(57)【要約】【課題】周波数安定度を向上させることができる量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】本発明の原子発振器１は、アルカリ金属原子が封入されている原子セル３１と、バイアスが供給され、アルカリ金属原子を共鳴させるための共鳴光対を含む光ＬＬを出射する光源部２１と、光源部２１を温度調節する温度調節素子２２と、バイアスに関する情報を検出するバイアス検出部６４と、バイアス検出部６４で検出した情報を用いて温度調節素子２２を制御する光源温度制御部６５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属原子が封入されている原子セルと、
バイアスを受けて前記金属原子を共鳴させるための共鳴光対を含む光を出射する光源部と、
前記光源部の温度を調節する温度調節部と、
前記バイアスに関する情報を検出するバイアス検出部と、
前記バイアス検出部で検出した情報を用いて前記温度調節部を制御する光源温度制御部と、
を備えることを特徴とする量子干渉装置。
【請求項２】
前記バイアスの基準値を記憶している記憶部を備え、
前記光源温度制御部は、前記バイアス検出部で検出した情報と前記基準値との比較結果を用いて前記温度調節部を制御する請求項１に記載の量子干渉装置。
【請求項３】
前記光源部は、面発光レーザーを有している請求項１または２に記載の量子干渉装置。
【請求項４】
前記バイアス検出部が検出する前記情報は、前記バイアスの電圧値を含む請求項１ないし３のいずれか１項に記載の量子干渉装置。
【請求項５】
前記バイアス検出部が検出する前記情報は、前記バイアスの電流値を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の量子干渉装置。
【請求項６】
前記光源部から出射する光の波長が設定値となるように前記バイアスを制御するバイアス制御部を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の量子干渉装置。
【請求項７】
前記光源温度制御部は、
前記光源部が設定温度となるように前記温度調節部を制御する機能と、
前記バイアス制御部の制御時間間隔よりも長い時間間隔で、前記バイアス検出部で検出した情報を用いて前記設定温度を調節する機能と、
を有する請求項６に記載の量子干渉装置。
【請求項８】
前記設定温度を調節する前記時間間隔は、１０００秒以上１００００００秒以下の範囲内にある請求項７に記載の量子干渉装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする原子発振器。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長期的に高精度な発振特性を有する発振器として、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の原子のエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、原子発振器の動作原理は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した方式と、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した方式とに大別されるが、量子干渉効果を利用した原子発振器は、二重共鳴現象を利用した原子発振器よりも小型化できることから、近年、様々な機器への搭載が期待されている。
【０００４】
量子干渉効果を利用した原子発振器は、例えば、特許文献１に開示されているように、気体状のアルカリ金属を封入したセル（原子セル）と、セル中のアルカリ金属を共鳴させる共鳴光対を出射する光源と、ガスセルを透過した共鳴光対を検出する光検出器と、を備えている。そして、このような原子発振器では、２種類の共鳴光の周波数差が特定の値のときに２種類の共鳴光の双方がガスセル内のアルカリ金属に吸収されずに透過する電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）を生じさせ、そのＥＩＴ現象に伴って発生する急峻な信号であるＥＩＴ信号を光検出器で検出し、そのＥＩＴ信号を基準信号として用いる。
【０００５】
ここで、光源としては、一般に、バイアス電流の供給を受けて発光する面発光レーザーが用いられる。面発光レーザーのような発光素子は、バイアス電流に応じて発光波長が変化する特性を有する。また、面発光レーザーのような発光素子は、バイアス電流が一定であっても、発光波長が経時的（長期の期間にわたって徐々に）に変化してしまうエージング特性を有している。そこで、特許文献１に記載の原子発振器では、発光波長が一定となるように、光源に供給するバイアス電流を制御している。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の原子発振器では、バイアス電流の変化に伴って発光光量も変化してしまうため、アルカリ金属に照射される光量密度の変化に伴ってアルカリ金属の共鳴周波数が変化するライトシフトと呼ばれる現象の影響により、周波数安定度（特に長期周波数安定度）が低下してしまうという問題があった。
【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】
本発明の目的は、周波数安定度を向上させることができる量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］
本発明の量子干渉装置は、金属原子が封入されている原子セルと、
バイアスを受けて前記金属原子を共鳴させるための共鳴光対を含む光を出射する光源部と、
前記光源部の温度を調節する温度調節部と、
前記バイアスに関する情報を検出するバイアス検出部と、
前記バイアス検出部で検出した情報を用いて前記温度調節部を制御する光源温度制御部と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
このような量子干渉装置によれば、光源部から出射する光の強度の変動を低減しつつ当該光の波長を調整することができる。そのため、原子セル内の金属原子に照射される光の強度（密度）の変化に伴って金属原子の共鳴周波数が変化するライトシフトと呼ばれる現象を低減し、その結果、周波数安定度（特に長期周波数安定度）を向上させることができる。
【００１２】
［適用例２］
本発明の量子干渉装置では、前記バイアスの基準値を記憶している記憶部を備え、
前記光源温度制御部は、前記バイアス検出部で検出した情報と前記基準値との比較結果を用いて前記温度調節部を制御することが好ましい。
【００１３】
これにより、光源部から出射した光の強度を一定に保つようにバイアスを効率的に調節することができる。
【００１４】
［適用例３］
本発明の量子干渉装置では、前記光源部は、面発光レーザーを有していることが好ましい。
【００１５】
面発光レーザーのような発光素子は、バイアス電流に応じて発光光量の変化を伴って発光波長が変化するが、温度に応じて発光光量の変化を伴わずに発光波長を変化させることができる。したがって、光源部から出射する光の強度の変動を低減しつつ当該光の波長を調整することができる。
【００１６】
［適用例４］
本発明の量子干渉装置では、前記バイアス検出部が検出する前記情報は、前記バイアスの電圧値を含むことが好ましい。
【００１７】
これにより、光源部から出射した光の強度を一定に保つようにバイアスを効率的に調節することができる。
【００１８】
［適用例５］
本発明の量子干渉装置では、前記バイアス検出部が検出する前記情報は、前記バイアスの電流値を含むことが好ましい。
【００１９】
これにより、光源部から出射した光の強度を一定に保つようにバイアスを効率的に設定することができる。
【００２０】
［適用例６］
本発明の量子干渉装置では、前記光源部から出射する光の波長が設定値となるように前記バイアスを制御するバイアス制御部を備えることが好ましい。
これにより、短期的な周波数安定度を高めることができる。
【００２１】
［適用例７］
本発明の量子干渉装置では、前記光源温度制御部は、
前記光源部が設定温度となるように前記温度調節部を制御する機能と、
