数が異なる複数の第２の光とを発生させて前記アルカリ金属原子に照射する光照射工程と前記光照射工程で照射されて前記アルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する光検出工程と、前記光検出工程で検出した光の強度に基づいて、前記複数の第１の光の各々と前記複数の第２の光の各々との周波数差が、前記アルカリ金属原子の２Ｓ１/２の第１の基底準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数にそれぞれ一致するように制御し、かつ、前記複数の第１の光の各々の波長が前記アルカリ金属原子の２Ｐ１/２のいずれかの励起準位又はその近傍の準位と前記第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御するとともに、前記複数の第２の光の各々の波長が前記励起準位又はその近傍の準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御する制御工程と、を含む、量子干渉方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の量子干渉装置の機能ブロック図。
【図２】アルカリ金属原子のＤ１線に関するエネルギー準位を模式的に示す図。
【図３】本実施形態の量子干渉装置の構成例を示す図。
【図４】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】周波数ΔωとＥＩＴ信号強度の関係の傾向を示す図。
【図６】変形例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７】変形例の量子干渉装置の構成を示す図。
【図８】変形例の量子干渉装置の構成を示す図。
【図９】変形例の量子干渉装置の構成を示す図。
【図１０】変形例の量子干渉装置の構成を示す図。
【図１１】本実施形態の量子干渉方法を示すフローチャート図。
【図１２】制御工程の一例を示すフローチャート図。
【図１３】変調制御工程の一例を示すフローチャート図。
【図１４】アルカリ金属原子のエネルギー準位を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
１．量子干渉装置
図１は、本実施形態の量子干渉装置の機能ブロック図である。
【００２５】
本実施形態の量子干渉装置１は、光源１０、アルカリ金属原子２０の集団、光検出部３０、制御部４０を含んで構成されている。
【００２６】
光源１０は、可干渉性（コヒーレント性）を有し、互いに周波数が異なる複数の第１の光と、互いに周波数が異なる複数の第２の光とを発生させてアルカリ金属原子２０（ナトリウム（Ｎａ）原子、ルビジウム（Ｒｂ）原子、セシウム（Ｃｓ）原子等）に照射する。例えば、レーザー光は可干渉性（コヒーレント性）を有する光である。
【００２７】
光源１０は、例えば、所与の中心波長の光を所与の変調信号で変調することにより、周波数がΔωずつ異なる複数の第１の光と周波数がΔωずつ異なる複数の第２の光（複数の共鳴光対）を発生させるように構成してもよい。
【００２８】
光検出部３０は、光源１０から照射されてアルカリ金属原子２０を透過した光の強度を検出する。
【００２９】
ここで、例えば、気体状のアルカリ金属原子２０を密閉容器に封入したガスセルを光源１０と光検出部３０の間に配置するような形態でもよい。また、密閉容器内に光源１０、気体状のアルカリ金属原子２０、光検出部３０を共に封入し、光源１０と光検出部３０を対向させて配置するような形態でもよい。
【００３０】
制御部４０は、光検出部３０が検出した光の強度に基づいて、複数の第１の光の各々と複数の第２の光の各々との周波数差が、アルカリ金属原子２０の２Ｓ１/２の第１の基底準位（Ｉ−１／２の基底準位）と第２の基底準位（Ｉ＋１／２の基底準位）とのエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数にそれぞれ一致するように制御する。
【００３１】
さらに、この制御部４０は、複数の第１の光の各々の波長がアルカリ金属原子２０の２Ｐ１/２のいずれかの励起準位（Ｉ＋１／２又はＩ−１／２の励起準位）又はその近傍の準位と第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御するとともに、複数の第２の光の各々の波長が当該励起準位又はその近傍の準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御する。
【００３２】
すなわち、制御部４０は、光源１０に、周波数差がΔＥ１２に相当する周波数と一致する複数のＤ１線の共鳴光対を発生させるように制御する。
【００３３】
ここで、第１の光の波長が励起準位の近傍の準位と第１の基底準位（あるいは第２の基底準位）とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御してもよいのは、前述したドップラーシフトにより速度の異なる原子では励起準位が見かけ上異なるため、第１の光の波長が励起準位と第１の基底準位（あるいは第２の基底準位）とのエネルギー差に相当する波長と正確に一致しなくとも、これら２つの波長の差が所定の範囲内にあればアルカリ金属原子２０がＥＩＴ現象を起こす必要条件を満たすことができるからである。
