專利名稱：量子干涉裝置、原子振蕩器以及磁傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及量子干涉裝置、原子振蕩器以及磁傳感器，更詳細(xì)地講，涉及用于高效地產(chǎn)生EIT現(xiàn)象的技術(shù)。
背景技術(shù)：
電磁誘導(dǎo)透明方式(有時(shí)也稱為EIT方式、CPT方式)的原子振蕩器是利用了如 下這樣的現(xiàn)象的振蕩器，即當(dāng)同時(shí)向堿金屬原子照射波長(zhǎng)不同的2種共振光時(shí)，2種共振 光的吸收停止(EIT現(xiàn)象)。圖24(a)表示1個(gè)堿金屬原子的能量狀態(tài)。眾所周知，當(dāng)向堿 金屬原子分別單獨(dú)地照射具有相當(dāng)于第1基態(tài)能級(jí)23與激發(fā)能級(jí)21之間的能量差的波長(zhǎng) 的第1共振光、或具有相當(dāng)于第2基態(tài)能級(jí)24與激發(fā)能級(jí)21之間的能量差的波長(zhǎng)的第2 共振光時(shí)，將引起光吸收。但是，當(dāng)向該堿金屬原子同時(shí)照射第1共振光和第2共振光、且 同時(shí)照射的第1共振光和第2共振光之間的頻率差與第1基態(tài)能級(jí)23和第2基態(tài)能級(jí)24 之間的能量差(ΔΕ12)準(zhǔn)確地一致時(shí)，圖24(a)的系統(tǒng)處于2個(gè)基態(tài)能級(jí)的重合狀態(tài)，即量 子干涉狀態(tài)，向激發(fā)能級(jí)21躍變的激發(fā)停止，產(chǎn)生透明(EIT)現(xiàn)象。利用該現(xiàn)象來檢測(cè)第1 共振光與第2共振光之間的波長(zhǎng)差偏離ΔΕ12時(shí)的光吸收動(dòng)作的急劇變化，并將其作為信 號(hào)進(jìn)行控制，由此，能夠制造出高精度的振蕩器。另外，ΔΕ12隨外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度或變動(dòng)而 敏感地變化，因此，能夠利用EIT現(xiàn)象來制造高靈敏度的磁傳感器。另外，為了提高EIT現(xiàn)象下的光輸出信號(hào)的信噪比(S/N)，只要增加與共振光相互 作用的堿金屬的原子數(shù)量即可。例如，在專利文獻(xiàn)1中，以改善原子振蕩器的輸出信號(hào)的S/ N為目的，公開了以下等方法增大封入有氣態(tài)堿金屬原子的氣室(cell)的厚度，或增大入 射到氣室的激光的光束直徑。無(wú)論哪一種方法，為了增大堿金屬原子與共振光接觸的區(qū)域， 如圖24(b)或圖24(c)所示，均增大了氣室的厚度或高度。關(guān)于這里所使用的激光，只使用 了 1對(duì)滿足EIT現(xiàn)象的產(chǎn)生條件(発見條件)的2種波長(zhǎng)的激光。另外，在專利文獻(xiàn)2中，⑴公開了關(guān)于提高EIT(CPT)方式的原子振蕩器的靈敏度 的技術(shù)。即，特征在于將Dl線用作光源。與以往的D2線的情況相比，理論上可提高EIT(CPT) 信號(hào)強(qiáng)度。由此，靈敏度/頻率穩(wěn)定度得到提高。(2)并且，使用4光波光源，利用雙重Λ 型躍遷使能量分裂為2個(gè)而成的Ρ1/2激發(fā)能級(jí)(超精細(xì)結(jié)構(gòu))同時(shí)相互作用，由此，進(jìn)一步 改善信號(hào)強(qiáng)度，但這里公開的技術(shù)涉及4光波混合，不屬于本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域的范圍。專利文獻(xiàn)1 日本特開2004-96410號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :USP635"16關(guān)注氣室內(nèi)的構(gòu)成氣態(tài)堿金屬原子團(tuán)的各個(gè)原子，可知具有與各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì) 應(yīng)的一定的速度分布。如果入射到該原子團(tuán)的激光的波長(zhǎng)只有2種(一對(duì))，則在原子運(yùn)動(dòng) 的多普勒效應(yīng)(多普勒頻移)的影響下，實(shí)際上可相互作用的原子只是氣室內(nèi)的多個(gè)原子 中的、在激光入射方向上具有特定的速度分量值的極少部分的原子，有助于產(chǎn)生EIT的原 子的比例極低。專利文獻(xiàn)1所公開的現(xiàn)有技術(shù)存在下述課題，即由于原子振蕩器是在這種 EIT產(chǎn)生效率低的狀態(tài)下構(gòu)成的，因此為了得到信噪比(S/N)較大的期望的吸收光譜，必須增大氣室的厚度或高度中的一個(gè)，難以在維持信噪比的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化。即，氣室內(nèi)的每單位體積內(nèi)有助于EIT現(xiàn)象的原子數(shù)量保持不變。另外，專利文獻(xiàn)2-(1)所公開的技術(shù)也存 在相同的課題。S卩，專利文獻(xiàn)1、2_(1)均只使用了 2種光波。氣室內(nèi)的堿原子具有速度分布，存在 與此相伴的能量的多普勒擴(kuò)展。因此，在只有2種光波的Λ型躍遷中，只與極少部分的原 子相互作用，因此，每單位體積的EIT產(chǎn)生收獲率極差。因此，存在EIT信號(hào)強(qiáng)度弱的問題。實(shí)際的堿原子的激發(fā)能級(jí)具有超精細(xì)結(jié)構(gòu)，分裂成圖20所示的具有彼此不同的 能量的能級(jí)。因此，不能用圖24(a)所示的簡(jiǎn)單的Λ型3能態(tài)系統(tǒng)來說明以堿原子為對(duì)象 的EIT現(xiàn)象，因此，實(shí)際上，為了高效地產(chǎn)生ΕΙΤ，需要考慮這樣的多能級(jí)。但存在這樣的問 題，即至今為止，考慮了多能級(jí)的存在與伴隨于上述原子速度分布的能量多普勒擴(kuò)展之間 的關(guān)系的研究尚不充分。尤其，從應(yīng)用了 EIT現(xiàn)象的量子干涉器件的驅(qū)動(dòng)條件的優(yōu)化等角度看，像本發(fā)明 這樣，在使用多對(duì)共振光對(duì)的情況下考慮激發(fā)能級(jí)的能量狀態(tài)來決定光源(激光)的中心 頻率或決定激光的調(diào)制條件是很重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述課題而完成的，其目的在于，提供通過生成波長(zhǎng)不同的多對(duì) 共振光對(duì)，來使氣室內(nèi)的更多的氣態(tài)堿金屬原子高效地產(chǎn)生EIT現(xiàn)象的量子干涉裝置，并 且通過利用該量子干涉裝置而提供小型的原子振蕩器、磁傳感器或量子干涉?zhèn)鞲衅鳌１景l(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，可作為以下的方式或應(yīng)用例 來實(shí)現(xiàn)。[應(yīng)用例1]量子干涉裝置至少具有氣態(tài)的堿金屬原子；以及光源，其用于產(chǎn)生不 同頻率的共振光對(duì)，該共振光對(duì)保持與該堿金屬原子的2個(gè)基態(tài)之間的能量差相應(yīng)的頻率 差，使所述堿金屬原子與所述共振光對(duì)相互作用，產(chǎn)生電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象(EIT)，其特征在 于，所述共振光對(duì)的數(shù)量為多對(duì)，各個(gè)共振光對(duì)的中心頻率彼此不同。本發(fā)明的量子干涉裝置的特征在于，激發(fā)激光對(duì)的數(shù)量為2對(duì)以上的多對(duì)，且各 個(gè)激光對(duì)的中心頻率彼此不同。由此，能夠在每單位體積內(nèi)，使更多的氣態(tài)堿金屬原子產(chǎn)生 EIT現(xiàn)象。[應(yīng)用例2]特征在于，與所述堿金屬原子相互作用的共振光對(duì)為線偏振光。對(duì)于從光源射出的共振光對(duì)，在與光的傳播方向垂直的面內(nèi)電矢量的末端描繪出 直線的情況下，該光被稱為線偏振光。因此，如果不對(duì)從光源射出的共振光對(duì)實(shí)施偏振，則 其為線偏振光。另外，可將光的偏振狀態(tài)考慮成垂直的2個(gè)線偏振光的重合。由此，由于來 自光源的共振光原本就是線偏振光，因此不需要進(jìn)行偏振的手段，從而能夠簡(jiǎn)化光源結(jié)構(gòu)。[應(yīng)用例3]特征在于，與所述堿金屬原子相互作用的所述共振光對(duì)為圓偏振光。對(duì)于從光源射出的共振光對(duì)，在與光的傳播方向垂直的面內(nèi)電矢量的末端描繪出 圓的情況下，該光被稱為圓偏振光。經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，當(dāng)把共振光對(duì)轉(zhuǎn)換成圓偏振光時(shí)，波長(zhǎng)入0 的光透射強(qiáng)度增大到通常的6倍左右。由此，能夠提高EIT現(xiàn)象下的光輸出信號(hào)的S/N。[應(yīng)用例4]特征在于，與所述堿金屬原子相互作用的所述共振光對(duì)為楕圓偏振 光。
