(57)【要約】【課題】コヒーレント光源から出射した光の総合的な変動をリアルタイムに検出してコヒーレント光源のパワーを一定に制御することができる原子発振器の光学系を提供する。【解決手段】この光学系１Ａは、共鳴光を出射するコヒーレント光源２と、コヒーレント光源２の出射側に直列に配置され、共鳴光を通過させる、金属原子として８５Ｒｂを封入したガスセル３、８７Ｒｂを封入したガスセル４と、２つのガスセルを通過した共鳴光を検出する光検出器５と、８５Ｒｂガスセル３から放射される蛍光１０を検出する光検出器６と、光検出器６により検出された蛍光１０の強度に基づいてコヒーレント光源２の強度を制御する光源制御部７と、光検出器５から検出された信号により、発振周波数を制御する周波数制御回路９と、を備え、蛍光１０を放射する８５Ｒｂガスセル３をコヒーレント光源２側に配置した。【選択図】図４
2009283810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なるコヒーレント光としての２種類の共鳴光を入射したときの量子干渉効果に
よる光吸収特性を利用して発振周波数を制御する原子発振器の光学系であって、
前記共鳴光を出射するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源の出射側に直列に配置され、ガス状の金属原子を封入すると共に
、該金属原子ガス中に前記共鳴光を通過させる複数のガスセルと、
前記複数のガスセルを通過した共鳴光を検出する第１の光検出手段と、
前記複数のガスセルの少なくとも１つのガスセルから放射される蛍光を検出する第２の
光検出手段と、
前記第２の光検出手段により検出された前記蛍光の強度に基づいて前記コヒーレント光
源の光強度を制御する光源制御部と、
を備え、
前記第２の光検出手段により前記蛍光を検出される側のガスセルを前記コヒーレント光
源側に配置したことを特徴とする原子発振器の光学系。
【請求項２】
波長が異なるコヒーレント光としての２種類の共鳴光を入射したときの量子干渉効果に
よる光吸収特性を利用して発振周波数を制御する原子発振器の光学系であって、
前記共鳴光を出射するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源の出射側に配置され前記共鳴光を少なくとも２つの光路に分岐す
る光分岐手段と、
前記光分岐手段により分岐された光路の出射側に夫々配置され、ガス状の金属原子を封
入すると共に、該金属原子ガス中に該共鳴光を通過させる複数のガスセルと、
前記複数のガスセル中の少なくとも１つのガスセルを通過した共鳴光を検出する第１の
光検出手段と、
前記複数のガスセル中の少なくとも１つのガスセルから放射される蛍光を検出する第２
の光検出手段と、
前記第２の光検出手段により検出された前記蛍光の強度に基づいて前記コヒーレント光
源の強度を制御する光源制御部と、
を備えたことを特徴とする原子発振器の光学系。
【請求項３】
前記複数のガスセルの内の一方に封入したガス状の金属原子が質量数８５のルビジウム
（８５Ｒｂ）であり、他方のガスセル内に封入したガス状の金属原子が質量数８７のルビ
ジウム（８７Ｒｂ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の原子発振器の光学系
。
【請求項４】
前記複数のガスセルは、同一の恒温槽内に収容され、該恒温槽により温度制御されるこ
とを特徴とする請求項１、２又は３に記載の原子発振器の光学系。
【請求項５】
前記光分岐手段は、ビームスプリッタ又はハーフミラーにより構成されていることを特
徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の原子発振器の光学系。
【請求項６】
前記コヒーレント光は、レーザ光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の原子
発振器の光学系。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系を備えた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、原子発振器の光学系に関し、さらに詳しくは、原子発振器を構成する光学系
に含まれる光源のパワー制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属を用いた原子発振器は、原子のエネルギ遷移を
