原子振蕩器、電子設備以及移動體的制作方法

原子振蕩器、電子設備以及移動體的制作方法
【專利摘要】提供原子振蕩器、電子設備以及移動體，能夠使偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近。原子振蕩器(1)具有氣室(13)、半導體激光器(10)、光檢測器(14)、根據光檢測器(14)檢測到的光的強度控制偏置電流的偏置電流控制單元(22等)、存儲器(26)和MPU(25)。MPU(25)進行掃描偏置電流、并將光檢測器(14)檢測到的光的強度從減小轉變為增大時的偏置電流的值和光的強度的值存儲到存儲器(26)中的掃描處理，并在掃描處理后，進行如下的再次掃描判定處理：根據所存儲的偏置電流的值設定偏置電流，在偏置電流控制單元對偏置電流進行了控制的狀態下，對光檢測器(14)檢測到的光的強度和所存儲的光的強度的值進行比較，判定是否再次進行掃描處理。
【專利說明】原子振蕩器、電子設備以及移動體

【技術領域】
[0001]本發明涉及原子振蕩器、電子設備以及移動體。

【背景技術】
[0002]如圖13所示，作為堿金屬原子的一種的銫原子具有6S1/2的基態能級和6P1/2、6P3/2這兩個激勵能級，并且，6S1/2、6P1/2、6P3/2的各能級具有分裂成多個能量能級的超細微構造。具體而言，6S1/2具有F = 3、4這兩個基態能級，6P1/2具有F’ = 3、4這兩個激勵能級，6P3/2具有F’ = 2、3、4、5這4個激勵能級。
[0003]例如，處于6S1/2的F = 3的基態能級的銫原子能夠通過吸收D2線而躍遷到6P3/2的F’ = 2、3、4中的任意一個激勵能級，但是不能躍遷到F’ = 5的激勵能級。處于6S1/2的F = 4的基態能級的銫原子能夠通過吸收D2線而躍遷到6P3/2的F’ = 3、4、5中的任意一個激勵能級，但是不能躍遷到F’= 2的激勵能級。這些是基于假定了電偶極躍遷的情況下的躍遷選擇規則的。相反，處于6P3/2的F’ = 3、4中的任意一個激勵能級的銫原子能夠發射D2線而躍遷到6S1/2的F = 3或者F = 4的基態能級(初始基態能級或者另一基態能級中的任意一個)。此處，由6S1/2的F = 3、4這兩個基態能級和6P3/2的F’ = 3、4中的任意一個激勵能級構成的三能級(由兩個基態能級和I個激勵能級構成)由于能夠通過吸收/發射D2線進行Λ型躍遷，因此被稱作Λ型三能級。同樣，由6S1/2的F = 3、4這兩個基態能級和6P1/2的F’ = 3、4中的任意一個激勵能級構成的三能級由于能夠吸收/發射Dl線進行Λ型躍遷而形成Λ型三能級。
[0004]與此相對，處于6Ρ3/2的F’ = 2的激勵能級的銫原子在發射D2線后必定躍遷到6S1/2的F = 3的基態能級(初始基態能級)，同樣，處于6P3/2的F’ = 5的激勵能級的銫原子在發射D2線后必定躍遷到6S1/2的F = 4的基態能級(初始基態能級)。即，由6S1/2的F = 3、4這兩個基態能級和6P3/2的F’ = 2或者F’ = 5的激勵能級構成的三能級，由于不能通過吸收/發射D2線進行Λ型躍遷，因此不能形成Λ型三能級。另外，公知有銫原子以外的堿金屬原子也同樣具有形成Λ型三能級的兩個基態能級和激勵能級。
[0005]此外，公知有在對氣體狀的堿金屬原子同時照射具有與形成Λ型三能級的第I基態能級(在銫原子的情況下為6S1/2的F = 3的基態能級)和激勵能級(在銫原子的情況下，例如為6P3/2的F’ = 4的激勵能級)之間的能量差對應的頻率(振動數)的共振光(記作共振光I)、以及具有與第2基態能級(在銫原子的情況下為6S1/2的F = 4的基態能級)和激勵能級之間的能量差對應的頻率(振動數)的共振光(記作共振光2)時，會成為兩個基態能級重合的狀態、即量子相干性狀態(暗狀態)而引起朝激勵能級的激勵停止的電磁感應透明(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象(有時也稱作CPT (Coherent Populat1n Trapping:相干布居俘獲))。引起該EIT現象的共振光對(共振光I和共振光2)的頻率差和與堿金屬原子的兩個基態能級的能量差Λ E12對應的頻率準確地一致。例如，由于銫原子的與兩個基態能級的能量差對應的頻率是9.192631770GHz,因此，在對銫原子同時照射頻率差為9.192631770GHz的Dl線或者D2線這2種激光時，會產生EIT現象。
[0006]因此，如圖14所示，在對氣體狀的堿金屬原子同時照射頻率為GJ1的光和頻率為ω2的光時，根據這兩個光波是否成為共振光對、堿金屬原子是否產生EIT現象，透射過堿金屬原子的光的強度急劇地變化。表不該急劇地變化的透射光的強度的信號被稱作EIT信號(共振信號)，在共振光對的頻率差ω「ω2和與AE12對應的頻率ω12準確地一致時，EIT信號的電平呈現峰值。因此，對封入有氣體狀的堿金屬原子的原子室(氣室)照射兩個光波，并控制為由光檢測器檢測出EIT信號的峰值、即兩個光波的頻率差ω「ω2和與應的頻率ω12準確地一致，由此能夠實現高精度的振蕩器。例如，在專利文獻I中公開了與這樣的原子振蕩器相關的技術。
[0007]在EIT方式的原子振蕩器中，例如對確定半導體激光器發出的光的中心頻率fQ ( = ν/ λ 是光的速度、λ 0是中心波長)(載波頻率)的偏置電流疊加頻率為fm的調制信號并提供到半導體激光器，由此半導體激光器產生利用調制頻率fm對中心頻率fo進行調制后的光。半導體激光器的出射光被照射到氣室，透射過氣室的光被光檢測器檢測到。根據光檢測器檢測到的光的強度控制壓控石英振蕩器(VCXO:Voltage Controlled CrystalOscillator)的振蕩頻率,經由PLL(Phase Locked Loop:鎖相環)電路生成頻率為fm的調制信號。并且，控制成半導體激光器發出的I次的邊帶光、即頻率為的光和頻率為fo — fm的光成為共振光對。通過該控制，壓控石英振蕩器(VCXO)的輸出信號的頻率偏差變得極小，從而能夠實現頻率精度高的振蕩器。
[0008]EIT信號的S/N越高，頻率精度(短期穩定度)越提高，因此期望將半導體激光器的出射光的中心波長Xci調整為最佳的波長，使得氣室中的光的吸收量為最大。因此，例如在專利文獻2中，提出了如下的原子振蕩器，該原子振蕩器能夠將直流偏置電流調整到透射過封入有堿金屬原子的室(cell)的透射光的強度為最小的點。
[0009]【專利文獻I】美國專利第6320472號說明書
[0010]【專利文獻2】日本特開2011-101211號公報
[0011]但是，在經過長時間(例如10年)時，由于半導體激光器的時效劣化，氣室中的光的吸收量為最大(吸收頻帶的最小點)時的偏置電流值有時與初始設定值偏差較大。并且，實際上該吸收頻帶中存在兩個吸收的底部，在專利文獻2記載那樣的以往的原子振蕩器中，根據偏置電流值與初始設定值的偏差大小和方向，可能無法調整到吸收量較小一方的底部。


【發明內容】

[0012]本發明正是鑒于以上問題點而完成的，根據本發明的幾個方式，能夠提供一種可使偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近的原子振蕩器、以及使用了該原子振蕩器的電子設備和移動體。