對(duì)于從光源射出的共振光對(duì)，在與光的傳播方向垂直的面內(nèi)電矢量的末端描繪出 楕圓的情況下，該光被稱為楕圓偏振光。且可知，存在這樣的橢圓偏振光，即當(dāng)在共振光對(duì) 的光路上，以與光路垂直的方式設(shè)置了波長(zhǎng)板并旋轉(zhuǎn)其表面時(shí)，該橢圓偏振光的偏振狀態(tài) 發(fā)生變化且是在垂直偏振光與圓偏振光之間連續(xù)地變化。因此，即使是楕圓偏振光，也能夠 提高EIT現(xiàn)象下的光輸出信號(hào)的S/N。[應(yīng)用例5]特征在于，在所述光源與封入了所述堿金屬原子的氣室之間的光路上 設(shè)有波長(zhǎng)板。波長(zhǎng)板是指使垂直的偏振光分量之間產(chǎn)生相位差的多折射元件。將產(chǎn)生相位差 JI (180°)的波長(zhǎng)板稱為λ/2板或半波長(zhǎng)板，其用于改變線偏振光的偏振方向。將產(chǎn)生相 位差π/2(90° )的波長(zhǎng)板稱為λ/4板或四分之一波長(zhǎng)板，其用于將線偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏 振光(楕圓偏振光)，或相反地將圓偏振光(楕圓偏振光)轉(zhuǎn)換成線偏振光。在發(fā)明中，由 于需要將線偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光或楕圓偏振光，因此需要使用λ /4板，利用波長(zhǎng)板40將 從光源射出的線偏振光的共振光對(duì)轉(zhuǎn)換成圓偏振光或楕圓偏振光，入射到氣室。由此，只需 簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)即可提高EIT現(xiàn)象下的光輸出信號(hào)的S/N。[應(yīng)用例6]特征在于，所述多對(duì)共振光對(duì)滿足電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的產(chǎn)生條件，各 個(gè)共振光對(duì)的光強(qiáng)度處于EIT信號(hào)強(qiáng)度線性增大的區(qū)域中的最大值PO附近。采用這樣的多對(duì)共振光對(duì)的光強(qiáng)度分布，能夠提高光利用效率。[應(yīng)用例7]特征在于，所述多對(duì)共振光對(duì)的強(qiáng)度分布相對(duì)于各個(gè)對(duì)的中心頻率呈 高斯分布，且與最大的光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的共振光對(duì)滿足與該光方向的速度分量為0附近的所述 堿金屬的原子團(tuán)對(duì)應(yīng)的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的產(chǎn)生條件，其強(qiáng)度是線性區(qū)域中的最大值Po。由于堿金屬原子的速度分布為高斯分布，因此只要預(yù)先將共振光對(duì)的光強(qiáng)度分布 設(shè)定成高斯分布，即可利用簡(jiǎn)單的光驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)高的光利用效率。[應(yīng)用例8]特征在于，通過振幅調(diào)制與頻率調(diào)制或相位調(diào)制的合成來生成所述多 對(duì)共振光對(duì)。這種調(diào)制方式能夠以較高的自由度來控制共振光對(duì)的光強(qiáng)度分布。[應(yīng)用例9]特征在于，通過具有正弦波、三角波、鋸齒波、矩形波中的任意一個(gè)波 形的信號(hào)的調(diào)制，來生成所述多對(duì)共振光對(duì)。這種調(diào)制方式能夠利用簡(jiǎn)單的光驅(qū)動(dòng)電路以較高的自由度來控制共振光對(duì)的光 強(qiáng)度分布。[應(yīng)用例10]特征在于，具有用于對(duì)所述光源進(jìn)行調(diào)制的驅(qū)動(dòng)電路部，該驅(qū)動(dòng)電路 部與其它結(jié)構(gòu)部件分離，在制造過程中或在產(chǎn)品化后的狀態(tài)下，能夠任意地控制、設(shè)定所述 驅(qū)動(dòng)電路部的常數(shù)。關(guān)于利用了 EIT現(xiàn)象的“量子干涉器件”，可想到各種應(yīng)用產(chǎn)品，例如高精度振蕩 器、鐘表等高精度測(cè)量裝置、以及以磁傳感器、花粉或煙霧等微粒子檢測(cè)傳感器為代表的量 子干涉?zhèn)鞲衅鞯龋ㄟ^采用這種結(jié)構(gòu)，能夠獲得與目的相符的最佳EIT信號(hào)曲線。[應(yīng)用例11]特征在于，當(dāng)設(shè)所述堿金屬原子的核自旋量子數(shù)為I、所述堿金屬 原子的Ρ1/2的激發(fā)能級(jí)或Ρ3/2的激發(fā)能級(jí)中的超精細(xì)結(jié)構(gòu)的量子數(shù)為F’、考慮了 F’ = 1-1/2以及F’ = 1+1/2的多普勒擴(kuò)展的兩個(gè)能量的范圍彼此重合的區(qū)域內(nèi)的最小能量為 Ε1、最大能量為Ε2時(shí)，引起所述電磁誘導(dǎo)透明(EIT)現(xiàn)象的多對(duì)共振光對(duì)中的任意一對(duì)的激發(fā)目標(biāo)能量(勵(lì)起先工彳、X—)Eend滿足El < Eend <E2。對(duì)于與滿足該條件的Eend對(duì)應(yīng)的共振光對(duì)，能夠使具有彼此相反方向的速度分 量的原子同時(shí)產(chǎn)生EIT，因此不容易發(fā)生功率展寬(powerbroadening 光功率越強(qiáng)EIT信號(hào) 的線寬越大的現(xiàn)象)，因此，增大了 Q值(EIT信號(hào)的半值寬度的倒數(shù))，由此提高了性能指 數(shù)(后面進(jìn)行定義)。[應(yīng)用例12]特征在于，設(shè)所述堿金屬原子的核自旋量子數(shù)為I、所述堿金屬原子的激發(fā)能級(jí)的超精細(xì)結(jié)構(gòu)的量子數(shù)為F’，則在考慮了 F’ = 1-1/2以及F’ = 1+1/2的多普 勒擴(kuò)展的兩個(gè)能量的范圍彼此不重合的狀態(tài)下，當(dāng)設(shè)考慮了所述多普勒擴(kuò)展的所述F’ = 1-1/2的能量的范圍為從Ell到E12(其中，Ell < E12)、考慮了所述多普勒擴(kuò)展的所述F’ = 1+1/2的能量的范圍為從E21到E22(其中，E21 < E22)時(shí)，引起所述電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的 多對(duì)共振光對(duì)中的任意一對(duì)的激發(fā)目標(biāo)能量Eend只滿足Ell < Eend <E12或E21 < Eend <E22中的某一方的條件。當(dāng)滿足該條件時(shí)，能夠在保持純粹的3能級(jí)系統(tǒng)Λ型躍遷的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)基于多對(duì) 共振光對(duì)的ΕΙΤ，因此，能夠增大基于重疊效應(yīng)的EIT信號(hào)的增強(qiáng)效果。[應(yīng)用例13]該量子干涉裝置使多對(duì)共振光對(duì)1次或多次地折返通過所述堿金屬 原子，從所述堿金屬原子檢測(cè)所述電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象，其特征在于，當(dāng)設(shè)未考慮多普勒寬度 的激發(fā)能級(jí)的能量為Ε10、所述多對(duì)共振光對(duì)的激發(fā)目標(biāo)能量為Eend 0時(shí)，所述Eend 0滿 足 ElO < Eend 0 或 EendO < ElO0在該情況下，能夠使1對(duì)共振光在去路和回路上，分別在氣室內(nèi)與具有相反方向 的速度分量的堿金屬原子群產(chǎn)生ΕΙΤ。因此，在這樣的條件下由多對(duì)共振光對(duì)產(chǎn)生EIT時(shí)， 與非反射型的情況相比，利用一半數(shù)量的共振光對(duì)或一半的光調(diào)制寬度，即可得到相同的 效果。[應(yīng)用例14]該量子干涉裝置使多對(duì)共振光對(duì)1次或多次地折返通過所述堿金屬 原子，從所述堿金屬原子檢測(cè)所述電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象，其特征在于，當(dāng)設(shè)引起所述電磁誘導(dǎo) 透明現(xiàn)象的多對(duì)共振光對(duì)中的任意一對(duì)的激發(fā)目標(biāo)能量為Eend時(shí)，所述Eend只滿足Eend < ElO或ElO < Eend中的某一方的條件。在該情況下，所有的共振光對(duì)均對(duì)EIT有貢獻(xiàn)，且由于是反射型，因此與非反射型 的情況相比，只需一半數(shù)量的共振光對(duì)即可，效率更高。[應(yīng)用例15]特征在于，所述折返次數(shù)為奇數(shù)次(去與回各自的總光路長(zhǎng)度基本相等)
如果光的去路與回路的光路長(zhǎng)度基本相等，則在彼此不同的速度群中對(duì)EIT有貢 獻(xiàn)的原子的數(shù)量基本相等，因此從EIT產(chǎn)生效率的角度來看是有利的。[應(yīng)用例16]特征在于，原子振蕩器具有所述量子干涉裝置。原子振蕩器通過具有本發(fā)明的量子干涉裝置，能夠在S/N高的狀態(tài)下產(chǎn)生EIT現(xiàn) 象，因此能夠?qū)崿F(xiàn)原子振蕩器的小型化。[應(yīng)用例17]特征在于，磁傳感器具有本發(fā)明的上述量子干涉裝置。原子振蕩器的振蕩頻率以原子的2個(gè)基態(tài)能級(jí)之間的能量差(ΔΕ12)為基準(zhǔn)。 ΔΕ12的值隨外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度或變動(dòng)而變化，因此，對(duì)原子振蕩器的氣室實(shí)施了磁場(chǎng)屏蔽， 以不受外部磁場(chǎng)的影響。因此，可通過去除磁場(chǎng)屏蔽并根據(jù)振蕩頻率變化讀取ΔΕ12的變化，來制造測(cè)定外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度和變動(dòng)的磁傳感器。通過具有本發(fā)明的量子干涉裝置，能夠在S/N較高的狀態(tài)下產(chǎn)生EIT現(xiàn)象，因此能夠?qū)崿F(xiàn)磁傳感器的小型化。[應(yīng)用例18]特征在于，量子干涉?zhèn)鞲衅骶哂斜景l(fā)明的所述量子干涉裝置。通過具有本發(fā)明的量子干涉裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)用于檢測(cè)影響EIT信號(hào)曲線的外部干 擾的各種傳感器的靈敏度和精度提高以及小型化。