利用する際に、原子をガス状態に保つ必要があるため、原子を気密封入したガスセルを高
温に保って動作させている。原子発振器の動作原理は、光とマイクロ波を利用した二重共
鳴法と、２種類のレーザ光による量子干渉効果（以下ＣＰＴ：Coherent Population Trap
pingと記す）を利用する方法に大別されるが、両者共にガスセルに入射した光が、原子ガ
スにどれだけ吸収されたかを反対側に設けられた検出器で検出することにより、原子共鳴
を検知して制御系にて水晶発振器などの基準信号をこの原子共鳴に同期させて出力を得て
いる。しかし、原子発振器の光源としてレーザ光を使用した場合、レーザ光は周囲温度の
変動や供給するパワーの変動により光強度が変化するといった問題がある。
特許文献１には、ビームスプリッタにより分岐した光源の一部を検出して、光源のパワ
ーを一定に制御するＣＰＴを利用した原子発振器について開示されている。
【特許文献１】ＵＳ６２６５９４５Ｂ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示されている従来の光学系の構成は、図７に示すように、ＶＣＳＥＬ５
０から出射したレーザ光は、ビームスプリッタ５３により分岐されて、一方の光はＯＰＴ
ＩＣＡＬ  ＰＷＲ．ＤＥＴＥＣＴＯＲ５２で検出され、他方の光はＣＥＬＬ５５を通過し
てＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ  ＤＥＴＥＣＴＯＲ５６により検出される。また、ＣＥＬＬ
５５からは、蛍光が発光されてＦＬＵＯＲＥＳＣＥＮＣＥ  ＤＥＴＥＣＴＯＲ５４により
ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ  ＤＥＴＥＣＴＯＲ５６とは相補的な信号が検出される。しか
し、レーザ光をＯＰＴＩＣＡＬ  ＰＷＲ．ＤＥＴＥＣＴＯＲ５２により直接検出している
ので、パワーの変動に対しては制御できるが、波長の変動による光強度の変化に対しては
検出できないといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、コヒーレント光源のサイドバンド２波長（σ＝６．８Ｇ
Ｈｚ）は、８５Ｒｂ（質量数８５のルビジウム）では、この光吸収が停止する状態（ＥＩ
Ｔ）を起こさず、中心波長（Ｄ１：７９４．７ｎｍ、Ｄ２：７８０．０ｎｍ）を一部吸収
して蛍光を発する性質がある。この性質を利用して、蛍光の強度を検出してコヒーレント
光源にフィードバックすることにより、コヒーレント光源から出射した光の総合的な変動
（パワー、温度、波長）をリアルタイムに検出してコヒーレント光源のパワーを一定に制
御することができる原子発振器の光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００５】
［適用例１］波長が異なるコヒーレント光としての２種類の共鳴光を入射したときの量
子干渉効果による光吸収特性を利用して発振周波数を制御する原子発振器の光学系であっ
て、前記共鳴光を出射するコヒーレント光源と、前記コヒーレント光源の出射側に直列に
配置され、ガス状の金属原子を封入すると共に、該金属原子ガス中に前記共鳴光を通過さ
せる複数のガスセルと、前記複数のガスセルを通過した共鳴光を検出する第１の光検出手
段と、前記複数のガスセルの少なくとも１つのガスセルから放射される蛍光を検出する第
２の光検出手段と、前記第２の光検出手段により検出された前記蛍光の強度に基づいて前
記コヒーレント光源の光強度を制御する光源制御部と、を備え、前記第２の光検出手段に
より前記蛍光を検出される側のガスセルを前記コヒーレント光源側に配置したことを特徴
とする。
【０００６】
本発明では、異なる２種類のガスセルを用意し、夫々に異なる質量数を持つ同位体金属
原子を封入する。加温により夫々の原子の蒸気で満たされたガスセルを直列に配置し、コ
ヒーレント光源から出射された２種類の光を２つのガスセルに通過させる。そのとき、２
種類のコヒーレント光の波長として、一方のガスセルに対しては、ＣＰＴによる光吸収の
停止状態（ＥＩＴ、後述）を起こさせないで、中心波長の一部を吸収して蛍光を発し、他
方のガスセルに対しては、ＥＩＴを起こすような条件を満たすものを選ぶ。そして、２つ
のガスセルを通過した共鳴光を検出する第１の光検出手段と、ガスセルから放射される蛍
光を検出する第２の光検出手段とを備え、第２の光検出手段により検出された蛍光の強度