[0013]本發明正是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，可作為以下方式或應用例來實現。
[0014][應用例I]
[0015]本應用例的原子振蕩器具有:封入有金屬原子的室；光源，其產生照射到所述室的光；光檢測單元，其檢測透射過所述室的光；偏置電流控制單元，其根據所述光檢測單元檢測到的光的強度，對供給到所述光源的偏置電流進行控制；存儲單元；以及偏置電流設定單元，其進行掃描處理，并在所述掃描處理后，進行再次掃描判定處理，在所述掃描處理中，對所述偏置電流進行掃描，將所述光檢測單元檢測到的光的強度從減小轉變為增大時的所述偏置電流的值和所述光的強度的值存儲到所述存儲單元中，在所述再次掃描判定處理中，根據存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值設定所述偏置電流，在所述偏置電流控制單元對所述偏置電流進行了控制的狀態下，對所述光檢測單元檢測到的光的強度和存儲在所述存儲單元中的所述光的強度的值進行比較，根據比較結果判定是否再次進行所述掃描處理。
[0016]例如，所述偏置電流設定單元可以在電源起動時進行所述掃描處理。
[0017]根據本應用例的原子振蕩器，在掃描處理中，存儲基于氣室的光的吸收頻帶的最小點附近時的偏置電流的值和光強度的值，在再次掃描判定處理中，將偏置電流設定為在掃描處理中存儲的值，將偏置電流已穩定(鎖定)的狀態下的光強度與在掃描處理中存儲的值進行比較，并根據需要重新進行掃描處理，由此能夠自動設定偏置電流，使偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近。因此，根據本應用例的原子振蕩器，能夠提高頻率穩定度。
[0018]另外，本應用例的原子振蕩器可以包含頻率控制單元，所述頻率控制單元根據所述光檢測單元檢測到的光的強度，控制成使所述光源產生包含共振光對的光，所述共振光對使所述金屬原子產生電磁感應透明現象。
[0019][應用例2]
[0020]在上述應用例的原子振蕩器中，所述偏置電流設定單元可以在所述再次掃描判定處理中，在所述光檢測單元檢測到的光的強度與存儲在所述存儲單元中的所述光的強度的值之差或之比大于存儲在所述存儲單元中的閾值的情況下，判定為再次進行所述掃描處理。
[0021]根據本應用例的原子振蕩器，在再次掃描判定處理中，在偏置電流已穩定(鎖定)的狀態下的光強度與在掃描處理中存儲的值偏離的情況下，考慮偏置電流穩定在不是吸收頻帶的最小點的極小點處的可能性，重新進行掃描處理，由此能夠使偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近。
[0022][應用例3]
[0023]在上述應用例的原子振蕩器中，所述偏置電流設定單元可以在所述再次掃描判定處理中，在所述偏置電流控制單元對所述偏置電流進行了控制的狀態下，對所述偏置電流和存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值進行比較，并根據比較結果判定是否再次進行所述掃描處理。
[0024]根據本應用例的原子振蕩器，在再次掃描判定處理中，將已穩定(鎖定)的狀態下的偏置電流與在掃描處理中存儲的值進行比較，并根據需要重新進行掃描處理，由此能夠使偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近。
[0025][應用例4]
[0026]在上述應用例的原子振蕩器中，所述偏置電流設定單元可以在所述再次掃描判定處理中，在所述偏置電流與存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值之差或之比大于存儲在所述存儲單元中的閾值的情況下，判定為再次進行所述掃描處理。
[0027]根據本應用例的原子振蕩器，在再次掃描判定處理中，在已穩定(鎖定)的狀態下的偏置電流與在掃描處理中存儲的值偏離的情況下，考慮偏置電流穩定在不是吸收頻帶的最小點的極小點處的可能性，重新進行掃描處理，由此能夠使偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近。
[0028][應用例5]
[0029]在上述應用例的原子振蕩器中，所述偏置電流設定單元可以在每當進行所述掃描處理時，進行所述再次掃描判定處理。
[0030]根據本應用例的原子振蕩器，在進行掃描處理后必定進行再次掃描判定處理，因此在再次判定處理中判定為不進行掃描處理之前，偏置電流的自動設定不結束，因此能夠使偏置電流可靠地穩定在吸收頻帶的最小點附近。
[0031][應用例6]
[0032]在上述應用例的原子振蕩器中，所述偏置電流設定單元可以在所述掃描處理前，進行如下的調整判定處理:根據存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值設定所述偏置電流，在所述偏置電流控制單元對所述偏置電流進行了控制的狀態下，對所述光檢測單元檢測到的光的強度和存儲在所述存儲單元中的所述光的強度的值進行比較，根據比較結果判定是否進行所述掃描處理。
[0033]例如，所述存儲單元是非易失性的，所述偏置電流設定單元可以在電源起動時進行所述調整判定處理。
[0034]根據本應用例的原子振蕩器，在進行掃描處理前，在調整判定處理中將偏置電流設定為所存儲的值，將偏置電流已穩定(鎖定)的狀態下的光強度與所存儲的值進行比較，在必要的情況下進行掃描處理，如果沒有必要，則不進行掃描處理，由此能夠省去無用的掃描處理，削減偏置電流的設定時間和功耗。
[0035][應用例7]
[0036]在上述應用例的原子振蕩器中，所述偏置電流設定單元可以在所述調整判定處理中，在所述光檢測單元檢測到的光的強度與存儲在所述存儲單元中的所述光的強度的值之差或之比大于存儲在所述存儲單元中的閾值的情況下，判定為進行所述掃描處理。
[0037]根據本應用例的原子振蕩器，在調整判定處理中光強度與所存儲的值偏離的情況下，考慮偏置電流穩定在不是吸收頻帶的最小點的極小點處的可能性，進行掃描處理，由此能夠得到用于使偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近的偏置電流值。
[0038][應用例8]
[0039]在上述應用例的原子振蕩器中，所述偏置電流設定單元可以在所述調整判定處理中，在所述偏置電流控制單元對所述偏置電流進行了控制的狀態下，對所述偏置電流和存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值進行比較，并根據比較結果判定是否進行所述掃描處理。
[0040]根據本應用例的原子振蕩器，在調整判定處理中，將已穩定(鎖定)的狀態下的偏置電流與所存儲的值進行比較，在必要的情況下進行掃描處理，如果沒有必要，則不進行掃描處理，由此能夠省去無用的掃描處理，削減偏置電流的設定時間和功耗。
[0041][應用例9]
[0042]在上述應用例的原子振蕩器中，所述偏置電流設定單元可以在所述調整判定處理中，在所述偏置電流與存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值之差或之比大于存儲在所述存儲單元中的閾值的情況下，判定為進行所述掃描處理。