つまり、前記近傍の準位とは光のドップラー効果の影響を受けて励起準位が見かけ上変化した状態の準位のことを指す。
【００３４】
例えば、図２に示すように、アルカリ金属２０の２Ｐ１/２のＩ＋１／２，Ｉ−１／２の各励起準位には、アルカリ金属２０の集団の速度分布に応じたドップラー拡がりの幅（斜線で示す幅）が存在するものと考えることができる。２Ｐ１/２のＩ−１／２の励起準位と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と一致する波長の光Ａ３と、２Ｐ１/２のＩ−１／２の励起準位と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と一致する波長の光Ｂ３とは、その周波数差がΔＥ１２に相当する周波数と一致するため、アルカリ金属原子２０にＥＩＴ現象を起こさせる共鳴光対となる。これに対して、光Ａ１や光Ａ２の波長はλ１よりもわずかに短く、光Ｂ１や光Ｂ２の波長はλ２よりもわずかに短いが、光Ａ１と光Ｂ１、光Ａ２と光Ｂ２の各周波数差がΔＥ１２と一致するため、光Ａ１と光Ｂ１、光Ａ２と光Ｂ２はそれぞれ所定の速度のアルカリ金属原子２０にＥＩＴ現象を起こさせる共鳴光対となる。また、光Ａ４や光Ａ５の波長はλ１よりもわずかに長く、光Ｂ４や光Ｂ５の波長はλ２よりもわずかに長いが、光Ａ４と光Ｂ４、光Ａ５と光Ｂ５の各周波数差がΔＥ１２と一致するため、光Ａ４と光Ｂ４、光Ａ５と光Ｂ５はそれぞれ所定の速度のアルカリ金属原子２０にＥＩＴ現象を起こさせる共鳴光対となる。
【００３５】
制御部４０は、光源１０が発生させる光の中心波長を制御する中心波長制御部５０と、光検出部３０が検出した光の強度に基づいて変調信号を生成する変調制御部６０とを含むように構成してもよい。
【００３６】
中心波長制御部５０は、光源１０が発生させる光の中心波長が、励起準位と第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と、励起準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長との和の１／２又はその近傍の波長と一致するように制御するようにしてもよい。
【００３７】
また、中心波長制御部５０は、光検出部３０が検出した光の強度に基づいて、光源１０が発生させる光の中心波長を調整するようにしてもよい。
【００３８】
変調制御部６０は、第１発振信号生成部６２と、第２発振信号生成部６４と、変調信号生成部６６とを含んで構成してもよい。第１発振信号生成部６２は、光検出部３０が検出した光の強度に基づいて、第１の基底準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数の１／２の周波数を有する第１の発振信号を生成する。第２発振信号生成部６４は、Δωの周波数を有する第２の発振信号を生成する。変調信号生成部６６は、第１の発振信号と第２の発振信号に基づいて変調信号を生成する。
【００３９】
以下、本実施形態の量子干渉装置の具体的な構成について説明する。
【００４０】
図３は、本実施形態の量子干渉装置の構成例を示す図である。
【００４１】
図３に示すように、本実施形態の量子干渉装置１００は、半導体レーザー１１０、ガスセル１２０、光検出器１３０、検波回路１４０、電流駆動回路１５０、低周波発振器１６０、検波回路１７０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillator）１８０、変調回路１９０、低周波発振器２００、検波回路２１０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０、変調回路２３０、低周波発振器２４０、周波数変換回路２５０、変調回路２６０を含んで構成されている。
【００４２】
ガスセル１２０は、容器中に気体状のアルカリ金属原子が封入されたものである。
【００４３】
半導体レーザー１１０は、周波数の異なる複数の光を発生させてガスセル１２０に照射する。具体的には、電流駆動回路１５０が出力する駆動電流によって、半導体レーザー１１０の出射光の中心波長λ０（中心周波数はｆ０）が制御される。そして、半導体レーザー１１０は、変調回路２６０の出力信号を変調信号として変調がかけられる。すなわち、電流駆動回路１５０による駆動電流に、変調回路２６０の出力信号（変調信号）を重畳することにより、半導体レーザー１１０は変調がかかった光を発生させる。このような半導体レーザー１１０は、例えば、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で実現することができる。
【００４４】
