アルカリ金属原子及び希ガス原子の気化した源を含むように適合された蒸気キャビティを含む蒸気セルであって、前記希ガス原子は1つの希ガス同位体からのものである、蒸気セルと、前記蒸気キャビティ内の前記アルカリ金属原子を励起状態へと光ポンピングするために光ポンピング軸に沿って第1のレーザビームを生成するように適合されたポンプレーザ源であって、前記第1のレーザビームが、前記希ガス原子における核スピン偏極を誘導するように適合される、ポンプレーザ源と、前記第1のレーザビーム及び前記蒸気キャビティと光学的に連絡する第1の光検出器であって、前記第1のレーザビームの波長を前記アルカリ金属原子の搬送波長に維持するための第1のサーボ機構に接続される第1の光検出器と、前記蒸気キャビティ内の前記希ガス原子の偏極の角度をつきとめるために前記光ポンピング軸を横切るプローブ軸に沿って第2のレーザビームを生成するように適合された検知レーザ源と、前記第2のレーザビーム及び前記蒸気キャビティと光学的に連絡する第2の光検出器であって、前記第2のレーザビームの波長を前記アルカリ金属原子の前記搬送波長から離調させて維持するための第2のサーボ機構に接続された第2の光検出器とを備えるNMRジャイロスコープ。請求項1に記載のNMRジャイロスコープであって、前記蒸気セルは、供給するためのアルカリ金属原子及び希ガス原子のうちの少なくとも1つを貯蔵するための1以上の貯蔵チャンバを含み、前記貯蔵チャンバは前記蒸気キャビティと通じているものである、NMRジャイロスコープ。物体の機械的な回転を検知及び測定する方法であって、アルカリ金属原子及び希ガス原子の気化した源を含む蒸気キャビティを含む蒸気セルを提供するステップであって、前記希ガス原子は1つの希ガス同位体からのものである、ステップと、前記蒸気キャビティ及び第1の光検出器と光学的に連絡する第1のレーザ源を提供するステップであって、前記第1のレーザ源が、前記蒸気キャビティ内の前記アルカリ金属原子を励起状態へと光ポンピングするために、第1のレーザビームを前記蒸気キャビティ内へ向けるように適合されるものであり、前記第1のレーザビームは、前記希ガス原子における核スピンの偏極を起こすように適合されるものである、ステップと、前記蒸気キャビティ及び第2の光検出器と光学的に連絡する第2のレーザ源を提供するステップであって、前記第2のレーザ源が、前記蒸気キャビティの前記希ガス原子の核スピン偏極をつきとめるために、第2のレーザビームを前記蒸気キャビティ内へ向けて前記第2のレーザビームが前記第1のレーザビームを横切るように適合される、ステップと、前記蒸気キャビティ内の前記希ガス原子の回転角度を測定するステップと、ジャイロスコープの機械的な回転の測定結果を出力するステップと前記第1のレーザ源及び前記第1の光検出器と連絡する第1のサーボ機構を提供するステップと、前記第1の光検出器からのフィードバック信号を使用して、前記第1のレーザ源へ供給される電流を或る波長のところで固定するステップであって、前記第1のレーザ源からの前記波長が、前記蒸気キャビティ内の前記アルカリ金属原子の搬送波長に相当するものである、ステップと、前記第2のレーザ源及び前記第2の光検出器と連絡する第2のサーボ機構を提供するステップと、前記第2の光検出器からのフィードバック信号を使用して、前記第2のレーザ源へ供給される電流を或る波長のところで固定するステップであって、前記第2のレーザ源からの前記波長が、前記蒸気キャビティ内の前記アルカリ金属原子の前記波長から離調された波長に相当するものである、ステップとを備える方法。請求項3に記載の方法であって、前記蒸気セルは、供給するためのアルカリ金属原子及び希ガス原子のうちの少なくとも1つを貯蔵するための1以上の貯蔵チャンバを含み、前記貯蔵チャンバは前記蒸気キャビティと通じているものである、方法。従って、方向および/またはレートを感知するために使用する改善された原子センサに対する必要性がある。本発明は、チップスケールの原子ジャイロスコープと、方向及びレート検知のための方法とに関する。例示的なチップスケールの原子ジャイロスコープは、アルカリ金属原子、希ガス原子、及び1又は複数のバッファガス緩衝気体の気化源vaporizedsource、気化された源を含むように適合された蒸気キャビティを有する蒸気セルを含むことができる。蒸気セルは、個別の囲われた1又は複数のキャビティを含ませることによって、ジャイロスコープのパッケージング構造内に含ませることができる。