《原子振荡器及原子振荡器的控制方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原子振荡器及原子振荡器的控制方法.pdf（13页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN102025372A43申请公布日20110420CN102025372ACN102025372A21申请号201010288506922申请日20100915200921413420090916JPH03L7/2620060171申请人精工爱普生株式会社地址日本东京都72发明人青山拓珎道幸治74专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127代理人李辉黄纶伟54发明名称原子振荡器及原子振荡器的控制方法57摘要本发明提供原子振荡器及原子振荡器的控制方法。原子振荡器100具有生成用于使碱金属原子产生电磁诱导透明现象EIT现象的共振光对的光源1；根据来自光源1的光的波长来改变光。
2、吸收量的碱金属装入室2；向光源1提供高频信号来生成共振光对的边频带产生单元5；向光源1提供直流信号且能够改变共振光对的中心频率的中心波长改变单元4；检测透过碱金属原子的共振光对、输出与透过的共振光对的强度对应的检测信号的光检测单元3；检测改变共振光对的中心频率时检测信号的最小值的吸收检测单元6；控制从边频带产生单元5输出的高频信号的提供或停止的信号处理单元8。30优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图4页CN102025386A1/2页21一种原子振荡器，其特征在于，该原子振荡器具有气体状的碱金属原子；光源，其生成用于使所述碱金属原。
3、子产生电磁诱导透明现象的共振光；高频产生单元，其向所述光源提供高频信号来生成共振光对；中心频率改变单元，其向所述光源提供直流信号而改变所述共振光对的中心频率；光检测单元，其检测透射过所述碱金属原子的所述共振光，输出与该透射过的所述共振光的强度对应的检测信号；吸收检测单元，其检测使所述共振光的频率改变时所述检测信号的最小值；以及信号处理单元，其控制从所述高频产生单元输出的高频信号的提供或停止，其中，该信号处理单元在使所述高频信号的输出停止的状态下，对由所述吸收检测单元检测出的所述最小值与所述检测信号进行比较，控制所述中心频率改变单元来设定所述共振光对的中心频率，使得所述检测信号比所述最小值大规定。
4、值，所述设定的中心频率被设定为比与所述最小值对应的所述共振光的频率低。2一种原子振荡器，其特征在于，该原子振荡器具有气体状的碱金属原子；光源，其生成用于使所述碱金属原子产生电磁诱导透明现象的共振光；高频产生单元，其向所述光源提供高频信号来生成共振光对；中心频率改变单元，其向所述光源提供直流信号而改变所述共振光对的中心频率；光检测单元，其检测透射过所述碱金属原子的所述共振光对，输出与该透射过的所述共振光对的强度对应的检测信号；吸收检测单元，其检测使所述共振光对的中心频率改变时所述检测信号的最小值；以及信号处理单元，其将所述高频信号的频率设定为不产生所述电磁诱导透明现象的预定频率，其中，该信号处理。
5、单元在停止了所述电磁诱导透明现象的状态下，对由所述吸收检测单元检测出的所述最小值与所述检测信号进行比较，控制所述中心频率改变单元来设定所述共振光对的中心频率，使得所述检测信号比所述最小值大规定值，所述设定的中心频率被设定为比与所述最小值对应的所述共振光对的中心频率低。3根据权利要求1或2所述的原子振荡器，其特征在于，所述碱金属原子是铯，所述设定的所述共振光的中心频率被设定为比与所述最小值对应的所述共振光的频率或所述共振光对的中心频率低100MHZ至300MHZ。4一种原子振荡器的控制方法，所述原子振荡器使用了用于生成使碱金属原子产生电磁诱导透明现象的共振光的光源，该控制方法的特征在于，包括以下。