光検出器１３０は、ガスセル１２０を透過した光を検出し、光の強度に応じた検出信号（ＥＩＴ信号）を出力する。前述したように、可干渉性（コヒーレント性）を有し、かつ、周波数差がΔＥ１２に相当する周波数と一致する２種類の光をアルカリ金属原子に照射するとＥＩＴ現象を起こす。このＥＩＴ現象を起こすアルカリ金属原子の数が多いほどガスセル１２０を透過する光の強度が増大し、光検出器１３０の出力信号（ＥＩＴ信号）の電圧レベルが高くなる。また、この２種類の光の可干渉性（コヒーレント性）の程度もＥＩＴ現象に影響を与える。可干渉性が低下するとＥＩＴ現象を起こすアルカリ金属原子の数が減って透過光の強度が減少し、光検出器１３０の出力信号（ＥＩＴ信号）の電圧レベルが低くなる。
【００４５】
光検出器１３０の出力信号は検波回路１４０、１７０、２１０に入力される。検波回路
１４０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。
【００４６】
電流駆動回路１５０は、検波回路１４０の出力信号に応じた大きさの駆動電流を発生して半導体レーザー１１０に供給し、半導体レーザー１１０の出射光の中心波長λ０（中心周波数ｆ０）を制御する。具体的には、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）、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に一致する（中心周波数ｆ０が（ｆ１＋ｆ２）／２に一致する）ように制御される。ただし、中心波長λ０は必ずしも（λ１＋λ２）／２と正確に一致させる必要はなく、（λ１＋λ２）／２を中心とする所定範囲の波長であってもよい。なお、検波回路１４０による同期検波を可能とするために、電流駆動回路１５０が発生する駆動電流には低周波発振器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）が重畳される。
【００４７】
半導体レーザー１１０、ガスセル１２０、光検出器１３０、検波回路１４０、電流駆動回路１５０を通る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。
【００４８】
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の発振周波数がΔωになるように微調整される。Δωは、例えば、数ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚ程度の周波数であればよい。
【００４９】
変調回路１９０は、検波回路１７０による同期検波を可能とするために、低周波発振器２００の発振信号（検波回路１７０に供給される発振信号と同じ）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。
【００５０】
検波回路２１０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２４０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２１０の出力信号の大きさに応じて、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の発振周波数が微調整される。電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０は、例えば、数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度で発振するようにしてもよい。
【００５１】
変調回路２３０は、検波回路２１０による同期検波を可能とするために、低周波発振器２４０の発振信号（検波回路２１０に供給される発振信号と同じ）を変調信号として電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の出力信号を変調する。
【００５２】
周波数変換回路２５０は、変調回路２３０の出力信号を、ΔＥ１２に相当する周波数の１／２の周波数の信号に変換する。周波数変換回路２５０は、例えば、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路により実現することができる。
【００５３】
半導体レーザー１１０、ガスセル１２０、光検出器１３０、検波回路２１０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０、変調回路２３０、周波数変換回路２５０を通るフィードバックループにより、周波数変換回路２５０の出力信号の周波数が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２５０の出力信号の周波数は４．５９６３１５８８５ＧＨｚになる
。
【００５４】
変調回路２６０は、変調回路１９０の出力信号によって周波数変換回路２５０の出力信号を変調する（周波数変換回路２５０の出力信号によって変調回路１９０の出力信号を変調させてもよい）。
【００５５】
変調回路１９０、２３０、２６０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。
【００５６】
