[发明专利]量子干涉装置、原子振荡器以及磁传感器

说明书

技术领域

本发明涉及量子干涉装置、原子振荡器以及磁传感器。

背景技术

基于电磁诱导透明(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)方式(有时也称为CPT(Coherent Population Trapping，相干布居捕获)方式)的原子振荡器是利用这样的现象(EIT现象)的振荡器，即，当向碱金属原子同时照射波长(频率)不同的2个共振光时，2个共振光的吸收停止的现象。公知的是，碱金属原子和2个共振光的相互作用机构可使用∧型3能级系模型进行说明。碱金属原子具有2个基态能级，当将具有与基态能级1和激励能级的能量差相当的波长(频率)的共振光1、或者具有与基态能级2和激励能级的能量差相当的波长(频率)的共振光2分别单独照射到碱金属原子时，众所周知产生光吸收。然而，当向该碱金属原子同时照射频率差跟与基态能级1和基态能级2的能量差相当的频率准确一致的共振光1和共振光2时，处于2个基态能级的重合状态，即量子干涉状态，产生向激励能级的激励停止且共振光1和共振光2透射碱金属原子的透明化(EIT)现象。利用该现象，通过检测、控制在共振光1和共振光2的频率差偏离了与基态能级1和基态能级2的能量差相当的频率时的光吸收举动的急剧变化，可制造高精度的振荡器。并且，由于基态能级1和基态能级2的能量差根据外部磁场的强度或波动而敏感变化，因而也能利用EIT现象来制造高灵敏度的磁传感器。

另外，在该原子振荡器和磁传感器中，为了提高输出信号的信号对噪声比(S/N比)，可以增加产生EIT现象的碱金属原子的数量。例如，在专利文献1中，公开了这样的方法：以改善原子振荡器的输出信号的S/N比为目的，增大封闭气体状的碱金属原子的池的厚度，或者增大入射到池的激光的光束直径。无论哪种方法，都是增大池的厚度或高度，以扩大碱金属原子与共振光接触的区域。并且，在专利文献2中，提出了这样的原子振荡器：通过使用D1线作为光源，与以往的D2线的情况相比在理论上提高EIT信号(根据EIT现象透射碱金属原子的光的信号)的强度，由此提高灵敏度和频率稳定精度。在专利文献1和专利文献2中记载的原子振荡器中，仅使用1对满足EIT现象的发现条件的2种波长的激光。

【专利文献1】日本特开2004-96410号公报

【专利文献2】美国专利第6359916号公报

另外，当着眼于构成池内的气体状的碱金属原子团的各个原子时，具有与各自的运动状态对应的恒定的速度分布。图15示出封闭在容器内的气体状的碱金属原子团的速度分布的概略图。图15的横轴表示气体状的碱金属原子的速度，纵轴表示具有该速度的气体状的碱金属原子的数量比例。如图15所示，以速度0为中心，气体状的碱金属原子具有与温度对应的恒定的速度分布。这里，速度表示在向气体状的碱金属原子团照射激光时的与照射方向平行的原子速度分量，将相对于光源处于静止的速度的值设定为0。这样，当气体状的碱金属原子的速度有分布时，根据光的多普勒效应(多普勒偏移)，共振光的视在波长(频率)，即从气体状的碱金属原子观察的共振光的波长(频率)产生分布。由于这意味着在速度不同的原子中，激励能级视在不同，因而如图16所示，激励能级具有恒定的宽度展宽(多普勒展宽)。因此，即使同时照射1对共振光1和共振光2，也能实际产生EIT现象，这只限于具有针对激光入射方向的特定速度分量的值(例如0)的一部分原子，未产生EIT现象而残留的气体状的碱金属原子在团中存在相当数量，有助于EIT发现的原子的比例极低。这样，在EIT发现效率低的状态下，为了增大EIT信号的强度，如专利文献1所公开那样，必须增大池的厚度或高度的任意一方，具有难以小型化的问题。并且，由于在EIT发现效率低的状态下，激光功率的利用效率降低，因而为了将EIT信号的强度保持在恒定水平以上，难以降低激光功率，因而也不利于省电。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题而完成的，根据本发明的若干形式，可提供一种通过提高针对碱金属原子的EIT现象的发现效率，可提高激光功率的利用效率的量子干涉装置，并可提供通过利用该量子干涉装置而小型化的原子振荡器或者磁传感器。