他の実施形態では、蒸気セルは、マルチウェハスタックによって画定され得る。アルカリ金属原子及び希ガス原子の供給を貯蔵するための幾つかの貯蔵チャンバが画定される。幾つかの実施形態では、幾つかの入れ子式の遮蔽体が、磁気及び熱の遮蔽のためにパッケージング構造について提供され得る。更に、パッケージング構造は、磁場源及び加熱源などのような1又は複数の他の要素も含み得る。蒸気キャビティ内のアルカリ金属原子を励起状態へと光ポンピングするために、ジャイロスコープの光ポンピング軸に沿ってポンプレーザビームを生成するように適合されたポンプレーザ源が利用され得る。例えば、幾つかの実施形態では、ポンプレーザ源によって出力されるレーザビームは、アルカリ金属原子の搬送波長に相当する波長で維持され、アルカリ金属原子における角運動量を生成し、これが希ガス原子における核スピンの偏極polarization、偏りを誘発する。アルカリ金属原子の搬送波長へポンプレーザ源を固定することは、例えば、ポンプレーザビーム及び蒸気キャビティと光学的に連絡する光検出器からフィードバック信号を受信するように適合されたサーボ機構を介して、達成され得る。更に、検知レーザ源が、蒸気キャビティ内の希ガス原子の偏極の角度を突き止めるために、光ポンピング軸を横切るプローブ軸に沿って第2のレーザビームを生成するように、構成され得る。希ガス原子の偏極の角度の検知は、検知レーザビーム及び第2の光検出器と光学的に連絡する少なくとも2つの垂直偏光フィルタを使用する偏光分析技法によって、達成され得る。検知レーザ源は、第2の光検出器からフィードバック信号を受信するように適合された第2のサーボ機構を介して、アルカリ金属原子の離調された波長に固定され得る。原子ジャイロスコープを使用して移動物体の機械的な回転を検知及び測定する例示的な方法は、蒸気キャビティ内のアルカリ金属原子を励起状態へと光ポンピングして、超微細スピン交換を通じて希ガス原子における核スピン偏極を誘発するステップと、蒸気キャビティ内の希ガス原子の偏極の角度を突き止めるために、ポンプレーザビームを横切るように検知レーザビームを向けるステップと、蒸気キャビティ内の希ガス原子の回転角を測定するステップと、次いで、ジャイロスコープの機械的な回転の測定結果を出力するステップとを含むことができる。以下の説明は、図面を参照しながら読まれるべきであり、図面において、異なる図面中の同様の要素は同様に番号を付されている。これらの図面は、必ずしも縮尺が定まっているものではなく、選択された実施形態を示しており、本発明の範囲を限定することは意図されていない。様々な要素に関しての構成、寸法、及び材料の例が示されるが、提供される例の多くは、用いられ得る適切な代替例を有することを、当業者には理解されよう。図1~2は、それぞれ、本発明の例示の実施形態によるチップスケールの原子ジャイロスコープ10を示す上面及び側面の模式図である。図1~2に示されるように、原子ジャイロスコープ10は、下側ウェハ基板12と、中央ウェハ基板14と、上側ウェハ基板16とを含む3ウェハスタックから製造することができ、それらの基板が共になってパッケージング構造18を形成し、このパッケージング構造は、アルカリ金属原子及び希ガスに対する外部の回転の影響を監視することによって方向及び/又は角回転を検知する際に使用するための、幾つかの光学的及び電気的構成要素を支持するように構成される。例えば、また、以下でより詳細に論じるように、原子ジャイロスコープ10は、アルカリ金属、希ガス同位体種、及び適切なバッファガスを含む蒸気キャビティ22を有する蒸気セル20を含むことができる。原子集団は、ポンプレーザ源24を使用して励起状態へと光ポンピングさせることができ、それにより蒸気キャビティ22内のアルカリ金属原子が角運動量を得るようにさせ、次いで、それが希ガス同位体の原子核へ伝達される。検知レーザ源26を使用して、同位体の偏極の角度の相対的変化を求めることができ、それにより原子ジャイロスコープ10の機械的な回転を測定できるようにする。パッケージング構造18の下側ウェハ基板12は、ガラス材料から形成することができ、原子ジャイロスコープ10の様々な光学的及び電気的構成要素の構造基盤を提供する。中央ウェハ基板14は、シリコンから形成することができ、蒸気キャビティ22の様々な側壁28、30と、アルカリ金属原子及び希ガス同位体のそれぞれの貯蔵のための幾つかの真空充填チャンバ32、34とを支持するように構成される。