原子共振跃迁装置、原子振荡器、时钟、电子设备及移动体

摘要

本发明涉及一种原子共振跃迁装置、原子振荡器、时钟、电子设备及移动体。提供了能够实现小型化的原子共振跃迁装置，此外，提供了具备所涉及的原子共振跃迁装置的原子振荡器、时钟、电子设备及移动体。本发明的原子振荡器(1)具备：原子室(2)，其中封入有原子；第一光源部(31)，其出射与原子室(2)内的原子的D1线发生共振的第一光(LL1)；第二光源部(32)，其出射波长与第一光(LL1)不同且与原子室(2)内的原子的D1线或D2线发生共振的第二光(LL2)；检测部(4)，其对因从原子室(2)中通过的第一光(LL1)和第二光(LL2)的干涉而产生的光差频(LL)进行检测并生成差频信号。

说明书

技术领域

本发明涉及原子共振跃迁装置、原子振荡器、时钟、电子设备以及移动体。

背景技术

长期以来，作为具有高精度的振荡特性的振荡器，已知有基于铷、铯等碱性金属的原子的能量跃迁而进行振荡的原子振荡器。

虽然原子振荡器的工作原理一般大致分为：利用光及微波的双共振现象的方式、以及利用基于波长不同的两种光而产生的量子干涉效应(CPT：CoherentPopulationTrapping(相干布居俘获))的方式，但由于利用了量子干涉效应的原子振荡器与利用了双共振现象的原子振荡器相比而能够实现小型化，因此，近几年，可期待其被搭载于各种设备中(例如，参照专利文献1)。

例如，如专利文献1所公开的那样，利用了量子干涉效应的原子振荡器具备：封入有气体状的碱性金属原子的气室；出射使气室中的碱性金属原子发生共振的共振光对(第一、第二种光)的光源；对透过气室的共振光对进行检测的光检测部。而且，在这种原子振荡器中，在两种共振光的频率差为特定的值时会产生两种共振光的双方不被气室内的碱性金属原子所吸收而是透过的电磁诱导透明化(EIT：ElectromagneticallyInducedTransparency)现象，通过光检测器而检测出作为随着该EIT现象而产生的陡峭的信号的EIT信号，并将该EIT信号作为基准信号来使用。

此外，在专利文献1所涉及的原子振荡器中，以实现电路部分的小型化及省电化为目的，基于从气室透过的多种光的干涉而得到的差频信号，以使第一、第二种光成为产生EIT现象的共振光对的方式进行频率控制。

然而，在利用了量子干涉效应的原子振荡器、亦即将EIT信号作为基准信号来使用的原子振荡器中，一般情况下，实施对气室内的碱性金属原子施加固定磁场的操作。因此，在专利文献1所涉及的原子振荡器中也需要用于产生磁场的线圈及用于遮蔽外部磁场的屏蔽部件等，其结果为，存在无法充分实现装置的小型化的问题。

专利文献1：日本特开2011-160251号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够实现小型化的原子共振跃迁装置，此外，还提供一种具备所涉及的原子共振跃迁装置的原子振荡器、时钟、电子设备及移动体。

本发明是为了解决上述的课题中的至少一部分而完成的发明，并能够作为以下的方式或应用例来实现。

应用例1

本发明的原子共振跃迁装置的特征在于，具备：原子室，其中封入有原子；第一光源部，其出射与所述原子的D1线发生共振的第一光；第二光源部，其出射波长与所述第一光不同且与所述原子的D1线或D2线发生共振的第二光；检测部，其对因从所述原子室中通过的所述第一光与所述第二光的干涉而产生的光差频进行检测并生成差频信号。

根据这种原子共振跃迁装置，能够实现如下的原子振荡器，即，不利用作为通过电磁诱导透明化现象而产生的信号的EIT信号，而利用差频信号，并且具有基于原子的能量跃迁的高精度的振荡特性的原子振荡器。因此，不需要如现有技术这样在利用了EIT信号的装置中所需的磁性线圈、磁性屏蔽部件以及偏振板等部件，其结果为，能够实现装置的小型化。而且，由于作为第一光及第二光中的至少第一光而使用与原子的D1线发生共振的光，因此与仅使用了D2线的情况相比，能够使原子的吸收的线宽变窄，其结果为，能够提高S/N比。