なお、半導体レーザー１１０、ガスセル１２０に含まれるアルカリ金属原子、光検出器１３０は、それぞれ図１の光源１０、アルカリ金属原子２０、光検出部３０に対応する。また、検波回路１４０、電流駆動回路１５０、低周波発振器１６０、検波回路１７０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０、変調回路１９０、低周波発振器２００、検波回路２１０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０、変調回路２３０、低周波発振器２４０、周波数変換回路２５０、変調回路２６０による構成は、図１の制御部４０に対応する。また、検波回路１４０、電流駆動回路１５０、低周波発振器１６０による構成は、図１の中心波長制御部５０に対応する。また、検波回路１７０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０、変調回路１９０、低周波発振器２００、検波回路２１０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０、変調回路２３０、低周波発振器２４０、周波数変換回路２５０、変調回路２６０による構成は、図１の変調制御部６０に対応する。また、検波回路２１０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０、変調回路２３０、低周波発振器２４０、周波数変換回路２５０による構成は、図１の第１発振信号生成部６２に対応する。また、検波回路１７０、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０、変調回路１９０、低周波発振器２００による構成は、図１の第２発振信号生成部６４に対応する。また、変調回路２６０は、図１の変調信号生成部６６に対応する。
【００５７】
本実施形態では、このような構成により半導体レーザー１１０を変調することで、効率よく複数の共鳴光対を発生させることができる。図４は、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。
【００５８】
図４に示すように、半導体レーザー１１０の出射光には、中心周波数ｆ０（＝ｖ／λ０：ｖは光の速度、λ０は中心波長）を有する光と、その両サイドにΔＥ１２に相当する周波数の１／２に等しい周波数差の２つの光（周波数ｆ１の光と周波数ｆ２の光）とが含まれる。また、周波数ｆ０の光、周波数ｆ１の光、周波数ｆ２の光の各々の両サイドには周波数がΔωずつ異なる複数の光が含まれている。
【００５９】
そして、ｆ１とｆ２の差がΔＥ１２に相当する周波数に等しいので、光ａ１（周波数：ｆ１＋２Δω）と光ｂ１（周波数：ｆ２＋２Δω）、光ａ２（周波数：ｆ１＋Δω）と光ｂ２（周波数：ｆ２＋Δω）、光ａ３（周波数：ｆ１）と光ｂ３（周波数：ｆ２）、光ａ４（周波数：ｆ１−Δω）と光ｂ４（周波数：ｆ２−Δω）、光ａ５（周波数：ｆ１−２Δω）と光ｂ５（周波数：ｆ２−２Δω）が、それぞれアルカリ金属原子にＥＩＴ現象を起こさせるＤ１線の共鳴光対となる。
【００６０】
このような構成の量子干渉装置１００では、半導体レーザー１１０が出射する共鳴光対の周波数差がΔＥ１２に相当する周波数と正確に一致しなければ、アルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こさないため、共鳴光対の周波数差に応じて光検出器１５０の検出量は極めて敏感に変化する。そのため、環境の変化に応じて、周波数変換回路２５０の出力信号の周波数がΔＥ１２の１／２の周波数に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、このフィードバックループ内に存在する電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の周波数安定度は極めて高く、量子干渉装置１００は、原子発振器として機能することができる。
【００６１】
なお、量子干渉装置１００では、電流駆動回路１５０の出力電流や電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０の発振周波数Δωを微調整するフィードバック制御を行うことで、環境の変化に対してＥＩＴ信号の強度を一定に保持している。
【００６２】
特に、本実施形態の量子干渉装置１００では、ガスセル１２０に含まれるアルカリ金属原子の集団の速度分布による励起準位のドップラー拡がりを考慮して、複数のＤ１線の共鳴光対を発生させることで、ＥＩＴ現象を起こすアルカリ金属原子の数を増やすことができる。これにより、ＥＩＴ信号のＱ値及び信号強度を向上させることができるので、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の発振周波数の安定度を向上させることができる。
【００６３】
図５は、周波数ΔωとＥＩＴ信号強度の関係の傾向を示す図である。図５において、横軸は周波数Δωであり、縦軸はＥＩＴ信号の強度である。また、実線はＤ１線の共鳴光対のΔωとＥＩＴ信号強度の関係を示し、破線はＤ２線の共鳴光対のΔωとＥＩＴ信号強度の関係を示す。
【００６４】
図５に示すように、周波数Δωに関係なく、ガスセル１２０に複数のＤ１線の共鳴光対を照射した方が複数のＤ２線の共鳴光対を照射するよりも数倍高い強度のＥＩＴ信号が得られる。
