(57)【要約】【課題】ガスセルの加熱効率を高めると共に、ＥＩＴ信号レベルを大きくしてＳ／Ｎを改善した光学系を提供する。【解決手段】の光学系１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１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ガス状の金属原子を夫々封入すると共に、金属原子ガス中に共鳴光を透過させる第１及び第２のセル３ａ、３ｂと、第１のセル３ａを透過した光を第２のセル３ｂに導く導光手段６と、第２のセル３ｂを透過した光を検出する光検出器（光検出手段）９と、各セル３ａ、３ｂを所定の温度に加熱するヒータ（加熱手段）５と、光検出器９の出力信号により、発振周波数を制御する周波数制御回路１０と、を備えて構成されている。【選択図】図１
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【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配置されガス状の金属原子を夫々封入すると共に、該金属原子ガス中に共鳴光を透過させる複数のセルを有するガスセルと、
前段のセルを透過した光を次段のセルに導く導光手段と、
前記複数のセルのうち最終段のセルを透過した光を検出する光検出手段と、
前記各セルを所定の温度に加熱する加熱手段と、を備え、
前記加熱手段を前記各セル間に密着して配置し、前記コヒーレント光源から出射された光が前記各セルを順次通過するように前記導光手段を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】
前記加熱手段は板状に構成され、少なくとも該加熱手段の両面を前記各セルに密着して配置したことを特徴とする請求項１に記載の原子発振器の光学系。
【請求項３】
前記加熱手段は、セラミックヒータにより構成されてい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】
前記導光手段は、反射部材又はプリズムにより構成されてい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５】
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に記載の原子発振器の光学系。
【請求項６】
前記ガス状の金属原子は、ルビジウム、又はセシウムであることを特徴とする請求項１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、ガスセルを加熱する加熱手段の配置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 Trapping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。そして、ガスセルを透過した光は、ガスセルの光路が長いほど光の強度が強くなり、ＥＩＴ信号のレベルが高くなってＳ／Ｎが良くなる。
特許文献１として図８には、ガスセル１１１の一方面に発光素子１１２と受光素子１１３を配置し、ガスセル１１１の他方面に反射素子１１４を配置し、発光素子１１２からの光を反射手段１１４で反射して、これを受光素子１１２で受光する光学系について開示されている。
【特許文献１】ＵＳ７０６４８３５Ｂ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に開示されている従来技術は、受光素子１１３を円状にして受光素子１１３全体に光が当たるようにしているため、受光面積をある程度広くする必要がある。しかし、受光素子１１３の面積を大きくすると、暗電流が増加してノイズが大きくなると共に、ガスセルのサイズが大きくなってしまうといった問題がある。また、サイズが大きくなることにより、ガスセル全体に歪みが生じてガスセルの内圧が高くなり、その結果、周波数のシフトが発生して周波数の精度が低下するといった別の問題が起こる。さらに、ガスセルを加熱するためのヒータをガスセルの壁面に設ける必要があるが、ヒータの片面はガスセルと接触してガスセルを加熱させるが、ヒータの他の面は外気に曝されて熱が逃げてしまうため加熱効率が悪いといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、発光素子から発光した光を第１のガスセルに透過させ、その透過光を導光手段により第２のガスセルに導き、ヒータを各ガスセル間に密着して配置することにより、ガスセルの加熱効率を高めると共に、ＥＩＴ信号レベルを大きくしてＳ／Ｎを改善した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配置されガス状の金属原子を夫々封入すると共に、該金属原子ガス中に共鳴光を透過させる複数のセルを有するガスセルと、前段のセルを透過した光を次段のセルに導く導光手段と、前記複数のセルのうち最終段のセルを透過した光を検出する光検出手段と、前記各セルを所定の温度に加熱する加熱手段と、を備え、前記加熱手段を前記各セル間に密着して配置し、前記コヒーレント光源から出射された光が前記各セルを順次通過するように前記導光手段を配置したことを特徴とする。