应用例2

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，所述第二光为与所述原子的D2线发生共振的光。

如此，能够使第一光的波长与第二光的波长之差变大，并提高差频信号的频率。其结果为，能够提高短期稳定性。

应用例3

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，所述第二光为与所述原子的D1线发生共振的光。

如此，能够使第一光及第二光的双方的原子的吸收的线宽变窄。

应用例4

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，所述原子为碱性金属原子。

如此，能够比较简单地使原子的吸收的线宽变窄。此外，能够减少混入差频信号中的噪声。

应用例5

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，所述碱性金属原子为铯原子。

在碱性金属中，铯原子的D1线与D2线的频率差也比较大。因此，能够扩大第一光的波长与第二光的波长之差，并提高差频信号的频率。

应用例6

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，具备第一控制部，所述第一控制部以使所述第一光的波长成为所述原子的吸收光谱的峰值波长的方式对所述第一光源部进行控制。

由此，能够使第一光与原子的D1线发生共振。

应用例7

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，所述第一控制部以使所述第一光的波长成为所述原子的饱和吸收光谱的峰值波长的方式对所述第一光源部进行控制。

由此，能够使通过第一光而产生的原子的吸收的线宽变窄。

应用例8

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，具备第二控制部，所述第二控制部以使所述第二光的波长成为所述原子的吸收光谱的峰值波长的方式对所述第二光源部进行控制。

由此，能够使第二光与原子的D1线或D2线发生共振。

应用例9

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，所述第二控制部以使所述第二光的波长成为所述原子的饱和吸收光谱的峰值波长的方式对所述第二光源部进行控制。

由此，能够使通过第二光而产生的原子的吸收的线宽变窄。

应用例10

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，所述第一光与所述第二光在所述原子室内交叉。

由此，能够以使第一光及第二光中的至少一方的光的波长成为原子的饱和吸收光谱的方式进行控制。

应用例11

在本发明的原子共振跃迁装置中，优选为，具备输出部，所述输出部利用所述差频信号而输出时钟信号。

由此，能够取得基于差频信号的高精度的时钟信号。

应用例12

本发明的原子振荡器的特征在于，具备本发明的原子共振跃迁装置。

由此，能够提供小型的原子振荡器。

应用例13

本发明的时钟的特征在于，具备本发明的原子共振跃迁装置。

由此，能够提供一种具备小型的原子共振跃迁装置的时钟。

应用例14

本发明的电子设备的特征在于，具备本发明的原子共振跃迁装置。

由此，能够提供一种具备小型的原子共振跃迁装置的电子设备。

应用例15

本发明的移动体的特征在于，具备本发明的原子共振跃迁装置。

由此，能够提供一种小型的具备原子共振跃迁装置的移动体。

附图说明

图1为表示本发明的第一实施方式所涉及的原子振荡器(原子共振跃迁装置)的概要图。

图2为表示原子室内的原子(铯原子)的能量状态与共振光对(第一光、第二光)之间的关系的一个示例的图。

图3为用于对分别从图1所示的第一光源部及第二光源部出射的光进行说明的图。

图4为图3所示的原子室的横剖视图。

图5中(a)为表示原子室内的原子的吸收光谱的图，(b)为表示通过检测部而检测出的差频信号的图。

图6为表示本发明的第二实施方式所涉及的原子振荡器(原子共振跃迁装置)的概要图。

图7为用于对分别从图6所示的第一光源部及第二光源部出射的光进行说明的图。

图8为表示本发明的时钟的一个示例的立体图。

图9为表示将本发明的原子振荡器应用于利用了GPS卫星的定位系统中的情况的概要结构的图。

图10为表示本发明的移动体的一个示例的图。

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施方式，对本发明的原子共振跃迁装置、原子振荡器、时钟、电子设备以及移动体进行详细说明。

1.原子振荡器(原子共振跃迁装置)

首先，对本发明的原子振荡器(具备本发明的原子共振跃迁装置的原子振荡器)进行说明。另外，以下，对将本发明的原子共振跃迁装置应用到原子振荡器中的示例进行说明，但本发明的原子共振跃迁装置并不限定于此，也可以应用到例如磁性传感器、量子存储器等设备中。