6、步骤第1控制步骤，向所述光源提供高频信号来生成共振光对；第2控制步骤，向所述光源提供预定的直流信号，以设定所述共振光对的中心频率；第3控制步骤，控制所述高频信号的提供或停止；第4控制步骤，在停止了所述高频信号的提供的状态下，改变所述直流信号的强度，检测透射过所述碱金属原子的所述共振光的强度；权利要求书CN102025372ACN102025386A2/2页3第5控制步骤，检测在所述第4控制步骤中检测出的所述共振光的强度的最小值；以及第6控制步骤，根据在所述第5控制步骤中检测出的所述最小值，在停止了所述高频信号的提供的状态下改变所述直流信号的强度，检测透射过所述碱金属原子的所述共振光的强度，将所。
7、述直流信号的强度设定为使得所述共振光的强度比所述最小值大规定值。5一种原子振荡器的控制方法，所述原子振荡器使用了用于生成使碱金属原子产生电磁诱导透明现象的共振光的光源，该控制方法的特征在于，包括以下步骤第1控制步骤，向所述光源提供高频信号来生成共振光对；第2控制步骤，向所述光源提供预定的直流信号，以设定所述共振光对的中心频率；第3控制步骤，将所述高频信号的频率设定为不产生所述电磁诱导透明现象的预定频率；第4控制步骤，改变所述直流信号的强度，存储透射过所述碱金属原子的所述共振光对的强度的最小值；以及第5控制步骤，根据在所述第4控制步骤中存储的所述最小值，改变所述直流信号的强度，检测透射过所述碱金。
8、属原子的所述共振光对的强度，将所述直流信号的强度设定为使得该共振光对的强度的检测值比所述最小值大规定值。6根据权利要求4或5所述的原子振荡器的控制方法，其特征在于，所述碱金属原子是铯，与所述直流信号的强度对应的所述共振光对的中心频率被设定为，比与所述最小值对应的所述共振光的频率或所述共振光对的中心频率低100MHZ至300MHZ。权利要求书CN102025372ACN102025386A1/6页4原子振荡器及原子振荡器的控制方法技术领域0001本发明涉及原子振荡器，更详细地讲，涉及在EIT方式的原子振荡器中，生成使EIT强度最大的EIT的最佳频率的技术。背景技术0002电磁诱导透明方式EIT方。
9、式，有时也称为CPT方式的原子振荡器是利用了如下现象EIT现象的振荡器，即当同时向碱金属原子照射波长不同的两种共振光时，两种共振光的吸收停止。并且，仅准备一对波长不同的两种共振光的对，并对频率进行控制，使得同时照射的两种共振光的频率差波长差与彼此的基态能级的能量差E12准确地一致。现对启动停止状态的原子振荡器时的初始动作进行叙述。当接通原子振荡器的电源时，首先通过扫描SWEEP光源的波长，来寻找作为对象的碱金属原子的吸收带的底部BOTTOM。即，在扫描共振光对的中心频率时，针对检测信号，检测其最小值，将该点确定为激励频率激励波长，取得EIT信号。0003并且，在专利文献1中公开了将垂直腔面发射。
10、激光器VCSEL作为光源的边频带SIDEBAND方式的CPT方式小型原子振荡器的构成和动作方法。0004专利文献1US62659450005但是，通过实验确认到，得到最大的EIT信号强度的激励频率激励波长不在吸收带的底部，而是相比于吸收带的底部，向低频侧偏移图4是碱金属原子为铯CS的情况，在P点的频率处EIT信号强度最大。吸收带的底部则位于该图横轴的值500MHZ附近。另外，横轴的绝对值的基准零点是任意的。因此，对于以往的原子振荡器，未必一定能检测出最大的EIT信号，成为导致S/N劣化的因素。0006并且，专利文献1中公开的现有技术没有规定使CPTEIT信号强度最大的两个光波的频率条件。发明内。
11、容0007本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种原子振荡器，在该原子振荡器中，提供以不产生EIT的方式使频率略微偏移的边频带成分，产生共振光对，在该状态下扫描中心频率，检测检测信号的底部，当检测到底部时，使共振光对的中心频率向低频长波长侧移动，对边频带调制波进行扫描，由此，能够检测出最大的EIT信号，能够提高S/N而实现频率的稳定化。0008本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可以通过以下的方式或应用例来实现。0009应用例1一种原子振荡器，其特征在于，该原子振荡器具有气体状的碱金属原子；光源，其生成用于使所述碱金属原子产生电磁诱导透明现象EIT现象的共振光；高频产生单元。