【０００６】
本発明の光学系のガスセルは、少なくとも２つのセルを備え、各セルをコヒーレント光が順次通過するように導光手段を配置する。また、隣接する２個のセルを加熱するために、１つの加熱手段を各セル間に密着して配置する。これにより、ヒータの両面の熱がセルに効率よく伝わるため、加熱効率を高めることができると共に、ＥＩＴ信号レベルを大きくしてＳ／Ｎを改善することができる。
【０００７】
［適用例２］前記加熱手段は板状に構成され、少なくとも該加熱手段の両面を前記各セルに密着して配置したことを特徴とする。
【０００８】
加熱手段の熱を効率的にセルに伝達させるためには、加熱手段の形状を板状として、その両面をセルに密着させることが有効である。これにより、加熱手段の熱を効率的にガスセルに伝達させることができる。
【０００９】
［適用例３］前記加熱手段は、セラミックヒータにより構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、加熱手段を各セル間に密着して配置する構成であるので、コヒーレント光の光路に加熱手段を配置する必要はない。そこで本発明では、加熱手段として最も多く普及している不透明のセラミックヒータを使用することができる。セラミックヒータは、小型で薄い面状発熱体であるため、狭い設置スペース内に配置しつつ加熱することが可能である。また、面状発熱体であるため、セルを均一に加熱することができる。また、高ワット密度設計であるため昇温速度が速い等の優れた特性を持っている。これにより、ＩＴＯと比較して安価で、且つ、優れた特性の加熱手段を構成することができる。
【００１１】
［適用例４］前記導光手段は、反射部材又はプリズムにより構成されていることを特徴とする。
【００１２】
導光手段に入射した光を所定の位置に折り返すにはミラー等の反射部材又はプリズム等の全反射部材が最適である。これにより、容易に光路を設定することが可能となる。
【００１３】
［適用例５］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。
【００１４】
自然光は、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。
【００１５】
［適用例６］前記ガス状の金属原子は、ルビジウム、又はセシウムであることを特徴とする。
【００１６】
セシウム原子を使えば、精度の高い原子発振器を実現できる。また、ルビジウム原子は手軽に広く普及している。よって、原子発振器の要求性能とコストを考慮して、いずれかの金属原子を選ぶことができる。
【００１７】
［適用例７］上記に記載の光学系を備えたことを特徴とする。
【００１８】
これにより、信号強度の揃ったＥＩＴ信号を得てＳ／Ｎを向上させた光学系を備えた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。
図１は本発明の実施形態に係る原子発振器の光学系の要部構成図である。この光学系１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１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ガス状の金属原子を夫々封入すると共に、金属原子ガス中に共鳴光を透過させる第１及び第２のセル３ａ、３ｂを有するガスセル３と、第１のセル３ａを透過した光を第２のセル３ｂに導く導光手段６と、第２のセル３ｂを透過した光を検出する光検出器（光検出手段）９と、各セル３ａ、３ｂを所定の温度に加熱するヒータ（加熱手段）５と、光検出器９の出力信号により、発振周波数を制御する周波数制御回路１０と、を備えて構成されている。そして、ヒータ５を各セル３ａ、３ｂ間に密着して配置し、コヒーレント光源２から出射された光が各セル３ａ、３ｂを順次通過するように導光手段６を配置した。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。また、図１では２つのセルの場合について説明したが、２つに限らず２つ以上でも構わない。
【００２０】