第一实施方式

图1为表述本发明的第一实施方式所涉及的原子振荡器(原子共振跃迁装置)的概要图。图2为表示原子室内的原子(铯原子)的能量状态与共振光对(第一光、第二光)之间的关系的一个示例的图。图3为用于对分别从图1所示的第一光源部及第二光源部出射的光进行说明的图，图4为图3所时的原子室的横剖视图。图5(a)为表示原子室内的原子的吸收光谱的图，图5(b)为表示通过检测部而被检测出的差频信号的图。

图1所示的原子振荡器1具备：原子室2(气室：gascell)，其中封入有原子；第一光源部31，其出射向原子室2内的原子进行照射的第一光LL1；第二光源部32，其出射向原子室2内的原子进行照射的第二光LL2；光学部件33、34，其使第一光LL1及第二光LL2合成并入射到原子室2内；检测部4，其对透过了原子室2的第一光LL1及第二光LL2进行检测；第一控制部51，其对第一光LL1的波长进行控制，第二控制部52，其对第二光LL2的波长进行控制，输出部53，其利用检测部4的检测结果而输出时钟信号。

在该原子振荡器1中，从第一光源部31出射的第一光LL1的波长与从第二光源部32出射的第二光LL2的波长互为不同，并且第一光LL1及第二光LL2相互重合而使产生差拍(光差频LL)。在此，第一光LL1及第二光LL2的波长，通过第一控制部51及第二控制部52而以与原子室2内的原子的吸收光谱一致的方式高精度地被控制。尤其是，第一光LL1以在原子室2内的原子的D1线处共振的方式而被控制，此外，第二光LL2以在原子室2内的原子的D1线或D2线处共振的方式而被控制。

而且，在检测部4中，检测出与光差频LL的频率相等的差频信号，并在输出部53中，利用该差频信号而生成并输出时钟信号。

根据这种原子振荡器1，能够实现如下的原子振荡器，即，不使用作为由于电磁诱导透明化现象而产生的信号的EIT信号，而使用基于光差频LL而产生的差频信号，并具有基于原子的能量跃迁而产生高精度的振荡特性的原子振荡器。因此，无需使产生EIT信号，此外，即使生成了EIT信号，也不需要利用该EIT信号。因此，不需要如现有技术这样在利用了EIT信号的装置中所需要的磁性线圈、磁性屏蔽部件以及偏振板等部件，其结果为，能够实现装置的小型化。而且，由于作为第一光及第二光中的至少第一光而使用在原子的D1线处共振的光，因此与仅使用了D2线的情况相比，能够使原子的吸收的线宽变窄，其结果为，能够提高S/N比(信号对噪声比)。

以下，对原子振荡器1的各部依次进行说明。

原子室

在原子室2内封入有气体状的原子。作为该原子，只要是具有至少两个不同的共振波长的跃迁的原子、亦即吸收光谱至少具有两个峰值的原子，则能够使用所用的原子，但是从吸收光谱的峰值的线宽较窄且容易成为气体状的观点出发，优选使用铷原子、铯原子、钠原子等碱性金属原子。

此外，也可以根据需要而将氩气、氖气等稀有气体、氮气等惰性气体作为缓冲气体而与碱性金属气体一起封入在原子室2内。然而，从使吸收光谱的峰值的线宽变窄的观点来看，优选为，在原子室2内尽可能不包含碱性金属原子以外的原子。另外，在下文中，以在原子室2内封入了碱性金属原子的情况为例而进行说明。

例如，如图2所示，作为碱性金属原子的一种的铯原子，具有6S_1/2的基态能级、6P_1/2以及6P_3/2的两个激励能级。此外，6S_1/2、6P_1/2、6P_3/2的各能级具有分裂为多个能量能级的精细结构。具体而言，6S_1/2能级具有F＝3、4这两个基态能级，6P_1/2能级具有F’＝3、4这两个激励能级，6P_3/2能级具有F”＝2、3、4、5这四个激励能级。