代替例として、他の実施形態では、パッケージング構造18の中央ウェハ基板14は、蒸気キャビティ22をインサイチューで支持するように構成することができ、それをウェハスタックに挿入する。更に、中央ウェハ基板14は、ポンプレーザ源24から放出されたレーザビームを蒸気キャビティ22内へ、そしてその後に、光検出器40へ向けるための幾つかの鏡面36、38を含むことができる。上側ウェハ基板16は、ガラスから形成することができ、蒸気セル20のための熱絶縁真空エンクロージャ42を提供し、これは、原子ジャイロスコープ10が、比較的低い電力レベルで、および約-55°C~約85°Cの間の温度範囲を有する環境内で動作できるようにする。様々なウェハ基板12、14、16の製造は、リソグラフィや表面微細加工などのようなMEMS製造で一般に使用される半導体製造技法を使用して、達成することができる。下側ウェハ基板12は、原子ジャイロスコープ10の各端部48、50に又はその近傍に位置した幾つかのろう及び/又は接着ボンド44、46によって、中央ウェハ基板14に接続することができる。上側ウェハ基板16は、原子ジャイロスコープ10の各端部48、50に又はその近傍に同様に位置した第2の幾つかのろう及び/又は接着ボンド52、54によって、中央ウェハ基板14に接続することができる。更に、望まれる場合には、原子ジャイロスコープ10の様々な構成要素を他の外部デバイスと光学的及び電気的に接続するために、他の接続手段が提供される。例えば、幾つかの実施形態では、原子ジャイロスコープ10を慣性測定ユニットIMUと接続できるようにするために、パッケージング構造18の周縁部に光学的及び/又は電気的フィードスルーが提供される。原子ジャイロスコープ10は、高速の過渡及び勾配に対して比較的鈍感であるが、外部のDC及び/又は低周波磁場の存在が、ジャイロスコープ10により使用されるサーボ制御式フィールドキャンセル機構servocontrolledfieldcancellationmechanismにバイアスをもたらし、核磁気共鳴NMRを誘導する。磁場干渉を減衰するために、パッケージング構造18は、幾つかの入れ子式の遮蔽体の内部に形成又は収容することができ、入れ子式の遮蔽体は、原子ジャイロスコープ10の様々な構成要素を磁気的にも熱的にも遮蔽するように構成される。例えば、図1~2の例示の実施形態では、2つのそのような遮蔽体56、58が、原子ジャイロスコープ10の構成要素を収容しているように模式的に示されている。しかしながら、原子ジャイロスコープ10の動作環境によって、より多数の又はより少数の遮蔽体を提供することもある。遮蔽体56、58の構成は、典型的には、磁場の特性によって異なる。例えば、任意の磁場干渉に起因する一次効果をゼロにするように全磁場キャンセルを実現するために、単軸界磁コイルが使用され得る。また、磁場干渉を起こす二次効果をゼロにするために、入れ子式の3軸3コイル構成を使用することもできる。幾つかの実施形態では、レーザ源24、26が遮蔽体56、58の外側に配置され、その場合には、光信号が遮蔽体56、58を通して供給される。遮蔽体56、58は、DC及び低周波磁場に対して不透過性である適切な材料から形成される。例えば、幾つかの実施形態では、それぞれの遮蔽体56、58は、ニッケルと鉄との組成を有するスーパーマロイSupermalloy又はパーマロイPermalloy登録商標材料を含むことができ、この材料は、多くのジャイロスコープ用途において一般的である磁場勾配及び過渡の影響を受けにくい。しかしながら、望まれる場合には、遮蔽体56、58を形成するために他の材料が使用されることもあることを、理解すべきである。遮蔽を更に補助するために、光学的及び電気的フィードスルーがジグザグ構成で遮蔽体56、58を通過するようにでき、パッケージング構造18内への磁場の進入を更に防止する。原子ジャイロスコープ10は、更に、パッケージング構造18内に含まれる任意の残留酸化液体及び/又は気体を捕捉するためのチタンなどのゲッター材料60を含むことができる。ゲッター材料60は、例えば、原子ジャイロスコープ10の上側真空チャンバ42内に形成することができ、小さい開口又はトンネル62を介して蒸気セル20と連絡することができる。ゲッター材料60は、カプセル化されたゲッターのドットを上側ウェハ基板16の内面64上に堆積することによって形成することができ、その後に、ウェハ基板12、14、16が気密封止されると新鮮なゲッターを放つために、カプセル化されたゲッター材料60を溶解又は加熱する。