即ち、本実施形態の原子発振器１００は、レーザ光などのコヒーレント光の量子干渉を利用したものである。この方式は、２つの基底準位が共鳴光を受けて、共通の励起準位と共鳴結合している３準位系（例えば、Λ型準位系）において、同時に照射される２つの共鳴光の周波数が正確に基底準位１と基底準位２のエネルギ差に一致すると、３準位系は２つの基底準位の重ね合わせの状態になり、励起準位３への励起が停止する。ＣＰＴはこの原理を利用して、２つの共鳴光の一方或いは両方の波長を変化させたときに、ガスセルでの光吸収が停止する状態を検出して利用するものである（詳細は後述する）。この光吸収が停止する状態でガスセル４を通過する透過光をＥＩＴ信号と呼ぶ。そして、本実施形態の光学系１は、２つのセル３ａ、３ｂを備え、各セル３ａ、３ｂをコヒーレント光７が順次通過するように導光手段６を配置する。また、２つのセル３ａ、３ｂを加熱するために、１つのヒータ５を各セル３ａ、３ｂ間に密着して配置する。これにより、セル３ａ、３ｂの加熱効率を高めると共に、ＥＩＴ信号レベルを大きくしてＳ／Ｎを改善することができる。また、ヒータ５の熱を効率的にセル３ａ、３ｂに伝達させるためには、ヒータ５の形状を板状として、その両面をセル３ａ、３ｂに密着させることが有効である。これにより、ヒータ５の熱を効率的にセル３ａ、３ｂに伝達させることができる。
【００２１】
図２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やセシウムの基底準位は、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２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２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（２４）のエネルギ差に一致すると、図２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）が停止する状態を検出、利用する方式である。
【００２２】
図３は本発明の第１の実施形態に係る光学系の製造工程を模式化して説明する図である。本実施形態では、セルが２つである場合について説明する。この光学系１Ａは、空所３Ａ、３Ｂが連通部３１により連通されたガスセル本体３を用意する（図３（ａ））。ガスセル本体３は一般的にはガラス材が使用され、ヒータ５を配置するために空所３Ａ、３Ｂの間に空間４を設ける。また、ガスセル本体３にはルビジウムガス３３を導入するための導入口３２を備えている。この導入口３２は光路の邪魔にならない位置に設けられる。次に、導入口３２からルビジウムガス３３を導入して、導入口３２を封止材３５により封止する。この状態で空所３Ａ、３Ｂの内圧は同じ内圧となる。次に、この状態のまま、連通部３１の適所３４をバーナ等で加熱して遮断する。この状態で、内圧が全く同じセル３ａ、３ｂが構成される（図３（ｂ））。ここで、連通部３１によりセル３ａ、３ｂが１対となったままでも良いが、セル３ａ、３ｂを切り離しても構わない。
次に、セル３ａ、３ｂの空間４にヒータ５をセルの側面Ａ、Ｂに密着させるように配置する。そして、セル３ａの下面と対向する位置にコヒーレント光源２を配置し、セル３ｂの下面と対向する位置で、且つ光８ａの光軸に光検出器９を配置する。更に、導光手段６としてミラー６ａと６ｂをセル３ａと３ｂの上面と対向する位置に夫々配置する。このとき、ミラー６ａと６ｂは光軸からずれないように配置する。これにより、光学系１Ａが完成する（図３（ｃ））。尚、ヒータ５はセル３ａ、３ｂの側面Ａ、Ｂとの密着度を良くするために、シリコングリース等を隙間に充填して配置される。また、連通部３１の位置やガスセルの形状は一例であり、この実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
次に光学系１Ａの概略動作について説明する。ヒータ５には図示しない電源から電力が給電されて所定の温度に加熱されている。ヒータ５の両面は、セル３ａ、３ｂの面Ａ、Ｂに密着しているので、セル３ａ、３ｂはヒータ５により所定温度に加熱される。また、セル３ａ、３ｂの内圧は上記で説明したとおり、同じ内圧に維持されているので、このセル３ａ、３ｂを透過する光により発生するＥＩＴ信号のレベルは同じとなる。コヒーレント光源２から出射されたコヒーレント光７は、セル３ａの下面から入射して光吸収が開始されて透過光７ａとしてセル３ａの上面から出射する。透過光７ａはミラー６ａにより屈曲されてミラー６ｂにより更に屈曲されてセル３ｂの上面からセル３ｂに入射する。その結果、再び透過光７ａが光吸収を開始して更にレベルの高い透過光８ａとしてセル３ｂの下面から出射して光検出器９に入射する。即ち、コヒーレント光７は、１つのガスセルの光路の２倍の光路を有するガスセルを透過したことと等価となる。
即ち、本発明の光学系１Ａは、２つのセル３ａ、３ｂを備え、各セルをコヒーレント光７が順次通過するようにミラー６ａ、６ｂを配置する。また、２つのセル３ａ、３ｂを加熱するために、１つのヒータ５を各セル３ａ、３ｂ間の空間４に配置して、セルの側面Ａ、Ｂに密着して配置する。これにより、セル３ａ、３ｂの加熱効率を高めると共に、ＥＩＴ信号レベルを大きくしてＳ／Ｎを改善することができる。
【００２４】
また、２つのセル３ａ、３ｂにコヒーレント光７を通過させる際、セルの内圧が等しいほどＥＩＴ信号のレベルが同一となり、周波数の精度を高めることができる。そこで本実施形態では、セル３ａ、３ｂを製造する過程において、２つのセル３ａ、３ｂを連通部３１により連通させておき、ルビジウムガス３３を封入する。この段階では、２つのセル３ａ、３ｂの内圧は同じである。この状態で、連通部３１を遮断する。これにより、内圧が全く等しい２つのセル３ａ、３ｂにコヒーレント光を順次透過させることができるので、周波数の精度が高い光学系を実現することができる。