前記バイアス制御部の制御時間間隔よりも長い時間間隔で、前記バイアス検出部で検出した情報を用いて前記設定温度を調節する機能と、
を有することが好ましい。
【００２２】
これにより、短期的な周波数安定度と長期的な周波数安定度との双方を向上させることができる。
【００２３】
［適用例８］
本発明の量子干渉装置では、前記設定温度を調節する前記時間間隔は、１０００秒以上１００００００秒以下の範囲内にあることが好ましい。
【００２４】
これにより、短期的な周波数安定度に悪影響を与えるのを低減しつつ、光源温度制御部による制御を行うことができる。
【００２５】
［適用例９］
本発明の原子発振器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、優れた周波数安定度を有する原子発振器を提供することができる。
【００２６】
［適用例１０］
本発明の電子機器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
【００２７】
これにより、周波数安定度を向上させることができる量子干渉装置を備える電子機器を提供することができる。
【００２８】
［適用例１１］
本発明の移動体は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
【００２９】
これにより、周波数安定度を向上させることができる量子干渉装置を備える移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る原子発振器（量子干渉装置）の概略構成を示す模式図である。
【図２】アルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図である。
【図３】光源部から出射される２つの光の周波数差と、受光部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す原子発振器の模式的斜視図である。
【図５】図１に示す原子発振器が備える光源側ユニットの断面図である。
【図６】（ａ）は、光源部のバイアス電流と受光部の検出強度との関係を示すグラフ、（ｂ）は、光源部の温度が一定である場合の発光波長の経時的変化を示すグラフ、（ｃ）は、光源部の温度が一定である場合のバイアス電圧の経時的変化を示すグラフである。
【図７】光源温度制御部による光源部の温度（設定温度）の経時的変化を示すグラフである。
【図８】光源温度制御部およびバイアス制御部による制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る原子発振器（量子干渉装置）の概略構成を示す模式図である。
【図１０】図９に示す原子発振器が備える物理ユニットの断面図である。
【図１１】ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器（量子干渉装置）を用いた場合の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の移動体の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
１．原子発振器（量子干渉装置）
まず、本発明の原子発振器（本発明の量子干渉装置を備える原子発振器）について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。
【００３３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器（量子干渉装置）の概略構成を示す模式図である。図２は、アルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図３は、光源部から出射される２つの光の周波数差と、受光部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。
【００３４】
図１に示す原子発振器１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。
この原子発振器１は、図１に示すように、光源側ユニット２と、セル側ユニット３と、ユニット２、３間に設けられた光学部品４１、４２、４３と、ユニット２、３を制御する制御部６と、を備える。
【００３５】
ここで、光源側ユニット２は、光源部２１と、温度調節素子２２と、温度センサー２３と、を備えている。また、セル側ユニット３は、原子セル３１と、受光部３２と、ヒーター３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、を備えている。
【００３６】
まず、原子発振器１の原理を簡単に説明する。
図１に示すように、原子発振器１では、光源部２１が原子セル３１に向けて光ＬＬを出射し、原子セル３１を透過した光ＬＬを受光部３２が検出する。
【００３７】
原子セル３１内には、ガス状のアルカリ金属（金属原子）が封入されており、アルカリ金属は、図２に示すように、３準位系のエネルギー準位を有し、エネルギー準位の異なる２つの基底状態（基底状態１、２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態１は、基底状態２よりも低いエネルギー状態である。
【００３８】
光源部２１から出射された光ＬＬは、周波数の異なる２種の共鳴光１、２（共鳴光対）を含んでおり、この２種の共鳴光１、２を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射したとき、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光１、２のアルカリ金属における光吸収率（光透過率）が変化する。
【００３９】
そして、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態１、２から励起状態への励起がそれぞれ停止する。このとき、共鳴光１、２は、いずれも、アルカリ金属に吸収されずに透過する。このような現象をＣＰＴ現象または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ）と呼ぶ。
【００４０】
例えば、光源部２１が共鳴光１の周波数ω１を固定し、共鳴光２の周波数ω２を変化させていくと、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数ω０に一致したとき、受光部３２の検出強度は、図３に示すように、急峻に上昇する。このような急峻な信号をＥＩＴ信号として検出する。このＥＩＴ信号は、アルカリ金属の種類によって決まった固有値をもっている。したがって、このようなＥＩＴ信号を基準信号として用いることにより、高精度な発振器を構成することができる。
【００４１】
以下、本実施形態の原子発振器１の具体的な構成について説明する。
図４は、図１に示す原子発振器の模式的斜視図、図５は、図１に示す原子発振器が備える光源側ユニットの断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図５中の上側を「上」、下側を「下」という。
【００４２】
前述したように、原子発振器１は、光源側ユニット２と、セル側ユニット３と、ユニット２、３間に設けられた光学部品４１、４２、４３と、制御部６と、を備える。そして、光源側ユニット２、セル側ユニット３および光学部品４１、４２、４３は、図４に示すような配置状態で、図示しない配線基板に支持されている。また、制御部６は、この配線基板に搭載されており、図示しない配線やコネクター等を介して、光源側ユニット２およびセル側ユニット３にそれぞれ電気的に接続されている。
【００４３】
以下、原子発振器１の各部を順次説明する。
（光源側ユニット）
前述したように、光源側ユニット２は、光源部２１と、温度調節素子２２と、温度センサー２３と、を備えている。また、光源側ユニット２は、図４および図５に示すように、光源部２１、温度調節素子２２および温度センサー２３を収納する光源側パッケージ２４を備えている。
【００４４】
［光源部］
光源部２１は、原子セル３１中のアルカリ金属原子を共鳴させるための共鳴光対を含む光ＬＬを出射する機能を有する。
【００４５】
