本发明专利技术提供量子干涉装置、原子振荡器以及磁传感器。所述量子干涉装置产生电磁诱导透明现象，其特征在于，该量子干涉装置具有：气态的碱金属原子，其具有两个基态能级和至少一个激发能级，所述两个基态能级具有能量差；以及入射到所述气态的碱金属原子的多对共振光对，各个所述共振光对具有保持与所述能量差相应的频率差的两种频率，各个所述共振光对的中心频率彼此不同。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子干涉装置、原子振荡器以及磁传感器，更详细地讲，涉及用于高效地产生EIT现象的技术。
技术介绍
电磁诱导透明方式(有时也称为EIT方式、CPT方式)的原子振荡器是利用了如下 这样的现象的振荡器，即当同时向碱金属原子照射波长不同的2种共振光时，2种共振光的吸收停止(EIT现象)。图24 (a)表示I个碱金属原子的能量状态。众所周知，当向碱金属原子分别单独地照射具有相当于第I基态能级23与激发能级21之间的能量差的波长的第I共振光、或具有相当于第2基态能级24与激发能级21之间的能量差的波长的第2共振光时，将引起光吸收。但是，当向该碱金属原子同时照射第I共振光和第2共振光、且同时照射的第I共振光和第2共振光之间的频率差与第I基态能级23和第2基态能级24之间的能量差(ΛΕ12)准确地一致时，图24 Ca)的系统处于2个基态能级的重合状态，即量子干涉状态，向激发能级21跃变的激发停止，产生透明(EIT)现象。利用该现象来检测第I共振光与第2共振光之间的波长差偏离ΛΕ12时的光吸收动作的急剧变化，并将其作为信号进行控制，由此，能够制造出高精度的振荡器。另外，ΛΕ12随外部磁场的强度或变动而敏感地变化，因此，能够利用EIT现象来制造高灵敏度的磁传感器。另外，为了提高EIT现象下的光输出信号的信噪比(S/N)，只要增加与共振光相互作用的碱金属的原子数量即可。例如，在专利文献I中，以改善原子振荡器的输出信号的S/N为目的，公开了以下等方法增大封入有气态碱金属原子的气室(cell)的厚度，或增大入射到气室的激光的光束直径。无论哪一种方法，为了增大碱金属原子与共振光接触的区域，如图24 (b)或图24 (c)所示，均增大了气室的厚度或高度。关于这里所使用的激光，只使用了 I对满足EIT现象的发生条件(発見条件)的2种波长的激光。另外，在专利文献2中，(I)公开了关于提高EIT (CPT)方式的原子振荡器的灵敏度的技术。即，特征在于将Dl线用作光源。与以往的D2线的情况相比，理论上可提高EIT(CPT)信号强度。由此，灵敏度/频率稳定度得到提高。(2)并且，使用4光波光源，利用双重Λ型跃迁使能量分裂为2个而成的P 1/2激发能级(超精细结构)同时相互作用，由此，进一步改善信号强度，但这里公开的技术涉及4光波混合，不属于本专利技术涉及的
的范围。专利文献I :日本特开2004 - 96410号公报专利文献2 :USP6359916关注气室内的构成气态碱金属原子团的各个原子，可知具有与各自的运动状态对应的一定的速度分布。如果入射到该原子团的激光的波长只有2种(一对)，则在原子运动的多普勒效应(多普勒频移)的影响下，实际上可相互作用的原子只是气室内的多个原子中的、在激光入射方向上具有特定的速度分量值的极少部分的原子，有助于产生EIT的原子的比例极低。专利文献I所公开的现 有技术存在下述课题，即由于原子振荡器是在这种EIT产生效率低的状态下构成的，因此为了得到信噪比(S/N)较大的期望的吸收光谱，必须增大气室的厚度或高度中的一个，难以在维持信噪比的同时实现小型化。即，气室内的每单位体积内有助于EIT现象的原子数量保持不变。另外，专利文献2- (I)所公开的技术也存在相同的课题。S卩，专利文献1、2_ (I)均只使用了 2种光波。气室内的碱原子具有速度分布，存在与此相伴的能量的多普勒扩展。因此，在只有2种光波的Λ型跃迁中，只与极少部分的原子相互作用，因此，每单位体积的EIT产生收获率极差。因此，存在EIT信号强度弱的问题。实际的碱原子的激发能级具有超精细结构，分裂成图20所示的具有彼此不同的能量的能级。因此，不能用图24 (a)所示的简单的Λ型3能态系统来说明以碱原子为对象的EIT现象，因此，实际上，为了高效地产生ΕΙΤ，需要考虑这样的多能级。但存在这样的问题，即至今为止，考虑了多能级的存在与伴随于上述原子速度分布的能量多普勒扩展之间的关系的研究尚不充分。尤其，从应用了 EIT现象的量子干涉器件的驱动条件的优化等角度看，像本专利技术这样，在使用多对共振光对的情况下考虑激发能级的能量状态来决定光源(激光)的中心频率或决定激光的调制条件是很重要的。