虽然处于6S_1/2的F＝3的第一基态能级的铯原子通过吸收D2线而能够跃迁到6P_3/2的F”＝2、3、4中的任意一个激励能级，但却不能跃迁到F”＝5的激励能级。虽然处于6S_1/2的F＝4的第二基态能级的铯原子通过吸收D2线而能够跃迁到6P_3/2的F”＝3、4、5中的任意一个的激励能级，但却不能跃迁到F”＝2的激励能级。这些是通过假设了电偶极跃迁的情况下的跃迁选择定则而实现。相反，处于6_P3/2的F”＝3、4中的任意一个的激励能级的铯原子，放出D2线而能够跃迁到6S_1/2的F＝3或F＝4的基态能级(原来的基态能级或其他的基态能级中的任意一个)。由于由这样的6S_1/2的F＝3、4这两个基态能级与6P_3/2的F”＝3、4中的任意一个激励能级组成的3能级能够通过进行由D2线的吸收、发光而引起的Λ型的跃迁，因此称为Λ型3能级。同样地，由于由6S_1/2的F＝3、4这两个基态能级与6P1/2的F’＝3、4中的任意一个激励能级组成的3能级也能够进行由D1线的吸收、发光而引起的Λ型的跃迁，因此形成Λ型3能级。

相对于此，处于6P_3/2的F”＝2的激励能级的铯原子放出D2线而必然跃迁到6S_1/2的F＝3的基态能级(原来的基态能级)，同样地，处于6P_3/2的F”＝5的激励能级的铯原子放出D2线而必然跃迁到6S_1/2的F＝4的基态能级(原来的基态能级)。因此，由6S_1/2的F＝3、4这两个基态能级与6P_3/2的F＝2或F＝5的激励能级组成的3能级由于不能进行由D2线的吸收、放出而引起的Λ型的跃迁，因此不形成Λ型3能级。

另外，铯原子以外的碱性金属原子也同样地具有形成Λ型3能级的这两个基态能级和激励能级。

如图3及图4所示，封入有这种碱性金属的原子室2具有：主体部21以及以隔着主体部21的方式而设置的一对窗部22、23。在该原子室2中，主体部21被配置在一对窗部22、23之间，并且主体部21及一对窗部22、23划分形成(构成)了封入有气体状的碱性金属的内部空间S。

更具体地进行说明，主体部21成为板状，在该主体部21上形成有在主体部21的厚度方向上贯通的贯通孔211。

作为该主体部21的构成材料，不特别地进行限定，虽然列举了玻璃材料、水晶、金属材料、树脂材料、硅材料等，但在其中，优选使用玻璃材料、水晶、硅材料中的任意一种，更优选为，使用硅材料。由此，即使形成宽度及高度在10mm以下的这样的较小的原子室2的情况下，也能够利用蚀刻等精细加工技术而容易地形成高精度的主体部21。尤其是，能够对硅进行通过蚀刻的精细加工。因此，即使通过利用硅来构成主体部21，从而实现原子室2的小型化，也能够简单且高精度地形成主体部21。此外，虽然一般情况下，窗部22、23由玻璃构成，但硅与玻璃相比而在热传导性上较为优异。因此，能够使主体部21具有优异的散热性。此外，在窗部22、23由玻璃构成的情况下，能够通过阳极接合而简单地使主体部21与窗部22、23进行气密性的接合，从而能够使原子室2具有优异的可靠性。

在这种主体部21的一侧的面上接合有窗部22，另一方面，在主体部21的另一侧的面上接合有窗部23。由此，贯通孔211的一端开口通过窗部22而被封锁，并且贯通孔211的另一端开口通过窗部23而被封锁。

如此，通过利用窗部22、23来对贯通孔211进行封锁，从而形成了封入有气体状的碱性金属原子的内部空间S。在本实施方式中，贯通孔211的横截面，即内部空间S的横截面呈圆形。另外，内部空间S的横截面形状并不限定于圆形，也可以是例如四边形、五边形等多边形、椭圆形等。

作为主体部21与窗部22、23的接合方法，根据这些构成材料而被决定，只要是能够气密性地进行接合的方法，则不特别地进行限定，但虽然能够使用例如利用粘着剂而进行的接合方法、直接接合法、阳极接合法、表面活性化接合法等，但优选使用直接接合法或阳极接合法。由此，能够使主体部21与窗部22、23简单且气密性地进行接合，从而能够使原子室2具有优异的可靠性。

被接合在这种主体部21上的各窗部22、23分别呈板状，并具有针对第一光LL1及第二光LL2的透射性。而且，一侧的窗部22为第一光LL1及第二光LL2向原子室2的内部空间S内入射的入射侧窗部，另一侧的窗部23为第一光LL1及第2光LL2从原子室2的内部空间S内出射的射出侧窗部。