【００６５】
また、図５に示すように、周波数Δωが低いほど周波数が近い共鳴光対同士が干渉し合うためＥＩＴ信号の強度が低下すると考えられる。逆に言えば、周波数Δωが大きいほどＥＩＴ信号の強度は上昇する傾向にある。ただし、２Ｐ３／２の隣り合う励起準位の差（エネルギー分裂幅）が小さいので、１つのアルカリ原子に２組以上の共鳴光対が照射されたり、一部の光がcycling transitionに費やされることになるためＥＩＴ現象の発生を妨げると考えられる。そのため、一点鎖線よりも右側の領域（Δωが高い領域）では、周波数Δωが増加するとＤ２線に対するＥＩＴ信号の強度が急激に低下する。これに対して、２Ｐ１／２の２つの励起準位の差（エネルギー分裂幅）が大きく、cycling transitionが存在しないこともあり、Ｄ１線の場合は一点鎖線よりも右側の領域でも周波数Δωの上昇とともにＥＩＴ信号の強度も上昇している。
【００６６】
つまり、Ｄ２線よりもＤ１線を用いた方がＥＩＴ現象の発生効率を上げてＥＩＴ信号強度を高めることができ、その結果、Ｑ値やＳ／Ｎが高いＥＩＴ信号を得ることができる。また、光の利用効率を高めることができる。
【００６７】
これらの理由から、本実施形態では、Ｄ２線ではなくＤ１線の複数の共鳴光対を発生させている。ただし、Ｄ１線の場合でも周波数Δωが高くなりすぎると、励起準位のドップラー拡がりの幅から外れて共鳴光対とならない光が増えるためＥＩＴ信号の強度が低下すると考えられる。従って、ＥＩＴ信号の強度がピークとなるような周波数Δωを選択することが望ましい。
【００６８】
このように、本実施形態の量子干渉装置によれば、Δωずつ中心周波数が異なる複数のＤ１線の共鳴光対を発生させることで、アルカリ金属原子に対するＥＩＴ現象の発現効率を大幅に高めることができる。これにより、ＥＩＴ信号の強度を高めることができ、その結果、ＥＩＴ信号のＱ値やＳ／Ｎを向上させることができる。
【００６９】
なお、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の発振周波数の安定度は極めて高いので
、前記の通り原子発振器として機能する量子干渉装置を実現することができる。また、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）２２０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として機能する量子干渉装置を実現することもできる。また、半導体レーザー１００が出射する共鳴光対を取り出すことで、量子コンピュータ等に用いる光源として機能する量子干渉装置を実現することもできる。さらに、半導体レーザー１００とガスセル１２０の間の空間に微粒子が存在すると共鳴光対の可干渉性が低下してＥＩＴ信号の強度が低下するため、ＥＩＴ信号のプロファイルを解析することで、微粒子センサーとして機能する量子干渉装置を実現することもできる。
【００７０】
［変形例］
図３の量子干渉装置１００は、種々に変形することができる。
【００７１】
例えば、図３の量子干渉装置１００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）に一致するように電流駆動回路１５０による駆動電流を制御するとともに、周波数変換回路２５０が変調回路２３０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。また、図３の量子干渉装置１００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）に一致するように電流駆動回路１５０による駆動電流を制御するとともに、周波数変換回路２５０が変調回路２３０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。前者のケースでは中心波長λ０がλ２に一致する（中心周波数ｆ０がｆ２に一致する）ように制御され、後者のケースでは中心波長λ０がλ１に一致する（中心周波数ｆ０がｆ１に一致する）ように制御される。
【００７２】
図６（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６（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６（Ａ）及び図６（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。
【００７３】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）のいずれでも、ｆ１とｆ２の差がΔＥ１２に相当する周波数に等しいので、光ａ１（周波数：ｆ１＋２Δω）と光ｂ１（周波数：ｆ２＋２Δω）、光ａ２（周波数：ｆ１＋Δω）と光ｂ２（周波数：ｆ２＋Δω）、光ａ３（周波数：ｆ１）と光ｂ３（周波数：ｆ２）、光ａ４（周波数：ｆ１−Δω）と光ｂ４（周波数：ｆ２−Δω）、光ａ５（周波数：ｆ１−２Δω）と光ｂ５（周波数：ｆ２−２Δω）が、それぞれアルカリ金属原子にＥＩＴ現象を起こさせるＤ１線の共鳴光対となる。
