(57)【要約】【課題】レーザーのビーム幅によらずに原子発振の精度を制御する原子発振取得方法、およびそのような原子発振取得方法を実現することができる原子発振取得装置などを提供する。【解決手段】気体原子を封入し、レーザー光の照射を受けるガスセルと、前記ガスセルを通過したレーザー光の強度を測定する光強度測定手段と、を具備する原子発振取得装置であって、前記ガスセルが、筒状であり、かつ筒側面の長さが、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする原子発振取得装置。【選択図】　図２
2004096410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体原子を封入し、レーザー光の照射を受けるガスセルと、
前記ガスセルを通過したレーザー光の強度を測定する光強度測定手段と、
を具備する原子発振取得装置であって、
前記ガスセルが、筒状であり、かつ筒側面の長さが、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする原子発振取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の原子発振取得装置を用いた原子時計。
【請求項３】
セシウム原子を封入したガスセルと、
セシウム原子の励起光を前記ガスセルに照射する第１の光照射手段と、
プローブ光を前記ガスセルに照射する第２の光照射手段と、
前記ガスセルを通過したレーザー光の強度を測定する光強度測定手段と、
を具備する原子発振取得方法であって、
前記ガスセルが、筒状であり、かつ筒側面の長さが、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする原子発振取得方法。
【請求項４】
前記円筒側面の長さが、１ｍｍ〜２ｍｍであり、
前記励起光及びプローブ光の強度が、６０〜６５μＷ／ｃｍ２であり、
励起光のラビ周波数をΩｃ、
プローブ光のラビ周波数をΩｐ、
原子の励起状態からの自然放出確率をΓとしたときに、
【式１】
（Ωｃ２＋Ωｐ２）／Γ２＝０．０２〜０．０４
であり、
ガスセルに静磁場を印加した場合のセシウム原子のクロック遷移（ｍＦ＝３−ｍＦ＝４＝０−０）に基づくＥＩＴ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）信号スペクトルを利用した請求項３に記載の原子振動取得方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子発振取得装置、その原子発振取得装置を用いた原子発振取得方法及び原子時計に関し、より詳細には、セルの厚さが薄いためにセルの厚さを制御することにより原子振動の精度を制御することのできる原子振動取得装置などに関する。
【０００２】
【従来技術】
１９６７年に「秒」の定義にセシウム（１３３Ｃｓ）原子のエネルギー遷移が採用されてから、このセシウム（１３３Ｃｓ）原子のエネルギー遷移を用いて、いかに高い精度で時刻（時間）を測定するかの研究がなされてきた。この測定精度は、近年、１０−１３〜１０−１４のオーダまで上昇している。したがって、現在まで、このように高い精度の標準周波数信号を出力する原子周波数標準器が開発され実用化されている。
【０００３】
この原子周波数標準器に利用されるセシウム（１３３Ｃｓ）原子の遷移は公知である（例えば、特開２００２−７６８９０号公報の図５を参照）。なお、一般にセシウム（１３３Ｃｓ）原子の基底状態における超微細準位は、Ｆで示され、励起状態における超微細準位はＦ’で示される。
【０００４】
セシウム（１３３Ｃｓ）原子の基底状態は、Ｆ（準位）＝４、３の超微細準位を有している。そして、一般的に標準周波数信号の作成に使用される遷移は［（Ｆ＝４，ｍＦ＝０）→（Ｆ＝３，ｍＦ＝０）］又は［（Ｆ＝４，ｍＦ＝０）←（Ｆ＝３，ｍＦ＝０）］である。ここで、ｍＦは磁気量子数である。この遷移を特にクロック遷移と称する。セシウム原子のエネルギー状態を一つの超微細準位に揃えるには、移動中の原子（原子ビーム）に対して、磁界を印加するか、又は、セシウム（１３３Ｃｓ）原子のＤ２線（光）の波長λ（＝８５２．１ｎｍ）と同一波長を有するレーザー光（励起光）を印加（光ポンピング）すればよい。