使用時には、ゲッター材料60を使用して、パッケージング構造18内の任意の汚染物質を化学的に吸収することができ、汚染物質は、処理中の一般的な雰囲気ガス及びパッキン材料蒸気のガス放出が原因で生じることや、時間経過に伴うパッケージング構造18内へのそのような材料の拡散や微小漏れによって生じることがある。蒸気セル20は、エッチングなどの適切なプロセスを使用して下側ウェハ基板12の上に少なくとも部分的に形成することができる。例えば、幾つかの技法では、二酸化珪素SiO2などのような透明な酸化物を下側ウェハ基板12の上に成長又は堆積させて、蒸気セル20の一部分を形成することができる。蒸気セル20は、概して、1又は複数の貯蔵チャンバ32、34と蒸気キャビティ22とに分けることができる。貯蔵チャンバ32、34は、アルカリ金属原子及び希ガス原子それぞれのための保持用チャンバとして働くように構成することができ、それらの原子は、貯蔵チャンバ32、34内に置き、アルミニウム層などの不活性化層で覆うことができる。代替例として、貯蔵チャンバ32、34は、適切な幾何形状及び材料を使用してウェハスタックの外部で形成されて、その後に、ウェハスタックの処理中にスタック内に挿入されてもよい。蒸気キャビティ22は、ポンプレーザ源24からのレーザビーム66及び光検出器40と連絡し、且つ、保持貯蔵チャンバ32内に堆積されたアルカリ金属原子の供給源と、小さい開口又はトンネル68を介して接続することができる。貯蔵チャンバ32内のアルカリ金属原子は、加熱されると、気化して蒸気キャビティ22を充填するように構成することができる。典型的には、アルカリ金属の蒸気圧は、例えば200°Cなどのような所望される動作温度で、気化されたアルカリ金属が蒸気キャビティ22を飽和蒸気圧まで充填するのに十分なものである。しかしながら、飽和蒸気圧が実現される正確な温度は、典型的には、原子集団の組成、蒸気キャビティ22のサイズ、及びその他の因子によって、異なる。蒸気セル20は、高熱伝導性材料から作成される1又は複数の壁又は層70によって取り囲まれ又はその内部に収容され、壁又は層は、蒸気キャビティ22内の温度を安定に保つために断熱ギャップとして働く熱エンクロージャを形成する。また、蒸気キャビティ22内の安定した温度を維持するのを助けるために、熱ブリッジ72を蒸気セル20に隣接して提供することもできる。幾つかの実施形態では、蒸気キャビティ22内の動作温度を一定の温度例えば200°Cに維持するように蒸気セル20を加熱するために、幾つかの能動的加熱エレメント図示せずを用いることができる。加熱エレメントは、例えば、ワイヤ巻線、熱放散モードでのパワートランジスタ、又は蒸気セル20へ熱を提供するための他の適切な手段を含むことができる。温度センサを用いて温度制御装置へフィードバックを提供することができ、温度制御装置は、ワイヤ巻線を通る電流を制御して、アルカリ金属原子を所望される温度に維持する。環境からの断熱を支援するように、PassiveAnalogThermalIsolationStructure受動的アナログ断熱構造という名称の本願と同時係属の米国特許出願第11/276538号に記載されているような断熱構造を、ウェハ基板12、14、16の1つに形成するか又は結合することができる。断熱構造は、蒸気キャビティ22内の温度を厳密に制御することが可能であると共に、より低レベルの加熱電力を使用し、原子ジャイロスコープ10を動作させるのに必要とされる総電力消費を低減する。蒸気セル20の各側に配設される幾つかの窓アパーチャ開口74、76は、ポンプレーザ源24からのレーザビーム66が、光ポンピング軸78の方向に沿って、蒸気セル20の壁70を通って光検出器40へ送られるように構成することができる。蒸気セル20の上部及び底部に配設される第2の幾つかの窓アパーチャ80、82は、検知レーザ源26からのレーザビーム84が、光ポンピング軸78に垂直な検知軸88の方向に沿って、上に向かって蒸気セル20を通って第2の光検出器86へ送られるように構成することができる。窓アパーチャ74、76、80、82は、ガラス、融解石英、水晶、及び/又はサファイアなどのような光学的に透明な材料から形成することができ、それにより、アルカリ金属原子の超微細周波数の偏移を伴わずにレーザビームがアパーチャ74、76、80、82を通過できるようにする。窓アパーチャ74、76、80、82は、例えば、ディープリアクティブイオンエッチングdeepreactiveionetchingDRIEなどのエッチング技法を使用して製造でき、Pb-Snリフローろうを用いて気密封止できる。