圖1是氣態(tài)堿金屬原子的速度分布的概略圖。圖2是示出本發(fā)明的第1實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。圖3(a)及(b)是示出入射到氣室(gas cell)的共振光的頻譜的圖。圖4是示出入射到氣室的共振光和氣態(tài)堿金屬原子的移動(dòng)方向的狀態(tài)的圖。圖5是說明基于原子運(yùn)動(dòng)的能量多普勒擴(kuò)展與本發(fā)明的共振光之間的關(guān)系的示 意圖。圖6是示出本發(fā)明的第2實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。圖7是示出本發(fā)明的第3實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的磁傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。圖9 (a)是由波長(zhǎng)不同的2種共振光的對(duì)引起的EIT現(xiàn)象的光透射強(qiáng)度的圖，(b) 是對(duì)波長(zhǎng)不同的2種共振光的對(duì)進(jìn)行調(diào)制時(shí)的EIT現(xiàn)象的光透射強(qiáng)度的圖。圖10是示出本發(fā)明的第4實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。圖11是示出本發(fā)明的第5實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。圖12(a)是示出原子的“速度(一維射影)”分布(麥克斯韋玻耳茲曼分布)的 圖，(b)是示出原子的“速度”分布(麥克斯韋玻耳茲曼分布)的圖。圖13(a)是示出正弦波調(diào)制時(shí)的高次諧波(+分量)分布的圖，(b)是示出典型的 方波調(diào)制時(shí)的高次諧波(+分量)分布的圖，(c)是示出典型的三角波調(diào)制時(shí)的高次諧波(+ 分量)分布的圖。圖14(a)是示出光強(qiáng)度的線性_非線性分支點(diǎn)的圖，(b)是示出激光頻率分布的 圖。圖15(a)是示出EIT信號(hào)線寬的激光強(qiáng)度依賴性的圖，(b)是針對(duì)EIT信號(hào)強(qiáng)度 與EIT信號(hào)線寬之間的關(guān)系而示出以往與本發(fā)明的比較的圖。圖16是示出CsD2線附近激光頻率分布的圖。圖17是示出EIT信號(hào)強(qiáng)度與線寬之間的關(guān)系的圖。圖18是示出同一線寬下的EIT信號(hào)強(qiáng)度的比較的圖。圖19是示出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖20(a)是與D2線對(duì)應(yīng)的能量圖，(b)是與Dl線對(duì)應(yīng)的能量圖，(c)是考慮了多 普勒擴(kuò)展的激發(fā)能級(jí)附近的能量圖。圖21(a)是考慮了多普勒擴(kuò)展的激發(fā)能級(jí)附近的能量圖，(b)是考慮了多普勒擴(kuò) 展的激發(fā)能級(jí)附近的能量圖。圖22(a)是激發(fā)能級(jí)附近的能量圖，(b)是激發(fā)能級(jí)附近的能量圖，(c)是示出本 發(fā)明的第6實(shí)施方式的封入了堿金屬原子的氣室、光源、光路以及檢測(cè)器的配置結(jié)構(gòu)的圖。
圖23(a)是激發(fā)能級(jí)附近的能量圖，(b)是激發(fā)能級(jí)附近的能量圖，(c)是示出本 發(fā)明的第7實(shí)施方式的封入了堿金屬原子的氣室、光源、光路以及檢測(cè)器的配置結(jié)構(gòu)的圖。圖24(a)是說明以往的EIT方式的原理的圖，(b)、(c)是示出以往的氣室與共振光之間的關(guān)系的圖。標(biāo)號(hào)說明1中心波長(zhǎng)產(chǎn)生單元；2LD ；3E0M ；4E0M ；5氣室；6光檢測(cè)器；7頻率控制單元單元； 8壓控石英振蕩器；9振蕩器；10振蕩器；11、12、13共振光；14、15、16氣態(tài)銫原子；17混合 器；18、19調(diào)制信號(hào)；40波長(zhǎng)板；41未實(shí)施調(diào)制時(shí)的被線偏振光化的波形；42未實(shí)施調(diào)制 時(shí)的被圓偏振光化的波形；43實(shí)施了調(diào)制時(shí)的被線偏振光化的波形；44實(shí)施了調(diào)制時(shí)的被 橢圓偏振光化的波形；45實(shí)施了調(diào)制時(shí)的被圓偏振光化的波形；50、51、52、53、54原子振蕩器。
具體實(shí)施例方式下面，使用附圖所示的實(shí)施方式來詳細(xì)說明本發(fā)明。不過，只要沒有特別的記載， 本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)要素、種類、組合、形狀、其相對(duì)配置等均只是單純的說明例，其目的 并不在于將本發(fā)明的范圍僅局限于此。這里，預(yù)先對(duì)下面將多次出現(xiàn)的“性能指數(shù)”進(jìn)行定義。性能指數(shù)被定義為EIT信 號(hào)的線寬的倒數(shù)(即Q值)與EIT信噪比(即S/N)的積。例如，由于S/N與EIT信號(hào)強(qiáng)度 成比例，因此如果EIT信號(hào)強(qiáng)度增大，則性能指數(shù)提高。本發(fā)明的主要目的在于提高該性能 指數(shù)。圖1示出了封入在容器中的氣態(tài)堿金屬原子團(tuán)的速度分布的概要圖。圖1的橫軸表示氣態(tài)堿金屬原子的速度，縱軸表示具有該速度的氣態(tài)堿金屬原子 的數(shù)量的比例。如圖1所示，氣態(tài)堿金屬原子具有以速度0為中心的與溫度對(duì)應(yīng)的一定的速 度分布。這里，速度表示向氣態(tài)堿金屬原子團(tuán)照射激光時(shí)與照射方向平行的原子速度分量， 將與光源相對(duì)靜止的速度的值設(shè)為0。這里，本發(fā)明人注意到了氣態(tài)堿金屬原子的速度對(duì) EIT現(xiàn)象的影響很大。當(dāng)氣態(tài)堿金屬原子的速度存在分布時(shí)，由于光的多普勒效應(yīng)(多普勒 頻移)，在共振光的視波長(zhǎng)即從氣態(tài)堿金屬原子觀察到的共振光的波長(zhǎng)中，產(chǎn)生分布。因此， 注意到，在原子團(tuán)中存在相當(dāng)數(shù)量的如下這樣的氣態(tài)堿金屬原子，即即使同時(shí)照射1對(duì)共 振光1和2，這些氣態(tài)堿金屬原子也不會(huì)產(chǎn)生EIT現(xiàn)象而將存留下來。在采用以往的方法即 同時(shí)向堿金屬原子團(tuán)照射1對(duì)共振光1和2的情況下，被封入在氣室內(nèi)的氣態(tài)堿金屬原子 團(tuán)中的對(duì)EIT現(xiàn)象有貢獻(xiàn)的堿金屬原子僅僅是一部分。因此，本發(fā)明人進(jìn)行了研究，使得以 往由于多普勒效應(yīng)的影響而對(duì)EIT現(xiàn)象沒有貢獻(xiàn)的氣態(tài)堿金屬原子也能夠有助于產(chǎn)生EIT 現(xiàn)象。下面，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2是示出本發(fā)明的第1實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。該原子振蕩器50利 用基于入射由2對(duì)以上(如后文所述為3對(duì))的波長(zhǎng)不同的相干光對(duì)構(gòu)成的共振光時(shí)的量 子干涉效應(yīng)的光吸收特性，來控制振蕩頻率，該原子振蕩器50構(gòu)成為具有射出各共振光 的LD(VCSEL)(相干光源)2 ；產(chǎn)生LD 2的中心波長(zhǎng)的中心波長(zhǎng)產(chǎn)生單元1 ；振蕩器9，其振 蕩產(chǎn)生相當(dāng)于2個(gè)不同的基態(tài)的能量差(ΔΕ12)的頻率(9.2GHz)的1/2 (4. 596GHz)；振蕩 器10，其振蕩產(chǎn)生25MHz左右的頻率；Ε0Μ(電子光學(xué)調(diào)制元件)3、4，其利用電信號(hào)對(duì)從LD2射出的共振光11實(shí)施頻率調(diào)制；氣室5，其根據(jù)經(jīng)EOM 4調(diào)制的光12的波長(zhǎng)來改變光的吸收量，封入有氣態(tài)銫(Cs，堿金屬)原子；光檢測(cè)器(光檢測(cè)單元)6，其檢測(cè)從氣室5透射 過的光13 ；以及頻率控制單元7，其根據(jù)光檢測(cè)器6的輸出，檢測(cè)氣室5的EIT狀態(tài)，控制輸 出電壓。另外，振蕩器10的振蕩頻率被設(shè)定為25MHz，該頻率是遠(yuǎn)小于銫原子的典型的多普 勒寬度(例如在室溫下大約為IGHz)的值?？蓪?duì)該頻率進(jìn)行適當(dāng)變更。另外，關(guān)于振蕩器9 的輸出頻率，由于對(duì)于銫而言，相當(dāng)于ΔΕ12的頻率大約為9. 