【０００５】
従来の原子振動取得装置では、以下のようにして原子振動を取得していた。まずは、原子ビーム発生器としてのセシウム炉を、１０−６Ｐａ（パスカル）程度の高真空状態に維持されたセシウム原子セル内に配設する。そのセシウム炉を加熱することにより蒸気状態になったセシウム（１３３Ｃｓ）原子の原子ビームが出力される。このセシウム炉から出力された原子ビームの原子のエネルギー状態は、基底準位Ｆ＝４と基底準位Ｆ＝３とに均等に分布している。
【０００６】
このエネルギー状態の原子ビームに対して、第１のレーザー光源から出力されたセシウム（１３３Ｃｓ）原子のＤ２線（光）と同じ波長を有しσ偏光された第１のレーザー光、及び第３のレーザー光源から出力されたＤ２線（光）と同じ波長を有したπ偏光された第３のレーザー光が照射される。この各励起光による光ポンピング作用により、原子ビームの基底準位Ｆ＝４のエネルギー状態の原子は励起準位Ｆ’＝４へ励起され、その後極く短時間（３０ｎｓ）でＦ＝４、Ｆ＝３へ落ちる。しかしながら、基底準位Ｆ＝３の原子は励起されないので、結果として、セシウム炉から出射された原子ビーム３の原子のエネルギー状態は基底準位Ｆ＝３に遷移することとなる。
【０００７】
エネルギー状態が基底準位Ｆ＝３に遷移された原子ビームは、例えばラムゼイ（Ｒａｍｓｅｙ）型の空洞共振器へ入射される。
【０００８】
この空洞共振器には、水晶発振器で発振され、周波数合成・逓倍器１０で基底準位の周波数（励振周波数）９１９３ＭＨｚに仮設定されたマイクロ波が印加されている。なお、水晶発振器の発振周波数はサーボ増幅器にて可変制御される。さらに、この空洞共振器には、原子ビームの進行方向に直交する方向に一様な静磁界（Ｃ磁界）が印加されている。この一様な静磁界（Ｃ磁界）を印加する理由は、空洞共振器を用いた所定のマイクロ波遷移の効率を上げると共に、不要なマイクロ波遷移を抑制するためである。
【０００９】
空洞共振器へ入射されたエネルギー状態が基底準位Ｆ＝３に遷移された原子ビームの原子は、この空洞共振状態の空洞共振器の両端に設けられた一対の貫通孔を通過する過程で、マイクロ波遷移が行われ、エネルギー状態が基底準位Ｆ＝４へ移る。
【００１０】
空洞共振器を通過してエネルギー状態が基底準位Ｆ＝４になった原子ビームの原子には、第２のレーザー光源から出力された第１のレーザー光に近い波長を有したσ偏光された第２のレーザー光（プローブ光に対応する。）が照射される。その結果、この第２のレーザー光によって、原子ビームの基底準位Ｆ＝４のエネルギー状態にある原子は励起準位Ｆ’＝５へ励起され、ごく短時間の後に蛍光を発して元の基底準位Ｆ＝４に戻ることを繰り返す。
【００１１】
この遷移する過程で放出される原子ビームの原子からの蛍光を光検出器で検出する。光検出器は、検出した蛍光の光量を電気信号（ビーム電流）に変換してサーボ増幅器へ送出する。サーボ増幅器は、水晶発振器の発振周波数ｆを順次変化させ、入力した光量（ビーム電流）が最大値となる発振周波数ｆを検出する。そして、この発振周波数ｆを標準周波数ｆＳとする。このようにして原子振動を得ることができ、この原子振動を用いて原子時計を設計することができる（例えば、特開１０−２８４７７２号公報、特開２００１−２８５０６４号公報、特開２００２−７６８９０号公報、中桐ら，　電波研究季報　Ｖｏｌ．　２９，　Ｎｏ．　１４９　ｐｐ。　９７−１１５　（１９８３））。
【００１２】
以下原子振動の精度について説明する。一般に、原子振動の精度は、ＥＩＴ信号（スペクトル）の半値全幅が小さいほどよい。
そして、スペクトル（信号）の半値全幅は、Ｔ（原子とレーザー光が接触している時間）に逆比例する。したがって、Ｔを制御することが原子振動の精度を制御することにつながる。