12、，其向所述光源提供高频信号来生成共振光对；中心频率改变单元，其向所述光源提供直流信号而改变所述共振光对的中心频率；光检测单元，其检测透说明书CN102025372ACN102025386A2/6页5射过所述碱金属原子的所述共振光，输出与该透射过的所述共振光的强度对应的检测信号；吸收检测单元，其检测使所述共振光的频率改变时所述检测信号的最小值；以及信号处理单元，其控制从所述高频产生单元输出的高频信号的提供或停止，其中，该信号处理单元在使所述高频信号的输出停止的状态下，对由所述吸收检测单元检测出的所述最小值与所述检测信号进行比较，控制所述中心频率改变单元来设定所述共振光对的中心频率，使得所述检测信。
13、号比所述最小值大规定值，所述设定的中心频率被设定为比与所述最小值对应的所述共振光的频率低。0010本发明具有信号处理单元，其输出以下信号控制来自高频产生单元的高频的提供和停止的输出控制信号；以及扫描高频产生单元的频率的频率控制信号，当检测出由中心频率改变单元扫描中心频率时产生的信号的最小值底部时，使中心频率波长向低频长波长侧移动，由高频产生单元用高频对光源实施调制，并由信号处理单元扫描该高频，由此来检测EIT信号。由此，能够检测到最大的EIT信号，能够提高S/N而实现原子振荡器的频率的稳定化。0011应用例2一种原子振荡器，其特征在于，该原子振荡器具有气体状的碱金属原子；光源，其生成用于使所述。
14、碱金属原子产生电磁诱导透明现象EIT现象的共振光；高频产生单元，其向所述光源提供高频信号来生成共振光对；中心频率改变单元，其向所述光源提供直流信号而改变所述共振光对的中心频率；光检测单元，其检测透射过所述碱金属原子的所述共振光对，输出与该透射过的所述共振光对的强度对应的检测信号；吸收检测单元，其检测使所述共振光对的中心频率改变时所述检测信号的最小值；以及信号处理单元，其将所述高频信号的频率设定为不产生所述电磁诱导透明现象EIT现象的预定频率，其中，该信号处理单元在停止了所述电磁诱导透明现象EIT现象的状态下，对存储在所述吸收检测单元中的所述最小值与所述检测信号进行比较，控制所述中心频率改变单元。
15、来设定所述共振光对的中心频率，使得所述检测信号比所述最小值大规定值，所述设定的中心频率被设定为比与所述最小值对应的所述共振光对的中心频率低。0012本发明从最初就开始向光源提供高频信号。其中，高频信号的频率与产生EIT的频率略微错开。由此，在扫描中心频率而检测检测信号的最小值时，不会产生EIT现象。并且，当检测出检测信号的底部时，使中心频率向低频长波长侧移动，并由信号处理单元扫描高频，由此来检测EIT信号。由此，能够检测最大的EIT信号，能够提高S/N而实现频率的稳定化。0013应用例3特征在于，所述碱金属原子是铯CS，所述设定的所述共振光的中心频率被设定为比与所述最小值对应的所述共振光的频率。
16、或所述共振光对的中心频率低100MHZ至300MHZ。0014通过实验确认到，EIT信号为最强的频率相比于检测信号的底部最小值，是向低频侧偏移的。因此，在本发明中，将其范围设定为100MHZ至300MHZ。由此，因为光源的驱动电流直流信号与频率波长的关系是已知的，所以通过设定驱动电流，能够容易地设定频率。0015应用例4一种原子振荡器的控制方法，所述原子振荡器使用了用于生成使碱金属原子产生电磁诱导透明现象EIT现象的共振光的光源，该控制方法的特征在于，说明书CN102025372ACN102025386A3/6页6包括以下步骤第1控制步骤，向所述光源提供高频信号来生成共振光对；第2控制步骤，向。
17、所述光源提供预定的直流信号，以设定所述共振光对的中心频率；第3控制步骤，控制所述高频信号的提供或停止；第4控制步骤，在停止了所述高频信号的提供的状态下，改变所述直流信号的强度，检测透射过所述碱金属原子的所述共振光的强度；第5控制步骤，检测在所述第4控制步骤中检测出的所述共振光的强度的最小值；以及第6控制步骤，根据在所述第5控制步骤中检测出的所述最小值，在停止了所述高频信号的提供的状态下改变所述直流信号的强度，检测透射过所述碱金属原子的所述共振光的强度，设定所述直流信号的强度，使得所述共振光的强度比所述最小值大规定值。0016应用例4起到与应用例1相同的作用效果。0017应用例5一种原子振荡器的。