2GHz (4. 596GHz X 2)，因此，振 蕩器9的輸出頻率設(shè)為4. 596GHz，其是通過對(duì)如下方式得到的頻率進(jìn)行倍頻而生成的，所 述頻率是根據(jù)從頻率控制單元7輸出的控制電壓對(duì)壓控石英振蕩器8進(jìn)行控制而得到的。 并且，利用振蕩器10的頻率(25MHz)對(duì)EOM 3進(jìn)行調(diào)制，利用振蕩器9的頻率(4. 596GHz) 對(duì)EOM 4進(jìn)行調(diào)制，將EOM 3和EOM 4串聯(lián)配置在LD 2的射出側(cè)。并且，EOM 3和振蕩器 10的組合與EOM 4和振蕩器9的組合的排列順序也可以顛倒過來。S卩，本實(shí)施方式的原子振蕩器50的結(jié)構(gòu)與以往的不同之處在于針對(duì)從LD 2射出 的共振光11，經(jīng)由作為調(diào)制單元的EOM 3，得到2對(duì)以上(3對(duì))的波長(zhǎng)不同的2種共振光 的對(duì)。在以往的原子振蕩器中，只準(zhǔn)備了 1對(duì)波長(zhǎng)不同的2種共振光的對(duì)，并對(duì)頻率進(jìn)行控 制，使得同時(shí)照射的2種共振光的頻率差(波長(zhǎng)差)與各個(gè)基態(tài)能級(jí)的能量差ΔΕ12準(zhǔn)確 地一致。但是，由于因原子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的共振光的多普勒效應(yīng)，封入在氣室5中的銫原子團(tuán) 的共振光波長(zhǎng)產(chǎn)生分布，對(duì)于1對(duì)共振光而言，只是偶爾與以滿足與其波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的共振條 件的速度運(yùn)動(dòng)的一部分銫原子發(fā)生相互作用，因此產(chǎn)生EIT現(xiàn)象的效率差。因此，在本實(shí)施 方式中，將調(diào)制單元構(gòu)成為，使得波長(zhǎng)不同的至少4個(gè)(2個(gè)共振光對(duì))共振光與封入在氣 室5中的氣態(tài)的銫原子相互作用。由此，能夠增大氣室5的每單位體積內(nèi)的有助于產(chǎn)生EIT 現(xiàn)象的銫原子的數(shù)量，能夠高效地取得EIT信號(hào)。圖3(a)及(b)是示出入射到氣室的共振光的頻譜的圖。圖4是示出入射到氣室 的共振光與氣態(tài)銫原子的移動(dòng)方向的狀態(tài)的圖。接著，參照?qǐng)D3及圖4對(duì)本實(shí)施方式的動(dòng)作進(jìn)行說明。中心波長(zhǎng)產(chǎn)生單元1以中 心波長(zhǎng)為λ 0 (中心頻率f0)的方式產(chǎn)生LD 2的共振光11。當(dāng)EOM 3和4對(duì)LD 2的共振 光11實(shí)施了頻率調(diào)制時(shí)，具有圖3 (a)所示的頻譜30 32的共振光12被輸入到氣室5中。 這里，在圖3(a)中，A-A’的頻率差為9. 2GHz，對(duì)于這1對(duì)共振光，通過將λ 0設(shè)定成適當(dāng) 的值，圖4所示的入射光12的方向上的速度分量小的氣態(tài)銫原子15產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。另外， Β-Β’的頻率差也是9. 2GHz，對(duì)于這1對(duì)共振光，具有與圖4所示的入射光12相反方向的速 度分量的氣態(tài)銫原子14產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。另外，在圖3(a)中，C-C’的頻率差也是9. 2GHz，對(duì) 于這1對(duì)共振光，具有與圖4所示的入射光12相同方向的速度分量的氣態(tài)銫原子16產(chǎn)生 EIT現(xiàn)象。這樣，氣室5內(nèi)的原子具有多種速度分布。因此，當(dāng)如上所述地向氣室5入射被 賦予了邊帶(side band)B、B’、C、C’的分量的共振光12時(shí)，A_A’、B_B’、以及C_C’的頻率 差均為9. 2GHz，這3對(duì)激光均與具有對(duì)應(yīng)的速度分量的氣態(tài)銫原子發(fā)生相互作用，其結(jié)果， 增大了對(duì)EIT現(xiàn)象有貢獻(xiàn)的銫原子的比例。由此，能夠得到信噪比(S/N)大的期望的EIT 信號(hào)。另外，在本實(shí)施方式中，雖然將EOM 4的調(diào)制頻率設(shè)定為氣態(tài)銫原子的頻率差的 1/2(4. 596GHz)，但是也可以設(shè)定為頻率差9. 2GHz。此時(shí)的共振光的頻譜如圖3 (b)所示，產(chǎn) 生了頻譜33 35，但例如不使用頻譜33，而是使用頻譜34和35 (也可以是頻譜33和34)。即，A-λ O的頻率差是9. 2GHz，對(duì)于這1對(duì)共振光，通過將λ O設(shè)定成適當(dāng)?shù)闹?，在圖4所示 的入射光12的方向上的速度分量小的氣態(tài)銫原子15產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。B-λ 1的頻率差也是 9. 2GHz，對(duì)于這1對(duì)共振光，具有與圖4所示的入射光12相反方向的速度分量的氣態(tài)銫原 子14產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。另外，C- λ 2的頻率差也是9. 2GHz，對(duì)于這1對(duì)共振光，具有與圖4所 示的入射光12相同方向的速度分量的氣態(tài)銫原子16產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。這樣，氣室5內(nèi)的原子 具有多種速度分布。因此，當(dāng)如上述地向氣室5入射被賦予了邊帶B、λ 1、C、λ 2的分量的 共振光12時(shí)，A-λ 0、Β-λ 1、以及C-λ 2的頻率差均為9. 2GHz，這3對(duì)激光均與具有對(duì)應(yīng)的 速度分量的氣態(tài)銫原子發(fā)生相互作用，其結(jié)果，增大了對(duì)EIT現(xiàn)象有貢獻(xiàn)的銫原子的比例。 由此能夠得到信噪比(S/N)大的期望的EIT信號(hào)。S卩，為了產(chǎn)生至少2對(duì)共振光對(duì)(這里為3對(duì))的共振光，考慮使從LD 2射出的 共振光重疊地產(chǎn)生邊帶，并利用其頻譜。另外，需要用以下2個(gè)頻率來對(duì)用于調(diào)制共振光 的頻率進(jìn)行調(diào)制，即相當(dāng)于2個(gè)不同的基態(tài)的能量差(ΔΕ12)的頻率(9. 2GHz)的1/2的 4. 596GHz ；以及遠(yuǎn)小于銫原子的典型的多普勒寬度(例如在室溫下大約為IGHz)的值的頻 率(這里為25MHz)。另外，需要利用用于對(duì)光進(jìn)行調(diào)制的Ε0Μ。因此在本實(shí)施方式中，準(zhǔn)備 了分別振蕩產(chǎn)生2種頻率的振蕩器9和10，用各個(gè)頻率對(duì)串聯(lián)配置在LD 2的射出測(cè)的EOM 3和4進(jìn)行調(diào)制。由此，能夠基于從LD 2射出的共振光11，產(chǎn)生具有3對(duì)頻譜的共振光，這 3對(duì)頻譜保持9. 2GHz的頻率差。另外，在本實(shí)施方式中，EOM 3和EOM 4各設(shè)有1個(gè)，不過，也可以在LD 2的射出 側(cè)串聯(lián)配置EOM 4和至少2個(gè)EOM 3。由此，可任意設(shè)定共振光對(duì)的數(shù)量，且以梳齒狀的頻 率間隔產(chǎn)生。圖5是說明基于原子運(yùn)動(dòng)的能量多普勒擴(kuò)展與本發(fā)明的共振光之間的關(guān)系的示 意圖。封入容器中的氣態(tài)堿金屬原子團(tuán)的能量狀態(tài)圖可通過如下方式來表現(xiàn)用與多普勒 擴(kuò)展相當(dāng)?shù)哪軒碇脫Q圖24所示的針對(duì)1個(gè)原子的能量狀態(tài)圖的激發(fā)能級(jí)。圖5中的20、 2U22的各能級(jí)是與圖4中的分別由16、15、14表示的原子對(duì)應(yīng)的激發(fā)能級(jí)。由此可知，對(duì) 于具有速度分布的氣態(tài)堿金屬原子團(tuán)，利用多個(gè)共振光對(duì)增大了對(duì)EIT現(xiàn)象有貢獻(xiàn)的原子 的比例。因此，例如，如果將分配給1對(duì)共振光的功率設(shè)定為與以往的功率基本相等，則吸 收的飽和極限變高，總功率增大，因此，能夠取得高對(duì)比度的EIT信號(hào)。另外，在總光照射功 率與以往基本相等的情況下，本發(fā)明的每1對(duì)共振光的功率減小，因此抑制了 EIT信號(hào)的功 率展寬(光功率越強(qiáng)EIT信號(hào)的線寬越大的現(xiàn)象)，與以往相比，能夠取得半值寬度窄的良 好的EIT信號(hào)。因此，在將其應(yīng)用于振蕩器的情況下，與以往相比，能夠提高頻率穩(wěn)定性。圖6是示出本發(fā)明的第2實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。對(duì)相同結(jié)構(gòu)要素標(biāo) 注與圖2相同的參照標(biāo)號(hào)來進(jìn)行說明。圖6與圖2的不同之處在于，刪除了 EOM 4，并設(shè)置 了將振蕩器10和振蕩器9的輸出信號(hào)混合的混合器17，利用混合器17的輸出信號(hào)18來驅(qū) 動(dòng)EOM 3，將E0M3配置在LD 2的射出側(cè)。由此，從EOM 3射出的共振光12產(chǎn)生與圖3 (a) 相同的頻譜。S卩，為了對(duì)光進(jìn)行調(diào)制，使用了 Ε0Μ，但存在下述問題，即如果增加頻譜的數(shù)量， 則必須相應(yīng)地增加EOM的數(shù)量，成本增高且部件數(shù)量增加。因此，在本實(shí)施方式中，預(yù)先用 混合器17混合對(duì)EOM進(jìn)行調(diào)制的信號(hào)，利用其輸出信號(hào)18對(duì)IfEOM 3進(jìn)行調(diào)制。由此， 可將EOM的數(shù)量控制為最小，能夠減少部件數(shù)量。