図１に従来の原子発振取得方法におけるセルとレーザーの相互作用の様子を示す。従来の原子発振取得方法では、レーザーと接触する原子（１０）が多いほど強いＥＩＴスペクトルを得る。このため、セルの長さ（１３）はできるだけ大きくすることが望まれた。そのため、レーザー光（１２）のビーム径をｂ（１１）、原子の速度をｖとすると、レーザーと原子が相互作用する時間Ｔは、ｂ／ｖで求めることができた。すなわち、スペクトルの精度を表す半値全幅が、レーザー光のビーム径に依存していた。ビーム径による調整は必ずしも容易ではなく、ビーム径以外の方法を用いたスペクトル精度の調整方法を提供することが望まれていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、レーザーのビーム幅によらずに原子発振の精度を制御する原子発振取得方法、およびそのような原子発振取得方法を実現することができる原子発振取得装置などを提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の発明により解決される。
（１）第１の発明は、「気体原子を封入し、レーザー光の照射を受けるガスセルと、前記ガスセルを通過したレーザー光の強度を測定する光強度測定手段とを具備する原子発振取得装置であって、前記ガスセルが、筒状であり、かつ筒側面の長さが、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする原子発振取得装置」である。
この原子振動取得装置では、後述するように、十分薄いセルを用いているので、セルの気体原子が封入されている部分の厚さをＬとすると、Ｔは、Ｌ／ｖによる。したがって、セルの厚さを制御することにより、原子振動の精度を制御することができる。
【００１５】
（２）第２の発明は、「上記（１）に記載の原子発振取得装置を用いた原子時計」である。上記（１）の装置により得られた原子発振を基準として原子時計を設計することができる。
【００１６】
（３）第３の発明は、「セシウム原子を封入したガスセルと、セシウム原子の励起光を前記ガスセルに照射する第１の光照射手段と、プローブ光を前記ガスセルに照射する第２の光照射手段と、前記ガスセルを通過したレーザー光の強度を測定する光強度測定手段とを具備する原子発振取得方法であって、前記ガスセルが、筒状であり、かつ筒側面の長さが、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする原子発振取得方法」である。
【００１７】
（４）第４の発明は、「前記円筒側面の長さが、１ｍｍ〜２ｍｍであり、前記励起光及びプローブ光の強度が、６０〜６５μＷ／ｃｍ２であり、励起光のラビ周波数をΩｃ、プローブ光のラビ周波数をΩｐ、原子の励起状態からの自然放出確率をΓとしたときに、
【式２】
（Ωｃ２＋Ωｐ２）／Γ２＝０．０２〜０．０４
であり、ガスセルに静磁場を印加した場合のセシウム原子のクロック遷移（ｍＦ＝３−ｍＦ＝４＝０−０）に基づくＥＩＴ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）信号スペクトルを利用した上記（３）に記載の原子振動取得方法」である。これらの方法に用いられる原子振動取得装置では、後述するように、十分薄いセルを用いているので、セルの気体原子が封入されている部分の厚さをＬとすると、Ｔは、Ｌ／ｖによる。したがって、セルの厚さを制御することにより、原子振動の精度を制御することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（本発明の装置）
本発明の原子発振取得装置は、気体原子を封入しレーザー光の照射を受けるガスセルと、前記ガスセルを通過したレーザー光の強度を測定する光強度測定手段を具備する。本発明の原子発振取得装置は、さらに２以上のレーザー発信装置など従来の原子時計に含まれる各種の装置を含んでいても良い。