[0043]根據本應用例的原子振蕩器，在調整判定處理中已穩定(鎖定)的狀態下的偏置電流與所存儲的值偏離的情況下，考慮偏置電流穩定在不是吸收頻帶的最小點的極小點處的可能性，進行掃描處理，由此能夠得到用于使偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近的偏置電流值。
[0044][應用例10]
[0045]本應用例的電子設備具有上述任意一個原子振蕩器。
[0046][應用例11]
[0047]本應用例的移動體具有上述任意一個原子振蕩器。
[0048]根據這些應用例，由于具有頻率穩定度高的原子振蕩器，因此能夠提供可靠性高的電子設備和移動體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1是示出本實施方式的原子振蕩器的結構例的圖。
[0050]圖2是示出本實施方式的半導體激光器的出射光的頻譜的概略圖。
[0051]圖3是示出偏置電流與透射過氣室的光的強度之間的關系的圖。
[0052]圖4是用于說明相位檢波的原理的圖。
[0053]圖5是第I實施方式的偏置電流的自動設定處理的流程圖。
[0054]圖6是不出掃描處理中的光檢測器的輸出電壓的一例的圖。
[0055]圖7是示出偏置電流的自動設定處理中的電流控制電路的輸出電壓的一例的圖。
[0056]圖8是第2實施方式的偏置電流的自動設定處理的流程圖。
[0057]圖9是示出掃描處理中的光檢測器的輸出電壓的一例的圖。
[0058]圖10是示出偏置電流的自動設定處理中的電流控制電路的輸出電壓的一例的圖。
[0059]圖11是本實施方式的電子設備的功能框圖。
[0060]圖12是示出本實施方式的移動體的一例的圖。
[0061]圖13是示意性示出銫原子的能量能級的圖。
[0062]圖14是示出EIT信號的一例的概略圖。
[0063]標號說明
[0064]1:原子振蕩器；10:半導體激光器；11:減光濾光片；12:1/4波長板；13:氣室；14:光檢測器；16:檢波電路；17:壓控石英振蕩器(VCXO) ；18:調制電路；19:低頻振蕩器；20:頻率轉換電路；21:檢波電路；22:電流控制電路；23:低頻振蕩器；24:恒流電路；25:MPU ；26:存儲器；27:驅動電路；28:頻率轉換電路；100:物理封裝；300:電子設備；310:原子振蕩器；320 =CPU ；330:操作部；340:R0M ；350 =RAM ；360:通信部；370:顯示部；400:移動體；410:原子振蕩器；420:汽車導航裝置；430、440、450:控制器；460:電池；470:備用電池。

【具體實施方式】
[0065]下面，使用附圖對本發明的優選實施方式進行詳細說明。另外，以下說明的實施方式不對權利要求所記載的本發明的內容進行不合理限定。并且，以下說明的所有結構并非都是本發明必需的結構要件。
[0066]1.原子振蕩器
[0067]1-1.第I實施方式
[0068][原子振蕩器的結構]
[0069]圖1是示出本實施方式的原子振蕩器的結構例的圖。如圖1所示，第I實施方式的原子振蕩器I構成為包含半導體激光器10、減光濾光片(ND濾光片)11、1/4波長板12、氣室13、光檢測器14、檢波電路16、壓控石英振蕩器(VCXO) 17、調制電路18、低頻振蕩器19、頻率轉換電路20、檢波電路21、電流控制電路22、低頻振蕩器23、恒流電路24、MPU 25、驅動電路27和頻率轉換電路28。另外，本實施方式的原子振蕩器I也可以構成為適當省略或變更圖1的結構要素(各部件)的一部分，或者附加其他結構要素。
[0070]半導體激光器10例如是垂直諧振器面發光激光器(VCSEL Vertical CavitySurface Emitting Laser:垂直空腔表面發射激光器)等面發光激光器或端面發光激光器(Edge Emitting Laser:邊發光激光器)等,半導體激光器10產生的光入射到減光濾光片11。
[0071]減光濾光片11僅使半導體激光器10的出射光的一部分透射，透射過減光濾光片11的光入射到1/4波長板12。
[0072]1/4波長板12將所入射的光設為σ +圓偏振光并使其透射，透射過1/4波長板12的光入射到氣室13。
[0073]氣室13是在由玻璃等透明部件構成的容器中與氣體狀的堿金屬原子(鈉(Na)原子、銣(Rb)原子、銫(Cs)原子等)一起封入氖(Ne)或氬(Ar)等的緩沖氣體而得到的。入射到氣室13的光的一部分透射過氣室13，并入射到光檢測器14。
[0074]光檢測器14檢測透射過氣室13的光，并輸出與檢測到的光的強度對應的檢測信號。光檢測器14例如能夠使用光電二極管(PD:Photo D1de)來實現,該光電二極管輸出與接收到的光的強度對應的檢測信號。光檢測器14的輸出信號被輸入到檢波電路16和檢波電路21。
[0075]半導體激光器10、減光濾光片11、1/4波長板12、氣室13和光檢測器14被收納在I個殼體中，構成了物理封裝100。
[0076]檢波電路16使用以幾Hz?幾百Hz左右的低頻進行振蕩的低頻振蕩器19的振蕩信號，對光檢測器14的輸出信號進行檢波。并且，根據檢波電路16的輸出信號的大小,對壓控石英振蕩器(VCXO) 17的振蕩頻率進行微調。壓控石英振蕩器(VCXO) 17例如以幾MHz?幾十MHz的程度進行振蕩。
[0077]為了能夠進行利用檢波電路16的檢波，調制電路18將低頻振蕩器19的振蕩信號(與被提供到檢波電路16的振蕩信號相同的信號)作為調制信號，對壓控石英振蕩器(VCXO) 17的輸出信號進行調制。調制電路18能夠利用頻率混合器(混頻器)、頻率調制(FM !Frequency Modulat1n)電路、振幅調制(AM:Amplitude Modulat1n)電路等實現。
[0078]頻率轉換電路20將調制電路18的輸出信號頻率轉換為與堿金屬原子的兩個基態能級間的能量差AE12對應的頻率ω12的1/2頻率的信號，并輸出到驅動電路27。頻率轉換電路20例如能夠使用PLL(Phase Locked Loop:鎖相環)電路實現。
[0079]檢波電路21使用以幾Hz?幾百Hz左右的低頻進行振蕩的低頻振蕩器23的振蕩信號，對光檢測器14的輸出信號進行檢波。
[0080]電流控制電路22根據檢波電路21的輸出信號的電平對后述的設定電壓Vsrt進行微調，生成用于設定恒流電路24的電流的電壓Vbias。
[0081]恒流電路24生成與電流控制電路22的輸出電壓Vbias對應的偏置電流。恒流電路24為了能夠進行利用檢波電路21的檢波，對偏置電流疊加與低頻振蕩器23的振蕩信號對應的調制電流，并輸出到驅動電路27。
[0082]驅動電路27生成利用頻率轉換電路20的輸出信號(調制頻率fm = ω 12/2的頻率調制信號)對恒流電路24輸出的偏置電流進行頻率調制后的驅動電流，并提供到半導體激光器10。利用該驅動電流，半導體激光器10產生通過偏置電流確定的中心頻率fQ(中心波長λ 0)的光，并且產生包含頻率Lifm的光(I次邊帶光)的光。圖2示出半導體激光器10的出射光的頻譜的一例。在圖2中，橫軸是光的頻率，縱軸是光的強度。
[0083]在這樣構成的原子振蕩器I中，利用通過半導體激光器10、減光濾光片11、1/4波長板12、氣室13、光檢測器14、檢波電路21、電流控制電路22、恒流電路24和驅動電路27的反饋環路(第I反饋環路)控制偏置電流，使得半導體激光器10產生的光的中心頻率f0(中心波長λ 0)穩定在期望的頻率(波長)。