圖7是示出本發(fā)明的第3實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。對(duì)相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注與圖6相同的參照標(biāo)號(hào)來進(jìn)行說明。圖7與圖6的不同之處在于，刪除了 EOM 3，利用 混合器17的輸出信號(hào)19直接對(duì)LD 2進(jìn)行調(diào)制驅(qū)動(dòng)。由此，從LD 2射出的共振光11產(chǎn)生 與圖3(a)相同的頻譜。S卩，中心波長(zhǎng)產(chǎn)生單元1以中心波長(zhǎng)為λ 0的方式產(chǎn)生從LD 2射出的共振光11。 并且，為了對(duì)中心波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)制，除了用EOM對(duì)從LD 2射出的共振光11進(jìn)行調(diào)制的方法以 夕卜，還有對(duì)LD 2本身進(jìn)行調(diào)制的方法。因此，在本實(shí)施方式中，混合器17將振蕩器10和振 蕩器9的輸出頻率混合，并用混合器17混合后的信號(hào)19對(duì)LD 2本身進(jìn)行調(diào)制驅(qū)動(dòng)。由 此，可以不需要Ε0Μ。另外，還可從壓控石英振蕩器8經(jīng)由PLL等(也可利用振蕩器9的電 路的一部分)來生成振蕩器10的輸出頻率。在該情況下，也不需要振蕩器10。另外，省略圖示，也可以將設(shè)置在以往的EIT方式的原子振蕩器中的LD形成為如 下結(jié)構(gòu)，即將各個(gè)不同波長(zhǎng)的面發(fā)光激光配置成陣列狀。圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的磁傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。對(duì)相同結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注與圖 7相同的參照標(biāo)號(hào)來進(jìn)行說明。圖8與圖7的不同之處在于，在氣室5的附近配置了被測(cè)定 磁場(chǎng)產(chǎn)生源37，并具有測(cè)定頻率控制單元7的輸出信號(hào)的變動(dòng)的磁場(chǎng)測(cè)定器36。原子振蕩 器的振蕩頻率以原子的2個(gè)基態(tài)能級(jí)之間的能量差(ΔΕ12)為基準(zhǔn)。ΔΕ12的值隨外部磁 場(chǎng)的強(qiáng)度或變動(dòng)而變化，因此，對(duì)原子振蕩器的氣室實(shí)施了磁場(chǎng)屏蔽，以不受外部磁場(chǎng)的影 響。因此，可通過去除磁場(chǎng)屏蔽并根據(jù)振蕩頻率變化讀取ΔΕ12的變化，來制造測(cè)定外部磁 場(chǎng)的強(qiáng)度和變動(dòng)的磁傳感器。通過采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，能夠在S/N較高的狀態(tài)下產(chǎn)生EIT 現(xiàn)象，因此能夠?qū)崿F(xiàn)磁傳感器的小型化。圖9(a)是由波長(zhǎng)不同的2個(gè)共振光的對(duì)引起的EIT現(xiàn)象的光透射強(qiáng)度的圖，圖 9(b)是對(duì)波長(zhǎng)不同的2個(gè)共振光的對(duì)進(jìn)行調(diào)制時(shí)的EIT現(xiàn)象的光透射強(qiáng)度的圖。根據(jù)圖 9 (a)可知，波形41是來自VCSEL的經(jīng)線偏振光化的光透射強(qiáng)度的波形，波形42表示進(jìn)一步 使該共振光對(duì)通過波長(zhǎng)板而成為圓偏振光時(shí)的光透射強(qiáng)度?？芍?，波形42相對(duì)于波形41 增加了大約20%的水平。另外，當(dāng)如圖9(b)所示地對(duì)共振光對(duì)進(jìn)行調(diào)制時(shí)，多個(gè)共振光對(duì) 均與具有對(duì)應(yīng)的速度分布的氣態(tài)銫原子發(fā)生相互作用，顯現(xiàn)出具有多個(gè)峰值的波形43。在 本實(shí)施方式中，例如圖10所示，在LD 2與氣室5之間，以與光路垂直的方式配置了波長(zhǎng)板 40，當(dāng)逐漸旋轉(zhuǎn)波長(zhǎng)板面而使得共振光對(duì)11變成圓偏振光時(shí)，確認(rèn)到在波長(zhǎng)λ 0處光透射 強(qiáng)度為最大的波形45。因此，確認(rèn)到，在共振光對(duì)從線偏振光向圓偏振光變化的過程中，光 透射強(qiáng)度變成波形43 (線偏振光)、波形44 (楕圓偏振光)、波形45 (圓偏振光)。即，對(duì)于從LD 2射出的共振光對(duì)11，在與光的傳播方向垂直面內(nèi)電矢量的末端描 繪出圓的情況下，該光被稱為圓偏振光。經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)到當(dāng)將共振光對(duì)轉(zhuǎn)換成圓偏振光時(shí)， 波長(zhǎng)λ 0的光透射強(qiáng)度增大到通常的6倍左右。由此，能夠提高EIT現(xiàn)象下的光輸出信號(hào) 的 S/N。另外，對(duì)于從LD 2射出的共振光對(duì)11，在與光的傳播方向垂直的面內(nèi)電矢量的末 端描繪出楕圓的情況下，該光被稱為楕圓偏振光。存在這樣的橢圓偏振光，即當(dāng)在共振光 對(duì)的光路上，以與光路垂直的方式設(shè)置了波長(zhǎng)板并旋轉(zhuǎn)其表面時(shí)，該橢圓偏振光的偏振狀 態(tài)發(fā)生變化且是在垂直偏振光與圓偏振光之間連續(xù)地變化。因此，即使是楕圓偏振光，也能 夠提高EIT現(xiàn)象下的光輸出信號(hào)的S/N。
圖10是示出本發(fā)明的第4實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。第4實(shí)施方式是 在圖7的結(jié)構(gòu)中追加了波長(zhǎng)板40而得到的結(jié)構(gòu)。S卩，在LD 2與氣室5之間，以與光路垂直 的方式配置了波長(zhǎng)板40。從LD 2射出的線偏振光的共振光對(duì)11入射到波長(zhǎng)板40，被偏振 90度相位而成為圓偏振光11a。另外，波長(zhǎng)板40可以配置在LD 2與氣室5之間的任何位 置，可以位于LD 2的出射面附近，也可以位于氣室5的入射口附近。
圖11是示出本發(fā)明的第5實(shí)施方式的原子振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。第5實(shí)施方式是 在圖6的結(jié)構(gòu)中追加波長(zhǎng)板40而得到的結(jié)構(gòu)。S卩，在EOM 3與氣室5之間，以與光路垂直 的方式設(shè)置了波長(zhǎng)板40。從LD 2射出的線偏振光的共振光對(duì)11經(jīng)EOM 3調(diào)制后成為共振 光12，入射到波長(zhǎng)板40，被偏振90度相位而成為圓偏振光12a。另外，波長(zhǎng)板40可以配置 在E0M3與氣室5之間的任何位置處，可以配置在EOM 3的出射面附近，也可以配置在氣室 5的入射口附近。S卩，波長(zhǎng)板是指使垂直的偏振光分量之間產(chǎn)生相位差的多折射元件。將產(chǎn)生相位 差η (180° )的波長(zhǎng)板稱為λ/2板或半波長(zhǎng)板，其用于改變線偏振光的偏振方向。將產(chǎn)生 相位差π/2(90° )的波長(zhǎng)板稱為λ/4板或四分之一波長(zhǎng)板，其用于將線偏振光轉(zhuǎn)換成圓 偏振光(楕圓偏振光)，或相反地將圓偏振光(楕圓偏振光)轉(zhuǎn)換成線偏振光。在本實(shí)施方 式中，由于需要將線偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光或楕圓偏振光，因此需要使用λ /4板，利用波 長(zhǎng)板40將從LD 2射出的線偏振光的共振光對(duì)11轉(zhuǎn)換成圓偏振光或楕圓偏振光，入射到氣 室5。由此，只需簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)即可提高EIT現(xiàn)象下的光輸出信號(hào)的S/N。圖14(a)是示出滿足產(chǎn)生EIT的條件的2光波共振光對(duì)的光強(qiáng)度(橫軸)與EIT 信號(hào)強(qiáng)度(縱軸)之間的關(guān)系的圖。在光強(qiáng)度很弱的區(qū)域，EIT信號(hào)強(qiáng)度與光強(qiáng)度保持比 例關(guān)系且大致線性地變化。但是，當(dāng)光強(qiáng)度超過某點(diǎn)(PO)時(shí)，即使增大光強(qiáng)度，EIT信號(hào)強(qiáng) 度也不明顯地變化(飽和區(qū)域)?？