【００７４】
また、例えば、図７に示すように、図３の量子干渉装置１００に対して、検波回路１７０、変調回路１９０、低周波発振器２００を削除したより簡単な構成に変形してもよい。図７において、図３と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略する。
【００７５】
図７に示す量子干渉装置１０１では、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０は入力電圧に応じた周波数Δωで自走発振し、変調回路２６０は、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０の出力信号によって周波数変換回路２５０の出力信号を変調する（周波数変換回路２５０の出力信号によって電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０の出力信号を変調させてもよい）。なお、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０を、Δωで発振する水晶発振器（ＸＯ）に置き換えてもよい。
【００７６】
また、例えば、図８に示すように、図７の量子干渉装置１０１に対して、さらに電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１８０を削除したより簡単な構成に変形してもよい。図８において、図３と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略する。
【００７７】
図８に示す量子干渉装置１０２では、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の発振周波数をΔωとして、変調回路２６０は、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の出力信号によって周波数変換回路２５０の出力信号を変調する（周波数変換回路２５０の出力信号によって電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の出力信号を変調させてもよい）。なお、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の出力と変調回路２６０の間に分周器等の周波数変換回路を付加してもよい。
【００７８】
また、例えば、図９に示すように、図３の量子干渉装置１００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。図９において、図３と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略する。
【００７９】
図９に示す量子干渉装置１０３では、半導体レーザー１１０は、変調回路２６０の出力信号（変調信号）による変調がかけられず、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）２７０に入射し、変調回路２６０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４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。量子干渉装置１０３では、半導体レーザー１１０と電気光学変調器（ＥＯＭ）２７０による構成が図１の光源１０に対応する。
【００８０】
なお、変調回路２６０を削除するとともに、電気光学変調器（ＥＯＭ）２７０の後段にさらに電気光学変調器（ＥＯＭ）を直列に接続し、半導体レーザー１１０が出射する単一周波数ｆ０の光を前段の電気光学変調器（ＥＯＭ）で変調回路２６０の出力信号（変調信号）によって変調し、さらに後段の電気光学変調器（ＥＯＭ）で変調回路１９０の出力信号（変調信号）によって変調するようにしてもよい。また、電気光学変調器（ＥＯＭ）２７０の代わりに、音響光学変調器（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）を用いてもよい。
【００８１】
また、例えば、図１０に示すように、図３の量子干渉装置１００に対して、磁場発生器２８０と磁場制御回路２９０を付加した構成に変形してもよい。図１０において、図３と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略する。
【００８２】
図９に示す量子干渉装置１０４では、ガスセル１２０と隣接して配置された磁場発生器２８０がガスセル１２０に対して磁場を発生させるとともに、磁場発生器２８０が発生させる磁場の強度が磁場制御回路２９０によって制御される。磁場発生器２８０は、例えば、コイルを用いて実現することができ、磁場制御回路２９０によりコイルを流れる電流の大きさを制御することで、発生する磁場の強度を調整することができる。
【００８３】