幾つかの実施形態では、窓アパーチャ74、76、80、82は、MiniatureOpticallyTransparentWindow小型の光が透過するウィンドウという名称の本願と同時係属の米国特許出願第11/164445号に記載されているエッチング技法を使用して製造でき、その特許出願の全体を、参照により本明細書に組み込むものとする。しかしながら、望まれる場合には、他の製造技法が利用されてもよいことを理解すべきである。蒸気キャビティ22は、85Rbや、87Rbや、133Csなどのアルカリ金属原子と、129Xeや、131Xeや、3Heなどの希ガス同位体と、蒸気キャビティ22内の位相ずれ衝突を低減するためのN2、Ar、Kr、及び/又はNeなどの適切なバッファガスとの供給源を含む。しかしながら、アルカリ金属、希ガス、及び/又はバッファガスの選択は、特定の用途によって異なることがある。例えば、広範囲のスピン交換結合定数spinexchangecouplingconstantsを提供するようにアルカリ金属原子と希ガス原子との組合せが使用されることがあり、これは、原子ジャイロスコープ10に、所望される特性を提供するように実施することができる。また、そのような組合せは、原子ジャイロスコープ10によって使用される緩和時間定数を変えるように選択されることもあり、これは、蒸気キャビティ22内の圧力に影響を及ぼす。原子ジャイロスコープ10のスケールファクタは、検知レーザビーム84の波長及び/又は蒸気キャビティ22内のアルカリ金属原子の蒸気圧を調節することによって、変えることができる。例えば、幾つかの実施形態では、蒸気圧の変化は、蒸気キャビティ22内のセルの温度を調整することによって、達成できる。また、蒸気キャビティ22内の蒸気圧を調整するためにアルカリ金属原子、希ガス原子、及び/又はバッファガス原子の密度を制御することもでき、それによりスケールファクタを制御する。例えば、幾つかの実施形態では、原子ジャイロスコープ10の偏極の伝達と信号のレベルを均衡させるために、蒸気キャビティ22内の希ガス原子の密度が化学量論的に制御されることがある。同様に、回転する原子に対する蒸気キャビティ壁28、30の影響を最小限にするように、バッファガスの圧力が調節されなければならない。幾つかの実施形態では、鉱油又は他の適切な材料を使用して蒸気キャビティ22の内壁を被覆することができ、これは、ガス密度や熱速度などの因子に起因するアルカリ金属原子のスピン破壊レートを制御するために使用される。また、ポンプ時間や信号レベルなどのような他のシステム特性も、蒸気キャビティ22内のバッファガスの相対的圧力に、少なくとも部分的に依存する。ポンプレーザ源24は、パッケージング構造18に隣接して配置されることができ、希ガス原子における核スピン偏極を誘導するアルカリ金属原子における角運動量を生成するために、蒸気キャビティ22内の原子集団を光ポンピングするように、構成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、ポンプレーザ源24は、面発光レーザverticalcavitysurfaceemittinglaserVCSELを含むことができ、これは、比較的少量の電力を消費しながらアルカリ金属原子の搬送波長で動作することができる。しかしながら、蒸気キャビティ22を光ポンピングするために他の適切なレーザ源が使用されてもよい。代替のレーザ源の例は、レーザ放射を生成するためにガリウムヒ素GaAs半導体レーザダイオードを使用する分布型ブラッグレフレクタdistributedBraggreflectorDBRを含み得る。蒸気キャビティ22内での光ポンピングを可能にするために、ポンプレーザ源24は、アルカリ金属原子の搬送波長に近い偏光を連続的に出力するように構成する。例えば、アルカリ金属原子の供給源として87Rb又は85Rbが使用される実施形態では、ポンプレーザ源24は、典型的には約795nmの波長に維持され、これはルビジウム原子に関するD1吸収線に対応する。図1~2の例示の実施形態では、ポンプレーザ源24から放出されるレーザビーム66は、エレクトロクロミック又は受動型ニュートラルデンシティフィルタNDフィルタ90を通るように向けられ、このフィルタは、レーザビーム強度を低減させるために使用することができる。ポンプレーザ源24から放出された直線偏光を円形偏光へと変換するように、四分の一波長板92を構成することができる。