作为窗部22、23的构成材料，只要具有针对第一光LL1及第二光LL2的透过性，则不特别地进行限定，但虽然列举出例如玻璃材料、水晶等，但优选为使用玻璃材料。由此，能够实现具有相对于第一光LL1及第二光LL2的优越的透过性的窗部22、23。此外，在主体部21由硅构成的情况下，通过利用玻璃来构成窗部22、23，从而能够利用阳极接合来使主体部21和窗部22简单且气密性地进行接合，从而能够使原子室2具有优异的可靠性。另外，也可以根据窗部22、23的厚度以及第一光LL1及第二光LL2的强度而利用硅来构成窗部22、23。在该情况下，也能够使主体部21与窗部22、23进行直接接合或阳极接合。

这种原子室2通过未图示的加热器而被控制为期望的温度。由此，能够使原子室2内的碱性金属维持在期望浓度的气体状。

第一光源部、第二光源部

第一光源部31具有出射在前述的原子室2内的原子的D1线处共振的第一光LL1(第一共振光)的功能。另一方面，第二光源部32具有出射第二光LL2(第二共振光)的功能，且所述第二光LL2(第二共振光)的波长与第一光LL1不同且在原子室2内的原子的D1线或D2线处共振。在此，第一光LL1及第二光LL2分别为具有可干涉性(相干性)的光。

例如，在原子室2内的原子为铯原子的情况下，第一光LL1的波长为在D1线(从第一基态能级向6P_1/2激励能级的跃迁)处共振的894nm，第二光LL2的波长为在D2线(从第一基态能级向6P_3/2激励能级的跃迁)处共振的850nm(参照图2)。另外，第二光LL2的波长可以是在D1线(从第二基态能级向6P_1/2激励能级的跃迁)处共振的波长，并且该波长与第一光LL1的波长相比仅不同于与相当于第一基态能级和第二基态能级的能量差△E的波长对应的量。

虽然这样的第一光源部31及第二光源部32只要为能够出射前述那样的光的光源则不特别地进行限定，但也可以使用例如端面发光激光器、垂直共振器面发光激光器(VSCEL)等半导体激光器而构成。

光学部件

光学部件33为例如镜子，光学部件34为例如偏光光束分流器。

光学部件33使来自第二光源部32的第二光LL2朝向光学部件34而反射。而且，光学部件34使来自第一光源部31的第一光LL1就此透射并向原子室2入射，并且使通过光学部件33而反射的第二光LL2进行反射并向原子室2入射。因此，如图3所示，第一光LL1以第二光LL2以光轴相互一致的(或成为平行)的方式而被合成并向原子室2入射。

在此，光学部件33、34构成对第一光LL1与第二光LL2进行合成的“合成部”。通过这样的合成部，能够使第一光LL1及第二光LL2相互间光轴一致并向原子室2照射。另外，也可以省略光学部件33。该情况下，只要以使第二光LL2向光学部件34入射的朝向来设置第二光源部32即可。

由于以此方式被合成的第一光LL1及第二光LL2的光轴相互一致或平行，且具有互为不同的波长，因此由于干涉而形成光差频LL(差频信号光)。虽然在图3中图示了第一光LL1的光轴a1及第二光LL2的光轴a2分别与原子室2的中心轴a一致的情况，但只要它们的轴相互平行即可。

此外，被合成的第一光LL1及第二光LL2中，虽然在图3及图4中，第一光LL1的通过区域被包含在第二光LL2的通过区域内，但也可以使它们的通过区域一致，还可以使第二光LL2的通过区域被包含在第一光LL1的通过区域中，也可以使这两个光的通过区域的一部分彼此重叠。在此，从有效地使产生干涉的观点来看，优选为，在原子室2内，第一光LL1的宽度W1尽可能接近第二光LL2的宽度W2，具体而言，优选为相对于宽度W2而为0.8以上1.2以下。此外，优选为，宽度W1、W2分别与原子室2内的宽度W相比而较小，具体而言，优选为，相对于宽度W而为0.5以上0.99以下。

检测部

检测部4具有对透过了原子室2内的第一光LL1及第二光LL2的强度进行检测的功能。

在此，透过了原子室2内的第一光LL1及第二光LL2通过以上文所述的方式干涉而形成光差频LL(差频信号光)。检测部4具有对该光差频LL进行检测并生成、输出包括与频率光差频LL的差拍的频率(差频频率)相等的频率的差频信号在内的检测信号的功能。