より具体的には、光源部２１は、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２からなる共鳴光対）を含む光ＬＬを出射するものである。共鳴光１の周波数ω１は、原子セル３１中のアルカリ金属を前述した基底状態１から励起状態に励起（共鳴）し得るものである。また、共鳴光２の周波数ω２は、原子セル３１中のアルカリ金属を前述した基底状態２から励起状態に励起（共鳴）し得るものである。
【００４６】
この光源部２１としては、前述したような光ＬＬを出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の半導体レーザー等を用いることができる。
【００４７】
［温度調節素子］
温度調節素子２２は、光源部２１の温度を調節する「温度調節部」として機能する。本実施形態では、温度調節素子２２は、ペルチェ素子である。ペルチェ素子は、一方が発熱側の面（発熱面）、他方が吸熱側の面（吸熱面）となる１対の面を有している。そして、ペルチェ素子は、供給される電流の向きを制御することにより、発熱面と吸熱面とを切り換えることができる。そのため、環境温度の範囲が広くても、光源部２１を所望の温度に温度調節することができる。
【００４８】
なお、温度調節素子２２は、ペルチェ素子に限定されず、例えば、発熱抵抗体（ヒーター）であってもよい。
【００４９】
［温度センサー］
温度センサー２３は、光源部２１または温度調節素子２２の温度を検出する機能を有する。この温度センサー２３としては、特に限定されないが、例えば、サーミスタ、熱電対等を用いることができる。
【００５０】
［光源側パッケージ］
光源側パッケージ２４は、前述した光源部２１、温度調節素子２２および温度センサー２３を収納する。
【００５１】
図５に示すように、光源側パッケージ２４は、上面に開放する凹部２４１１を有するベース２４１と、ベース２４１にメタライズ層２４２を介して接合されていて凹部２４１１の開口を塞ぐリッド２４３と、を有している。これにより、リッド２４３により塞がれた凹部２４１１の内側が光源部２１、温度調節素子２２および温度センサー２３を収納する収納空間として機能する。この収納空間は、減圧（真空）状態であることが好ましい。これにより、光源側パッケージ２４の外部の温度変化が光源側パッケージ２４内の光源部２１や温度センサー２３等に与える影響を低減し、光源側パッケージ２４内の光源部２１や温度センサー２３等の温度変動を低減することができる。なお、光源側パッケージ２４内は、減圧状態でなくともよく、また、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
【００５２】
ベース２４１の構成材料としては、特に限定されないが、絶縁性を有し、かつ、収納空間を気密空間とするのに適した材料、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物系セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物系セラミックス、炭化珪素等の炭化物系セラミックス等の各種セラミックスなどを用いることができる。なお、ベース２４１の構成材料としてリッド２４３と同様の金属材料を用いることもできる。
【００５３】
また、ベース２４１は、凹部２４１１の底面よりも上側に形成されている段差部２４１２を有している。図示しないが、この段差部２４１２には、温度調節素子２２に電気的に接続されている１対の接続電極と、光源部２１に電気的に接続されている１対の接続電極と、温度センサー２３に電気的に接続されている１対の接続電極と、がそれぞれ設けられており、これらの接続電極は、それぞれ、貫通電極を介して、ベース２４１の下面に設けられた外部実装電極に電気的に接続されている。接続電極、外部実装電極および貫通電極の構成材料としては、特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料を用いることができる。
【００５４】
また、ベース２４１の上端面には、枠状のメタライズ層２４２が設けられている。このメタライズ層２４２は、ろう材との密着性を高めるものである。これにより、ろう材によるベース２４１とリッド２４３との接合強度を高めることができる。
【００５５】
メタライズ層２４２の構成材料としては、ろう材との密着性を高めることができるものであれば、特に限定されないが、例えば、前述した接続電極等の構成材料で挙げたような金属材料を用いることができる。
【００５６】
リッド２４３は、平板状をなしている。また、リッド２４３には、貫通孔２４３１が形成されている。この貫通孔２４３１は、光ＬＬに対する透過性を有する窓部材２４４で封鎖されている。
【００５７】
リッド２４３の構成材料としては、特に限定されないが、金属材料が好適に用いられ、その中でも、ベース２４１の構成材料と線膨張係数が近似する金属材料を用いることが好ましい。したがって、例えば、ベース２４１をセラミックス基板とした場合には、リッド２４３の構成材料としてはコバール等の合金を用いることが好ましい。
【００５８】
このようなリッド２４３は、ろう材を用いてメタライズ層２４２との溶着によりベース２４１に接合されている。このろう材としては、特に限定されず、例えば、金ろう、銀ろうなどを用いることができる。
【００５９】
また、窓部材２４４は、光源部２１から出射される光の光路上に配置されている。また、窓部材２４４は、例えば、ガラス材料で構成されており、光ＬＬに対する透過性を有する。本実施形態では、窓部材２４４は、レンズである。これにより、光ＬＬを無駄なく原子セル３１へ照射することができる。また、窓部材２４４は、光ＬＬを平行光とする機能を有する。すなわち、窓部材２４４はコリメートレンズであり、原子セル３１内における光ＬＬは平行光である。これにより、原子セル３１内に存在するアルカリ金属の原子のうち、光源部２１から出射した光ＬＬにより共鳴するアルカリ金属の原子の数を多くすることができる。その結果、ＥＩＴ信号の強度を高めることができる。
【００６０】
なお、窓部材２４４は、光ＬＬに対する透過性を有するものであれば、レンズに限定されず、例えば、レンズ以外の光学部品であってもよいし、単なる光透過性の板状部材であってもよい。この場合、前述したような機能を有するレンズは、例えば、後述する光学部品４１、４２、４３と同様、光源側ユニット２とセル側ユニット３との間に設けられていてもよい。
【００６１】
このような光源側パッケージ２４のベース２４１の凹部２４１１の底面には、前述した温度調節素子２２が配置されている。温度調節素子２２は、ベース２４１に対して例えば接着剤により固定されている。
【００６２】
ここで、温度調節素子２２は、前述したような発熱面および吸熱面を構成する１対の面のうちの一方の面（下面）がベース２４１に固定されている。一方、温度調節素子２２の他方の面（上面）には、光源部２１および温度センサー２３が設置されている。
【００６３】
図示しないが、このように配置された光源部２１、温度調節素子２２および温度センサー２３は、それぞれ、ワイヤー配線（ボンディングワイヤー）のような配線を介して、光源側パッケージ２４に設けられた接続電極に電気的に接続されている。
【００６４】
（セル側ユニット）
前述したように、セル側ユニット３は、原子セル３１と、受光部３２と、ヒーター３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、を備えている。また、セル側ユニット３は、図４に示すように、原子セル３１、受光部３２およびコイル３５を収納する磁気シールド３８を備えている。
【００６５】
［原子セル］
原子セル３１内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。また、原子セル３１内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
【００６６】
図示しないが、例えば、原子セル３１は、貫通孔を有する胴体部と、その貫通孔の両開口を封鎖する１対の窓部と、を有する。これにより、前述したようなアルカリ金属が封入される内部空間が形成されている。胴体部を構成する材料としては、特に限定されず、金属材料、樹脂材料、ガラス材料、シリコン材料、水晶等が挙げられるが、加工性や窓部との接合の観点から、ガラス材料、シリコン材料を用いるのが好ましい。また、窓部を構成する材料としては、前述したような光ＬＬに対する透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、シリコン材料、ガラス材料、水晶等が挙げられる。このような本体部と各窓部とが気密的に接合されており、その接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