に基づいてコヒーレント光源の強度を制御する。これにより、コヒーレント光源の総合的
な変動をリアルタイムに検出してコヒーレント光源のパワーを一定に制御することができ
る。
【０００７】
［適用例２］波長が異なるコヒーレント光としての２種類の共鳴光を入射したときの量
子干渉効果による光吸収特性を利用して発振周波数を制御する原子発振器の光学系であっ
て、前記共鳴光を出射するコヒーレント光源と、前記コヒーレント光源の出射側に配置さ
れ前記共鳴光を少なくとも２つの光路に分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段により分
岐された光路の出射側に夫々配置され、ガス状の金属原子を封入すると共に、該金属原子
ガス中に該共鳴光を通過させる複数のガスセルと、前記複数のガスセル中の少なくとも１
つのガスセルを通過した共鳴光を検出する第１の光検出手段と、前記複数のガスセル中の
少なくとも１つのガスセルから放射される蛍光を検出する第２の光検出手段と、前記第２
の光検出手段により検出された前記蛍光の強度に基づいて前記コヒーレント光源の強度を
制御する光源制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、共鳴光を２つの光路に分岐する光分岐手段を備え、一方の光はＥＩＴを起こ
すガスセルに入射させ、他方の光はＥＩＴを起こさないガスセルに入射させる。そしてＥ
ＩＴを起こすガスセルを通過した共鳴光を検出する第１の光検出手段と、ＥＩＴを起こさ
ないガスセルから放射された蛍光を検出する第２の光検出手段を備え、第２の光検出手段
により検出された蛍光の強度に基づいてコヒーレント光源の強度を制御する。これにより
、コヒーレント光源の総合的な変動をリアルタイムに検出してコヒーレント光源のパワー
を一定に制御することができる。
【０００９】
［適用例３］前記複数のガスセルの内の一方に封入したガス状の金属原子が質量数８５
のルビジウム（８５Ｒｂ）であり、他方のガスセル内に封入したガス状の金属原子が質量
数８７のルビジウム（８７Ｒｂ）であることを特徴とする。
【００１０】
コヒーレント光源のサイドバンド２波長（σ＝６．８ＧＨｚ）は、８５Ｒｂ（質量数８
５のルビジウム）では、この光吸収が停止する状態（ＥＩＴ）を起こさず、中心波長（Ｄ
１：７９４．７ｎｍ、Ｄ２：７８０．０ｎｍ）を一部吸収して蛍光を連続して発する性質
がある。また、８７Ｒｂ（質量数８７のルビジウム）では、同じく蛍光は発するが、ＥＩ
Ｔが起きるとその波長帯域では蛍光が発しなくなる。本発明ではこの２種類のガスセルを
使用する。これにより、ＥＩＴが起きたときでもコヒーレント光源の強度を制御すること
ができる。
【００１１】
［適用例４］前記複数のガスセルは、同一の恒温槽内に収容され、該恒温槽により温度
制御されることを特徴とする。
【００１２】
ルビジウム等のアルカリ金属原子を用いた原子発振器は、原子のエネルギ遷移を利用す
る際に、原子をガス状態に保つ必要があるため、原子を気密封入したガスセルを高温に保
って動作させている。そのとき、ガスの圧力（飽和蒸気圧）は温度の関数であり、温度が
決まると圧力が一義的に決まる。従って、２つのガスセルは常に同じ温度で管理されるこ
とが重要である。そこで本発明では、２つのガスセルを１つの恒温槽内に収容して、この
恒温槽により温度制御する。これにより、２つのガスセルの温度を同じ温度、即ち同じ圧
力にすることができる。
【００１３】
［適用例５］前記光分岐手段は、ビームスプリッタ又はハーフミラーにより構成されて
いることを特徴とする。
【００１４】
コヒーレント光源から出射された共鳴光の変動を検出するためには、可能な限りコヒー
レント光源の生の光を検出することが好ましい。そこで本発明では、コヒーレント光源か
ら出射された光の一部を分岐して検出する。それにはビームスプリッタ又はハーフミラー
が好都合である。これらの素子は、入射した一部の光を通過して、他の一部の光の光路を
変換する特性がある。これにより、共鳴光を少なくとも２つの光路に分岐することができ
る。
【００１５】
［適用例６］前記コヒーレント光は、レーザ光であることを特徴とする。
【００１６】
太陽光は、いろいろな波長が混ざり位相がランダムな光である。これに対してレーザ光
は波長の単色性が良く、位相の揃った光である。このような光の波長や位相の安定性の尺
度としてコヒーレンスが定義されている。コヒーレンスが良い、すなわち波長や位相が安