紤]到這點(diǎn)，關(guān)注氣室內(nèi)的堿金屬原子中的具有特定速 度(如上所述，是指與入射光平行的速度分量)的原子團(tuán)(ensemble)，從光利用效率的角度 來看，希望將入射光強(qiáng)度設(shè)定為EIT信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)于入射光強(qiáng)度未達(dá)到飽和的最大光強(qiáng)度 PO (強(qiáng)度線性地增加的區(qū)域中最大的光強(qiáng)度)。作為EIT產(chǎn)生區(qū)域的氣室內(nèi)的堿金屬原子(例如銫，Cs)團(tuán)具有圖12(b)所示的 速度分布(曲線)，該曲線隨壓力和溫度等環(huán)境因素而變化，但如果僅關(guān)注某個(gè)固定方向上 的速度分量的分布，則如圖12(a)所示，基本呈高斯分布。當(dāng)向該系統(tǒng)入射2光波的共振光 對(duì)來產(chǎn)生EIT時(shí)，因該速度分布而產(chǎn)生能量的多普勒擴(kuò)展，因此與產(chǎn)生EIT的頻率區(qū)域的中 心頻率對(duì)應(yīng)的EIT信號(hào)強(qiáng)度分布也呈高斯分布(典型情況下，經(jīng)頻率換算而具有1 [GHz]左 右的擴(kuò)展)。因此，關(guān)注上述光利用效率，當(dāng)設(shè)定為使得多個(gè)共振光對(duì)各自的光強(qiáng)度處于PO 附近時(shí)，希望其分布為圖14(b)所示那樣，呈接近原子的速度分布即高斯分布的形狀。半導(dǎo)體激光器等當(dāng)被施加直流電流時(shí)，發(fā)出與其電流值(Ivias)對(duì)應(yīng)的頻率(波 長(zhǎng))的單色光(相干光)。如果把中心波長(zhǎng)設(shè)為大約852[nm]并對(duì)Ivias施加4. 6[GHz] 的「調(diào)制」時(shí)(Imod(l) = 4.6[GHz])，在中心波長(zhǎng)的兩側(cè)形成二者間隔為(4.6X2 = 9. 2[GHz])的邊帶，當(dāng)該2光波作為共振光對(duì)入射到氣室內(nèi)的Cs原子時(shí)，發(fā)生量子干涉而 產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。這里，結(jié)合前面的多普勒擴(kuò)展可知，對(duì)于2光波的共振光對(duì)(1對(duì))而言，對(duì) EIT現(xiàn)象有貢獻(xiàn)的氣室內(nèi)的Cs原子數(shù)量非常少。即，以往EIT產(chǎn)生效率差。下面使用附圖詳細(xì)地說明驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的施加電流的狀態(tài)和激光器的頻率分布。圖16是示出在對(duì)中心波長(zhǎng)為大約852[nm]的單色半導(dǎo)體激光器實(shí)施頻率調(diào)制時(shí)觀 測(cè)到的頻率分布的圖。為了將堿金屬原子(Cs)作為對(duì)象原子來產(chǎn)生EIT，將Ivias (直流偏 置電流)設(shè)定成使得中心波長(zhǎng)成為與Cs激發(fā)能量相當(dāng)?shù)?52[nm]左右，然后可以對(duì)Ivias 實(shí)施4.6[GHz]的頻率調(diào)制Imod(I)，或者經(jīng)由EOM (電子光學(xué)調(diào)制元件)產(chǎn)生邊帶，由此產(chǎn) 生1對(duì)彼此的頻率差為9. 2GHz的2光波的共振光對(duì)。當(dāng)對(duì)其進(jìn)一步重疊任意頻率(例如 15[MHz])的調(diào)制Imod(2)(重疊調(diào)制)時(shí)，2光波分別由重疊頻率15[MHz]進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生 具有重疊頻率15[MHz]的間隔的梳(Comb)齒狀的頻率分布。具有這種梳齒狀的頻率分布 的各個(gè)原來的2光波可以被看作多對(duì)共振光對(duì)，因此，只要使其與氣室內(nèi)的Cs原子發(fā)生作 用，即可與以不同速度運(yùn)動(dòng)的Cs原子團(tuán)同時(shí)產(chǎn)生ΕΙΤ,ΕΙΤ產(chǎn)生效率進(jìn)一步提高(本發(fā)明)。圖16(a)是以往那樣未進(jìn)行重疊調(diào)制的2光波中的1個(gè)。(b)、(c)是用正弦波來重疊Imod(2)時(shí)的頻譜。經(jīng)調(diào)制的頻率均等于15 [MHz]，但(b)、(c)的調(diào)制的振幅條件不 同。二者均呈現(xiàn)梳齒狀的頻率分布，并且可知，與調(diào)制振幅為0.2 [V]的(b)相比，1.0[V]的 (c)的頻率擴(kuò)展范圍更大。圖17是將Cs的EIT信號(hào)的強(qiáng)度(縱軸)和線寬(橫軸)之間的關(guān)系與現(xiàn)有方法 進(jìn)行比較的圖，上述關(guān)系是通過利用考慮了本發(fā)明的重疊調(diào)制Imod(2)的激光驅(qū)動(dòng)來照射 多個(gè)共振光對(duì)而得到的，通過改變照射到Cs的激光功率而得到數(shù)據(jù)。圖17的(a)、(b)、(c) 分別與圖16的(a)、(b)、(c)對(duì)應(yīng)?？芍c以往相比，在相同線寬的情況下，本發(fā)明的EIT 信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往，先前定義的“性能指數(shù)”(=QX (S/N))提高。在本發(fā)明方法中，還 能夠理解到，與(b)相比，(c)的EIT信號(hào)強(qiáng)度更大是因?yàn)楦鶕?jù)圖16所示的各個(gè)激光頻譜 分布可知，通過捕捉氣室內(nèi)的速度分布更多的Cs原子，與共振光對(duì)之間相互作用的效率提 高，這對(duì)產(chǎn)生EIT有貢獻(xiàn)。并且確認(rèn)到在現(xiàn)有方法(a)中，由于無(wú)法得到EIT信號(hào)強(qiáng)度，因 此很難實(shí)現(xiàn)120 [kHz]以下的EIT線寬，很難提高Q值(EIT信號(hào)線寬的倒數(shù))，但在本發(fā)明 (b)、(c)中，能夠進(jìn)一步細(xì)化線寬，因此能夠大幅提高性能指數(shù)。圖18是對(duì)半值全寬(線寬)為127[kHz]下的各個(gè)EIT信號(hào)進(jìn)行比較的圖。確認(rèn) 到與現(xiàn)有方法(a)相比，在本發(fā)明的(c)中，EIT信號(hào)強(qiáng)度大約比其大14倍。對(duì)到此為止的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，可明確以下結(jié)論。當(dāng)要細(xì)化功率展寬的線寬時(shí)，如果 降低激光功率(圖15(a))，則EIT信號(hào)強(qiáng)度與其成比例地減弱(圖15(b))，在現(xiàn)有方法中， 在A點(diǎn)處EIT信號(hào)強(qiáng)度變成O。S卩，無(wú)法得到比A點(diǎn)處的信號(hào)線寬更窄的信號(hào)線寬。但是，在本發(fā)明的方法中，對(duì)產(chǎn)生EIT信號(hào)有貢獻(xiàn)的氣室內(nèi)的原子數(shù)量(密度)大 幅增加，因此，在現(xiàn)有方法中信號(hào)強(qiáng)度已消失的EIT信號(hào)寬度下，能夠得到充分的信號(hào)強(qiáng)度 (B點(diǎn))。即，用B點(diǎn)處的EIT信號(hào)強(qiáng)度除以A點(diǎn)處的EIT信號(hào)強(qiáng)度而得到的值表示本發(fā)明的 方法相對(duì)于現(xiàn)有方法的最大放大率，是S/N的改善效果的指標(biāo)。如果S/N得到改善，則性能 指數(shù)提高，因此可與其大小成比例地提高利用了 EIT現(xiàn)象的各種器件的性能。很明顯，例如 在利用了 EIT現(xiàn)象的原子振蕩器中，頻率穩(wěn)定度與S/N成比例地提高，如果將其應(yīng)用于磁傳 感器(利用EIT原子振蕩器的頻率對(duì)外部磁場(chǎng)敏感地做出反應(yīng)而發(fā)生變化的性質(zhì))等量子 干涉?zhèn)鞲衅髦?，則能夠產(chǎn)生高靈敏度等的效果。另外，在本發(fā)明中，與S/N得到改善相應(yīng)地， 即使減小引發(fā)EIT現(xiàn)象的上述氣室的大小，也能夠得到與以往相同的信號(hào)強(qiáng)度，因此，具有 能夠?qū)崿F(xiàn)器件的進(jìn)一步的小型化等的效果。另外，如圖15(b)所示，如果在B點(diǎn)處得到了充分的EIT信號(hào)強(qiáng)度，則可通過進(jìn)一步降低激光強(qiáng)度來進(jìn)一步細(xì)化信號(hào)線寬(排除功率展寬的影響)。例如，用點(diǎn)劃線表示作為目標(biāo)的最低信號(hào)強(qiáng)度線，對(duì)于本發(fā)明的方法而言，能夠?qū)崿F(xiàn)C點(diǎn)處的信號(hào)線寬。與先前的 關(guān)于S/N的討論相同，線寬值越小，Q值越大，因此性能指數(shù)的值變大，從而能夠提高利用了 EIT現(xiàn)象的各種器件的性能。例如，在利用了 EIT現(xiàn)象的原子振蕩器中，通過EIT信號(hào)的細(xì) 線化，頻率穩(wěn)定度提高，如果將其應(yīng)用于磁傳感器(利用EIT原子振蕩器的頻率對(duì)外部磁場(chǎng) 敏感地做出反應(yīng)而發(fā)生變化的性質(zhì))等量子干涉?zhèn)鞲衅?，則帶來高精度化等效果。通過以上討論可知，根據(jù)本發(fā)明，通過適當(dāng)?shù)剡x擇激光的調(diào)制方法，能夠得到現(xiàn)有 方法所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的EIT信號(hào)強(qiáng)度和EIT線寬，因此具有這樣的優(yōu)點(diǎn)能夠大范圍地確定與應(yīng) 用目的相符的EIT信號(hào)曲線。