【００６７】
［受光部］
受光部３２は、原子セル３１内を透過した光ＬＬ（共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有する。
【００６８】
この受光部３２としては、上述したような光ＬＬを検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器（受光素子）を用いることができる。
【００６９】
また、受光部３２は、本実施形態では、磁気シールド３８内に収納されているが、磁気シールド３８の外側に設けられていてもよい。この場合、磁気シールド３８に、原子セル３１を通過した光ＬＬが通過する窓部を設ければよい。
【００７０】
［コイル］
コイル３５は、通電により、ガスセル３１内に光ＬＬの軸ａに沿った方向（平行な方向）の磁場を発生させる機能を有する。これにより、ゼーマン分裂により、ガスセル３１内に存在するアルカリ金属の原子の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップを拡げて、分解能を向上させ、ＥＩＴ信号の線幅を小さくすることができる。
【００７１】
なお、コイル３５が発生する磁場は、直流磁場または交流磁場のいずれかの磁場であってもよいし、直流磁場と交流磁場とを重畳させた磁場であってもよい。
【００７２】
このコイル３５としては、特に限定されず、例えば、ソレノイド型を構成するように原子セル３１の外周に沿って巻回して設けられていてもよいし、ヘルムホルツ型を構成するように１対のコイルを原子セル３１を介して対向させてもよい。
【００７３】
［磁気シールド］
磁気シールド３８は、外形形状がブロック状をなす筐体で構成されており、内部に原子セル３１、受光部３２およびコイル３５を収納する。この磁気シールド３８は、磁気シールド性を有し、原子セル３１内のアルカリ金属を外部磁界から遮蔽する機能を有している。これにより、コイル３５の磁場の磁気シールド３８内での安定性の向上を図ることができる。よって、原子発振器１の発振特性の向上を図ることができる。
【００７４】
また、磁気シールド３８の光源側ユニット２側の壁部には、その厚さ方向に貫通する窓部３８２が設けられている。これにより、光源部２１から出射した光ＬＬが窓部３８２を介して原子セル３１内に入射することができる。
【００７５】
このような磁気シールド３８の構成材料としては、磁気シールド性を有する材料が用いられ、例えば、Ｆｅ、各種鉄系合金（ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト、コバール）等の軟磁性材料が挙げられ、中でも、磁気シールド性が優れるという観点から、コバール、パーマロイ等のＦｅ−Ｎｉ系合金を用いることが好ましい。
【００７６】
また、磁気シールド３８からは、例えば、複数のリード（図示せず）が突出しており、これらは、配線を介して受光部３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５に電気的に接続されている。
【００７７】
［ヒーター］
ヒーター３３は、前述した原子セル３１（より具体的には原子セル３１中のアルカリ金属）を加熱する機能を有する。これにより、原子セル３１中のアルカリ金属を所望濃度のガス状に維持することができる。
【００７８】
このヒーター３３は、通電により発熱するものであり、例えば、発熱抵抗体で構成されている。
【００７９】
また、ヒーター３３は、磁気シールド３８の外側に、比較的熱伝導率が高い伝熱板３９を介して磁気シールド３８に接続されている。このようにヒーター３３を磁気シールド３８の外側に設けることにより、ヒーター３３から生じる磁場が原子セル３１内のコイル３５が発生させる磁場に影響及ぼすのを効果的に抑制することができる。
【００８０】
なお、ヒーター３３に代えて、または、ヒーター３３と併用して、ペルチェ素子を用いて、原子セル３１を加熱してもよい。
【００８１】
［温度センサー］
温度センサー３４は、ヒーター３３または原子セル３１の温度を検出するものである。
【００８２】
温度センサー３４の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター３３上であってもよいし、原子セル３１の外表面上であってもよい。
【００８３】
温度センサー３４としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
【００８４】
（光学部品）
前述したような光源側ユニット２とセル側ユニット３との間には、複数の光学部品４１、４２、４３が配置されている。この複数の光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、前述した光源側パッケージ２４内の光源部２１と、前述した原子セル３１との間の光軸（軸ａ）上に設けられている。また、本実施形態では、光源側ユニット２側からセル側ユニット３側へ、光学部品４１、光学部品４２、光学部品４３の順に配置されている。
【００８５】
光学部品４１は、λ／４波長板である。これにより、例えば、光源部２１からの共鳴光対が直線偏光である場合、その共鳴光対を円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換することができる。
【００８６】
前述したようにコイル３５の磁場により原子セル３１内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、仮に直線偏光の共鳴光対をアルカリ金属原子に照射すると、共鳴光対とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位に均等に分散して存在することとなる。その結果、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数が他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に少なくなるため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が減少し、所望のＥＩＴ信号が小さくなり、その結果、原子発振器１の発振特性の低下をもたらす。
【００８７】
これに対し、前述したようにコイル３５の磁場により原子セル３１内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光の共鳴光対をアルカリ金属原子に照射すると、共鳴光対とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が増大し、所望のＥＩＴ信号が大きくなり、その結果、原子発振器１の発振特性を向上させることができる。
【００８８】
なお、光学部品４１の平面視形状は、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。
【００８９】
このような光学部品４１に対してセル側ユニット３側には、光学部品４２、４３が配置されている。
【００９０】
光学部品４２、４３は、それぞれ、減光フィルター（ＮＤフィルター）である。これにより、原子セル３１に入射する光ＬＬの強度を調整（減少）させることができる。そのため、光源部２１の出力が大きい場合でも、原子セル３１に入射する共鳴光対を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品４１により円偏光に変換された共鳴光対の強度を光学部品４２、４３により調整する。
【００９１】
本実施形態では、光学部品４２、４３は、それぞれ、板状をなしている。
なお、光学部品４２、４３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。
【００９２】
また、光学部品４２および光学部品４３は、互いに減光率が等しくてもよいし異なっていてもよい。