18、控制方法，所述原子振荡器使用了用于生成使碱金属原子产生电磁诱导透明现象EIT现象的共振光的光源，该控制方法的特征在于，包括以下步骤第1控制步骤，向所述光源提供高频信号来生成共振光对；第2控制步骤，向所述光源提供预定的直流信号，以设定所述共振光对的中心频率；第3控制步骤，将所述高频信号的频率设定为不产生所述电磁诱导透明现象EIT现象的预定频率；第4控制步骤，改变所述直流信号的强度，存储透射过所述碱金属原子的所述共振光对的强度的最小值；以及第5控制步骤，根据在所述第4控制步骤中存储的所述最小值，改变所述直流信号的强度，检测透射过所述碱金属原子的所述共振光对的强度，将所述直流信号的强度设定为使得该共。
19、振光对的强度的检测值比所述最小值大规定值。0018应用例5起到与应用例2相同的作用效果。0019应用例6特征在于，所述碱金属原子是铯CS，与所述直流信号的强度对应的所述共振光的中心频率设定为，比与所述最小值对应的所述共振光的频率或所述共振光对的中心频率低100MHZ至300MHZ。0020应用例6起到与应用例3相同的作用效果。附图说明0021图1是示出本发明的第1实施方式的原子振荡器的功能结构的框图。0022图2中的A是说明本发明第1实施方式的原子振荡器的动作的流程图，B是说明本发明第2实施方式的原子振荡器的动作的流程图。0023图3中的A是表示扫描光源的中心频率时来自光检测单元的输出信号的图。
20、，B是检测到输出信号的底部时的图，C是使中心频率向长波长侧移动时的图，D是针对CS扫描高频信号边频带来检测EIT信号时的图。0024图4是示出CS的EIT信号强度与中心频率之间的关系的图。0025符号说明00261光源00272碱金属装入室00283光检测单元00294中心波长改变单元00305边频带SIDEBAND产生单元00316吸收检测单元说明书CN102025372ACN102025386A4/6页700327EIT检测单元00338信号处理单元00349频率控制信号003510输出控制信号003611中心波长控制信号0037100原子振荡器具体实施方式0038下面，利用附图中所示的实。
21、施方式来详细说明本发明。但是，只要没有特定说明，则该实施方式中记载的结构要素、种类、组合、形状、其相对配置等就只是单纯的说明例，其目的不是要将本发明的范围仅限定于此。0039图1是示出本发明的第1至第2实施方式的原子振荡器的功能结构的框图。该原子振荡器100构成为具有光源1，其生成用于使碱金属原子产生电磁诱导透明现象EIT现象的共振光；碱金属装入室以下，称为气室GASCELL2，其根据来自光源1的光的波长而改变光的吸收量；边频带产生单元高频产生单元5，其向光源1提供高频信号来生成共振光对；中心波长改变单元中心频率改变单元4，其向光源1提供直流信号而改变共振光对的中心频率；光检测单元3，其检测透。
22、射过碱金属原子的共振光或共振光对，输出与透射过的共振光或共振光对的强度对应的检测信号；吸收检测单元6，其检测使共振光对的中心频率改变时检测信号的最小值底部；信号处理单元8，其控制从边频带产生单元5输出的高频信号的提供或停止；以及EIT检测单元7，其对光检测单元3的输出进行同步检波，检测EIT状态。另外，从信号处理单元8输出以下信号扫描边频带产生单元5的边频带频率的频率控制信号9；以及控制从边频带产生单元5产生的边频带的提供或停止的输出控制信号10。0040并且，信号处理单元8在使边频带信号的输出停止的状态下，对由吸收检测单元6检测出的检测信号的最小值与检测信号进行比较，控制中心频率改变单元4来。
23、设定共振光对的中心频率，使得检测信号比最小值大规定的值，并且，所设定的中心频率被设定得比与最小值对应的共振光的频率或共振光对的中心频率低。0041并且，在停止了电磁诱导透明现象EIT现象的状态下，信号处理单元8对由吸收检测单元6检测出的最小值与检测信号进行比较，控制中心频率改变单元4来设定共振光对的中心频率，使得检测信号比最小值大规定值，并且所设定中心频率被设定得比与最小值对应的共振光的频率或共振光对的中心频率低。0042即，在本实施方式中，具有信号处理单元8，其输出以下信号控制来自边频带产生单元5的边频带的提供和停止的输出控制信号10；以及扫描边频带产生单元5的频率的频率控制信号9，当吸收检。