[0084]此外,利用通過半導體激光器10、減光濾光片11、1/4波長板12、氣室13、光檢測器14、檢波電路16、壓控石英振蕩器(VCXO) 17、調制電路18、頻率轉換電路20和驅動電路27的反饋環路(第2反饋環路)進行控制，使得頻率為的光和頻率為fcrfm的光(成對的I次邊帶光)成為使被封入到氣室13中的堿金屬原子產生EIT現象的共振光對。具體而言，利用第2反饋環路施加反饋控制，使得頻率fd+fm的光與頻率& 一 fm的光的頻率差(=2fm)和與堿金屬原子的兩個基態能級間的能量差Λ E12對應的頻率ω12準確地一致。
[0085]由此，通過利用堿金屬原子的EIT現象，第2反饋環路所包含的、頻率轉換電路20的輸出信號以及壓控石英振蕩器(VCXO) 17的輸出信號穩定在恒定的頻率。
[0086]頻率轉換電路28對壓控石英振蕩器(VCXO) 17的輸出信號進行頻率轉換，生成期望頻率(例如10.00..-MHz)的時鐘信號。該時鐘信號被輸出到外部。頻率轉換電路20例如能夠利用DDS (Direct Digital Synthesizer:直接數字頻率合成器)實現。
[0087]這樣的結構的原子振蕩器I的振蕩頻率偏差極小，能夠實現較高的短期穩定度。
[0088][相位檢波]
[0089]在本實施方式中，在上述第I反饋環路中，檢波電路21進行基于相位檢波方式的檢波，將半導體激光器10的出射光的中心頻率&(中心波長Xci)控制成穩定在期望的頻率(波長)。使用圖3和圖4詳細說明本實施方式中的相位檢波。
[0090]圖3是示出被供給到半導體激光器10的偏置電流與透射過氣室13的光(由光檢測器14檢測到的光)的強度之間的關系(透射特性或吸收特性)的圖，圖3中示出了光的強度最小附近的特性。另外，實際上在光檢測器14的輸出中觀測到EIT信號，但在圖3中進行了省略。
[0091]半導體激光器10射出的成對的I次邊帶光均被氣室13吸收，存在透射光的強度小的頻帶、即較大的吸收頻帶，但如圖3所示，在該吸收頻帶中，偏置電流為&和IB2(<IB1)時存在兩個峰值(透射光的強度的極小點)，偏置電流為Ibi時(中心頻率fQ較高(中心波長λο較短)一方)，透射光的強度最小。通過在該吸收頻帶的最小點產生EIT信號，EIT信號的S/N變高，原子振蕩器I的頻率穩定度增高，因此優選控制偏置電流使得透射光的強度最小。在本實施方式中，通過后述的偏置電流的自動設定處理將偏置電流設定到吸收頻帶的最小點附近，并且通過低頻振蕩器23的振蕩信號調制偏置電流，由檢波電路21使用低頻振蕩器23的振蕩信號對光檢測器14的輸出信號進行相位檢波，由此控制偏置電流使得光檢測器14檢測到的光的強度(氣室13的透射光的強度)最小。
[0092]使用圖4(A)和圖4(B)說明相位檢波的原理。在圖4(A)和圖4(B)中，橫軸是半導體激光器10的出射光的中心頻率&，縱軸是透射過氣室13的光的強度。
[0093]如圖4 (A)所示，在中心頻率fQ向高于吸收頻帶的峰值(極小點)一方偏離的情況下，頻率為fs(周期為l/fs)的正弦波(低頻振蕩器23的振蕩信號)的a、b、c、d、e的各點在光檢測器14的輸出中分別表現為a’、b’、c’、d’、e’的各點，因此光檢測器14的輸出信號中包含較多的4的頻率成分。因此，在檢波電路21中，針對光檢測器14的輸出信號，使用相位與該信號一致的頻率為fs (周期為l/fs)的矩形波(低頻振蕩器23的振蕩信號)，以a’、c’、e’的電壓為中心僅將位于半周期內的c’?e’的信號的極性反轉后，用濾光片進行積分，由此能夠取出負極性的直流信號。電流控制電路22在檢波電路21的輸出電壓為負的情況下，降低Vbias而使恒流電路24輸出的偏置電流降低。由此，中心頻率&降低并接近吸收頻帶的極小點。雖然省略圖示，中心頻率&向低于吸收頻帶的極小點一方偏離的情況下，檢波電路21的輸出電壓為正，電流控制電路22增高Vbias而使恒流電路24輸出的偏置電流增加，因此中心頻率&仍然增加，并接近吸收頻帶的極小點。
[0094]如圖4(B)所示，在中心頻率&與吸收頻帶的最小點一致時，光檢測器14的輸出信號中包含較多的2fs的頻率成分，以c’點為中心接近左右對稱。因此，在檢波電路21中，針對光檢測器14的輸出信號，使用相位與該信號一致的頻率為fs(周期為l/fs)的矩形波(低頻振蕩器23的振蕩信號)，以a’、c’、e’的電壓為中心僅將位于半周期內的c’?e’的信號的極性反轉后，用濾光片進行積分時，大致成為0(a’、c’、e’的電壓)。電流控制電路22在檢波電路21的輸出電壓為O的情況下，不改變Vbias而維持恒流電路24輸出的偏置電流。由此，中心頻率&不發生變化而穩定在吸收頻帶的極小點。
[0095]根據該相位檢波，偏置電流的設定值穩定在吸收頻帶的極小點，但穩定在兩個極小點中的哪一個取決于偏置電流的設定值。因此，在本實施方式中，為了通過相位檢波使偏置電流穩定在最小點，通過偏置電流的自動設定處理將偏置電流設定到吸收頻帶的最小點附近。
[0096]另外，為了提高相位檢波的靈敏度，優選將調制寬度(調制深度)設為峰值寬度W的一半左右。如圖3所示，將該峰值的寬度W定義為透射光的強度是極小點處的強度A和極大點處的強度B的平均值(A+B)/2時的峰值的寬度。調制寬度(調制深度)與低頻振蕩器23的振蕩信號的振幅成比例。
[0097][偏置電流的自動設定]
[0098]根據上述相位檢波的原理，假設在將偏置電流設定到了 Ib2附近的情況下，偏置電流穩定在不是吸收頻帶的最小點一方的峰值(極小點)處，從而EIT信號的S/N劣化。因此，本實施方式的原子振蕩器I必須具有如下功能:自動設定供給到半導體激光器10的偏置電流，以將其穩定(鎖定)在吸收頻帶的最小點。
[0099]為了實現該偏置電流的自動設定功能，在本實施方式的原子振蕩器I中，MPU 25進行如下的掃描處理:對供給到半導體激光器10的偏置電流進行掃描，將光檢測器14檢測到的光的強度從減小轉變為增大時光的強度為最小時的、偏置電流的值(具體而言，為電流控制電路22的輸出電壓Vbias的A/D轉換值)和光的強度的值(具體而言，為光檢測器14的輸出電壓的A/D轉換值)存儲到存儲器26中。
[0100]在本實施方式中，電流控制電路22構成為能夠反復以下動作:從第I電壓V1 (例如0V)到第2電壓V2 (例如2.7V)范圍內掃描Vbias后，從第2電壓V2到第I電壓V1范圍內反向地掃描Vbias，MPU 25向電流控制電路22指示掃描動作的開始或停止。
[0101]此外，MPU 25在掃描處理后，進行如下的再次掃描判定處理:根據存儲在存儲器26中的偏置電流的值設定半導體激光器10的偏置電流，在通過第I反饋環路控制并穩定(鎖定)偏置電流的狀態下，對光檢測器14檢測到的光的強度和在掃描處理中存儲在存儲器26中的光的強度的值進行比較，根據比較結果判定是否再次進行掃描處理。例如，MPU25在再次掃描判定處理中，光檢測器14檢測到的光的強度與存儲在存儲器26中的光的強度的值之差或之比大于存儲在存儲器26中的閾值的情況下，可以判定為再次進行掃描處理。
[0102]此外，MPU 25在再次掃描判定處理中，通過第I反饋環路控制并穩定(鎖定)偏置電流的狀態下，可以對該偏置電流和在掃描處理中存儲在存儲器26中的偏置電流的值進行比較，并根據比較結果判定是否再次進行掃描處理。例如，MPU 25在再次掃描判定處理中，供給到半導體激光器10的偏置電流與存儲在存儲器26中的偏置電流的值之差或之比大于存儲在存儲器26中的閾值的情況下，可以判定為再次進行掃描處理。