【００９３】
また、光学部品４２、４３は、それぞれ、上側と下側とで連続的または段階的に減光率の異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を例えば配線基板に対して上下方向での位置を調整することにより、共鳴光対の減光率を調整することができる。
【００９４】
また、光学部品４２、４３は、それぞれ、周方向で連続的または断続的に減光率が異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を回転させることにより、共鳴光対の減光率を調整することができる。なお、この場合、光学部品４２、４３の回転中心が軸ａに対してずれていればよい。
【００９５】
なお、この光学部品４２、４３のうちのいずれか一方の光学部品を省略してもよい。また、光源部２１の出力が適度である場合、光学部品４２、４３の双方を省略することができる。
【００９６】
また、光学部品４１、４２、４３は、前述した種類、配置順、数等に限定されない。例えば、光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、λ／４波長板または減光フィルターに限定されず、レンズ、偏光板等であってもよい。
【００９７】
（制御部）
図１に示す制御部６は、光源部２１、温度調節素子２２、ヒーター３３およびコイル３５をそれぞれ制御する機能を有する。
【００９８】
本実施形態では、制御部６は、ＩＣ（Integrated Circuit）チップで構成されている。
このような制御部６は、光源部２１の共鳴光１、２の周波数を制御する光源制御部６１と、原子セル３１の温度を制御するセル温度制御部６２と、原子セル３１に印加する磁場を制御する磁場制御部６３と、光源部２１に供給されるバイアス情報を検出するバイアス検出部６４と、温度調節素子２２を制御する光源温度制御部６５と、バイアスの基準値等を記憶している記憶部６６と、を有する。
【００９９】
光源制御部６１は、前述した受光部３２の検出結果に基づいて、光源部２１から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。より具体的には、光源制御部６１は、前述した受光部３２の検出結果に基づいて、前述した周波数差（ω１−ω２）がアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、光源部２１から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。
【０１００】
図示しないが、光源制御部６１は、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillators）と、位相同期回路（ＰＬＬ：phase locked loop）と、を有している。そして、光源制御部６１は、受光部３２の受光強度に基づいて原子セル３１内のＥＩＴ状態を検出し、その検出結果に応じて電圧制御型水晶発振器を制御する。これにより、電圧制御型水晶発振器は、所望の発振周波数となるように制御され、例えば、数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度の周波数で発振する。また、電圧制御型水晶発振器の出力信号は、位相同期回路に入力されるとともに、原子発振器１の出力信号として出力される。位相同期回路は、電圧制御型水晶発振器からの出力信号を周波数逓倍する。これにより、位相同期回路は、前述したアルカリ金属原子の２つの異なる基底準位のエネルギー差に相当する周波数の１／２の周波数で発振する。このように逓倍された信号（高周波信号）は、バイアス（直流バイアス電流）が重畳された上で駆動信号として光源部２１に入力される。これにより、光源部２１に含まれる発光素子を変調して、周波数差（ω１−ω２）がω０となる共鳴光対を出射させることができる。
【０１０１】
また、光源制御部６１は、受光部３２の受光強度に基づいて、光源部２１に供給されるバイアスを制御する。これにより、共鳴光対の中心波長を所望に制御することができる。
【０１０２】
セル温度制御部６２は、温度センサー３４の検出結果に基づいて、ヒーター３３への通電を制御する。これにより、原子セル３１を所望の温度範囲内に維持することができる。
【０１０３】
磁場制御部６３は、コイル３５が発生する磁場が一定となるように、コイル３５への通電を制御する。
【０１０４】
バイアス検出部６４は、前述したように光源制御部６１からのバイアス情報（光源部２１のバイアスに関する情報）を検出する機能を有する。
【０１０５】
光源温度制御部６５は、温度センサー２３の検出温度に基づいて温度調節素子２２を制御する機能と、バイアス検出部６４で検出された情報（バイアス情報）を用いて温度調節素子２２を制御する機能と、を有する。また、光源温度制御部６５は、通常、温度センサー２３の検出温度に基づいて光源部２１が設定温度となるように温度調節素子２２を制御する。そして、光源温度制御部６５は、所定時間ごとまたはバイアス値が基準値を超えたときに、設定温度を変更する。
【０１０６】
記憶部６６は、バイアスの基準値等を記憶している。記憶部６６に記憶されているバイアスの基準値は、バイアス電流およびバイアス電圧のうちの少なくとも一方の情報を含んでいる。また、記憶部６６には、バイアス値（バイアス電流またはバイアス電圧）と設定温度とを対応させたテーブルが記憶されている。このテーブルは、後述するように、光源温度制御部６５の設定温度の変更に用いられる。また、記憶部６６は、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報（履歴）を記憶する機能を有していてもよい。
以上、原子発振器１の各部について説明した。
【０１０７】
（光源部のバイアス制御および温度制御）
以下、光源部２１のバイアス制御および温度制御について詳述する。
【０１０８】
図６（ａ）は、光源部のバイアス電流と受光部の検出強度との関係を示すグラフ、図６（ｂ）は、光源部の温度が一定である場合の発光波長の経時的変化を示すグラフ、図６（ｃ）は、光源部の温度が一定である場合のバイアス電圧の経時的変化を示すグラフである。図７は、光源温度制御部による光源部の温度（設定温度）の経時的変化を示すグラフである。
【０１０９】
前述したように、光源制御部６１は、受光部３２の受光強度に基づいて、光源部２１に供給されるバイアスを制御する。具体的には、例えば、光源制御部６１は、図６（ａ）に示すように受光部３２の検出強度が最小となるときのバイアス電流Ｉｂ０となるようにバイアスを制御する。これにより、共鳴光対の中心波長を所望に制御することができる。ここで、光源制御部６１は、光源部２１から出射する光ＬＬの波長が設定値となるようにバイアスを制御する「バイアス制御部」として機能している。
【０１１０】
このようなバイアス電流の供給を受けて発光する光源部２１に用いられる面発光レーザーは、一般に、バイアス電流に応じて発光波長が変化する特性を有するが、バイアス電流が一定であっても、図６（ｂ）に示すように、発光波長が経時的（長期の期間にわたって徐々に）に変化して（短くなって）しまうエージング特性を有している。したがって、発光波長が一定となるようにバイアス電流を制御しているだけでは、図６（ｃ）に示すように、バイアス電圧が変化して（大きくなって）しまい、それに伴って発光光量も変化して（大きくなって）しまう。光源部２１の発光光量が変化すると、原子セル３１内のアルカリ金属に照射される光量密度の変化に伴ってアルカリ金属の共鳴周波数が変化するライトシフトと呼ばれる現象の影響により、周波数安定度（特に長期周波数安定度）が低下してしまうという問題がある。
【０１１１】
一方、面発光レーザーは、一般に、温度に応じて、発光光量の変化をほとんど伴わずに発光波長が変化する特性（温度が高くなるほど発光波長が長くなる特性）を有する。そこで、光源温度制御部６５は、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報を用いて、温度調節素子２２を制御する。具体的には、光源温度制御部６５は、光源部２１の発光波長を一定に保った状態であっても、光源部２１の発光強度が一定となるように、図７に示すように、光源部２１の温度を徐々に高くなるように調整する。これにより、光源部２１から出射する光ＬＬの強度の変動を低減しつつ光ＬＬの波長を調整することができる。そのため、ライトシフトを低減し、その結果、周波数安定度を向上させることができる。