定な光は量子干渉効果を起こすことができる。その点ではレーザ光は最適である。
【００１７】
［適用例７］請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系を備えたことを特徴とする。
【００１８】
蛍光の強度を検出してコヒーレント光源にフィードバックすることにより、コヒーレン
ト光源から出射した光の総合的な変動をリアルタイムに検出してコヒーレント光源の光強
度を一定に制御することができるので、Ｓ／Ｎが向上した高性能な原子発振器を提供する
ことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記
載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限
り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
先ず、本発明の実施形態を説明する前に、ルビジウム同位体の微細構造と超微細構造に
ついて、平野功著「原子スペクトル入門」（ｐ４４）技報堂出版（２０００年）を参照し
て概略を説明する。図１、２は、ルビジウム同位体、８５Ｒｂと８７Ｒｂの超微細構造を
示したエネルギーダイアグラムである。Ｒｂは最外殻に１つの電子を持つ。この電子が原
子核の周りの固有の軌道上を公転（軌道角運動量Ｌを生じる）と自転（スピン角運動量Ｓ
を生じる）を伴いながら運動することでＬとＳが相互作用を起こしＤ１線とＤ２線に対応
するエネルギ準位を作る（微細構造）。ここまでは同位体の違いが現れない。更に細かく
見ていくと、核スピンＩと前述の電子の総角運動量Ｊ（＝Ｌ＋Ｓ）が相互作用しており、
項（ＳやＰなどの記号）で分類された各エネルギ状態（微細構造）が、更にＦの値で分裂
した超微細構造と呼ばれるより数多くのエネルギ準位で構成されていることがわかる。核
スピンＩは同位体によって値が異なり（８５ＲｂのＩ＝５／２、８７ＲｂのＩ＝３／２、
）、そのために、超微細構造は同位体間で異なる。原子発振器で利用するのは、この超微
細構造で現れる基底状態（微細構造では項Ｓで表されているエネルギの最も低い安定な状
態）の僅かなエネルギ分裂（例えば８７Ｒｂでは約６、８［ＧＨｚ］）を利用している。
これはＣＰＴ方式でも、従来のマイクロ波二重共鳴法でも同じである。
【００２０】
図３はＣＰＴ方式による原子の３準位系を説明する一例を示す図である。原子発振器に
用いられるルビジウム等の基底準位は、核スピン−電子スピン相互作用による超微細構造
により２種類の基底準位に分かれている。これらの基底準位の原子は光を吸収して、より
エネルギの高い準位へ励起する。また、図３の様に２つの基底準位が光を受けて、共通の
励起準位と共鳴結合している状態を２光子共鳴と言う。図３において、基底準位１（２３
）と基底準位２（２４）は準位のエネルギが若干異なるため、共鳴光もそれぞれ共鳴光１
（２０）と共鳴光２（２２）と波長が若干異なる。同時に照射される共鳴光１（２０）と
共鳴光２（２２）の周波数差（波長の差）が正確に基底準位１（２３）と基底準位２（２
４）のエネルギ差に一致すると、図３の系は２つの基底準位の重ね合わせ状態になり、励
起準位２１への励起が停止する。ＣＰＴはこの原理を利用して、共鳴光１（２０）と共鳴
光２（２２）のどちらかまたは両方の波長を変化させたときに、ガスセル３での光吸収（
つまり励起準位２１への転換）が停止し、光が透過する状態（ＥＩＴ）を検出、利用する
方式である。
【００２１】
図４は本発明の第１の実施形態に係る原子発振器の光学系を示す要部構成図である。こ
の光学系１Ａは、波長が異なるコヒーレント光としての２種類の共鳴光を入射したときの
量子干渉効果による光吸収特性を利用して発振周波数を制御する原子発振器１００の光学
系１Ａであって、共鳴光を出射するコヒーレント光源２と、コヒーレント光源２の出射側
に直列に配置され、共鳴光を通過させる、金属原子として８５Ｒｂを封入したガスセル３
、８７Ｒｂを封入したガスセル４と、８５Ｒｂガスセル３、８７Ｒｂガスセル４を通過し
た共鳴光を検出する光検出器（第１の光検出手段）５と、８５Ｒｂガスセル３から放射さ
れる蛍光１０を検出する光検出器（第２の光検出手段）６と、光検出器６により検出され
た蛍光１０の強度に基づいてコヒーレント光源２の光強度を制御する光源制御部７と、光
検出器５から検出された信号により、発振周波数を制御する周波数制御回路９と、を備え