[0103]MPU 25可以每當進行掃描處理時進行再次掃描判定處理，在再次掃描判定處理中判定為不進行掃描處理之前反復掃描處理。
[0104]圖5是示出MPU 25進行的偏置電流的自動設定處理的詳細流程的一例的圖。在圖5的流程中，對原子振蕩器I接通電源后，MPU 25首先使電流控制電路22的掃描動作開始(SlO)。電流控制電路22的輸出電壓Vbias的初始值是第I電壓V1, Vbias逐漸上升到第2電壓V2。
[0105]接著，MPU 25取得電流控制電路22的輸出電壓Vbias和光檢測器的輸出電壓Vpd (SI2)，并對Vpd進行微分(S14)。具體而言，MPU 25內置有A/D轉換器，以預定的采樣率取得Vbias和VPD，將對這些電壓進行A/D轉換而得的數字數據存儲到存儲器26中，并計算Vpd的數字數據的時間微分(實際上是與前一個采樣的數據的差分)。
[0106]然后，MPU 25判定在步驟S14中計算出的Vpd的微分值是否從負變化為正(S16)。
[0107]在Vpd的微分值未從負變化為正的情況(S16的“否”)下，MPU 25判定Vbias是否達到了 V2 (S24) ο
[0108]另一方面，在Vpd的微分值從負變化為正的情況(S16的“是”)下，MPU 25比較該Vpd和最小值Vmin的大小(S18)。這里，最小值Vmin的初始值被設定為V2，在Vpd的微分值最初從負變化為正時，必定為Vpd < Vmin0
[0109]在Vpd < Vmin的情況(S20的“是”)下，MPU 25將Vpd設為Vmin、將在步驟S12中與該Vpd同時取得的Vbias設為設定值Vsrt,分別存儲到存儲器26中(S22)，并判定Vbias是否達到了 V2 (S24)。此外，在Vpd ^ Vmin的情況(S20的“否，，)下，MPU 25不進行步驟S22的處理，并判定Vbias是否達到了 V2(S24)。
[0110]在步驟S24中，如果Vbias未達到V2(S24的“否”)，則MPU 25再次執行步驟S12以后的處理。另一方面，如果Vbias達到了 V2(S24的“是UUMPU 25進行步驟S26以后的處理。
[0111]MPU 25通過這樣反復步驟S12?S24的處理，在從￥1到％的范圍內掃描Vbias的同時，搜索Vpd的微分值從負變化為正的極小點，將其中的最小點處的VPD、Vbias分別設為Vmin、Vset并存儲到存儲器26中。圖6圖示了在從V1到V2的范圍內掃描Vbias的期間取得的VPD。在本實施方式中，如圖2所示，半導體激光器10產生中心頻率&的光和頻率為&±匕的成對的I次邊帶光，該成對的I次邊帶光為共振光對，因此在從V1到V2的范圍內掃描Vbias時，依次觀測到僅fo+f；的光被吸收的吸收頻帶B1、僅&的光被吸收的吸收頻帶B2、f0+fm的光和fo - fm的光被吸收的吸收頻帶B3、僅&的光被吸收的吸收頻帶B4、和僅A - fm的光被吸收的吸收頻帶B5這5個吸收頻帶。其中的第3個出現的吸收頻帶B3的極小點處的Vpd最小，Vset為稍高于該極小點的值，Vmin為稍高于最小值的值。
[0112]MPU 25在完成步驟S12?S24的處理后，接著取得電流控制電路22的輸出電壓值Vbias (S26)，并判定|Vbias — Vsrt|是否為閾值以下(S28)。如果|Vbias — Vsrt|不為閾值以下(S28的“否”)，則MPU 25再次進行步驟S26的處理，如果| Vbias — Vset為閾值以下(S28的“是”)，則MPU 25進行步驟S30以后的處理。總之，電流控制電路22在Vbias達到V2時，下次以使Vbias逐漸降低到V1的方式開始反向的掃描動作，因此MPU 25在該步驟S26、S28中，等待至Vbias接近Vsrt為止。另外，MPU 25在步驟S28中判定I Vbias — VsrtI是否為閾值以下是因為MPU 25取得的Vbias的值根據采樣時刻而未必與Vset —致。因此，考慮采樣時刻最大程度地偏離時的Vbias的值，將該閾值設定為可檢測到Vbias最接近Vsrt的情況的值。
[0113]如果Ivbias — VsetI為閾值以下(S28的“是”)，則MPU 25停止電流控制電路22的掃描動作(S30)。由此，Vbias在停止掃描動作的瞬間被設定為Vsrt附近的電壓，但通過上述相位檢波施加控制而將其穩定(鎖定)在吸收頻帶的極小點，因此Vbias發生變動。
[0114]因此，MPU 25在取得電流控制電路22的輸出電壓Vbias和光檢測器14的輸出電壓Vpd的同時(S32)，等待至經過預定時間(S34的“否”)。總之，MPU 25等待至通過相位檢波控制的Vbias穩定為止。因此，步驟S34的預定時間被設定為到Vbias穩定為止所需的時間以上。
[0115]當經過預定時間時(S34的“是”)，MPU 25判定Vpd是否處于Vmin的±X%以內以及Vbias是否處于Vsrt的土Y%以內(S36、S38)。該閾值(X、Y的值)例如被存儲在存儲器26中。
[0116]在Vpd處于Vmin的± X %以內、且Vbias處于Vset的土 Y %以內的情況(S36的“是”、且S38的“是”)下，MPU 25結束偏置電流的自動設定處理。總之，MPU 25在Vpd與Vmin之差或之比比較小、且Vbias與Vset之差或之比比較小的情況下，判定為已將偏置電流穩定(鎖定)在吸收頻帶B3的最小點，并結束偏置電流的自動設定處理。考慮周圍環境的變動以及噪聲的影響等，MPU 25例如在Vpd處于Vmin的±40%以內、且Vbias處于Vset的±40%以內的情況下，結束偏置電流的自動設定處理。
[0117]另一方面，在Vpd不處于Vmin的± X %以內、或Vbias不處于Vset的土 Y %以內的情況(S36的“否”、或S38的“否”)下，MPU 25開始(重新開始)電流控制電路22的掃描動作(S40)。由此，電流控制電路22重新開始使Vbias逐漸降低至V1的掃描動作。
[0118]接著，MPU 25取得電流控制電路22的輸出電壓值Vbias (S42)，并判定Vbias是否達到了 VJS44)，如果未達到VJS44的“否”)，則再次進行步驟S42的處理，在達到V1時(S44的“是”)，再次進行步驟S12以后的處理。總之，MPU 25在該步驟S42、S44中等待至Vbias達到V1后，再次進行步驟S12以后的處理。另外，MPU 25在再次進行步驟S12的處理前的任意時刻，將存儲在存儲器26中的Vmin改寫為\。
[0119]由此，MPU 25在每當進行掃描處理(步驟S12?S24的處理)時，進行再次掃描判定處理(步驟S26?S38的處理)，由此以中心頻率&與吸收頻帶的最小點一致的方式自動設定偏置電流。
[0120]另外，如果將電流控制電路22構成為能夠在從MPU 25接收到Vbias的設定值后立即輸出與設定值對應的電壓，則可以將步驟S26?S30的處理替代為MPU 25向電流控制電路22供給設定值Vset的處理。同樣，可以將步驟S40?S44的處理替代為MPU 25向電流控制電路22供給設定值V1的處理。
[0121]圖7㈧和圖7(B)中示出偏置電流的自動設定處理中的Vbias的舉動的一例。圖7 (A)是掃描處理進行I次而結束的情況下的例子，圖7 (B)是掃描處理進行兩次而結束的情況下的例子。