例如，在原子室2内的原子为碱性金属原子的情况下，如图5(a)所示，吸收光谱具有由1线而邻接的两个峰值P11、P12以及由D2线而邻接的两个峰值P21、P22。峰值P11对应于图2所示的从第二基态能级向6P_1/2激励能级的跃迁，峰值P12对应于图2所示的从第一基态能级向6P1/2激励能级的跃迁，峰值P21对应于图2所示的从第二基态能级向6P_3/2激励能级的跃迁，峰值P22对应于图2所示的从第一基态能级向6P_3/2激励能级的跃迁。

因此，例如，如图2所示，在将从第一基态能级向6P_1/2激励能级进行跃迁的D1线作为第一光LL1来使用，将从第一基态能级向6P_3/2激励能级进行跃迁的D2线作为第二光LL2来使用的情况下，峰值P12的频率与峰值P22的频率之差，成为第一光LL1的频率f1与第二光LL2的频率f2之差(f2-f1)。例如，在原子室2内的原子为铯原子的情况下，频率差(f2-f1)为16.6THz，在原子室2内的原子为钠原子的情况下，频率差(f2-f1)为515GHz，在原子室2内的原子为铷原子的情况下，频率差(f2-f1)为7.12THz。

而且，如图5(b)所示，光差频LL的差频频率成为与该频率差(f2-f1)相等的频率。即，光差频LL的周期成为1/(f2-f1)。

另外，在将从第一基态能级向6P_1/2激励能级跃迁的D1线作为第一光LL1来使用、将从第二基态能级向6P_1/2激励能级跃迁的D1线作为第二光LL2来使用的情况下，光差频LL的差频频率成为峰值P11的频率与峰值P12的频率之差，即，成为相当于图2所示的第一基态能级与第二基态能级的能量差△E的频率f3。例如，在原子室2内的原子为铯原子的情况下，频率f3为9.2GHz，在原子室2内的原子为钠原子的情况下，频率f3为1.7716GHz，在原子室2内的原子为铷(⁸⁵Rb)原子的情况下，频率f3为3.0357GHz，在原子室2内的原子为铷(⁸⁷Rb)原子的情况下，频率f3为6.8346GHz。

此外，峰值P11、P12的各自的线宽与峰值P21、P22的各自的线宽相比而较窄。

虽然作为这种检测部4，只要能够检测出前述的这种吸收光谱及光差频LL的检测部，则不进行特别限定，但是也可以使用例如光电二极管等光检测器(高速受光元件)。

第一控制部及第二控制部

第一控制部51具有利用前述的检测部4的检测结果而对第一光源部31进行控制的功能。同样地，第二控制部52具有利用检测部4的检测结果而对第二光源部32进行控制的功能。

若更具体地进行说明，第一控制部51利用检测部4的检测结果以使第一光LL1的波长成为原子室2内的原子的吸收光谱的峰值波长(例如图5(a)所示的峰值P12的波长)的方式对第一光源部31进行控制。由此，能够使第一光LL1在原子室2内的原子的D1线处共振。

此外，第二控制部52利用检测部4的检测结果以使第二光LL2的波长成为原子室2内的原子的吸收光谱的峰值波长(例如图5(a)所示的峰值P22的波长)的方式对第二光源部32进行控制。由此，能够使第二光LL2在原子室2内的原子的D2线处共振。

这样的第一控制部51及第二控制部52分别能够以具有例如检波电路、调制电路及低频振荡器的方式而构成，并通过反馈环路而对第一光源部31及第二光源部32具有的半导体激光器的偏置电流进行设定，并以使第一光LL1及第二光LL2的中心波长成为前述的这样的波长的方式进行调节。

另外，虽然在本实施方式中，第一控制部51及第二控制部52利用检测部4的检测结果来对第一光源部31及第二光源部32进行控制，但也可以利用独立于检测部4而另行设置的检测部(受光元件)的检测结果来对第一光源部31及第二光源部32进行控制。在该情况下，例如，可以在原子室2与检测部4之间配置偏光光束分流器配置，并利用另行设置的检测部而对分岔的光差频LL进行接收。