、蛍光１０を放射する８５Ｒｂガスセル３をコヒーレント光源２側に配置した。また、８
５Ｒｂガスセル３及び８７Ｒｂガスセル４は、１つの恒温槽８内に収容され、恒温槽８に
より同じ温度に制御される。尚、本発明の主旨は、原子発振器を構成する光学系の構成に
あるので、原子発振器の周波数制御についての詳細な説明は省略する。以下、同様とする
。
即ち、同時に２本のコヒーレント光（それぞれ、波長入１、入２）を８７Ｒｂの蒸気で
満たした８７Ｒｂガスセル４に照射し、Λ（ラムダ）型のＣＰＴ（または、ＥＩＴ：電磁
誘起透明化とも呼ぶ）現象を起こすには、例えば、図２のＤｌ線を使用する場合、図２の
（ａとｃ）の組み合わせ、または（ｂとｄ）の組み合わせになる。このとき、２本の光の
周波数差は図２右側の値（各準位のエネルギーを周波数［ＭＨｚ］）に換算したもの）よ
り、いずれの場合も、２５６３．０１−（−４２７１．６９）＝６８３４．７［ＭＨｚ］
、即ち、約６．８［ＧＨｚ］となる。
【００２２】
この周波数差を満たしたときにのみ、２本の光は８７Ｒｂに吸収されずに８７Ｒｂガス
セル４を通過する。
ここで、（ａとｃ）の組み合わせで２本の光を使ったと仮定すると、この２本の光が、
６８３４．７［ＭＨｚ］の周波数差近傍で調節されたときに８７Ｒｂガスセル４を通過し
た光は、ＣＰＴ信号（１本のピーク）として検出されるが、このピークプロファイルは、
周波数差以外にも、セルの温度（Ｒｂの蒸気圧が決まる）が変動すると変動してしまう。
そこで、（ａとｃ）のセットの光を８５Ｒｂの蒸気で満たした８５Ｒｂガスセル３に照
射すると、図１のようなエネルギーダイアグラムとなる。８５Ｒｂガスセル３は８７Ｒｂ
ガスセル４と全く同じ波長７９４．７［ｎｍ］のＤｌ線で励起されるが、ＣＰＴ現象を起
こすのは、１２６４、８９−（−１７７０．８４）＝３０３５．７３［ＭＨｚ］→約３．
０［ＧＨｚ］の周波数差なので、８７Ｒｂガスセル４がＣＰＴ現象を起こす２本の光では
透過現象は起きずに、通常の吸収のみが起こり８５Ｒｂガスセル３の蒸気圧に対応した強
度の蛍光１０を発する。この蛍光強度を光検出器６で検出して、蛍光強度が一定になるよ
うに光源制御部７により系にフィードバックをかけることで、系の安定性を高い精度で保
つことができる。
また、ルビジウム等のアルカリ金属原子を用いた原子発振器は、原子のエネルギ遷移を
利用する際に、原子をガス状態に保つ必要があるため、原子を気密封入したガスセルを高
温に保って動作させている。そのとき、ガスの圧力（飽和蒸気圧）は温度の関数であり、
温度が決まると圧力が一義的に決まる。従って、２つのガスセルは常に同じ温度で管理さ
れることが重要である。そこで本実施形態では、２つのガスセルを１つの恒温槽８内に収
容して、この恒温槽８により温度制御する。これにより、２つのガスセルの温度を同じ温
度、即ち同じ圧力にすることができる。
【００２３】
図５は本発明の第２の実施形態に係る原子発振器の光学系を示す要部構成図である。同
じ構成要素には図４と同じ参照番号を付し説明を省略する。この光学系１Ｂが図４と異な
る点は、８５Ｒｂガスセル３と８７Ｒｂガスセル４の配置を図４と逆にして、８７Ｒｂガ
スセル４をコヒーレント光源２側に配置した点である。
即ち、同時に２本のコヒーレント光（それぞれ、波長入１、入２）を８５Ｒｂの蒸気で
満たした８５Ｒｂガスセル３に照射し、Λ（ラムダ）型のＣＰＴ現象を起こすには、例え
ば、図１のＤｌ線を使用する場合、図１の（ａとｃ）の組み合わせ、または（ｂとｄ）の
組み合わせになる。このとき、２本の光の周波数差は図１右側の値（各準位のエネルギー
を周波数［ＭＨｚ］）に換算したもの）より、いずれの場合も、１２６４、８９−（−１
７７０．８４）＝３０３５．７３［ＭＨｚ］、即ち、約３．０［ＧＨｚ］となる。従って
、超微細構造を約３．０［ＧＨｚ］とする時計の発振器に本実施形態の光学系を使用する
ことができる。
【００２４】
図６は本発明の第３の実施形態に係る原子発振器の光学系を示す要部構成図である。同
じ構成要素には図４と同じ参照番号を付して説明する。この光学系１Ｃは、波長が異なる
コヒーレント光としての２種類の共鳴光を入射したときの量子干渉効果による光吸収特性
を利用して発振周波数を制御する原子発振器１００の光学系１Ｃであって、共鳴光を出射
するコヒーレント光源２と、コヒーレント光源２の出射側に配置され共鳴光を少なくとも
２つの光路に分岐するビームスプリッタ（光分岐手段）１１と、ビームスプリッタ１１に