24、测单元6检测出由中心波长改变单元4扫描中心频率时产生的信号的最小值底部时，使中心波长向长波长侧移动，由边频带产生单元5用高频对光源1进行调制，并通过从信号处理单元8输出的频率控制信号9对该高频进行扫描，由此来检测EIT信号。由此，能够检测出最大强度的EIT信号，能够提高S/N而实现原子振荡器的频率的稳定化。0043图2A是说明本发明的第1实施方式的原子振荡器的动作的流程图。首先，由说明书CN102025372ACN102025386A5/6页8信号处理单元8将输出控制信号10设为接通ON状态，向光源1输入边频带高频信号。这里，针对此时的边频带高频信号的频率，以不发生EIT现象的方式使频率略微偏。
25、移S1。例如，在碱金属原子为CS的情况下，E12换算成频率为9192GHZ或者是其一半的值4596GHZ，因此是与这些值错开。接着，由中心频率改变单元4扫描中心频率S2。此时，如图3A所示，从光检测单元3输出如波形20那样的检测信号。并且，作为光谱，出现了光源1的光谱21和边频带的光谱22。此时，由于边频带是以不发生EIT现象的方式使频率略微偏移的，因此，是在不发生EIT现象的情况下检测到检测信号的底部最小值S3中为“是”参照图3B。另外，吸收的底部成功出现的条件是停留在吸收的底部一定时间、或发生的变化为一定值以下等。接着，当检测出吸收的底部时，使中心波长向长波长侧移动S4参照图3C。移动的量。
26、约为200MHZ。然后，信号处理单元8在施加边频带的状态下通过频率控制信号9扫描边频带S5。之后，转移到扫描控制，由EIT检测单元7检测EIT信号参照图3D。0044即，在本实施方式中，从最初就向光源1提供边频带高频信号。其中，边频带的频率是与产生EIT的频率略微错开的。由此，在扫描中心频率而检测检测信号的最小值时，不会发生EIT现象。并且，当检测出检测信号的底部最小值时，使中心频率向长波长侧移动，由边频带产生单元5用边频带对光源1进行调制，并由信号处理单元8对该边频带进行扫描，由此来检测EIT信号。由此，能够检测到最大强度的EIT信号，能够提高S/N而实现原子振荡器的频率的稳定化。0045并。
27、且，通过实验确到，EIT信号为最强的频率相比于检测信号的底部最小值，是向低频侧偏移的。因此，在本实施方式中，将其范围设定为100MHZ至300MHZ。由此，因为光源1的驱动电流与频率波长的关系是已知的，所以通过设定驱动电流，能够容易地设定频率。0046图2B是说明本发明的第2实施方式的原子振荡器的动作的流程图。对于相同动作附上相同的参考编号进行说明。首先，由信号处理单元8将输出控制信号10设为断开OFF状态，不向光源1输入边频带高频信号S10。接着，由中心频率改变单元4扫描中心频率S2。此时，如图3A所示，从光检测单元3输出如波形20那样的检测信号。并且，作为光谱，仅出现了光源1的光谱21。此。
28、时，由于没有输入边频带，因此，是在不产生EIT现象的情况下检测检测信号的底部最小值S3中为“是”参照图3B。另外，吸收的底部成功出现的条件是停留在吸收的底部一定时间、或发生的变化为一定值以下等。接着，当检测出吸收的底部时，使中心波长向长波长侧移动S4参照图3C。移动的量约为200MHZ。接着，由信号处理单元8将输出控制信号10设成“接通”状态，向光源1输入边频带S11。然后，信号处理单元8在施加边频带的状态下通过频率控制信号9扫描边频带S5。之后，转移到扫描控制，由EIT检测单元7检测EIT信号参照图3D。0047即，在本实施方式中，最初不提供边频带高频信号。由此，在对中心频率共振光的频率进行。
29、扫描而检测检测信号的最小值时，不会发生EIT现象。并且，当检测出检测信号的底部时，使中心频率向长波长侧移动，由边频带产生单元5向光源1提供边频带。接着，对该边频带实施调制，由信号处理单元8扫描该边频带，由此来检测EIT信号。由此，能够检测到最大强度的EIT信号，能够提高S/N而实现原子振荡器的说明书CN102025372ACN102025386A6/6页9频率的稳定化。说明书CN102025372ACN102025386A1/4页10图1说明书附图CN102025372ACN102025386A2/4页11图2说明书附图CN102025372ACN102025386A3/4页12图3说明书附图CN102025372ACN102025386A4/4页13图4说明书附图CN102025372A。