【０１１２】
図８は、光源温度制御部およびバイアス制御部による制御を説明するためのフローチャートである。
【０１１３】
図８に示すように、まず、光源温度制御部６５による検出温度に基づく光源温度制御と、光源制御部６１（バイアス制御部）による受光強度に基づく光源バイアス制御を開始する（ステップＳ１）。光源温度制御部６５による検出温度に基づく光源温度制御では、前述したように、光源制御部６１が、受光部３２の受光強度に基づいて、光源部２１に供給されるバイアスを制御する。また、光源制御部６１による受光強度に基づく光源バイアス制御では、光源温度制御部６５が、温度センサー２３の検出温度に基づき、光源部２１の温度が設定温度となるように、温度調節素子２２を制御する。このような、光源制御部６１によるバイアス制御、および、光源温度制御部６５による温度制御において、それぞれの制御時間間隔（実行間隔）は、特に限定されないが、例えば、０．１秒以上１秒以下である。なお、制御時間間隔は、一定であっても可変であってもよい。
【０１１４】
そして、光源温度制御部６５は、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報と、記憶部６６に記憶されているバイアスの基準値とを比較し、その比較結果に基づいて、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報が基準値を超えたか否かを判断する（ステップＳ２）。これにより、光源温度制御部６５は、光源部２１から出射する光ＬＬの強度が所定値を超えたか否かを判断する。
【０１１５】
バイアス検出部６４で検出したバイアス情報が基準値を超えていない場合、所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ３）。所定時間経過していない場合、前述したステップＳ２に戻る。ここで、ステップＳ３の「所定時間」は、光源制御部６１によるバイアス制御の時間間隔よりも長い時間である。
【０１１６】
具体的なステップＳ３の「所定時間」、すなわち、光源温度制御部６５における設定温度を調節する時間間隔は、１０００秒以上１０００００秒以下の範囲内にあることが好ましく、１００００秒以上１００００００秒以下の範囲内にあることがより好ましく、１００００秒以上５００００秒以下の範囲内にあることがさらに好ましい。これにより、短期的な周波数安定度に悪影響を与えるのを低減しつつ、光源温度制御部６５による制御を行うことができる。なお、ステップＳ３の「所定時間」は、一定であっても可変であってもよいが、可変とする場合、光源部２１のエージング特性による光量変化が時間の経過とともに緩やかになることから、徐々に長くなっていることが好ましい。
【０１１７】
一方、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報が基準値を超えている場合、または、所定時間経過している場合、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報を用いて、光源温度制御部６５の設定温度を変更する（ステップＳ４）。具体的には、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報に基づき設定温度を変更する（高くする）。例えば、バイアス値と設定温度とを対応させたテーブルを記憶部６６に予め記憶させておき、そのテーブル用いて、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報に対応する設定温度に変更する。
【０１１８】
このように、光源温度制御部６５が、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報（バイアス電流またはバイアス電圧）と、記憶部６６に記憶している基準値（バイアス電流またはバイアス電圧の基準値）との比較結果を用いて温度調節素子２２を制御することにより、光源部２１から出射した光ＬＬの強度を一定に保つようにバイアスを効率的に調節することができる。
【０１１９】
このように設定温度を変更した後に、終了か否かを判断し（ステップＳ５）、終了しない場合、ステップＳ２に戻り、一方、終了する場合、光源制御部６１および光源温度制御部６５による制御を終了する。
【０１２０】
以上説明したような原子発振器１によれば、光源温度制御部６５が、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報を用いて温度調節素子２２を制御するため、光源部２１から出射する光ＬＬの強度の変動を低減しつつ当該光ＬＬの波長を調整することができる。そのため、原子セル３１内のアルカリ金属原子に照射される光ＬＬの強度（密度）の変化に伴ってアルカリ金属原子の共鳴周波数が変化するライトシフトと呼ばれる現象を低減し、その結果、周波数安定度（特に長期周波数安定度）を向上させることができる。
【０１２１】
特に、原子発振器１では、通常、光源温度制御部６５が、光源部２１が設定温度（一定温度）となるように温度調節素子２２を制御しつつ、光源制御部６１（バイアス制御部）が、光源部２１から出射する光ＬＬの波長が設定値となるようにバイアスを制御するため、短期的な周波数安定度を高めることができる。
【０１２２】
そして、光源温度制御部６５が、光源制御部６１の制御時間間隔よりも長い時間間隔で、バイアス検出部６４で検出したバイアス情報を用いて設定温度を調節することにより、短期的な周波数安定度と長期的な周波数安定度との双方を向上させることができる。
【０１２３】
これに対し、設定温度を調節する時間間隔が短すぎると、短期的な周波数安定度の低下を招いてしまう。これは、光源制御部６１（バイアス制御部）によるバイアス制御の応答性は速いのに対し、光源温度制御部６５による温度制御の応答性が遅いためである。また、前述したような光源部２１のエージング特性は、比較的長い時間をかけて徐々に生じるものであるため、設定温度を調節する時間間隔が比較的長くても、長期的な周波数安定度を向上させることができる。一方、設定温度を調節する時間間隔が長すぎると、光源部２１の温度が一定のまま長期にわたって光源制御部６１によるバイアス制御行うこととなるため、光源部２１のエージング特性による発光波長の変化の影響により、バイアスの変動量が大きくなり、光源部２１の発光光量の変動が大きくなってしまう。
【０１２４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【０１２５】
図９は、本発明の第２実施形態に係る原子発振器（量子干渉装置）の概略構成を示す模式図、図１０は、図９に示す原子発振器が備える物理ユニットの断面図である。
【０１２６】
本実施形態は、光源側の構成と原子セル側の構成を１パッケージ化し、それに伴って構成を簡略化した以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【０１２７】
なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９および図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１２８】
図９に示す原子発振器１は、物理ユニット７と、物理ユニット７を制御する制御部６Ａと、を有している。
【０１２９】
（物理ユニット）
図９に示すように、物理ユニット７は、光源部２１と、温度調節素子２２と、温度センサー２３と、光学部品４１、４２と、原子セル３１と、受光部３２と、コイル３５と、を備えている。また、図１０に示すように、物理ユニット７は、原子セル３１、光源部２１、光学部品４１、４２、受光部３２と、温度調節素子２２および温度センサー２３を含んで構成された主要部７１を収納するパッケージ７２と、パッケージ７２内に収納され、主要部７１をパッケージ７２に対して支持する支持部材７３と、を備えている。なお、図示しないが、パッケージ７２内またはパッケージ７２外には、主要部７１を囲むようにコイル３５が配置されている。また、パッケージ７２の外側には、必要に応じて、磁気シールドが設けられていてもよい。