ガスセル１２０に磁場がかかると、アルカリ金属原子の２つの基底準位が磁場によるエネルギー分裂（ゼーマン分裂）によってそれぞれ複数の準位（ゼーマン分裂準位）に分かれる。そのため、磁場強度の変動によりΔＥ１２が変動し、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）２２０の出力信号も変動する。磁場制御回路２９０は、検波回路２１０の出力信号の変動を検出し、磁場発生器２８０が発生する磁場の強度を磁場の変動分を打ち消す方向に調整する。従って、量子干渉装置１０４を磁場の変動によらず周波数安定度が極めて高い原子発振器として機能させることができる。また、磁場制御回路２９０の出力信号をモニタすることで量子干渉装置１０４を磁気センサーとして機能させることもできる。
【００８４】
また、例えば、図３の量子干渉装置１００に対して、１つの半導体レーザー１１０で共鳴光対を発生させる代わりに、２つの半導体レーザーを用いて、一方の半導体レーザーに中心周波数がｆ１で周波数がΔωずつ異なる複数の共鳴光１を発生させ、他方の半導体レーザーに中心周波数がｆ２で周波数がΔωずつ異なる複数の共鳴光２を発生させるように変形してもよい。
【００８５】
２．量子干渉方法
図１１は、本実施形態の量子干渉方法を示すフローチャート図である。
【００８６】
図１１に示すように、本実施形態の量子干渉方法では、光照射工程（Ｓ１０）、光検出工程（Ｓ２０）、制御工程（Ｓ３０）を含む。
【００８７】
光照射工程（Ｓ１０）では、互いに周波数が異なる複数の第１の光と、互いに周波数が異なる複数の第２の光とを発生させて前記アルカリ金属原子に照射する処理を行う。光照射工程（Ｓ１０）において、所与の中心波長の光を所与の変調信号で変調することにより、周波数がΔωずつ異なる複数の第１の光と周波数がΔωずつ異なる複数の第２の光を発生させるようにしてもよい。
【００８８】
光検出工程（Ｓ２０）では、光照射工程（Ｓ１０）で照射されてアルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する処理を行う。
【００８９】
制御工程（Ｓ３０）では、前記光検出工程（Ｓ２０）で検出した光の強度に基づいて、複数の第１の光の各々と複数の第２の光の各々との周波数差が、アルカリ金属原子の２Ｓ１/２の第１の基底準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数にそれぞれ一致するように制御し、かつ、複数の第１の光の各々の波長がアルカリ金属原子の２Ｐ１/２のいずれかの励起準位又はその近傍の準位と第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御するとともに、複数の第２の光の各々の波長が当該励起準位又はその近傍の準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と一致するように制御する処理を行う。
【００９０】
図１２は、制御工程の一例を示すフローチャート図である。図１２に示すように、制御工程（Ｓ３０）は、中心波長制御工程（Ｓ３１０）と変調制御工程（Ｓ３２０）を含んでもよい。
【００９１】
中心波長制御工程（Ｓ３１０）では、光照射工程（Ｓ１０）で発生させる光の中心波長を制御する処理を行う。ここで、例えば、光照射工程（Ｓ１０）で発生させる光の中心波長が、励起準位と第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と、励起準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長との和の１／２又はその近傍の波長と一致するように制御するようにしてもよい。また、光検出工程（Ｓ２０）で検出した光の強度に基づいて、光照射工程（Ｓ１０）で発生させる光の中心波長を調整するようにしてもよい。
【００９２】
変調制御工程（Ｓ３２０）では、光検出工程（Ｓ２０）で検出した光の強度に基づいて変調信号を生成する処理を行う。
【００９３】
図１３は、変調制御工程の一例を示すフローチャート図である。図１３に示すように、変調制御工程（Ｓ３２０）は、第１発振信号生成工程（Ｓ３２１）、第２発振信号生成工程（Ｓ３２２）、変調信号生成工程（Ｓ３２３）を含んでもよい。
【００９４】
第１発振信号生成工程（Ｓ３２１）では、光検出工程（Ｓ２０）で検出した光の強度に基づいて、第１の基底準位と第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数の１／２
の周波数を有する第１の発振信号を生成する処理を行う。
【００９５】
第２発振信号生成工程（Ｓ３２２）では、Δωの周波数を有する第２の発振信号を生成する処理を行う。ここで、例えば、光検出工程（Ｓ２０）で検出した光の強度に基づいて、第２の発振信号の周波数Δωを調整するようにしてもよい。
【００９６】
変調信号生成工程（Ｓ３２３）では、第１発振信号生成工程（Ｓ３２１）で生成した第１の発振信号と第２発振信号生成工程（Ｓ３２２）で生成した第２の発振信号に基づいて変調信号を生成する処理を行う。
【００９７】
本実施形態の量子干渉方法は、例えば、本実施形態の量子干渉装置を用いて実現することができる。
【００９８】
なお、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。