[0122]如以上所說明那樣，根據第I實施方式的原子振蕩器，在掃描處理中，將基于氣室13的光的吸收頻帶的最小點附近的Vbias和Vpd分別設為Vset和Vmin存儲到存儲器26中，在再次掃描判定處理中，將Vbias設定并穩定(鎖定)為Vsrt的狀態下，如果所取得的Vpd與Vmin之差(比)處于預定范圍內、且所取得的Vbias與Vset之差(比)處于預定范圍內，則判定為不再次進行掃描處理，在除此以外的情況下，判定為再次進行掃描處理。由此，只要有必要，則反復掃描處理，自動設定偏置電流，使得偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近。因此，根據第I實施方式的原子振蕩器，能夠得到S/N較高的EIT信號，從而提高頻率穩定度。
[0123]另外，在圖1中，除物理封裝100以外的結構要素(電路)例如可以通過單芯片的集成電路(IC)實現，也可以通過多個IC芯片實現。
[0124]此外，在圖1中，半導體激光器10、氣室13、光檢測器14分別相當于本發明中的“光源”、“室”、“光檢測單元”。此外，通過檢波電路21、電流控制電路22、恒流電路24和驅動電路27構成的電路相當于本發明中的“偏置電流控制單元”。此外，MPU 25相當于本發明中的“偏置電流設定單元”。此外，存儲器26相當于本發明中的“存儲單元”。
[0125]1-2.第2實施方式
[0126]對于第2實施方式的原子振蕩器I,MPU 25在偏置電流的自動設定處理中，在進行最先的掃描處理前判定是否需要變更偏置電流的設定，僅在有必要的情況下進行掃描處理和再次掃描判定處理。該第2實施方式的原子振蕩器I的結構與第I實施方式(圖1)相同，因此省略其圖示和說明。此外，MPU 25以外的各部件的功能與第I實施方式相同，因此省略其說明。
[0127]在本實施方式中，MPU 25在掃描處理前，進行如下的調整判定處理:設定供給到半導體激光器10的偏置電流，在通過第I反饋環路控制并穩定(鎖定)偏置電流的狀態下，對光檢測器14檢測到的光的強度和存儲在存儲器26中的光的強度的值進行比較，并根據比較結果判定是否進行掃描處理。例如，MPU 25在調整判定處理中，光檢測器14檢測到的光的強度與存儲在存儲器26中的光的強度的值之差或之比大于閾值的情況下，可以判定為進行掃描處理。
[0128]此外，MPU 25在調整判定處理中，通過第I反饋環路控制并穩定(鎖定)偏置電流的狀態下，可以對該偏置電流和存儲在存儲器26中的偏置電流的值進行比較，并根據比較結果判定是否進行掃描處理。例如，MPU 25在調整判定處理中，在供給到半導體激光器10的偏置電流與存儲在存儲器26中的偏置電流的值之差或之比大于閾值的情況下，可以判定為進行掃描處理。
[0129]此外，可以將存儲器26 設為 EEPROM(ElectricalIy Erasable ProgrammableRead-Only Memory:電可擦除可編程只讀存儲器)等非易失性的存儲器，MPU 25在電源起動時，使用存儲在存儲器26中的光的強度的值和偏置電流的值進行調整判定處理。
[0130]圖8是示出MPU 25進行的偏置電流的自動設定處理的詳細流程的一例的圖。在圖8的流程中，對原子振蕩器I接通電源后，MPU 25首先使電流控制電路22的掃描動作開始(S50)。電流控制電路22的輸出電壓Vbias的初始值是第I電壓V1 (例如0V)，Vbias逐漸上升到第2電壓V2 (例如2.7V)。
[0131]MPU 25接著取得電流控制電路22的輸出電壓值Vbias (S52)，并判定| Vbias — Vset是否為閾值以下(S54)。Vset是在上次的自動設定處理中得到的Vbias的設定值，并被存儲在非易失性的存儲器26中。
[0132]如果|Vbias —VsetI不為閾值以下(S54的“否”)JlJMPU 25再次進行步驟S52的處理，如果IVbias — VsetI為閾值以下(S54的“是”)，則MPU 25進行步驟S56以后的處理。總之，電流控制電路22以使Vbias從V1起逐漸上升的方式開始掃描動作，因此MPU 25在該步驟S52、S54中，等待至Vbias接近初始設定值Vset。另外，MPU25在步驟S54中判定| Vbias —Vset是否為閾值以下是因為MPU 25取得的Vbias的值根據采樣時刻而未必與Vset —致。因此，考慮采樣時刻最大程度地偏離時的Vbias的值，將該閾值設定為可檢測到Vbias最接近Vsrt的情況的值。
[0133]如果|Vbias — VsetI為閾值以下(S54的“是”)，則MPU 25停止電流控制電路22的掃描動作(S56)。由此，Vbias在停止掃描動作的瞬間被設定為Vsrt附近的電壓，但通過上述相位檢波施加控制而將其穩定(鎖定)在吸收頻帶的極小點，因此Vbias發生變動。
[0134]因此，MPU 25在取得電流控制電路22的輸出電壓Vbias和光檢測器14的輸出電壓Vpd的同時(S58)，等待至經過預定時間(S60的“否”)。總之，MPU 25等待至通過相位檢波控制的Vbias穩定為止。因此，步驟S60的預定時間被設定為到Vbias穩定為止所需的時間以上。
[0135]當經過預定時間時(S60的“是”)，MPU 25判定Vpd是否處于Vmin的±X%以內以及Vbias是否處于Vset的土Y%以內(S62、S64)。Vmin是在上次的自動設定處理中得到的Vpd的最小值，并被存儲在非易失性的存儲器26中。此外，閾值(Χ、Υ的值)例如被存儲在存儲器26中。
[0136]在Vpd處于Vniin的±Χ%以內、且Vbias處于Vset的±Υ%以內的情況(S62的“是”、且S64的“是”)下，MPU 25在經過預定時間后(S86的“是”)，取得電流控制電路22的輸出電壓Vbias和光檢測器14的輸出電壓VPD，分別作為Vset和Vmin存儲到存儲器26中(S88)，并結束偏置電流的自動設定處理。總之，MPU 25在Vpd與Vmin之差或之比比較小、且Vbias與Vsrt之差或之比比較小的情況下，判定為已將偏置電流穩定(鎖定)在吸收頻帶B3的最小點，并結束偏置電流的自動設定處理。考慮周圍環境的變動以及噪聲的影響等，MPU 25例如在Vpd處于Vmin的±40%以內、且Vbias處于Vset的±40%以內的情況下,結束偏置電流的自動設定處理。另外，在將偏置電流穩定(鎖定)在吸收頻帶B3的最小點的狀態下，經過預定時間后(例如幾小時)的Vbias、VPD分別與Vsrt、Vmin不同，因此雖然為了將更恰當的數據存儲到存儲器26中而進行了步驟S86和S88的處理，但也可以沒有步驟S86和S88的處理。
[0137]另一方面，在Vpd不處于Vniin的±X%以內、或Vbias不處于Vset的±Y%以內的情況(S62的“否”、或S64的“否”)下，MPU 25開始(重新開始)電流控制電路22的掃描動作(S66)。由此，電流控制電路22重新開始使Vbias逐漸上升至V2的掃描動作。
[0138]接著，MPU 25取得電流控制電路22的輸出電壓值Vbias (S68)，并判定Vbias是否達到了 V2(S70)，如果未達到V2(S70的“否”)，則再次進行步驟S68的處理，在達到V2時(S70的“是”)，進行步驟S72以后的處理。總之，MPU 25在該步驟S68、S70中等待至Vbias達到V2后，進行步驟S72以后的處理。另外，MPU 25在進行步驟S70的處理前的任意時刻，將存儲在存儲器26中的Vmin改寫為V2。