【０１３０】
主要部７１は、原子セル３１と、光源部２１と、光学部品４１、４２と、受光部３２と、温度調節素子２２と、温度センサー２３と、基板７１１と、接続部材７１２と、を含み、これらがユニット化されている。具体的には、基板７１１の上面に、光源部２１、温度調節素子２２、温度センサー２３および接続部材７１２が搭載されており、原子セル３１および光学部品４１、４２が接続部材７１２に保持されているとともに、受光部３２が接続部材７１２に接着剤７１３を介して接合されている。
【０１３１】
本実施形態では、温度調節素子２２および温度センサー２３が原子セル３１の温度制御にも用いられる。
【０１３２】
具体的に説明すると、前述したように、温度調節素子２２は、基板７１１上に設けられている。そして、温度調節素子２２からの熱は、基板７１１および接続部材７１２を介して、原子セル３１に伝達される。これにより、原子セル３１（より具体的には原子セル３１中のアルカリ金属）が加熱され、原子セル３１中のアルカリ金属を所望の濃度のガス状に維持することができる。また、本実施形態では、温度調節素子２２からの熱は、基板７１１を介して光源部２１にも伝達される。
【０１３３】
この温度調節素子２２は、原子セル３１に対して離間している。これにより、温度調節素子２２への通電により生じた不要磁場が原子セル３１内の金属原子に悪影響を与えるのを抑制することができる。
【０１３４】
また、本実施形態では、温度センサー２３は、基板７１１上に設けられている。したがって、温度センサー２３は、基板７１１を介して温度調節素子２２の温度を検出することとなる。あるいは、温度センサー２３は、基板７１１および接続部材７１２を介して原子セル３１の温度を検出することとなる。
【０１３５】
なお、温度センサー２３の設置位置は、これに限定されず、例えば、接続部材７１２上であってもよいし、温度調節素子２２上であってもよいし、原子セル３１の外表面上であってもよい。
【０１３６】
接続部材７１２は、温度調節素子２２と原子セル３１の各窓部とを熱的に接続している。これにより、温度調節素子２２からの熱を接続部材７１２による熱伝導により各窓部に伝達し、各窓部を加熱することができる。また、温度調節素子２２と原子セル３１とを離間することができる。そのため、温度調節素子２２への通電により生じた不要磁場が原子セル３１内のアルカリ金属原子に悪影響を与えるのを抑制することができる。また、温度調節素子２２の数を少なくすることができるため、例えば、温度調節素子２２への通電のための配線の数を少なくし、その結果、原子発振器１Ａの小型化を図ることができる。
【０１３７】
なお、接続部材７１２と原子セル３１の少なくとも一方の窓部との間に隙間が形成されていてもよく、この場合には、その隙間に、熱伝導性を有する接着剤が充填されていることが好ましい。これにより、各窓部と接続部材７１２とを熱的に接続することができる。かかる接着剤としては、例えば、金属ペースト、伝熱性フィラーを含有した樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤等が挙げられる。
【０１３８】
また、接続部材７１２は、それぞれ、原子セル３１の胴体部との間に隙間を形成して配置されている。これにより、接続部材７１２と原子セル３１の胴体部との間の熱の伝達を抑制し、接続部材７１２から各窓部へ効率的に熱の伝達を行うことができる。
【０１３９】
このような接続部材７１２の構成材料としては、原子セル３１を構成する材料よりも熱伝導率が大きい材料であればよいが、熱伝導性に優れた材料、例えば、金属材料を用いることが好ましい。また、後述するパッケージ７２と同様、コイル３５からの磁場を阻害しないよう、接続部材７１２の構成材料としては、非磁性の材料を用いることが好ましい。
【０１４０】
基板７１１は、前述した光源部２１、温度調節素子２２、温度センサー２３および接続部材７１２等を支持する機能を有する。また、基板７１１は、温度調節素子２２からの熱を接続部材７１２へ伝達する機能を有する。これにより、温度調節素子２２が接続部材７１２に対して離間していても、温度調節素子２２からの熱を接続部材７１２へ伝達することができる。
【０１４１】
ここで、基板７１１は、温度調節素子２２と接続部材７１２とを熱的に接続している。このように温度調節素子２２および接続部材７１２を基板７１１に搭載することにより、温度調節素子２２の設置の自由度を高めることができる。
【０１４２】
また、光源部２１が基板７１１に搭載されていることにより、温度調節素子２２からの熱により基板７１１上の光源部２１を温度調節することができる。
【０１４３】
また、基板７１１は、光源部２１、温度調節素子２２、温度センサー２３に電気的に接続される配線（図示せず）を有している。
【０１４４】
このような基板７１１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、セラミックス材料、金属材料等が挙げられ、これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、基板７１１の表面を金属材料で構成した場合、基板７１１の表面の熱の反射率を高め、基板７１１からの熱の輻射を抑制することもできる。また、基板７１１を金属材料で構成した場合、基板７１１の表面には、基板７１１が有する配線の短絡防止等の目的で、必要に応じて、例えば、樹脂材料、金属酸化物、金属窒化物等で構成された絶縁層が設けられていてもよい。
【０１４５】
また、後述するパッケージ７２と同様、コイル３５からの磁場を阻害しないよう、基板７１１の構成材料としては、非磁性の材料を用いることが好ましい。
【０１４６】
なお、基板７１１は、接続部材７１２の形状、温度調節素子２２の設置位置等によっては、省略することができる。この場合、温度調節素子２２を接続部材７１２に接触させる位置に設置すればよい。
【０１４７】
図１０に示すように、パッケージ７２は、主要部７１および支持部材７３を収納する機能を有する。なお、パッケージ７２内には、前述した部品以外の部品が収納されていてもよい。
【０１４８】
このパッケージ７２は、板状の基体７２１（基部）と、有底筒状の蓋体７２２とを備え、蓋体７２２の開口が基体７２１により封鎖されている。これにより、主要部７１および支持部材７３を収納する内部空間が形成されている。ここで、蓋体７２２は、主要部７１および支持部材７３に対して離間している。すなわち、蓋体７２２と主要部７１および支持部材７３との間には、空間が設けられている。これにより、かかる空間が断熱層として機能し、主要部７１とパッケージ７２の外部との間の熱干渉を低減することができる。
基体７２１は、支持部材７３を介して主要部７１を支持している。
【０１４９】
また、基体７２１は、配線基板であり、図示しないが、基体７２１には、パッケージ７２の内外の通電のための複数の配線および複数の端子が設けられている。そして、基体７２１には、図示しない配線（例えば、フレキシブル配線基板やボンディングワイヤー等）を介して、前述した光源部２１および基板７１１がそれぞれ電気的に接続されている。
【０１５０】
この基体７２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、セラミックス材料等を用いることができる。
このような基体７２１には、蓋体７２２が接合されている。
【０１５１】
基体７２１と蓋体７２２との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接（レーザー溶接、電子線溶接等）等を用いることができる。
【０１５２】
なお、基体７２１と蓋体７２２との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。
【０１５３】
このような蓋体７２２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂材料、セラミックス材料、金属材料等を用いることができる。
【０１５４】
また、基体７２１と蓋体７２２とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、パッケージ７２内が気密空間であることが好ましい。これにより、パッケージ７２内を減圧状態または不活性ガス封入状態とすることができ、その結果、原子発振器１Ａの特性を向上させることができる。