利用該優(yōu)點(diǎn)，例如在EIT器件設(shè)計(jì)、制造階段中，如果利用激 光驅(qū)動(dòng)電路IC等一體地獨(dú)立設(shè)置能夠控制上述激光調(diào)制參數(shù)(調(diào)制波形、強(qiáng)度等，還包括 調(diào)制開啟/關(guān)閉)的單元，并將相當(dāng)數(shù)量的其它結(jié)構(gòu)要素作為通用部件，則能夠容易地分開 制造專用目的的EIT器件，具有降低成本等的效果。另外，也可以預(yù)先設(shè)置這樣的單元，即 產(chǎn)品用戶自己可利用該單元，根據(jù)使用環(huán)境等適當(dāng)?shù)乜刂?、設(shè)定上述激光調(diào)制參數(shù)。圖13示出了激光的調(diào)制方法與傅立葉分量之間的關(guān)系。(a)是用正弦波進(jìn)行振幅 調(diào)制(AM)時(shí)的傅立葉分量，(b)是用矩形波進(jìn)行振幅調(diào)制(AM)時(shí)的傅立葉分量，(c)是用 三角波進(jìn)行振幅調(diào)制(AM)時(shí)的傅立葉分量。橫軸是頻率。矩形波調(diào)制與三角波調(diào)制相比， 存在更高次的傅立葉分量。如果用頻率調(diào)制(FM)或相位調(diào)制(PM)對(duì)這些合成波進(jìn)一步進(jìn) 行重疊調(diào)制，并對(duì)激光進(jìn)行作為Imod (2)的重疊調(diào)制，則能夠得到任意的調(diào)制波形，并能夠 高自由度地控制多個(gè)共振光對(duì)的強(qiáng)度分布和相鄰的頻率間隔。由此，能夠得到如下等效果 容易實(shí)現(xiàn)每種用途所要求的器件性能需要的EIT信號(hào)制御，精度也得到提高。圖19是示出本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。其是這樣的例子，即不用Imod(I) 對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制，而是利用了 Ε0Μ(電子光學(xué)調(diào)制元件)。圖20是堿金屬的電子狀態(tài)的能量圖。圖20(a)是激發(fā)能級(jí)為P3/2、即與所謂的D2 線對(duì)應(yīng)的能量圖，圖20(b)是激發(fā)能級(jí)為P1/2、即與所謂的Dl線對(duì)應(yīng)的能量圖。圖20(c) 表示以往的基于2光波的1對(duì)共振光對(duì)或本發(fā)明的多對(duì)共振光對(duì)與考慮了多普勒擴(kuò)展的堿 金屬原子之間的相互作用，是滿足了產(chǎn)生EIT現(xiàn)象的條件時(shí)的激發(fā)能級(jí)附近的能量圖。激發(fā)能級(jí)P3/2由超精細(xì)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在利用了 EIT現(xiàn)象的器件的通常使用溫度范圍 內(nèi)，涉及EIT產(chǎn)生的F’ = 1+1/2、1-1/2的能量因多普勒擴(kuò)展而重合(圖20(c))。另外，在 溫度高的區(qū)域中，即使是激發(fā)能級(jí)P1/2的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，有時(shí)也會(huì)因多普勒擴(kuò)展而發(fā)生能量 重合。對(duì)激光中心頻率(中心波長(zhǎng))進(jìn)行設(shè)定，使得本發(fā)明的多個(gè)共振光對(duì)中的盡量多的 共振光對(duì)的激發(fā)目標(biāo)能量Eend進(jìn)入該重合區(qū)域。S卩，如圖20(c)所示，使得滿足El < Eend <E2。這里，所述F’表示超精細(xì)結(jié)構(gòu)的量子數(shù)，所述I表示核自旋量子數(shù)。入射到該能量重合區(qū)域的1對(duì)共振光對(duì)引起與不同的F’(超精細(xì)結(jié)構(gòu)的量子數(shù)) 對(duì)應(yīng)的2種堿金屬原子的EIT現(xiàn)象。即，針對(duì)具有彼此相反方向的速度分量的2種不同的 速度群(ensemble:原子團(tuán))的堿金屬原子，同時(shí)產(chǎn)生EIT。當(dāng)滿足這樣的條件時(shí)，共振光 對(duì)的光強(qiáng)度(光子數(shù))被分散到各個(gè)原子團(tuán)中，因此EIT信號(hào)強(qiáng)度不容易達(dá)到飽和，能夠 照射更強(qiáng)的激光，S/N提高。尤其是，當(dāng)氣室小型化而需要增強(qiáng)EIT信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，效果更好。 另外，如果所照射的總的光強(qiáng)度不變，則在該重合區(qū)域中，光子數(shù)以如上所述地使得不同的 2種速度群的堿金屬原子與光子發(fā)生相互作用的方式分散，因此其結(jié)果是，對(duì)于一方的速度群，抑制了功率展寬，細(xì)化了 EIT信號(hào)的線寬(Q值增大)。即，能夠提高性能指數(shù)。圖21是典型的P1/2能級(jí)的能量圖。一般情況下，Dl線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)能量分裂寬 度比D2線大(典型為0.5 IGHz)，多普勒擴(kuò)展的2種能帶不重合。如上所述，在D2線(激 發(fā)目標(biāo)能級(jí)為P3/2)的情況下，由于超精細(xì)結(jié)構(gòu)的能量分裂寬度小，因此，因多普勒擴(kuò)展而 產(chǎn)生能帶重合，能夠使多對(duì)共振光對(duì)與同一原子同時(shí)發(fā)生相互作用。在該情況下，發(fā)生4光 波混合，純粹的3能級(jí)系統(tǒng)Λ型躍遷出現(xiàn)問題，EIT效率降低。但是，一般情況下，Dl線的 超精細(xì)結(jié)構(gòu)能量分裂寬度比D2線大(典型為0. 5 IGHz)，多普勒擴(kuò)展的2種能帶不重合。 因此，如果使用Dl線，則能夠在保持純粹的3能級(jí)系統(tǒng)Λ型躍遷的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)基于多對(duì)共 振光對(duì)的ΕΙΤ，因此，能夠增大基于重疊效應(yīng)的EIT信號(hào)的增強(qiáng)效果。在該情況下，存在Ell < EEN d < Ε12 (圖 21 (a))和 E21 < Een d < E22 (圖 21 (b))這 2 種方法。圖22 (c)是示出本發(fā)明的第6實(shí)施方式的封入了堿金屬原子的氣室、光源、光路以 及檢測(cè)器的配置結(jié)構(gòu)的圖。這里，由激光光源發(fā)出的光入射到氣室，與堿金屬原子產(chǎn)生EIT 現(xiàn)象，之后，通過反射等手段而折返的光向反方向前進(jìn)，由此再次與氣室內(nèi)的堿金屬原子產(chǎn) 生EIT現(xiàn)象，然后被導(dǎo)入到光檢測(cè)器中。這是所謂的反射型。此時(shí)，如圖22(a)、(b)所示， 當(dāng)把未考慮多普勒寬度的激發(fā)能級(jí)的能量設(shè)為ElO時(shí)，如果以上述光源的單色光的激發(fā)目 標(biāo)能量EendO與ElO不相等(E10 < EendO或EendO < E10)的方式進(jìn)行選擇 ，則能夠使1 對(duì)共振光在去路和回路上，分別在氣室內(nèi)與具有相反方向的速度分量的堿金屬原子群產(chǎn)生 EIT0因此，在這樣的條件下由多個(gè)共振光對(duì)產(chǎn)生EIT時(shí)，與非反射型的情況相比，利用一半 數(shù)量的共振光對(duì)或一半的光調(diào)制寬度，即可得到相同的本發(fā)明的效果。因此，根據(jù)本結(jié)構(gòu)， 激光驅(qū)動(dòng)器等生成多對(duì)共振光對(duì)的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)變得更容易，器件驅(qū)動(dòng)時(shí)的功耗減少，有利 用節(jié)能。圖23(c)是示出本發(fā)明的第7實(shí)施方式的封入了堿金屬原子的氣室、光源、光路 以及檢測(cè)器的配置結(jié)構(gòu)的圖。這里，從激光光源發(fā)出的光入射到氣室，與堿金屬原子產(chǎn)生 EIT現(xiàn)象，之后，通過反射等手段，使光多次通過氣室內(nèi)，每當(dāng)引起了 EIT現(xiàn)象后被導(dǎo)入到光 檢測(cè)器中。這是所謂的多重反射型。此時(shí)，如圖23(a)、(b)所示，如果以能夠引起EIT現(xiàn) 象的多個(gè)共振光對(duì)的所有的激發(fā)目標(biāo)能量Eend只滿足Eend < ElO或ElO < Eend中的任 意一個(gè)條件的方式進(jìn)行選擇，則能夠使1對(duì)共振光在去路和回路上分別在氣室內(nèi)與具有相 反方向的速度分量的堿金屬原子群產(chǎn)生EIT。另外，通過采用多重反射型，光路長(zhǎng)度變得更 長(zhǎng)，從而相干時(shí)間增大，EIT信號(hào)強(qiáng)度更強(qiáng)，線寬更細(xì)。這有利于提高性能指數(shù)。另外，當(dāng)把 光的反射次數(shù)設(shè)為奇數(shù)次且光的去路與回路的光路長(zhǎng)度大致相等時(shí)，在彼此不同的速度群 中，對(duì)EIT有貢獻(xiàn)的原子的數(shù)量幾乎相等，因此，從EIT產(chǎn)生效率的角度來看是有利的。因 此，在該條件下由多個(gè)共振光對(duì)引起EIT的情況下，與非反射型的情況相比，利用一半數(shù)量 的共振光對(duì)或一半的光調(diào)制寬度，即可得到相同的效果。因此，根據(jù)本結(jié)構(gòu)，激光驅(qū)動(dòng)器等 生成多對(duì)共振光對(duì)的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)變得更容易，器件驅(qū)動(dòng)時(shí)的功耗減少，有利于節(jié)能。