より分岐された２つの光路の出射側に夫々配置され、共鳴光を通過させる、金属原子とし
て８５Ｒｂを封入したガスセル３、及び８７Ｒｂを封入したガスセル４と、８７Ｒｂガス
セル４を通過した共鳴光を検出する光検出器（第１の光検出手段）５と、８５Ｒｂガスセ
ル３から放射される蛍光１０を検出する光検出器（第２の光検出手段）６と、光検出器６
により検出された蛍光１０の強度に基づいてコヒーレント光源２の強度を制御する光源制
御部７と、光検出器５から検出された信号により、発振周波数を制御する周波数制御回路
９と、を備えて構成されている。また、８５Ｒｂガスセル３及び８７Ｒｂガスセル４は、
１つの恒温槽８内に収容され、恒温槽８により温度制御される。尚、本実施形態では、超
微細構造を６．８ＧＨｚの場合について説明したが、超微細構造を３ＧＨｚにする場合は
、夫々のガスセルの配置を逆にすることにより実現することができる。
即ち、本実施形態は、共鳴光を２つの光路に分岐するビームスプリッタ１１を備え、一
方の光は超微細構造６．８ＧＨｚでＥＩＴを起こす８７Ｒｂガスセル４に入射させ、他方
の光はＥＩＴを起こさない８５Ｒｂガスセル３に入射させる。そしてＥＩＴを起こす８７
Ｒｂガスセル４を通過した共鳴光を検出する光検出器５と、ＥＩＴを起こさない８５Ｒｂ
ガスセル３から放射された蛍光１０を検出する光検出器６を備え、光検出器６により検出
された蛍光１０の強度に基づいてコヒーレント光源２の強度を制御する。これにより、コ
ヒーレント光源２の総合的な変動をリアルタイムに検出してコヒーレント光源２のパワー
を一定に制御することができる。また、副次的な効果として、ビームスプリッタ１１によ
りコヒーレント光源２の光強度が１／２になるので、従来使用していた光の強度を補正す
るＮＤフィルタを省略することができる。
【００２５】
また、コヒーレント光源２から出射された共鳴光の変動を検出するためには、可能な限
りコヒーレント光源２の生の光を検出することが好ましい。そこで本実施形態では、コヒ
ーレント光源２から出射された光の一部を分岐して検出する。それにはビームスプリッタ
又はハーフミラーが好都合である。これらの素子は、入射した一部の光を通過して、他の
一部の光の光路を変換する特性がある。これにより、共鳴光を少なくとも２つの光路に分
岐することができる。
また、太陽光は、いろいろな波長が混ざり位相がランダムな光である。これに対してレ
ーザ光は波長の単色性が良く、位相の揃った光である。このような光の波長や位相の安定
性の尺度としてコヒーレンスが定義されている。コヒーレンスが良い、すなわち波長や位
相が安定な光は量子干渉効果を起こすことができる。その点ではレーザ光は最適である。
更に、蛍光１０の強度を検出してコヒーレント光源２にフィードバックすることによ
り、コヒーレント光源２から出射した光の総合的な変動をリアルタイムに検出してコヒー
レント光源２の光強度を一定に制御することができるので、Ｓ／Ｎが向上した高性能な原
子発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ルビジウム同位体８５Ｒｂの超微細構造を示したエネルギーダイアグラムである。
【図２】ルビジウム同位体８７Ｒｂの超微細構造を示したエネルギーダイアグラムである。
【図３】ＣＰＴ方式による原子の３準位系を説明する一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る原子発振器の光学系を示す要部構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る原子発振器の光学系を示す要部構成図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る原子発振器の光学系を示す要部構成図である。
【図７】従来の構成による光学系のブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  光学系、２  コヒーレント光源、３  ８５Ｒｂガスセル、４  ８７Ｒｂガスセル、
５  光検出器、６  光検出器、７  光源制御部、８  恒温槽、９  周波数制御回路、１０
蛍光、１１  ビームスプリッタ、１００  原子発振器
【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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