技术实现思路
本专利技术正是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供通过生成波长不同的多对共振光对，来使气室内的更多的气态碱金属原子高效地产生EIT现象的量子干涉装置，并且通过利用该量子干涉装置而提供小型的原子振荡器、磁传感器或量子干涉传感器。本专利技术是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，可作为以下的方式或应用例来实现。量子干涉装置至少具有气态的碱金属原子；以及光源，其用于产生不同频率的共振光对，该共振光对保持与该碱金属原子的2个基态之间的能量差相应的频率差，使所述碱金属原子与所述共振光对相互作用，产生电磁诱导透明现象(ΕΙΤ)，其特征在于,所述共振光对的数量为多对,各个共振光对的中心频率彼此不同。本专利技术的量子干涉装置的特征在于，激发激光对的数量为2对以上的多对，且各个激光对的中心频率彼此不同。由此，能够在每单位体积内，使更多的气态碱金属原子产生EIT现象。特征在于，与所述碱金属原子相互作用的共振光对为线偏振光。对于从光源射出的共振光对，在与光的传播方向垂直的面内电矢量的末端描绘出直线的情况下，该光被称为线偏振光。因此，如果不对从光源射出的共振光对实施偏振，则其为线偏振光。另外，可将光的偏振状态考虑成垂直的2个线偏振光的重合。由此，由于来自光源的共振光原本就是线偏振光，因此不需要进行偏振的手段，从而能够简化光源结构。特征在于，与所述碱金属原子相互作用的所述共振光对为圆偏振光。对于从光源射出的共振光对，在与光的传播方向垂直的面内电矢量的末端描绘出圆的情况下，该光被称为圆偏振光。经实验确认，当把共振光对转换成圆偏振光时，波长入O的光透射强度增大到通常的6倍左右。由此，能够提高EIT现象下的光输出信号的S/N。特征在于，与所述碱金属原子相互作用的所述共振光对为楕圆偏振光。对于从光源射出的共振光对，在与光的传播方向垂直的面内电矢量的末端描绘出楕圆的情况下，该光被称为楕圆偏振光。且可知，存在这样的椭圆偏振光，即当在共振光对的光路上，以与光路垂直的方式设置了波长板并旋转其表面时，该椭圆偏振光的偏振状态发生变化且是在垂直偏振光与圆偏振光之间连续地变化。因此，即使是楕圆偏振光，也能够提高EIT现象下的光输出信号的S/N。特征在于，在所述光源与封入了所述碱金属原子的气室之间的光路上设有波长板。·波长板是指使垂直的偏振光分量之间产生相位差的多折射元件。将产生相位差π(180° )的波长板称为λ/2板或半波长板,其用于改变线偏振光的偏振方向。将产生相位差π/2 (90° )的波长板称为λ/4板或四分之一波长板，其用于将线偏振光转换成圆偏振光(楕圆偏振光)，或相反地将圆偏振光(楕圆偏振光)转换成线偏振光。在专利技术中，由于需要将线偏振光转换成圆偏振光或楕圆偏振光，因此需要使用λ /4板，利用波长板40将从光源射出的线偏振光的共振光对转换成圆偏振光或楕圆偏振光，入射到气室。由此，只需简单的结构即可提高EIT现象下的光输出信号的S/N。特征在于，所述多对共振光对满足电磁诱导透明现象的发生条件，各个共振光对本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种量子干涉装置，其产生电磁诱导透明现象，其特征在于，该量子干涉装置具有：气态的碱金属原子，其具有2个基态能级和至少1个激发能级，所述2个基态能级具有能量差；以及入射到所述气态的碱金属原子的多对共振光对，各个所述共振光对具有保持与所述能量差相应的频率差的2种频率，各个所述共振光对的中心频率彼此不同。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：青山拓，珎道幸治，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：
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