図２に本発明の装置におけるセル中の気体原子とレーザー光の相互作用の様子を示す。セルの気体原子が封入されている部分の厚さ（１３）をＬとすると、Ｌは、レーザー光（１２）のビーム幅（１１）に比べ十分小さい。したがって、レーザー光と、気体原子（１０）が相互作用する時間Ｔは、レーザー光の幅に依存せず、Ｌに依存することとなる。すなわち、原子の速度をｖとして、Ｔは、Ｌ／ｖによることとなる。先に説明したとおり原子振動の精度は、Ｔに依存する。したがって、本発明の原子振動取得装置では、セルの厚さを制御することにより、原子振動の精度を制御することができる。なお、図２において、レーザー光（１２）は、例えば、円筒状のガスセル（１）の平らな面から、対向する平らな面へと進んでいる。
【００１９】
図３に本発明の原子振動取得装置の一例を示す。
図３に示されるように、一実施態様にかかる本発明の装置は、ガスセル（１）と、光強度測定手段（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）（２）と、光照射装置（３）と、分離装置（Ｉｓｏｌａｔｏｒ）（４）と、Ｅ．Ｏ．（５）と、増幅器（Ｌｏｃｋ−ｉｎ　Ａｍｐｌｉｆｅｒ）（６）と、同期装置（シンセサイザー）と（８）を含む装置からなる。
ここで、分離装置は、使用するあらゆる光学部品からの反射光が光照射装置（３）に戻るのを防ぎ、動作を安定にさせる装置として機能する。
また、Ｅ．Ｏ．は、電気光学変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を意味し、入射されるレーザー光から、ＥＩＴ信号観測に必要な励起光（カップリング光）とプローブ光を作り出す装置として機能する。同期装置は、プローブ光の変調周波数と同期し、プローブ光に含まれているＥＩＴ信号を抽出する装置として機能する。以下、本発明の装置のいくつかの部材について説明する。
【００２０】
（ガスセル）
ガスセル（１）としては、原子時計に通常用いられているガスセルよりも気体原子を封入する部分の厚さが薄いものであれば特に限定されるものではない。
ガスセルは筒状、特に円筒状のものが好ましく、かつ筒側面の長さが、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましく、１ｍｍ〜２ｍｍであればより好ましい。その筒の直径は、例えば、１０ｍｍ〜１００ｍｍが挙げられるが、特に限定されるものではない。
通常ガスセル内には、セシウムと共に緩衝気体として不活性ガスを封入する。不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガス、キセノンガスなどが挙げられる。緩衝気体の効果としては、光ポンピングされたセシウムのガスセル内壁との衝突によるエネルギー消失を防ぐことで、セシウムが下準位へ緩和して熱平衡状態へ近づこうとする時間（緩和時間）を延ばすことが挙げられる。しかし、緩衝気体はそれ自体の圧力変化または温度変化により共鳴マイクロ波周波数変化をもたらし、これらの変化の度合は、それぞれ圧力係数、温度係数と呼ばれている。また、緩衝気体の種類により、それぞれの係数は正特性若しくは負特性を持っている。そこで、通常緩衝気体には、上記２つの係数がそれぞれ正負逆特性を持つ２種類以上の不活性ガスを選択し、これらの係数を極力小さくする不活性ガスの圧力比（混合比）を決める。通常、２種類の不活性ガスを緩衝気体に用いる場合では、温度係数がゼロに近い値となるような混合比に設定する。また、ガスセル内に封入する緩衝気体の全圧力については、セシウムがガスセル内壁に衝突する確率およびセシウムが緩衝気体に衝突する確率を計算し、これらの和の逆数（緩和時間）が最大値となるようにに設定している。すなわち、ガスセルの寸法が決まれば、緩和時間が最大となるための緩衝気体の全圧力が計算できる。緩和時間の算出方法としては、「「周波数と時間」，　吉村他，　第５章，電子情報通信学会」に詳細な記述がある。
【００２１】
（光照射手段）