また、本実施形態では、ヒータ５を各セル間に密着して配置する構成であるので、コヒーレント光の光路にヒータ５を配置する必要はない。そこで本実施形態では、ヒータ５として最も多く普及している不透明のセラミックヒータを使用することができる。セラミックヒータは、小型で薄い面状発熱体のため、小スペースの加熱が可能である。また、面状発熱体のため、ガスセルを均一に加熱することができる。また、高ワット密度設計のため昇温速度が速い等の優れた特性を持っている。これにより、ＩＴＯと比較して安価で、且つ、優れた特性の加熱手段を構成することができる。
【００２５】
また、導光手段６に入射した光を所定の位置に折り返すにはミラー等の反射部材又はプリズム等の全反射部材が最適である。これにより、容易に光路を設定することが可能となる。
また、本実施形態の光学系のコヒーレント光としてレーザ光を使用する。自然光は、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。
また、ガスセルに封入するガス状の金属原子は、ルビジウム、又はセシウムが使用される。セシウム原子を使えば、精度の高い原子発振器を実現できる。また、ルビジウム原子は手軽に広く普及している。よって、原子発振器の要求性能とコストを考慮して、いずれかの金属原子を選ぶことができる。
【００２６】
図４はガスセルを大量生産する場合の製造方法を示す概略模式図である。この製造方法は、平板なガラス基板４０、４２を用意する。また、複数の貫通口４３を有するガラス基板４１を用意する。次に所定圧のルビジウムガス４４の雰囲気内（例えば、チャンバー等）で、ガラス基板４０、４２によりガラス基板４１を上下から密封して接着する。この状態で内圧が同じ複数のガスセルが一体となったガラス基板積層体が完成する。次に、ガスセルが対となるように切断線４４に沿ってガラス基板積層体を切断（ダイシング）する（図４（ａ））。
図４（ｂ）は、ダイシングされた対のガスセル５０の断面を示す図である。このガスセル５０は、ガラス基板４１がガラス基板４０と４２により上下から密封されて接着されている。その結果、貫通口４３内に所定圧のルビジウムガス４４が充填された対のガスセル５０ａ、５０ｂが構成される。その後、ガスセル５０ａ、５０ｂの間を点線のようにダイシングして凹部４５を形成し、この凹部４５にヒータ５を配置する。
【００２７】
図５は図４で製造されたガスセルを使用した第１の実施形態に係る光学系の断面構成図である。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１Ｂは、対のガスセル５０ａ、５０ｂの凹部４５の内面にヒータ５を密着させるように配置する。そして、ガスセル５０ａの下面と対向する位置にコヒーレント光源２を配置し、ガスセル５０ｂの下面と対向する位置で、且つ光８ａの光軸に光検出器９を配置する。更に、導光手段６としてミラー６ａと６ｂをガスセル５０ａと５０ｂの上面と対向する位置に夫々配置する。このとき、ミラー６ａと６ｂは光軸からずれないように配置する。これにより、光学系１Ｂが完成する。尚、ヒータ５は凹部４５の内面との密着度を良くするために、シリコングリース等を隙間に充填して配置される。
次に光学系１Ｂの概略動作について説明する。ヒータ５には図示しない電源から電力が給電されて所定の温度に加熱されている。ヒータ５の両面は、凹部４５の内面に密着しているので、ガスセル５０ａ、５０ｂはヒータ５により所定温度に加熱される。また、ガスセル５０ａ、５０ｂの内圧は上記で説明したとおり、同じ内圧に維持されているので、このガスセル５０ａ、５０ｂを透過する光により発生するＥＩＴ信号のレベルは同じとなる。コヒーレント光源２から出射されたコヒーレント光７は、ガスセル５０ａのガラス基板４２から入射して光吸収が開始されて透過光７ａとしてガスセル５０ａのガラス基板４０から出射する。透過光７ａはミラー６ａにより屈曲されてミラー６ｂにより更に屈曲されてガスセル５０ｂのガラス基板４０からガスセル５０ｂに入射する。その結果、再び透過光７ａが光吸収を開始して更にレベルの高い透過光８ａとしてガスセル５０ｂのガラス基板４２から出射して光検出器９に入射する。
【００２８】
図６は図４で製造されたガスセルを使用した第２の実施形態に係る光学系の断面構成図である。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、対のガスセル５０ａ、５０ｂの凹部４５の内面にヒータ５を密着させるように配置する。そして、ガスセル５０ａの下面と対向する位置にコヒーレント光源２を配置し、ガスセル５０ｂの下面と対向する位置で光８ａの光軸に光検出器９を配置する。更に、導光手段６として全反射面４７ａと４７ｂを有するプリズム４７をガスセル５０ａと５０ｂの上面に配置する。このとき、全反射面４７ａと４７ｂは光軸からずれないように配置する。これにより、光学系１Ｃが完成する。尚、ヒータ５は凹部４５の内面との密着度を良くするために、シリコングリース等を隙間に充填して配置される。尚、光学系１Ｃの動作は、光学系１Ｂと同様であるので説明を省略する。