【００９９】
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】
【０１００】
１  量子干渉装置、１０  光源、２０  アルカリ金属原子、３０  光検出部、４０  制御部、５０  中心波長制御部、６０  変調制御部、６２  第１発振信号生成部、６４  第２発振信号生成部、６６  変調信号生成部、１００，１０１，１０２，１０３，１０４  量子干渉装置、１１０  半導体レーザー、１２０  ガスセル、１３０  光検出器、１４０  検波回路、１５０  電流駆動回路、１６０  低周波発振器、１７０  検波回路、１８０  電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、１９０  変調回路、２００  低周波発振器、２１０  検波回路、２２０  電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、２３０  変調回路、２４０  低周波発振器、２５０  周波数変換回路、２６０  変調回路、２７０  電気光学変調器（ＥＯＭ）、２００  検波回路、２１０  低周波発振器、２２０  検波回路、２３０  電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、２４０  変調回路、２５０  低周波発振器、２６０  周波数変換回路、２７０  検出レベル解析部、２８０  磁場発生器、２９０  磁場制御回路
【図１】
2015057841.tif 000003
【図２】
2015057841.tif 000004
【図３】
2015057841.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015057841.tif 000007
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月31日(2014.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー準位が異なる２つの基底準位を持っている気体状のアルカリ金属原子に中心周波数が異なる複数の共鳴光対を入射し、前記複数の共鳴光対の前記中心周波数同士間の周波数差が前記アルカリ金属原子の速度分散に対応したドップラー拡がりの幅よりも小さく、前記共鳴光対をなす２つの共鳴光の周波数差に基づくエネルギー差が前記２つの基底準位間のエネルギー差と一致し、前記エネルギー準位がcycling transitionの系を含まずに、前記アルカリ金属原子に電磁誘起透過現象を発生させることを特徴とする、量子干渉装置。
【請求項２】
気体状のアルカリ金属原子と、
前記アルカリ金属原子の２つの基底状態間のエネルギー差に相当する周波数差を保持した異なる周波数の共鳴光対を発生させるための光源と、を備え、
前記アルカリ金属原子と前記共鳴光対を相互作用させて電磁誘起透過現象を発生させる量子干渉装置であって、
前記共鳴光対の数が複数対であり、それぞれの共鳴光対の中心周波数は互いに異なり、
前記電磁誘起透過現象が発生する前記アルカリ金属原子のエネルギー準位がcycling transitionの系を含んでいないことを特徴とする、量子干渉装置。
【請求項３】
前記光源は、周波数がΔωずつ異なる複数の第１の光と、周波数がΔωずつ異なり前記第１の光とともに前記共鳴光対を構成する複数の第２の光を前記アルカリ金属原子に照射し、
前記光源が発生させる前記複数の共鳴光対の中心波長を制御する中心波長制御部と、
前記アルカリ金属原子を通過した光の強度を検出する光検出部と、
前記光の強度に基づいて前記変調信号を生成する変調制御部と、
を有する請求項２に記載の量子干渉装置。
【請求項４】
前記中心波長制御部は、
前記光源が前記アルカリ金属原子に照射する光の中心波長を、前記励起準位と前記第１の基底準位とのエネルギー差に相当する波長と、前記励起準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する波長との和の１／２又はその近傍の波長を基準にして制御し、
前記変調制御部は、
前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記第１の基底準位と前記第２の基底準位とのエネルギー差に相当する周波数の１／２の周波数を有する第１の発振信号を生成する第１発振信号生成部と、Δωの周波数を有する第２の発振信号を生成する第２発振信号生成部と、前記第１の発振信号と前記第２の発振信号に基づいて前記変調信号を生成する変調信号生成部と、
を有する請求項３に記載の量子干渉装置。
【請求項５】
前記第２発振信号生成部は、
前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記第２の発振信号の周波数Δωを調整する、請求項４に記載の量子干渉装置。
【請求項６】
前記中心波長制御部は、
前記光検出部が検出した光の強度に基づいて、前記複数の共鳴光対の中心波長を調整する、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の量子干渉装置。