光照射手段としては、原子時計に用いられる公知のレーザーなどを用いることができる。本発明の装置は、１又は２つ以上の励起光と、１つのプローブ光を発信する１つ又は２以上の光照射手段を具備することが望ましい。
光照射手段は、例えば、キャリアガスと共に原子を封入したランプセルを高周波励振して放電させるランプ励起方式と、半導体レーザー（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ：以下「ＬＤ」と記す。）を励起光としたＬＤ励起方式がある。ＬＤ励起方式では励起波長の選択的な光ポンピングを行うことができるので、ランプ励起方式と比較し、ポンピング効率および信号対雑音比を向上できるので好ましい。
【００２２】
（光強度測定手段）
光強度測定手段としては、光の強度を測定することができるものであれば、特に限定されるものではなく、公知の光強度測定手段を用いることができる。例えば、特開１０−２８４７７２号公報、特開２００１−２８５０６４号公報、特開２００２−７６８９０号公報、中桐ら，　電波研究季報　Ｖｏｌ．　２９，　Ｎｏ．　１４９　ｐｐ。　９７−１１５　（１９８３）などに記載されたものを用いることができる。
【００２３】
（ＥＩＴ信号）
ＥＩＴ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）信号スペクトルとは、例えば、セシウム原子の遷移を観測したスペクトルである。詳細は、例えば「ＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＯＦ　Ｒｂ　ＡＮＤ　Ｃｓ　Ｄ２　ＬＩＮＥＳ　ＩＮ　ＳＡＴＵＲＡＴＩＯＮ　ＳＰＥＣＴＲＯＣＯＰＹ　ＷＩＴＨＯＰＴＩＣＡＬＰＵＭＰＩＮＧ，Ｓ．Ｎａｋａｙａｍａ，ＪＡＰＡＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＰＨＹＳＩＣＳ，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．７，ｐｐ．８７９−８８３，１９８４　、Ｊ．　Ｋｉｔｃｈｉｎｇ　ｅｔ．　ａｌ．　ＩＥＥＥ　Ｖｏｌ．　４９，　Ｎｏ．　６，　ｐｐ．　１３１３−１３１７　（２０００）」
【００２４】
（作用）
本発明の原子発振取得装置は、公知の原子振動取得装置と同様にＥＩＴ信号から原子発振を取得する。この原子発振を用いれば、公知の方法により原子時計を設計することができる。
【００２５】
（原子時計）
すべての物理量（時間、長さ、質量等）を決定するにはひとつの基準が必要である。例えば、振り子時計は、振り子の周波数を基準にした時計である。ここで、ｌを振り子の長さとすると、振り子の周波数は、次式で表すことができる。この周波数を基準として用いれば、時計を設計することができる。
【００２６】
【式３】
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【００２７】
しかし、この振り子の周波数は、例えば、温度がかわると振り子の長さが変わるなど不確定な要素を多く含む。したがって、振り子を用いた時計には正確さにおいて限界がある。だからこそ、振り子時計は近年利用されなくなったのである。
【００２８】
上記セシウム原子の振動を基準として時計を設計すると、このセシウム原子の振動は変化が少ないので非常に正確な時計を設計することができるのである。なお、現在ではセシウム原子が吸収するマイクロ波の周波数を９，１９２，６３１，７７０　Ｈｚと定義し、この周波数に基づいて原子時計が設計されている。理想的には、原子核と電子の間のクーロン力のみで一意に決まる、固有エネルギー状態のあいだのエネルギー差のみが遷移周波数に反映する。気体の状態では原子は単一で存在するので、周波数は一通り決定できる。しかしながら、これはあくまで理想であり、実際には、以下のような様々な要因があり、原子時計の正確さには限界がある。１）原子核と電子のクーロン力のほかにも電場、磁場が存在している。２）エネルギー固有値は無限時間の測定で得られて一意に決まることが理想だが、実際にはエネルギーと時間の不確定性関係により遷移周波数は幅を持つ（均一幅）。３）実際には原子同士が衝突する時に、遷移エネルギーはシフトする。そのため観測される周波数には衝突シフトが存在し、それば原子数密度に比例する。その他１次、２次ドップラー効果（２次は特殊相対論効果）、重力によるシフト（一般相対論効果）などが原子時計の正確さを妨げている。