【００２９】
図７は図３の製造方法により製造した４つのセルを有するガスセルを使用した光学系の概略構成図である。同じ構成要素には図３と同じ参照番号を付して説明する。この光学系１Ｄは、セル３ａ〜３ｄを横一列に配置し、夫々を連通部３１により連通させてルビジウムガスを封入後、夫々の連通部３１の適所３４をバーナ等で加熱して遮断する。そして、セル３ａ、３ｂの空間４にヒータ５ａをガスセルの側面Ａ、Ｂに密着させるように配置する。同様にしてセル３ｂと３ｃの間にヒータ５ｂを配置する。また、セル３ｃ、３ｄの空間４にヒータ５ｃをガスセルの側面Ａ、Ｂに密着させるように配置する。そして、セル３ａの下面と対向する位置にコヒーレント光源２を配置し、導光手段６としてミラー６ａと６ｂをセル３ａと３ｂの上面と対向する位置に夫々配置する。このとき、ミラー６ａと６ｂは光軸からずれないように配置する。同様にして、セル３ｂ、３ｃの下面と対向する位置に導光手段６としてミラー６ｃと６ｄを配置する。このとき、ミラー６ｃと６ｄは光軸からずれないように配置する。また、導光手段６としてミラー６ｅと６ｆをセル３ｃと３ｄの上面と対向する位置に夫々配置する。このとき、ミラー６ｅと６ｆは光軸からずれないように配置する。また、セル３ｄの下面と対向する位置で、且つ光８ｅの光軸に光検出器９を配置する。これにより、光学系１Ｄが完成する。
【００３０】
次に光学系１Ｄの概略動作について説明する。ヒータ５ａ〜５ｃには図示しない電源から電力が給電されて所定の温度に加熱されている。ヒータ５ａの両面は、セル３ａ、３ｂの面Ａ、Ｂに密着しているので、セル３ａ、３ｂはヒータ５ａにより所定温度に加熱される。また、セル３ａ〜３ｄの内圧は上記で説明したとおり、同じ内圧に維持されているので、このセル３ａ〜３ｄを透過する光により発生するＥＩＴ信号のレベルは同じとなる。コヒーレント光源２から出射されたコヒーレント光７は、セル３ａの下面から入射して光吸収が開始されて透過光７ａとしてセル３ａの上面から出射する。透過光７ａはミラー６ａにより屈曲されてミラー６ｂにより更に屈曲されてセル３ｂの上面からセル３ｂに入射する。その結果、再び透過光７ａが光吸収を開始して更にレベルの高い透過光８ａとしてセル３ｂの下面から出射して、透過光８ａはミラー６ｃにより屈曲されてミラー６ｄにより更に屈曲されてセル３ｃの下面からセル３ｃに入射する。その結果、再び透過光８ｂが光吸収を開始して更にレベルの高い透過光８ｃとしてセル３ｃの上面から出射して、透過光８ｃはミラー６ｅにより屈曲されてミラー６ｆにより更に屈曲されてセル３ｄの上面からセル３ｄに入射する。その結果、再び透過光８ｄが光吸収を開始して更にレベルの高い透過光８ｅとしてセル３ｄの下面から出射して光検出器９に入射する。即ち、コヒーレント光７は、１つのガスセルの光路の４倍の長さの光路を有するガスセルを透過したことと等価となる。
以上に説明した光学系を原子発振器に備えることにより、信号強度の揃ったＥＩＴ信号を得てＳ／Ｎを向上させた光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る原子発振器の光学系の要部構成図である。
【図２】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３】本発明の第１の実施形態に係る光学系の製造工程を模式化した図である。
【図４】ガスセルを大量生産する場合の製造方法を示す概略模式図である。
【図５】図４で製造されたガスセルを使用した第１の実施形態に係る光学系の断面構成図である。
【図６】図４で製造されたガスセルを使用した第２の実施形態に係る光学系の断面構成図である。
【図７】図３の製造方法により製造した対のガスセルを２つ使用した光学系の概略構成図である。
【図８】特許文献１に開示されている従来の光学系の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  光学系、２  コヒーレント光源、３  ガスセル、３ａ、３ｂ  セル、４  空間、５  ヒータ、６  導光手段、７  共鳴光、７ａ、８、８ａ  透過光、９  光検出器、１０  周波数制御回路、１００  原子発振器
【図１】
2009232337.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009232337.tif 000005
【図４】
2009232337.tif 000006
【図５】
2009232337.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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