输出部

输出部53具有利用前述的检测部4的检测结果而输出时钟信号的功能。由此，能够获得基于差频信号的高精度的时钟信号。

若具体地进行说明，输出部53对包含在检测部4的检测信号中的差频信号进行分频并生成、输出时钟信号(例如10MHz或1Hz的时钟信号)。

这样的输出部53以具有例如触发电路及DDS(DirectDigitalSynthesizer)的方式而构成。此外，输出部53也可以根据需要而具有从检测部4的检测信号中仅选择并提取出差频信号的滤光器、使差频信号增幅的信号増幅电路等其他的电路。

根据以上所说明的这种原子振荡器1能够实现如下的原子振荡器，即，不利用作为通过电磁诱导透明化现象而产生的信号的EIT信号，而利用差频信号，并具有基于原子的能量跃迁而产生的高精度的振荡特性的原子振荡器。因此，无需使产生EIT信号，此外，即使产生了EIT信号，也不需要利用该EIT信号。因此，不需要如现有技术那样在利用了EIT信号的装置中所需的磁性线圈、磁性屏蔽部件及偏光板等部件，其结果为，能够实现装置的小型化。而且，由于作为第一光LL1及第二光LL2中的至少第一光LL1而利用在原子的D1线处共振的光，因此与仅利用D2线的情况相比，能够使原子的吸收的线宽变窄，其结果为，能够使S/N提高。

在此，通过使第二光LL2为与原子的D2线发生共振的光，从而能够使第一光LL1的波长与第二光LL2的波长之差变大，进而使差频信号的频率提高(变大)。其结果为，能够提高短期稳定性。

与此相对，通过使第二光LL2为与原子的D1线发生共振的光，从而能够使第一光LL1及第二光LL2的双方而言，原子的吸收的线宽变窄。

此外，通过使原子室2内的原子为碱性金属原子，从而能够比较简单地使原子的吸收的线宽变窄。此外，能够降低混入到差频信号中的噪声。尤其是，铯原子即使在碱性金属中，D1线与D2线的频率差比较大。因此，在第一光LL1为D1线、第二光LL2为D2线的情况下，通过能够使原子室2内的原子为铯原子，从而使第一光LL1的波长与第2光LL2的波长之差变大，从而提高差频信号的频率。

第二实施方式

接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。

图6为表示本发明的第二实施方式所涉及的原子振荡器(原子共振跃迁装置)的概要图，图7为用于对分别从图6所示的第一光源部及第二光源部出射的光进行说明的图。

本实施方式除了利用饱和吸收光谱而对第一光及第二光的波长进行控制以，与前述的第一实施方式相同。

另外，在以下的说明中，关于第二实施方式，以与前述的实施方式不同的点为中心而进行说明，关于相同的事项省略对其说明。此外，在图6、7中，对于与前述的实施方式相同的结构标注同一符号。

图6所示的原子振荡器1A具备以如下方式配置的光学部件35、36、37，即，在光学部件34与原子室2之间使第一光LL1及第二光LL2分支并从不同的两个方向向原子室2照射的方式配置。

光学部件35为例如偏光光束分流器，光学部件36、37分别为例如镜子。

光学部件35使来自光学部件34的第一光LL1及第二光LL2就此通过并向原子室2入射，并且朝向光学部件36使其反射。即，光学部件35使由来自光学部件34的第一光LL1及第二光LL2组成的光分支为入射到原子室2的光LLa以及入射到光学部件36的光LLb。光LLa经由原子室2而被检测部4接收。另一方面，光LLb在光学部件37上进行反射，如图7所示，以与光LLa不同的方向入射到原子室2。而且，通过了原子室2的光LLb入射到未图示的反射防止部。在图7中示出了光LLa的光轴与光LLb的光轴在原子室2内正交的情况。另外，只要光LLb的光轴与光LLa的光轴为不同的方向即可，并不限定于图示的方式。此外，在本实施方式中，原子室2的主体部21以具有相对于光LLb的透射性的方式而构成。

通过以此方式使光LLb从与光LLa不同的方向入射到原子室2内，从而能够在检测部4中对原子室2内的原子的饱和吸收光谱的峰值进行检测。该饱和吸收光谱的峰值与通常的吸收光谱的峰值相比线宽较窄。

因此，第一控制部51以使第一光LL1的波长成为原子室2内的原子的饱和吸收光谱的峰值波长的方式对第一光源部31进行控制。由此，能够使通过第一光LL1而进行的原子的吸收的线宽变窄。同样地，第二控制部52以使第二光LL2的波长成为原子室2内的原子的饱和吸收光谱的峰值波长的方式对第二光源部32进行控制。由此，能够使通过第二光LL2进行的原子的吸收的线宽变窄。其结果为，能够提高短期频率稳定性。