【００２９】
（セシウム原子時計の構造）
先に説明したとおり、セシウム原子時計においては、通常セシウム原子とマイクロ波を２度相互作用（Ｔだけ時間間隔をおく）させてスペクトルを観測するＲａｍｓｅｙ共鳴と呼ばれる方法が用いられる。
本発明においても、得られた原子振動を基準として、原子時計を設計することができる。
【００３０】
【実施例】
（参考例１）
図３に示される装置を用いてセシウム原子のＥＩＴ信号を観測した。ガスセルの厚さは１ｍｍであった。
セシウム原子のエネルギー準位（光励起の様子など）を図４（ａ）に示す。また、セシウム原子のエネルギー準位の詳細を図４（ｂ）に示す。
本実施例においては、［Ｆ＝４、ｍＦ＝０］→［Ｆ’＝４、ｍＦ’＝０］遷移のエネルギーを与える光を励起光（カップリング光）とし、プローブ光を［Ｆ＝３、ｍＦ＝０］→［Ｆ’＝４、ｍＦ’＝０］遷移のエネルギー（９１９２．６ＭＨｚ）を中心として掃引した。ガスセルの厚さは１ｍｍであった。レーザー光の強度は、６４０μＷ／ｃｍ２であり、（Ωｃ２＋Ωｐ２）／Γ２＝０．２４であった。このようにして、掃引したプローブ光の吸収強度の変化（ＥＩＴ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）信号）を図５（ａ）に示す。
図５（ａ）において、強い吸収スペクトルは、　［Ｆ＝３、ｍＦ＝０］→［Ｆ’＝４、ｍＦ’＝０］遷移のエネルギー（９１９２．６ＭＨｚ）における吸収ピークである。吸収線の均一幅は、約５ＭＨｚであった。
また、０．１ｍＴの磁場をガスセルに印加し、プローブ光の吸収強度を測定した。この結果を図５（ｂ）に示す。磁場の方向は、レーザー光の進行方向と一致させた。
図５（ｂ）においては、静磁場による超微細構造のゼーマン分裂による７つの信号が観測された。図５（ｂ）におけるそれぞれのピークは、図２（ｂ）における遷移に対応している。図６に示すように、図５（ｂ）のピークは、理論値とよく一致していた。図６中中、周波数が０以上の部分の◆、■、▲は、それぞれ（ｍＦ−ｍＦ’　）＝（３−３）、（２−２）、（１−１）の遷移を表し、周波数が０以下の部分の□、○、△は、それぞれ（−１、−１）、（−２、−２）、（−３、−３）の遷移を表す。それぞれの実測値の近辺にある線は、理論値を表す。
図５（ａ）及び図５（ｂ）から、磁場を加えない場合のスペクトル線幅が、磁場を加えた場合のスペクトルの線幅よりも広いことが分かる。このことは、残留磁場などにより、ゼーマン退縮が完全でないことを示している。
以上より、以下の実施例においては、精度よくスペクトル線幅を評価するために、セルに静磁場を加え、クロック遷移（ｍＦ＝３−ｍＦ＝４＝０−０）によるＥＩＴ信号にのみ着目することとした。
【００３１】
（参考例２）
レーザー光の強度が、６４μＷ／ｃｍ２であり、（Ωｃ２＋Ωｐ２）／Γ２＝０．０２４とした場合の、クロック遷移（ｍＦ＝３−ｍＦ＝４＝０−０）によるＥＩＴ信号を図７に示す。図においては、実測値を、ローレンツカーブによりフィッッティングを行っている。図中の３つの信号ピークの真ん中が観測しているＥＩＴ信号である。その両側の二つのピーク間隔はプローブ光の変調周波数２００ｋＨｚであり、線幅測定における周波数マーカーとして利用される。
【００３２】
（実施例１）
図８に、セルの厚さを１ｍｍ（▲：三角）、２ｍｍ（■：四角）、５ｍｍ（◆：ダイヤ）とし、レーザー光強度を変化させた場合のピークの線幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）を表す。図中の縦軸は、ｋＨｚを表す。図中の黒い、三角、四角、ダイヤは実測値を表す。実測値を掃引し、レーザー光強度が０の場合の半値前幅を求めた。その結果を、白抜きの三角（△：セル厚１ｍｍ）、四角（□：セル厚２ｍｍ）、ダイヤ（◇：セル厚５ｍｍ）で表す。
