[发明专利]原子振荡器、量子干涉装置的控制方法及量子干涉装置

说明书

技术领域

本发明涉及原子振荡器、量子干涉装置的控制方法及量子干涉装置。

背景技术

如图19所示，已知碱金属原子具有由项符号²S_1/2表示的基态能级、和由项符号²P_1/2、²P_3/2表示的两个激励能级。而且，²S_1/2、²P_1/2、²P_3/2的各能级具有分裂为多个能级的超微细结构。具体而言，²S_1/2具有I+1/2和I-1/2这两个基态能级，²P_1/2具有I+1/2和I-1/2这两个激励能级，²P_3/2具有I+3/2、I+1/2、I-1/2和I-3/2这四个激励能级。因此，I为核自旋量子数。

虽然位于²S_1/2的I-1/2的基态能级的原子能够通过吸收D2线而向²P_3/2的I+1/2、I-1/2、I-3/2中的任意一个激励能级跃迁，但是不能向I+3/2的激励能级跃迁。虽然位于²S_1/2的I+1/2的基态能级的原子能够通过吸收D2线而向²P_3/2的I+3/2、I+1/2、I-1/2中的任意一个激励能级跃迁，但是不能向I-3/2的激励能级跃迁。这些跃迁均是基于假设了电偶极跃迁的情况下的跃迁选择规则的。相反，位于²P_3/2的I+1/2或者I-1/2的激励能级的原子能够放出D2线而向²S_1/2的I+1/2或者I-1/2的基态能级（原来的基态能级或者另一个基态能级中的任意一个）跃迁。因此，由²S_1/2的I+1/2、I-1/2这两个基态能级、与²P_3/2的I+1/2或I-1/2的激励能级构成的三能级（由两个基态能级和一个激励能级构成），由于能够进行由D2线的吸收或发光所产生的Λ型的跃迁，因此被称为Λ型三能级。与此相对，位于²P_3/2的I-3/2的激励能级的原子放出D2线，必然向²S_1/2的I-1/2的基态能级（原来的基态能级）跃迁，同样，位于²P_3/2的I+3/2的激励能级的原子放出D2线，必然向²S_1/2的I+1/2的基态能级（原来的基态能级）跃迁。即，由²S_1/2的I+1/2、I-1/2这两个基态能级、与²P_3/2的I-3/2或者I+3/2的激励能级组成的三能级，由于不能进行由D2线的吸收或放出而产生的Λ型的跃迁，因此未形成Λ型三能级。

可是，已知下述的一种情况，即，当向气体状的碱金属原子同时照射具有与形成Λ型三能级的第一基态能级（²S_1/2的I-1/2的基态能级）和激励能级（例如，²P_3/2的I+1/2的激励能级）之间的能量差相当的频率（振荡频率）的共振光（设为共振光1）、以及具有与第二基态能级（²S_1/2的I+1/2的基态能级）和激励能级之间的能量差相当的频率（振荡频率）的共振光（设为共振光2）时，将形成两个基态能级重合的状态、即量子相干状态（暗状态），从而产生向激励能级的激励停止的电磁诱导透明（EIT：Electromagnetically Induced Transparency）现象（也被称为CPT（相干布居捕获，Coherent Population Trapping））。产生该EIT现象的共振光对（共振光1和共振光2）的频率差与相当于碱金属原子的两个基态能级的能量差ΔE₁₂的频率准确一致。例如，在铯原子中，由于与两个基态能级的能量差相当的频率为9.192631770GHz，因此，当向铯原子同时照射频率差为9.192631770GHz的两种D1线或者D2线的激光时，将产生EIT现象。