權(quán)利要求
一種量子干涉裝置，該量子干涉裝置具有氣態(tài)的堿金屬原子；以及光源，其用于產(chǎn)生不同頻率的共振光對(duì)，該共振光對(duì)保持與該堿金屬原子的2個(gè)基態(tài)之間的能量差相應(yīng)的頻率差，使所述堿金屬原子與所述共振光對(duì)相互作用，產(chǎn)生電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象，該量子干涉裝置的特征在于，所述共振光對(duì)的數(shù)量為多對(duì)，各個(gè)共振光對(duì)的中心頻率彼此不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子干涉裝置，其特征在于，與所述堿金屬原子相互作用的共振光對(duì)為線偏振光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子干涉裝置，其特征在于，與所述堿金屬原子相互作用的所述共振光對(duì)為圓偏振光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子干涉裝置，其特征在于，與所述堿金屬原子相互作用的所述共振光對(duì)為楕圓偏振光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子干涉裝置，其特征在于，在所述光源與封入了所述堿金屬原子的氣室之間的光路上設(shè)有波長(zhǎng)板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的量子干涉裝置，其特征在于，所述多對(duì)共振光對(duì)滿足電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的產(chǎn)生條件，各個(gè)共振光對(duì)的光強(qiáng)度處于 EIT信號(hào)強(qiáng)度線性增大的區(qū)域中的最大值PO附近。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的量子干涉裝置，其特征在于，所述多對(duì)共振光對(duì)的強(qiáng)度分布相對(duì)于各個(gè)對(duì)的中心頻率呈高斯分布，且與最大的光強(qiáng) 度對(duì)應(yīng)的共振光對(duì)滿足與該光方向的速度分量為0附近的所述堿金屬的原子團(tuán)對(duì)應(yīng)的電 磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的產(chǎn)生條件，其強(qiáng)度是線性區(qū)域中的最大值Po。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子干涉裝置，其特征在于，通過振幅調(diào)制與頻率調(diào)制或相位調(diào)制的合成來生成所述多對(duì)共振光對(duì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子干涉裝置，其特征在于，通過具有正弦波、三角波、鋸齒波、矩形波中的任意一個(gè)波形的信號(hào)的調(diào)制，來生成所 述多對(duì)共振光對(duì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的量子干涉裝置，其特征在于，該量子干涉裝置具有用于對(duì)所述光源進(jìn)行調(diào)制的驅(qū)動(dòng)電路部，該驅(qū)動(dòng)電路部與其它結(jié) 構(gòu)部件分離，在制造過程中或在產(chǎn)品化后的狀態(tài)下，能夠任意地控制、設(shè)定所述驅(qū)動(dòng)電路部 的常數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的量子干涉裝置，其特征在于，當(dāng)設(shè)所述堿金屬原子的核自旋量子數(shù)為I、所述堿金屬原子的P1/2激發(fā)能級(jí)或P3/2激 發(fā)能級(jí)中的超精細(xì)結(jié)構(gòu)的量子數(shù)為F’、考慮了 F’ = 1-1/2以及F’ =1+1/2的多普勒擴(kuò)展 的兩個(gè)能量的范圍彼此重合的區(qū)域內(nèi)的最小能量為E1、最大能量為E2時(shí)，引起所述電磁誘 導(dǎo)透明現(xiàn)象的多對(duì)共振光對(duì)中的任意一對(duì)的激發(fā)目標(biāo)能量Eend滿足El < Eend < E2。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的量子干涉裝置，其特征在于，設(shè)所述堿金屬原子的核自旋量子數(shù)為I、所述堿金屬原子的激發(fā)能級(jí)的超精細(xì)結(jié)構(gòu)的 量子數(shù)為F’，則在考慮了 F’ = 1-1/2以及F’ = 1+1/2的多普勒擴(kuò)展的兩個(gè)能量的范圍彼此不重合的狀態(tài)下，當(dāng)設(shè)考慮了所述多普勒擴(kuò)展的所述F’ = 1-1/2的能量的范圍為從Ell 到E12、考慮了所述多普勒擴(kuò)展的所述F，= 1+1/2的能量的范圍為從E21到E22、且Ell < E12、E21 < E22時(shí)，引起所述電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的多對(duì)共振光對(duì)中的任意一對(duì)的激發(fā)目 標(biāo)能量Eend只滿足Ell < Eend < E12或E21 < Eend < E22中的某一方的條件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的量子干涉裝置，該量子干涉裝置使多對(duì)共 振光對(duì)1次或多次地折返通過所述堿金屬原子，從所述堿金屬原子檢測(cè)所述電磁誘導(dǎo)透明 現(xiàn)象，該量子干涉裝置的特征在于，當(dāng)設(shè)未考慮多普勒寬度的激發(fā)能級(jí)的能量為E10、所述多對(duì)共振光對(duì)的激發(fā)目標(biāo)能量 為 EendO 時(shí)，所述 EendO 滿足 ElO < EendO 或 EendO < E10。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的量子干涉裝置，該量子干涉裝置使多對(duì)共 振光對(duì)1次或多次地折返通過所述堿金屬原子，從所述堿金屬原子檢測(cè)所述電磁誘導(dǎo)透明 現(xiàn)象，該量子干涉裝置的特征在于，當(dāng)設(shè)引起所述電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的多對(duì)共振光對(duì)中的任意一對(duì)的激發(fā)目標(biāo)能量為 Eend時(shí)，所述Eend只滿足Eend < ElO或ElO < Eend中的某一方的條件。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的量子干涉裝置，其特征在于，所述折返次數(shù)為奇數(shù)次。
16.一種原子振蕩器，其特征在于，該原子振蕩器具有權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述 的量子干涉裝置。
17.—種磁傳感器，其特征在于，該磁傳感器具有權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的量 子干涉裝置。
18.一種量子干涉?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟?，該量子干涉?zhèn)鞲衅骶哂袡?quán)利要求1至15中任意 一項(xiàng)所述的量子干涉裝置。
全文摘要
量子干涉裝置、原子振蕩器以及磁傳感器。使具有多普勒擴(kuò)展的光共振波長(zhǎng)分布的原子團(tuán)高效地產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。具有射出各共振光的LD(2)；產(chǎn)生LD(2)的中心波長(zhǎng)的中心波長(zhǎng)產(chǎn)生單元(1)；振蕩器(9)，振蕩產(chǎn)生相當(dāng)于2個(gè)不同基態(tài)的能量差(ΔE12)的頻率的1/2頻率；振蕩器(10)，振蕩產(chǎn)生遠(yuǎn)小于多普勒擴(kuò)展的頻率；EOM(電子光學(xué)調(diào)制元件)(3、4)，利用電信號(hào)對(duì)從LD(2)射出的共振光(11)實(shí)施頻率調(diào)制；氣室(5)，根據(jù)EOM(4)調(diào)制的光(12)的波長(zhǎng)來改變光的吸收量，封入了氣態(tài)堿金屬(銫)原子；光檢測(cè)器(光檢測(cè)單元)(6)，檢測(cè)從氣室(5)透射的光(13)；頻率控制單元(7)，根據(jù)光檢測(cè)器(6)的輸出檢測(cè)氣室(5)的EIT狀態(tài)，控制輸出電壓。
文檔編號(hào)H03L7/26GK101800545SQ20101011360
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者珎道幸治, 青山拓 申請(qǐng)人:愛普生拓優(yōu)科夢(mèng)株式會(huì)社