望まれるようにレーザビームの特性を変えるために、他の光変調エレメントが使用されることもある。そのようなエレメントの例には、ビーム拡大器、コリメータ、減衰器、合焦レンズなどが含まれ得るが、それらに限定されるものではない。四分の一波長板92から出力された円偏光は、光ファイバ又は導波管94を通して送ることができ、この光ファイバ又は導波管94が、レーザビームを下側ウェハ基板12の内部へ向ける。下側ウェハ基板12を通過すると、レーザビーム66は次いで中央ウェハ基板14の第1の鏡面36に当たって、蒸気キャビティ22を通るように方向を変えられる。蒸気キャビティ22を通ったレーザビーム66は、次いで、中央ウェハ基板14の第2の鏡面38に当たって方向を変えられ、この鏡面38がレーザビーム66を光検出器40へ向ける。動作中、以下に更に論じるように、ポンプレーザ源24からのレーザビーム66を使用して蒸気キャビティ22内のアルカリ金属原子を光ポンピングして、アルカリ金属原子と希ガスとの両方を光ポンピング軸78の方向に沿ってスピン整列させることができる。蒸気キャビティ22内のアルカリ金属原子の光ポンピングは、ポンプレーザ源24によって放出されるレーザビームの波長を、蒸気キャビティ22内のアルカリ金属原子の正確な搬送波長に固定することによって、達成することができる。例えば、アルカリ金属原子の供給源として87Rbが使用される実施形態では、ポンプレーザ源24は、約794.97nmの搬送波長に固定することができ、これはルビジウム原子の超微細周波数に対応する。しかしながら、133Cs、23Na、39Kなどのような他のタイプのアルカリ金属原子に関しては、典型的には搬送波長が異なる。ポンプレーザ源24を搬送波長に固定することは、例えば、光検出器40からのフィードバック信号に基づいてポンプレーザ源24へ供給される電流を調整するように構成されたサーボ機構96を使用して、達成され得る。しかしながら、用途に応じて、ポンプレーザ源24を搬送波長に固定するための他の手段が使用されてもよい。図1~2で更に見られるように、検知レーザ源26は、パッケージング構造18に隣接して配置でき、レーザビーム84を生成するように構成することができ、このレーザビーム84は、ポンプレーザ源24によるアルカリ金属原子の光ポンピングに起因する希ガス原子の回転を検知するために、使用することができる。概して矢印88によって示されるように、検知レーザ源26から放出されるレーザビーム84は、光ポンピングのために使用されるレーザビーム66を横切って蒸気キャビティ22内へ向けることができる。幾つかの実施形態では、検知レーザ源26から放出されるレーザビームの波長は、第2の光検出器86からのフィードバック信号を受信するように構成されたサーボ機構122を使用して、アルカリ金属原子の搬送波長及び固定された波長に対して離調することができる。動作中、希ガス原子の回転は、偏光分析技法を使用して測定することができ、その技法では、検知ビーム放射をゼロにするために一組の垂直偏光フィルタ124、126が採用される。例えば、図1~2の例示の実施形態では、検知レーザビーム84をゼロにするために水平偏光フィルタ124及び垂直偏光フィルタ126を使用することができる。望まれる場合には、光ファイバや導波管127などのような他の光変調要素を、検知レーザ源26から放出されるレーザビーム84と光学的に連絡するように、更に提供することもできる。検知ビーム84が、上に向かって蒸気キャビティ22を通過すると、その偏光は、検知軸88に沿った検知放射の投影磁場強度に依存する量だけ回転され、これは、原子ジャイロスコープ10の機械的な回転角の関数である。従って、検知ビーム放射の偏光回転が、原子ジャイロスコープ10の正味の機械的な回転角に比例する信号を提供する。図3A~3Cは、87Rbアルカリ金属原子及び129Xe希ガス原子の供給源を使用する図1~2の例示的な原子ジャイロスコープ10の動作を示す模式図である。図3Aにおける時間t=0での初期開始位置で示されるように、ポンプレーザ源24から放出されるレーザビームは、フィルタ90を通って四分の一波長板92へ向けられ、四分の一波長板92が、直線偏光レーザビームを円形偏光レーザ放射へと変換する。ポンプレーザ源24によって出力されるレーザビームの波長は、87Rb原子の2S1/2基底状態からそれらの最低の2P1/2励起状態への過渡に対応するように、調整することができ、これは、約794.97nmの波長λに対応する。