如此，通过使第一光LL1和第二光LL2在原子室2内交叉，从而能够以使第1光LL1及第二光LL2的波长成为原子室2内的原子的饱和吸收光谱的方式进行控制。

通过以上所说明的这样的第二实施方式也能够实现小型化。

2.时钟

接下来，对本发明的时钟的一个示例进行说明。图8为表示本发明的时钟的一个示例的立体图。

时钟500为腕表，能够佩戴于手腕上。此外，在时钟500的内部搭载有以前述的方式被小型化的原子振荡器1，并且能够将基于从原子振荡器1输出的时钟信号的时刻显示在显示部501上。

3.电子设备

图9为表示将本发明的原子振荡器应用在利用了GPS卫星的定位系统中的情况下的概要结构的图。

图9所示的定位系统100由GPS卫星200、基站装置300、GPS接收装置400而构成。

GPS卫星200发送定位信息(GPS信号)。

基站装置300具备接收装置302和发送装置304，所述接收装置302经由被设置在例如电子基准点(GPS连续观测站)的天线301而以高精度地接收来自GPS卫星200的定位信息，所述发送装置304经由天线303而对由该接收装置302所接收的定位信息进行发送。

在此，接收装置302为，具有作为其基准频率振荡源的前述的本发明的原子振荡器1的电子装置。这种接收装置302具有优秀的可靠性。此外，由接收装置302所接收的定位信息通过发送装置304而被实时发送。

GPS接收装置400具备卫星接收部402和基站接收部404，所述卫星接收部402经由天线401而接收来自GPS卫星200的定位信息，所述基站接收部404经由天线403而接收来自基站装置300的定位信息。

4.移动体

图10为表示本发明的移动体的一个示例的图。

在该图中，移动体1500被构成为，具有车身1501和四个车轮1502，并通过被设置在车身1501上的未图示的动力源(发动机)而使车轮1502进行旋转。在这样的移动体1500上，内置有原子振荡器1。

另外，本发明的电子设备并不限定于前述的设备，例如，也能够适用于移动电话、数码相机、喷墨式喷出装置(例如喷墨式打印机)、个人计算机(移动型个人计算机、膝上型个人计算机)、电视机、摄像机、摄像记录仪、汽车导航装置、呼叫器、电子笔记本(附带包括通信功能)、电子辞典、台式计算机、电子游戏机、文字处理器、工作台、电视电话、防犯罪用电视监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超音波诊断装置、电子内视镜)、鱼群探测器、各种测定设备、计测类(例如，车辆、飞机、船舶的测量仪表类)、飞行模拟装置、地面数据广播、移动电话基站、GPS模块等。

虽然以上基于图示的实施方式对本发明的原子共振跃迁装置、原子振荡器、时钟、电子设备及移动体进行了说明，但本发明并不限定于此。

此外，本发明的各部的结构，能够置换为发挥与前述的实施方式相同的功能的任意的结构，此外，也能够添加任意的结构。此外，本发明也可以对前述的各实施方式的任意的结构进行组合。

符号说明

1…原子振荡器；

1A…原子振荡器；

2…原子室；

4…检测部；

21…主体部；

22…窗部；

23…窗部；

31…第一光源部；

32…第二光源部；

33…光学部件；

34…光学部件；

35…光学部件；

36…光学部件；

37…光学部件；

51…第一控制部；

52…第二控制部；

53…输出部；

100…定位系统；

200…GPS卫星；

211…贯通孔；

300…基站装置；

301…天线；

302…接收装置；

303…天线；

304…发送装置；

400…GPS接收装置；

401…天线；

402…卫星接收部；

403…天线；

404…基站接收部；

500…时钟；

501…显示部；

1500…移动体；

1501…车身；

1502…车轮；

a…中心轴；

a1…光轴；

a2…光轴；

f1…频率；

f2…频率；

f3…频率；

LL…光差频；

LL1…第一光；

LL2…第二光；

LLa…光；

LLb…光；

P11…峰值；

P12…峰值；

P21…峰值；

P22…峰值；

S…内部空间；

W…宽度；

W1…宽度；

W2…宽度；

△E…能量差。