これから、セルの厚さが１ｍｍの場合のＥＩＴ信号の半値全幅は、約１２０ｋＨｚであり、セルの厚さが２ｍｍの場合のＥＩＴ信号の半値全幅は、約４０ｋＨｚであり、セルの厚さが５ｍｍの場合のＥＩＴ信号の半値全幅は、約３０ｋＨｚであることがわかる。
【００３３】
（実施例２）
セルの厚さを変え、実施例１と同様にしてレーザー光強度が０の場合の半値前幅を求めた。図９の点（●）は実験結果からの求まったセルの厚さと、ＥＩＴ信号の半値全幅の値（ｋＨｚ）を表し、図９のグラフは理論値を表す。
【００３４】
【発明の効果】
本発明においては、原子時計などに用いられるレーザーのビーム直径に比較して薄いセルを用いている。この結果、ＥＩＴ信号の半値全幅が若干広くなったが、従来原子振動の精度を左右していたレーザーのビーム直径ではなく、セルの厚さを制御することにより、原子振動の精度を制御することができることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の原子発振取得方法におけるセルとレーザーの相互作用の様子を示す概要図である。
【図２】図２は、本発明の原子発振取得方法におけるセルとレーザーの相互作用の様子を示す概要図である。
【図３】図３は、本発明の原子発振取得装置の概要図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、セシウム原子のエネルギー準位を表す図である。
【図５】図５は、ＥＩＴ信号スペクトルを表す。図５（ａ）は、磁場をかけなかった場合、図５（ｂ）は、磁場をかけた場合のＥＩＴ信号スペクトルである。
【図６】図６は、ＥＩＴ信号スペクトルのピーク幅と磁場との関係を表す。図中、周波数が０以上の部分の◆、■、▲は、それぞれ（ｍＦ−ｍＦ’　）＝（３−３）、（２−２）、（１−１）の遷移を表し、周波数が０以下の部分の□、○、△は、それぞれ（−１、−１）、（−２、−２）、（−３、−３）の遷移を表す。それぞれの実測値の近辺にある線は、理論値を表す。
【図７】図７は、レーザー光の強度が、６４μＷ／ｃｍ２であり、（Ωｃ２＋Ωｐ２）／Γ２＝０．０２４とした場合の、クロック遷移（ｍＦ＝３−ｍＦ＝４＝０−０）によるＥＩＴ信号を表す。
【図８】図８は、セルの厚さを１ｍｍ（▲：三角）、２ｍｍ（■：四角）、５ｍｍ（◆：ダイヤ）とし、レーザー光強度を変化させた場合のピークの線幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）を表す。図中の縦軸は、ｋＨｚを表す。図中の黒い、三角、四角、ダイヤは実測値を表す。実測値を掃引し、レーザー光強度が０の場合の半値前幅を求めた。その結果を、白抜きの三角（△：セル厚１ｍｍ）、四角（□：セル厚２ｍｍ）、ダイヤ（◇：セル厚５ｍｍ）で表す。
【図９】図９は、ガスセルの厚さと、ＥＩＴ信号スペクトルの半値全幅の関係を表す図である。図９の点（●）は実験結果からの求まったセルの厚さと、ＥＩＴ信号の半値全幅の値（ｋＨｚ）を表し、図９のグラフは理論値を表す。
【符号の説明】
１　ガスセル
２　光強度測定手段（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）
３　光照射装置
４　分離装置（Ｉｓｏｌａｔｏｒ）
５　Ｅ．Ｏ．（電気光学変調器）
６　増幅器（Ｌｏｃｋ−ｉｎ　Ａｍｐｌｉｆｅｒ）
７　出力シグナル
８　同期装置（シンセサイザー）
９　参照周波数
１０　気体原子
１１　レーザー光の線幅
１２　レーザー光
１３　ガスセルの長さ
【図１】
2004096410.tif 000004
【図２】
2004096410.tif 000005
【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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