[0139]接著，MPU 25取得電流控制電路22的輸出電壓Vbias和光檢測器的輸出電壓Vpd (S72)，并對Vpd進行微分(S74)。
[0140]然后，MPU 25判定在步驟S74中計算出的Vpd的微分值是否從負變化為正(S76)。
[0141]在Vpd的微分值未從負變化為正的情況(S76的“否”)下，MPU 25判定Vbias是否達到了 V1 (S84)。
[0142]另一方面，在Vpd的微分值從負變化為正的情況(S76的“是”)下，MPU 25比較該Vpd和最小值Vmin的大小(S78)。這里，最小值Vmin被設定為V2,在Vpd的微分值最初從負變化為正時，必定為Vpd < Vmin0
[0143]在Vpd < Vmin的情況(S80的“是”)下，MPU 25將Vpd設為Vmin、將在步驟S72中與該Vpd同時取得的Vbias設為設定值Vsrt,分別存儲到存儲器26中(S82)，并判定Vbias是否達到了 V1 (S84)。此外，在Vpd ^ Vmin的情況(S80的“否，，)下，MPU 25不進行步驟S82的處理，并判定Vbias是否達到了 V1 (S84)。另外，在進行步驟S86和S88的處理的情況下，在步驟S82中，可以將Vmin和Vsrt存儲到易失性存儲器中。
[0144]在步驟S84中，如果Vbias未達到V1 (S84的“否”)，則MPU 25再次執行步驟S72以后的處理。另一方面，如果Vbias達到了 VJS84的“是UUMPU 25進行步驟S52以后的處理。
[0145]MPU 25通過這樣反復步驟S72?S84的處理，在從％到￥1的范圍內掃描Vbias的同時，搜索Vpd的微分值從負變化為正的極小點，將其中的極小點處的VPD、Vbias分別設為Vmin、Vset并存儲到存儲器26中。圖9圖示了在從V2到V1的范圍內掃描Vbias的期間取得的VPD。在本實施方式中，如圖2所示，半導體激光器10產生中心頻率為&的光和頻率為&±乙的成對的I次邊帶光，該成對的I次邊帶光為共振光對，因此在從V2到V1的范圍內掃描Vbias時，依次觀測到僅fo — fm的光被吸收的吸收頻帶B5、僅&的光被吸收的吸收頻帶B4、f0+fm的光和fo - fm的光被吸收的吸收頻帶B3、僅&的光被吸收的吸收頻帶B2、和僅fff；的光被吸收的吸收頻帶B1這5個吸收頻帶。其中的第3個出現的吸收頻帶B3的極小點處的Vpd最小，Vset為稍低于該極小點的值，Vfflin為稍高于最小值的值。
[0146]MPU 25在完成步驟S72?S84的處理后，進行步驟S52?S64的處理，并根據步驟S62、S64的判定結果，進行步驟S86、S88的處理，或再次進行步驟S66以后的處理。另外，在這里的步驟S52?S64的處理中，不使用在電源接通時存儲在存儲器26中的Vpd和Vsrt,而使用在步驟S82中存儲的Vpd和Vsrt。此外，第2次以后的步驟S62、S64的判定中的閾值(X、Y的值)可以與第I次的步驟S62、S64的判定中的閾值相同，也可以不同。
[0147]由此，MPU 25在電源接通后，首先進行調整判定處理(步驟S50?S64的處理)，如果需要變更偏置電流的設定，則在之后每次進行掃描處理(步驟S72?S84的處理)時，進行再次掃描判定處理(步驟S52?S64的處理)，由此自動設定偏置電流使得中心頻率&與吸收頻帶的最小點一致。
[0148]另外，如果將電流控制電路22構成為能夠在從MPU 25接收到Vbias的設定值后立即輸出與設定值對應的電壓，則可以將步驟S50?S56的處理替代為MPU 25向電流控制電路22供給設定值Vset的處理。同樣，可以將步驟S66?S70的處理替代為MPU 25向電流控制電路22供給設定值V2的處理。
[0149]圖10㈧和圖10⑶中示出偏置電流的自動設定處理中的Vbias的舉動的一例。圖10(A)是進行調整判定處理(不進行掃描處理)后結束的情況下的例子，圖10(B)是在調整判定處理后，掃描處理進行I次而結束的情況下的例子。
[0150]如以上所說明那樣，根據第2實施方式的原子振蕩器，在調整判定處理中，將Vbias設定并穩定(鎖定)到存儲在存儲器26中的值Vsrt的狀態下，在所取得的Vpd與存儲在存儲器26中的值Vmin之差(比)處于預定范圍內、且所取得的Vbias與存儲在存儲器26中的值Vset之差(比)處于預定范圍內的情況下，判定為不進行掃描處理，在除此以外的情況下，判定為進行掃描處理。由此，能夠省去無用的掃描處理，削減偏置電流的設定時間和功耗。
[0151]此外，根據第2實施方式的原子振蕩器，在調整判定處理中判定為進行掃描處理的情況下，在掃描處理中，將基于氣室13的光的吸收頻帶的最小點附近的Vbias和Vpd分別設為Vsrt和Vmin存儲到存儲器26中，在再次掃描判定處理中，將Vbias設定并穩定(鎖定)為Vset的狀態下，如果所取得的Vpd與Vmin之差(比)處于預定范圍內、且所取得的Vbias與Vsrt之差(比)處于預定范圍內，則判定為不再次進行掃描處理，在除此以外的情況下，判定為再次進行掃描處理。由此，只要有必要，則反復掃描處理，自動設定偏置電流，使得偏置電流穩定在吸收頻帶的最小點附近。因此，根據第2實施方式的原子振蕩器，能夠得到S/N較高的EIT信號，從而提高頻率穩定度。
[0152]2.電子設備
[0153]圖11是本實施方式的電子設備的功能框圖。
[0154]本實施方式的電子設備300構成為包含原子振蕩器310、CPU(Central ProcessingUnit:中央處理單兀)320、操作部330、ROM (Read Only Memory:只讀存儲器)340、RAM (Random Access Memory:隨機存取存儲器)350、通信部360和顯不部370。另外，本實施方式的電子設備也可以構成為省略或變更圖11的結構要素(各部件)的一部分，或者附加其他結構要素。
[0155]原子振蕩器310例如是上述實施方式的原子振蕩器1，輸出長期穩定度高的時鐘信號。
[0156]CPU 320依照存儲在ROM 340等中的程序進行各種計算處理和控制處理。具體而言，CPU 320與原子振蕩器310輸出的時鐘信號同步地，進行各種運算處理、與來自操作部330的操作信號對應的各種處理、為了與外部進行數據通信而控制通信部360的處理、發送用于使各種信息顯示在顯示部370上的顯示信號的處理等。
[0157]操作部330是由操作鍵、按鈕開關等構成的輸入裝置，將與用戶操作對應的操作信號輸出到CPU 320。
[0158]ROM 340存儲有用于CPU 320進行各種計算處理和控制處理的程序和數據等。
[0159]RAM 350被用作CPU 320的工作區域，暫時存儲從ROM 340讀出的程序和數據、從操作部330輸入的數據、CPU 320依照各種程序執行的運算結果等。
[0160]通信部360進行用于建立CPU 320與外部裝置之間的數據通信的各種控制。
[0161]顯示部370是由LCD (Liquid Crystal Display:液晶顯示器)等構成的顯示裝置，根據從CPU 320輸入的顯示信號顯示各種信息。可以在顯示部370上設置作為操作部330發揮功能的觸摸面板。
[0162]能夠通過組裝本實施方式的原子振蕩器I作為原子振蕩器310，實現可長期地維持高可靠性的電子設備。