D1吸収線への87Rb原子のそのような励起により、87Rb原子が蒸気キャビティ22内で光子を吸収して角運動量を獲得する。次いで、この角運動量が希ガス原子の原子核へ伝達され、希ガス原子をスピンアップさせる。原子ジャイロスコープ10をスピンアップさせるために必要とされる時間は、典型的には、蒸気キャビティ22内の温度、蒸気キャビティ22のサイズ、アルカリ金属及び希ガス原子の密度、並びに他の因子を含めた幾つかの因子に依存する。ポンプレーザ源24の波長λを87RbのD1吸収線に固定するために、ポンプレーザ源24から放出されるレーザビーム66の波長を光検出器40によって検知する。幾つかの実施形態では、ポンプレーザ源24は、ポンプレーザ源24から放出されるレーザビーム66を、87Rb原子の励起状態への励起のための正確な波長に固定するために、第1のサーボ機構96に接続される。原子をポンピングする源として別のアルカリ金属原子源が使用される実施形態では、ポンプレーザ源24の波長は、必要に応じて、アルカリ金属原子をそれらの励起状態へと光ポンピングするように、変えることができる。希ガス原子核のかなりの部分が光ポンピング軸zに沿ってスピン整列されると、希ガスの集団的な核磁気モーメントが、蒸気セル20内で数ミリガウスまでの正味の磁場-λMzを生成する。ポンプ及び検知レーザ源24、26は、互いに直交して動作するように構成する、即ち、ポンプレーザ源24から放出されるレーザビームがポンピング/偏光軸zとなり、検知レーザ源26から放出されるレーザビームが原子ジャイロスコープ10の検出軸xとなるように、構成することができる。最初の使用のための準備において、図3Aに関連して更に理解できるように、原子ジャイロスコープ10は、非回転基準フレームに配置することができ、このフレームは、原子ジャイロスコープ10の方向を校正するために後に使用することができる。蒸気キャビティ22内の87Rb原子がそれらの励起状態へと連続的にポンピングされると、蒸気キャビティ22内に含まれる希ガス原子の核スピンは、アルカリ金属原子と希ガス原子との錯体から形成される準安定ファンデルワールス分子における超微細スピン交換によって、z軸に沿って偏極される。原子間のそのような交換は、希ガス原子における核スピン偏極を誘発し、これが原子ジャイロスコープ10に関する望ましい基準を提供する。希ガス原子の核スピン偏極から生成される正味の磁場-λMzの効果をキャンセルするために、パッケージング構造内に配される幾つかの磁気エレメント128、130を使用して、光ポンピング軸zに沿って静磁場Bzを印加することができる。例えば、静磁場Bzは、図示されるように蒸気キャビティ22の両側に配設された幾つかのヘルムホルツコイルを使用して生成され得る。直線偏光放射ビームの分解されたσ及びσ-の部分は、それぞれ87Rb原子の[m=1/2]及び[m=-1/2]の状態をポンピングするときに異なる光共鳴周波数を受ける。偏光分析技法を使用すると、検知ビーム84のσ成分及びσ-成分は、異なる指数n及びn-を受ける。この効果は、ビームのσ及びσ-成分に関する異なる位相レートをもたらし、前方散乱ビームの正味の回転を生じる。その結果、検知ビーム84の線形偏光は角度φだけ回転され、これは、下記の式1φ=n-n-1/λから一般に理解することができる。磁場-λMzがゼロにされると、次いで、図3Bにおいて、時間t>0に関して更に示されるように、原子ジャイロスコープ10の検知軸yについての回転を検知するように、原子ジャイロスコープ10を構成することができる。y軸についての回転が存在する場合、希ガスの核スピンは、即時に続いて起こらず、機械的な回転に対してある期間だけ遅れる。この遅延期間中、正味の磁場Bxが原子ジャイロスコープ10に存在し、ジャイロスコープ10の機械的な回転に正比例する測定信号の偏極の回転を誘導する。次いで、原子ジャイロスコープ10のスケールファクタを用いて、測定信号における偏極の回転と原子ジャイロスコープ10の機械的な回転との関係を求めることができる。典型的には、残留磁場Bxの投影のみが、検知ビーム84の偏光の変化を誘導し得る。動作中、この現象は、原子ジャイロスコープ10が低い他軸感度で動作することの助けとなる。原子ジャイロスコープ10が回転し続けると、図3cにおいて、より後の時間に関して更に示されるように、印加された磁場Bzと希ガスの核スピン方向との間の角度は、現行の方向に沿って希ガス同位体を再整列させるポンピングのレートに対する原子ジャイロスコープ10の機械的な回転の相対レートに依存して、増加又は減少し得る。