【０１５５】
特に、パッケージ７２内は、減圧状態であることが好ましい。これにより、パッケージ７２内の空間を介した熱の伝達を抑制することができる。そのため、接続部材７１２とパッケージ７２の外部との間や、パッケージ７２内の空間を介した温度調節素子２２と原子セル３１との間の熱干渉を抑制することができる。また、主要部７１とパッケージ７２の外部との間の熱の伝達をより効果的に抑制することができる。
【０１５６】
支持部材７３は、パッケージ７２内に収納されており、パッケージ７２（より具体的にはパッケージ７２の一部を構成している基体７２１）に対して主要部７１を支持する機能を有する。すなわち、支持部材７３は、パッケージ７２の基体７２１に対して主要部７１の各部を直接的または間接的に支持している。より具体的には、支持部材７３の上端が主要部７１の基板７１１、下端が基体７２１にそれぞれ接着剤等により接合されている。
【０１５７】
また、支持部材７３は、主要部７１とパッケージ７２の外部との間の熱の伝達を抑制する機能を有する。これにより、主要部７１の各部と外部との間の熱干渉を抑制することができる。
【０１５８】
また、支持部材７３の構成材料としては、熱伝導性が比較的低く、かつ、支持部材７３が主要部７１を支持する剛性を確保し得る材料であれば、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、セラミックス材料等の非金属を用いることが好ましく、樹脂材料を用いることがより好ましい。支持部材７３を主として樹脂材料で構成した場合、支持部材７３の熱抵抗を高くすることができ、また、支持部材７３の形状が複雑であっても、例えば射出成型等の公知の方法を用いて、支持部材７３を容易に製造することができる。特に、支持部材７３を主として樹脂材料で構成した場合、発泡体で構成された支持部材７３を容易に形成することができる。
【０１５９】
また、支持部材７３の構成材料としては、コイル３５からの磁場を阻害しないよう、非磁性の材料を用いることが好ましい。
【０１６０】
（制御部）
図９に示すように、制御部６Ａは、光源制御部６１と、バイアス検出部６４と、光源温度制御部６５と、記憶部６６と、を備えている。
【０１６１】
以上説明したように構成された原子発振器１Ａによっても、光源制御部６１によるバイアス制御、および、光源温度制御部６５による温度制御により、周波数安定度（特に長期周波数安定度）を向上させることができる。
【０１６２】
ここで、本実施形態では、前述したように温度調節素子２２および温度センサー２３が原子セル３１の温度制御にも用いられるため、長期的に原子セル３１の温度が変化することとなる。そこで、本実施形態では、原子セル３１の温度変化に伴って周波数特性が変化しないように、原子セル３１の温度特性がゼロとなるように２種以上混合（例えばアルゴンと窒素とを混合）した緩衝ガスを原子セル３１内に封入するか、または、光源制御部６１が、予め測定・設定した原子セル３１の温度特性に基づいて、周波数特性を補正することが好ましい。
【０１６３】
２．電子機器
以下、本発明の電子機器について説明する。
【０１６４】
図１１は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器（量子干渉装置）を用いた場合の概略構成を示す図である。
【０１６５】
図１１に示す測位システム１００は、ＧＰＳ衛星２００と、基地局装置３００と、ＧＰＳ受信装置４００とで構成されている。
ＧＰＳ衛星２００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。
【０１６６】
基地局装置３００は、例えば電子基準点（ＧＰＳ連続観測局）に設置されたアンテナ３０１を介してＧＰＳ衛星２００からの測位情報を高精度に受信する受信装置３０２と、この受信装置３０２で受信した測位情報をアンテナ３０３を介して送信する送信装置３０４とを備える。
【０１６７】
ここで、受信装置３０２は、その基準周波数発振源として前述した本発明の原子発振器１を備える電子装置である。このような受信装置３０２は、優れた信頼性を有する。また、受信装置３０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置３０４により送信される。
【０１６８】
ＧＰＳ受信装置４００は、ＧＰＳ衛星２００からの測位情報をアンテナ４０１を介して受信する衛星受信部４０２と、基地局装置３００からの測位情報をアンテナ４０３を介して受信する基地局受信部４０４とを備える。
【０１６９】
３．移動体
図１２は、本発明の移動体の一例を示す図である。
【０１７０】
この図において、移動体１５００は、車体１５０１と、４つの車輪１５０２とを有しており、車体１５０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪１５０２を回転させるように構成されている。このような移動体１５００には、原子発振器１が内蔵されている。
このような移動体によれば、優れた信頼性を発揮することができる。
【０１７１】
なお、本発明の原子発振器（量子干渉装置）を備える電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、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）、パーソナルコンピューター（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）、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、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、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）、フライトシミュレーター、地上デジタル放送、携帯電話基地局等に適用することができる。
【０１７２】
以上、本発明の量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【０１７３】
また、本発明の量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体は、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【０１７４】
また、本発明の量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１７５】
１‥‥原子発振器
１Ａ‥‥原子発振器
２‥‥光源側ユニット
３‥‥セル側ユニット
６‥‥制御部
６Ａ‥‥制御部
７‥‥物理ユニット
２１‥‥光源部
２２‥‥温度調節素子
２３‥‥温度センサー
２４‥‥光源側パッケージ
３１‥‥原子セル
３２‥‥受光部
３３‥‥ヒーター
３４‥‥温度センサー
３５‥‥コイル
３８‥‥磁気シールド
３９‥‥伝熱板
４１‥‥光学部品
４２‥‥光学部品
４３‥‥光学部品
６１‥‥光源制御部
６２‥‥セル温度制御部
６３‥‥磁場制御部
６４‥‥バイアス検出部
６５‥‥光源温度制御部
６６‥‥記憶部
７１‥‥主要部
７２‥‥パッケージ
７３‥‥支持部材
１００‥‥測位システム
２００‥‥ＧＰＳ衛星
２４１‥‥ベース
２４２‥‥メタライズ層
２４３‥‥リッド
２４４‥‥窓部材
３００‥‥基地局装置
３０１‥‥アンテナ
３０２‥‥受信装置
３０３‥‥アンテナ
３０４‥‥送信装置
３８２‥‥窓部
４００‥‥ＧＰＳ受信装置
４０１‥‥アンテナ
４０２‥‥衛星受信部
４０３‥‥アンテナ
４０４‥‥基地局受信部
７１１‥‥基板
７１２‥‥接続部材
７１３‥‥接着剤
７２１‥‥基体
７２２‥‥蓋体
１５００‥‥移動体
１５０１‥‥車体
１５０２‥‥車輪
２４１１‥‥凹部
２４１２‥‥段差部
２４３１‥‥貫通孔
ａ‥‥軸
Ｉｂ０‥‥バイアス電流
ＬＬ‥‥光
Ｓ‥‥内部空間
ω０‥‥周波数
ω１‥‥周波数
ω２‥‥周波数
【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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