[发明专利]原子振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种对原子振荡器的光源进行控制的方法，更加详细来说，涉及一种对用于使由于原子振荡器的吸收增益可变而导致的吸收俘获稳定的、原子振荡器的光源进行控制的方法。

背景技术

应用了电磁诱导透明方式(也被称为EIT(Electromagnetically Induced Transparency)方式、CPT(Coherent Population Trapping)方式)的原子振荡器为，利用了如下现象(EIT现象)的振荡器，即，当向碱金属原子同时照射波长不同的两种共振光时，两种共振光的吸收将停止。所以，稳定地获得EIT现象十分重要。

已知碱金属原子和两种共振光之间的相互作用机理可以如图7(A)所示，通过Λ型三能级系统模型来进行说明。碱金属原子具备两个基态能级，当向碱金属原子分别单独地照射具有相当于第1基态能级33与激发态能级30之间的能量差的波长(频率f1)的第1共振光31、或者具有相当于第2基态能级34与激发态能级30之间的能量差的波长(频率f2)的第2共振光32时，如所公知的这样会发生光吸收。但是，如图7(B)所示，当向该碱金属原子同时照射频率差f1-f2与相当于第1基态能级33和第2基态能级34之间的能量差ΔE₁₂的频率(跃迁频率)准确一致的、第1共振光31和第2共振光32时，将成为两个基态能级的叠加状态、即量子干涉状态，从而向激发态能级30的激发将停止而产生第1共振光31和第2共振光32透过碱金属原子的透明化现象(EIT现象)。通过利用该EIT现象，对第1共振光31与第2共振光32的频率差f1-f2从相当于第1基态能级33与第2基态能级34的能量差ΔE₁₂的频率发生了偏移时的、光吸收行为的剧烈变化进行检测和控制，从而能够制造出高精度的振荡器。

现有的应用了CPT方式的原子振荡器为，通过对由电流驱动电路所产生的频率f₀(＝v/λ₀：v为光的速度、λ₀为激光的中心波长)的驱动电流，以相当于第1基态能级33与第2基态能级34之间的能量差ΔE₁₂的频率(跃迁频率)的1/2的调制频率fm1进行调制，从而使半导体激光器产生频率为f1＝f₀+fm1的第1共振光31和频率为f2＝f₀-fm1的第2共振光32(图7(B))，由此使包含于原子化池中的气体状的碱金属原子产生EIT现象。该原子振荡器对压控晶体振荡器(VCXO)的振荡频率进行控制，以使透过原子化池后的光的检测量成为最大，并通过PLL以倍增率N/R(N、R均为正整数)使该振荡频率倍增而生成相当于ΔE₁₂的频率的1/2的调制频率fm1的信号。根据此种结构，由于压控晶体振荡器(VCXO)极为稳定地持续振荡动作，所以能够产生频率稳定度极高的振荡信号。

作为现有技术，在专利文献1中，公开了一种以低频信号对通向半导体激光器的偏置电流进行调制，从而使吸收稳定化的电路结构(参照图8)。依据该结构，为了使半导体激光的中心波长(载波频率)稳定，使用锁定放大器(同步检波电路)并通过对该锁定放大器的输出信号进行模拟性反馈，从而控制半导体激光的中心波长。即，由于锁定放大器作为窄带滤波器而发挥功能，从而仅对反馈控制所需要的成分进行检测，所以能够实现高精度的频率控制。

但是，专利文献1所公开的现有技术，如图7(B)所示，通过对由电流驱动电路所产生的频率f₀(＝v/λ₀：v为光的速度、λ₀为激光的中心波长)的驱动电流以相当于第1基态能级33与第2基态能级34之间的能量差ΔE₁₂的频率的1/2的调制频率fm1进行调制，从而使半导体激光器产生频率为f1＝f₀+fm1的第1共振光31和频率为f2＝f₀-fm1的第2共振光32，从而使包含在原子化池中的气体状的碱金属原子产生EIT现象。此外，虽然在EIT现象中，包含于原子化池中的碱金属原子的数量越多，有助于EIT现象的原子数就越多，从而能够通过光检测器检测出的光的能级越大，但由于近年来存在小型化、低消耗化的要求，从而在包含于原子化池中的碱金属原子的数量减少时，有助于EIT现象的原子数也将变少，进而存在所检测出的光的能级下降并导致S/N恶化的问题。

在先技术文献

专利文献1：美国专利第6320472号

发明内容