そのような構成では、希ガスの方向がシステムの回転を連続的に追い、非平衡状態を誘発し、それにより、原子ジャイロスコープ10の機械的な回転を測定できるようにする。ポンプレーザ源24からの光ポンピングは、希ガス同位体を新たなz軸に沿って比較的短い応答時間内に継続的に再整列させるように構成することができ、それにより、検知レーザビームが、y軸についての原子ジャイロスコープ10の機械的な回転の微妙な変化を検出できるようにする。例えば、幾つかの実施形態では、システムの応答時間は、原子ジャイロスコープ10が比較的高い帯域幅例えば≧300Hzを実現できるように、設定できる。原子ジャイロスコープ10の帯域幅及び感度は、蒸気キャビティ22内の蒸気圧及び/又はセル温度などの様々なパラメータを調節することによって、数桁にわたって調整可能とすることができる。比較的高い回転レートでの回転検出を可能にするように帯域幅を増大するためには、希ガス同位体の核スピンが周期的に再整列されなければならず、そうでなければ、原子磁化方向は、検知ビーム軸yによって指示される回転角度を正確に追跡することができないことがある。希ガス原子例えば129Xeの核スピンの偏極は、光ポンピングされた87Rb蒸気とのスピン交換衝突によって実現することができ、これは以下の式によって定めることができる。2PXet=PRb1-exp-γset3γse=nRb[σseνKxe/nXe]上記の式で、PRbは87Rbの偏極であり、nxは密度であり、σseは、レート平均化されたバイナリスピン交換断面積であり、Kxeは、ファンデルワールス錯体におけるスピン交換によるものである。129Xe原子の最適な偏極を達成するために必要とされる時間は、87Rbの密度と129Xeの密度との両方の影響を受ける。比較的小さい偏極時間は、蒸気キャビティ22内で比較的高い温度を維持することによって達成できる。読出信号の時間積分は、y軸についての原子ジャイロスコープ10の機械的な回転Ωyの総角度に比例し、機械的な回転Ωyの時間依存からは独立している。更に、任意の磁場の過渡によって発生される正味の回転角は、過渡中にスピン偏極が小さい角度だけ回転させられるかぎり、ゼロに等しい。従って、そのような特徴は、高いダイナミックレンジ及びバイアス安定性、並びに高い帯域幅を保証する。原子ジャイロスコープ10は、信頼性、サイズ、電力消費、耐振動性、及び/又はコストが重要な設計考慮事項である幾つかの用途において、用いることができる。例えば、幾つかの用途では、原子ジャイロスコープ10は、高い信頼性及び低い電力消費を要求するオーガニックエアビークルorganicairvehicleOAVの制御や他のナビゲーションシステムにおいて、用いられ得る。自律型地上ビークルナビゲーション、地上ビークルナビゲーション、ロボット工学、地下設備ナビゲーション、及び/又は軽航空機の制御及びナビゲーションなどのような他の用途も企図される。例えば、幾つかの場合には、原子ジャイロスコープ10は、洞窟や大きな建物の内部などのような、GPSを使用可能ではない場所でのパーソナルナビゲーションシステムにおいて使用できる。原子ジャイロスコープ10は、スピン偏極された蒸気ガスの磁気光学的特性を使用するので、ラーモア歳差運動を測定する核磁気共鳴NMRジャイロスコープにおいて、B場及び光の場の非一様性及び変動の影響を比較的受けにくい。更に、原子ジャイロスコープは、多くの従来の原子ジャイロスコープ設計の複雑さの一因である他軸感度が、非常に低い。更に、原子ジャイロスコープ10は、1つの軸に沿ってポンピング及び検知を行う原子ジャイロスコープにおいて一般的である周波数偏移及びバイアスドリフトに対して比較的鈍感である。振動、老化、及び材料劣化の影響をより受けやすい機械的な励起及び検出を用いるMEMS振動ジャイロスコープとは対照的に、原子ジャイロスコープ10は運動部分や振動部分を有さず、従ってエラーの影響を受けにくい。また、幾つかのリングレーザジャイロスコープ設計とは異なり、原子ジャイロスコープ10は、低回転レートでの固定化ロックインを受けつけない。以上、本発明の幾つかの実施形態を説明してきたが、本明細書に添付される特許請求の範囲の範囲内に入る他の実施形態が作成及び使用され得ることを当業者は容易に理解できよう。本文書によって網羅される本発明の幾つかの利点は前述の説明に記載した。この開示は多くの点で単に例示的なものであることを理解されたい。本発明の範囲を超えることなく、本明細書に記載した様々な要素に関して変更を加えることができる。