[0163]作為這種電子設備300，例如可列舉實現與標準時刻的同步的時刻管理用的服務器(時間服務器)、進行時間戳的發行等的時刻管理裝置(時間戳服務器)、基站等頻率基準裝置等。作為電子設備300，還可以考慮其它各種電子設備，例如可列舉出個人計算機(例如移動型個人計算機、膝上型個人計算機、平板型個人計算機)、智能手機或移動電話機等移動終端、數字靜態照相機、噴墨式排出裝置(例如噴墨打印機)、路由器或開關等存儲區域網絡設備、局域網設備、移動終端基站用設備、電視、攝像機、錄像機、車載導航裝置、實時時鐘裝置、尋呼機、電子記事本(也包含通信功能)、電子辭典、計算器、電子游戲設備、游戲用控制器、文字處理器、工作站、視頻電話、防盜用電視監視器、電子雙筒鏡、POS終端、醫療設備(例如電子體溫計、血壓計、血糖計、心電圖計測裝置、超聲波診斷裝置、電子內窺鏡)、魚群探測器、各種測定設備、計量儀器類(例如車輛、飛機、船舶的計量儀器類)、飛行模擬器、頭戴式顯示器、運動追蹤、運動跟蹤、運動控制器、PDR(步行者位置方位計測)等。
[0164]3.移動體
[0165]圖12是示出本實施方式的移動體的一例的圖(俯視圖)。圖12所示的移動體400構成為包含原子振蕩器410、汽車導航裝置420、控制器430、440、450、電池460和備用電池470。另外，本實施方式的移動體可以構成為省略或變更圖11的結構要素(各部件)的一部分，還可以附加其他結構要素。
[0166]原子振蕩器410輸出長期穩定度高的時鐘信號,作為該原子振蕩器410,能夠應用上述實施方式的原子振蕩器I。
[0167]汽車導航裝置420與原子振蕩器410輸出的時鐘信號同步地，將位置、時刻以及其他各種信息顯示在顯示器上。
[0168]控制器430、440、450進行發動機系統、制動系統、無匙門禁系統等的各種控制。控制器430、440、450可以與原子振蕩器410輸出的時鐘信號同步地進行各種控制。
[0169]本實施方式的移動體400能夠通過具有原子振蕩器410，長期地維持高可靠性。
[0170]作為這樣的移動體400，可以考慮各種移動體，例如可列舉出汽車(也包含電動汽車)、噴氣式飛機或直升飛機等飛機、船舶、火箭、人造衛星等。
[0171]4.應用例
[0172]在上述本實施方式的原子振蕩器中，向氣室13施加磁場時，堿金屬原子的能量能級發生塞曼分裂，產生EIT現象的共振光對的頻率差ω12根據磁場的強度發生變動(其結果，振蕩頻率發生變動)。能夠利用該特性，將本實施方式的原子振蕩器應用到磁傳感器。
[0173]此外，本實施方式的原子振蕩器能夠形成極其穩定的堿金屬原子的量子干涉狀態(量子相干性狀態)，因此能夠通過取出入射到氣室13的共振光對，實現用于量子計算機、量子存儲器、量子加密系統等量子信息設備的光源。
[0174]本發明不限于本實施方式，能夠在本發明的主旨范圍內進行各種變形實施。
[0175]上述實施方式和變形例是一個例子，并非限定于此。例如，還能夠適當組合各實施方式和各變形例。
[0176]本發明包含與在實施方式中說明的結構實質相同的結構(例如，功能、方法和結果相同的結構，或者目的和效果相同的結構)。此外，本發明包含對實施方式中說明的結構的非本質部分進行置換后的結構。此外，本發明包含能夠起到與在實施方式中說明的結構相同作用效果的結構或達到相同目的的結構。此外，本發明包含對在實施方式中說明的結構附加了公知技術后的結構。
【權利要求】
1.一種原子振蕩器，其中，該原子振蕩器具有: 封入有金屬原子的室； 光源，其產生照射到所述室的光； 光檢測單元，其檢測透射過所述室的光； 偏置電流控制單元，其根據所述光檢測單元檢測到的光的強度，對供給到所述光源的偏置電流進行控制； 存儲單元；以及 偏置電流設定單元，其進行掃描處理，并在所述掃描處理后，進行再次掃描判定處理，在所述掃描處理中，對所述偏置電流進行掃描，將所述光檢測單元檢測到的光的強度從減小轉變為增大時的所述偏置電流的值和所述光的強度的值存儲到所述存儲單元中，在所述再次掃描判定處理中，根據存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值設定所述偏置電流，在所述偏置電流控制單元對所述偏置電流進行了控制的狀態下，對所述光檢測單元檢測到的光的強度和存儲在所述存儲單元中的所述光的強度的值進行比較，根據比較結果判定是否再次進行所述掃描處理。
2.根據權利要求1所述的原子振蕩器，其中， 所述偏置電流設定單元在所述再次掃描判定處理中，在所述光檢測單元檢測到的光的強度與存儲在所述存儲單元中的所述光的強度的值之差或之比大于存儲在所述存儲單元中的閾值的情況下，判定為再次進行所述掃描處理。
3.根據權利要求1所述的原子振蕩器，其中， 所述偏置電流設定單元在所述再次掃描判定處理中，在所述偏置電流控制單元對所述偏置電流進行了控制的狀態下，對所述偏置電流和存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值進行比較，并根據比較結果判定是否再次進行所述掃描處理。
4.根據權利要求3所述的原子振蕩器，其中， 所述偏置電流設定單元在所述再次掃描判定處理中，在所述偏置電流與存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值之差或之比大于存儲在所述存儲單元中的閾值的情況下，判定為再次進行所述掃描處理。
5.根據權利要求1所述的原子振蕩器，其中， 所述偏置電流設定單元每當進行所述掃描處理時，進行所述再次掃描判定處理。
6.根據權利要求1所述的原子振蕩器，其中， 所述偏置電流設定單元在所述掃描處理前，進行如下的調整判定處理:根據存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值設定所述偏置電流，在所述偏置電流控制單元對所述偏置電流進行了控制的狀態下，對所述光檢測單元檢測到的光的強度和存儲在所述存儲單元中的所述光的強度的值進行比較，根據比較結果判定是否進行所述掃描處理。
7.根據權利要求6所述的原子振蕩器，其中， 所述偏置電流設定單元在所述調整判定處理中，在所述光檢測單元檢測到的光的強度與存儲在所述存儲單元中的所述光的強度的值之差或之比大于存儲在所述存儲單元中的閾值的情況下，判定為進行所述掃描處理。
8.根據權利要求6所述的原子振蕩器，其中， 所述偏置電流設定單元在所述調整判定處理中，在所述偏置電流控制單元對所述偏置電流進行了控制的狀態下，對所述偏置電流和存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值進行比較，并根據比較結果判定是否進行所述掃描處理。
9.根據權利要求8所述的原子振蕩器，其中， 所述偏置電流設定單元在所述調整判定處理中，在所述偏置電流與存儲在所述存儲單元中的所述偏置電流的值之差或之比大于存儲在所述存儲單元中的閾值的情況下，判定為進行所述掃描處理。
10.一種電子設備，其中，該電子設備具有權利要求1所述的原子振蕩器。
11.一種移動體，其中，該移動體具有權利要求1所述的原子振蕩器。
【文檔編號】H03L7/26GK104518791SQ201410461130
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】田中孝明, 珎道幸治, 吉田啟之, 牧義之 申請人:精工愛普生株式會社