原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体 |
|||||||
| 申请号 | CN201510124644.6 | 申请日 | 2015-03-20 | 公开(公告)号 | CN104935340B | 公开(公告)日 | 2019-08-13 |
| 申请人 | 精工爱普生株式会社; | 发明人 | 牧义之; 中岛卓哉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供 原子 室、量子干涉装置、原子 振荡器 、 电子 设备和移动体，所述原子室能够抑制由剩余部分的金属原子造成的特性的下降，所述量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体具备所述原子室。本发明的气室(2)具备： 碱 金属；空间(S1)，在该空间(S1)中封入有气体状的碱金属；空间(S2)，在该空间(S2)中配置有液体状或固体状的碱金属；以及空间(S3)，其使空间(S1)和空间(S2)连通并具有宽度比空间(S2)的宽度窄的部分。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种原子室，其特征在于，所述原子室具备： |
||||||
| 说明书全文 | 原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体技术领域[0001] 本发明涉及原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体。 背景技术[0003] 原子振荡器的工作原理一般大致分为利用光与微波的双共振现象的方式和利用基于波长不同的两种光的量子干涉效应(CPT：Coherent Population Trapping(相干布居俘获))的方式。 [0004] 在任意一种方式的原子振荡器中，通常将碱金属封入到气室(原子室)内，为了使该碱金属保持于恒定的气体状态而利用加热器将气室加热到规定温度。 [0005] 这里，一般而言，气室内的碱金属并不会全部气化，一部分会作为剩余部分而成为液体。这样的剩余部分的碱金属原子在气室的温度低的部分处析出(结露)而成为液体，而当存在于激励光的通过区域时，会遮挡激励光，其结果是，招致原子振荡器的振荡特性的下降。 [0007] 但是，在专利文献1的气室中，在凹部内析出的剩余部分的碱金属较近地面对激励光的通过区域，由于热扩散等，状态随时间发生变动，因此，被激励的气体状的碱金属的一部分与凹部内的剩余部分的碱金属接触，从而存在这样的问题：被激励的气体状的碱金属的状态变得不均一，其结果是，振荡特性下降(例如频率变动)。 [0008] 专利文献1：日本特开2010－205875号公报 发明内容[0009] 本发明的目的在于提供原子室，所述原子室能够抑制由剩余部分的金属原子造成的特性的下降，并且，提供具备该原子室的量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体。 [0010] 本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够以下述的方式或应用例来实现。 [0011] [应用例1] [0012] 本发明的原子室的特征在于，所述原子室具备：金属；光通过部，在该光通过部中封入有气体状的所述金属；金属存留部，在该金属存留部中配置有液体状或固体状的所述金属；以及连通部，其将所述光通过部和所述金属存留部连通，并具有宽度比所述金属存留部的宽度窄的部分。 [0013] 根据这样的原子室，由于连通部具有宽度比金属存留部的宽度窄的部分，所以能够确保金属存留部的大小，并且能够减少金属存留部内的液体状的金属向光通过部移动的情况(使液体状的金属的动作稳定)，降低液体状的金属对光通过部内的气体状的金属的影响。其结果是，能够抑制由剩余部分的金属造成的特性的下降。 [0014] [应用例2] [0015] 在本发明的原子室中，优选的是，所述原子室具有：一对窗部；以及主体部，其配置于所述一对窗部之间并与所述一对窗部一起构成所述光通过部，该主体部具备所述金属存留部和所述连通部。 [0016] 由此，能够高精度且简单地形成具有光通过部、金属存留部和连通部的小型的原子室。 [0017] [应用例3] [0018] 在本发明的原子室中，优选的是，在从所述一对窗部重叠的方向观察时，所述连通部具有宽度比所述金属存留部的宽度窄的部分。 [0019] 由此，能够遍及一对窗部之间的整个区域地形成连通部。因此，共振信号波谱形状的对称性提高，由此能够提高频率稳定度。并且，能够利用在基板上形成沿厚度方向贯通的贯通孔这样的简单方法，来形成具有宽度比金属存留部窄的连通部的主体部。 [0020] [应用例4] [0021] 在本发明的原子室中，优选的是，在从所述一对窗部重叠的方向观察时，所述连通部具有宽度为所述光通过部的宽度的1/5以下的部分。 [0022] 由此，能够有效地降低金属存留部内的液体状的金属对光通过部内的气体状的金属的影响。 [0023] [应用例5] [0024] 在本发明的原子室中，优选的是，在从与所述一对窗部重叠的方向交叉的方向观察时，所述连通部具有宽度比所述金属存留部的宽度窄的部分。 [0025] 由此，能够增大连通部的光通过部侧的开口和一对窗部中的至少一个窗部之间的距离。因此，能够有效地减少液体状的金属向窗部侧移动的情况。其结果是，能够更有效地抑制由剩余部分的金属造成的特性的下降。 [0026] [应用例6] [0027] 在本发明的原子室中，优选的是，所述主体部和所述窗部被加热接合。 [0028] 由此，能够比较简单地将主体部和各窗部气密接合。 [0029] [应用例7] [0031] 由此，能够使用MEMS加工技术，高精度地形成光通过部、金属存留部和连通部，并且能够实现原子室的小型化。 [0032] [应用例8] [0033] 在本发明的原子室中，优选的是，所述光通过部和所述金属存留部之间的沿着所述连通部的距离比所述连通部的宽度大。 [0034] 由此，能够有效地降低金属存留部内的液体状的金属对光通过部内的气体状的金属的影响。 [0035] [应用例9] [0036] 在本发明的原子室中，优选的是，所述光通过部和所述金属存留部之间的沿着所述连通部的距离是所述连通部的宽度的2倍以上。 [0037] 由此，能够更有效地降低金属存留部内的液体状的金属对光通过部内的气体状的金属的影响。 [0038] [应用例10] [0039] 本发明的量子干涉装置的特征在于，所述量子干涉装置具备本发明的原子室。 [0040] 由此，能够提供这样的量子干涉装置：其具备能够抑制由剩余部分的金属原子造成的特性的下降的原子室。 [0041] [应用例11] [0042] 本发明的原子振荡器的特征在于，所述原子振荡器具备本发明的原子室。 [0043] 由此，能够提供这样的原子振荡器：其具备能够抑制由剩余部分的金属原子造成的特性的下降的原子室。 [0044] [应用例12] [0045] 本发明的电子设备的特征在于，所述电子设备具备本发明的原子室。 [0046] 由此，能够提供这样的电子设备：其具备能够抑制由剩余部分的金属原子造成的特性的下降的原子室。 [0047] [应用例13] [0048] 本发明的移动体的特征在于，所述移动体具备本发明的原子室。 [0050] 图1是示出本发明第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。 [0051] 图2是用于说明碱金属的能量状态的图。 [0052] 图3是示出从光射出部射出的两种光的频率差与由光检测部检测的光的强度的关系的曲线图。 [0053] 图4是图1所示的原子振荡器所具备的原子室的立体图。 [0054] 图5中，(a)是图4所示的原子室的横剖视图，(b)是图4所示的原子室的纵剖视图。 [0055] 图6中，(a)是示出连通部的宽度W2相对于光通过部的宽度W的比(W2/W)与频率稳定度的关系的曲线图，(b)是光通过部和金属存留部之间的沿着连通部的距离L相对于连通部的宽度W2的比(L/W2)与频率稳定度的关系的曲线图。 [0056] 图7是示出本发明第2实施方式的原子室的横剖视图。 [0057] 图8是示出本发明第3实施方式的原子室的横剖视图。 [0058] 图9是示出本发明第4实施方式的原子室的横剖视图。 [0059] 图10是示出本发明第5实施方式的原子室的横剖视图。 [0060] 图11是示出本发明第6实施方式的原子室的横剖视图。 [0061] 图12是示出本发明第7实施方式的原子室的立体图。 [0062] 图13是示出在利用了GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。 [0063] 图14是示出本发明的移动体的一例的图。 [0064] 标号说明 [0065] 1：原子振荡器；2：气室；2A：气室；2B：气室；2C：气室；2D：气室；2E：气室；2F：气室；3：光射出部；5：光检测部；6：加热器；7：温度传感器；8：磁场产生部；10：控制部；11：温度控制部；12：激励光控制部；13：磁场控制部；21：主体部；21A：主体部；21B：主体部；21C：主体部；21D：主体部；21E：主体部；21F：主体部；22：窗部；23：窗部；41：光学部件；42：光学部件； 43：光学部件；44：光学部件；100：定位系统；200：GPS卫星；211：贯通孔；211A：贯通孔；211B： 贯通孔；211C：贯通孔；211D：贯通孔；211E：贯通孔；211F：贯通孔；211a：贯通孔；211b：贯通孔；211c：贯通孔；211d：贯通孔；211e：贯通孔；211f：贯通孔；211g：贯通孔；211h：贯通孔； 211i：贯通孔；211j：贯通孔；211k：贯通孔；211l：贯通孔；211m：贯通孔；211n：空腔部；211o： 空腔部；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；1500：移动体；1501：车体； 1502：车轮；L：距离；LL：激励光；M：碱金属；S：内部空间；S1：空间；S2：空间；S3：空间；W：宽度；W1：宽度；W2：宽度；W3：宽度；WX：宽度；WY：宽度。 具体实施方式[0066] 以下，根据附图所示的实施方式，对本发明的原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体进行详细说明。 [0067] 1.原子振荡器(量子干涉装置) [0068] 首先，对本发明的原子振荡器(具有本发明的量子干涉装置的原子振荡器)进行说明。此外，以下，对将本发明的量子干涉装置应用于原子振荡器的例子进行说明，但本发明的量子干涉装置不限于此，除了原子振荡器以外，例如还可以应用于磁传感器、量子存储器等。 [0069] ＜第1实施方式＞ [0070] 图1是示出本发明第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。并且，图2是用于说明碱金属的能量状态的图，图3是示出从光射出部射出的两种光的频率差与由光检测部检测的光的强度的关系的曲线图。 [0071] 图1所示的原子振荡器1是利用量子干涉效应的原子振荡器。如图1所示，该原子振荡器1具有气室2(原子室)、光射出部3、光学部件41、42、43、44、光检测部5、加热器6、温度传感器7、磁场产生部8以及控制部10。 [0072] 首先，简单说明原子振荡器1的原理。 [0073] 如图1所示，在原子振荡器1中，光射出部3向气室2射出激励光LL，光检测部5检测透过气室2的激励光LL。 [0074] 在气室2内，封入有气体状的碱金属(金属原子)，如图2所示，碱金属具有三能级体系的能级，可得到能级不同的两个基态(基态1、2)和激发态这3个状态。这里，基态1是比基态2低的能量状态。 [0075] 从光射出部3射出的激励光LL包含频率不同的两种共振光1、2，在将这两种共振光1、2照射于上述那样的气体状的碱金属时，共振光1、2在碱金属中的光吸收率(透光率)随着共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1－ω2)而变化。 [0076] 并且，在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1－ω2)和相当于基态1与基态2的能量差的频率一致时，从基态1、2向激发态的激发分别停止。此时，共振光1、2均不被碱金属吸收而透过。将这样的现象称作CPT现象或者电磁感应透明现象(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)。 [0077] 例如，如果光射出部3将共振光1的频率ω1固定并使共振光2的频率ω2变化，则在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1－ω2)和相当于基态1与基态2的能量差的频率ω0一致时，光检测部5的检测强度如图3所示那样陡峭地上升。这样的陡峭的信号作为EIT信号被检测出。该EIT信号具有由碱金属的种类决定的固有值。因此，通过利用这样的EIT信号，能够构成振荡器。 [0078] 以下，依次说明原子振荡器1的各部分。 [0079] [气室] [0080] 在气室2内，封入有气体状的铷、铯、钠等碱金属。此外，在气室2内，还可以根据需要，与碱金属气体一并封入有氩、氖等稀有气体、氮气等惰性气体作为缓冲气体。 [0081] 详情后述，气室2具有：具有贯通孔的主体部；以及封闭该主体部的贯通孔的开口的一对窗部，由此，形成了封入有气体状的碱金属、和作为剩余部分的液体状或固体状的碱金属的内部空间。 [0082] [光射出部] [0084] 更具体而言，光射出部3射出上述那样的频率不同的两种光(共振光1和共振光2)来作为激励光LL。共振光1能够将气室2内的碱金属从上述基态1激发(共振)到激发态。另一方面，共振光2能够将气室2内的碱金属从上述基态2激发(共振)到激发态。 [0087] [光学部件] [0088] 多个光学部件41、42、43、44分别被设置在上述光射出部3与气室2之间的激励光LL的光路上。这里，从光射出部3侧到气室2侧，依次配置有光学部件41、光学部件42、光学部件43、光学部件44。 [0089] 光学部件41是透镜。由此，能够无浪费地向气室2照射激励光LL。 [0090] 此外，光学部件41具有使激励光LL成为平行光的功能。由此，能够简单且可靠地防止激励光LL在气室2的内壁上发生反射。因此，能够恰当地产生气室2内的激励光的共振，其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡特性。 [0091] 光学部件42是偏振片。由此，能够将来自光射出部3的激励光LL的偏振调整为规定方向。 [0092] 光学部件43是减光滤光器(ND滤光器)。由此，能够调整(减小)入射到气室2的激励光LL的强度。因此，即使在光射出部3的输出较大的情况下，也能够使入射到气室2的激励光成为期望的光量。在本实施方式中，利用光学部件43来调整通过了上述光学部件42的具有规定方向的偏振的激励光LL的强度。 [0093] 光学部件44是λ/4波长板。由此，能够将来自光射出部3的激励光LL从线偏振光转换为圆偏振光(右旋圆偏振光或者左旋圆偏振光)。 [0094] 如后所述，在气室2内的碱金属原子因磁场产生部8的磁场而发生了塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射线偏振的激励光，则由于激励光与碱金属原子的相互作用，碱金属原子均匀地分散存在于塞曼分裂后的多个能级。其结果是，由于期望的能级的碱金属原子的数量相对于其它能级的碱金属原子的数量相对地变少，因此显现期望的EIT现象的原子数减少，期望的EIT信号的强度减小，结果导致原子振荡器1的振荡特性的下降。 [0095] 与此相对，如后所述，在气室2内的碱金属原子因磁场产生部8的磁场而发生了塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射圆偏振的激励光，则由于激励光与碱金属原子的相互作用，能够使碱金属原子塞曼分裂后的多个能级中的、期望的能级的碱金属原子的数量相对于其它能级的碱金属原子的数量相对地增多。因此，显现期望的EIT现象的原子数增加，期望的EIT信号的强度增大，其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡特性。 [0096] [光检测部] [0097] 光检测部5具有检测透过气室2内的激励光LL(共振光1、2)的强度的功能。 [0099] [加热器] [0100] 加热器6(加热部)具有对上述气室2(更具体而言是气室2中的碱金属)进行加热的功能。由此，能够将气室2中的碱金属维持为适当浓度的气体状。 [0101] 该加热器6例如构成为包含通过通电而发热的发热电阻体。该发热电阻体可以设置成与气室2接触，也可以设置成不与气室2接触。 [0102] 例如，在将发热电阻体设置成与气室2接触的情况下，在气室2的一对窗部分别设置发热电阻体。由此，能够防止碱金属原子在气室2的窗部上发生结露。其结果是，能够长期使原子振荡器1的特性(振荡特性)优异。这样的发热电阻体由对于激励光具有透过性的材料构成，具体而言，例如由ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)、IZO(Indium Zinc Oxide，氧化铟锌)、In3O3、SnO2、含Sb的SnO2、含Al的ZnO等氧化物等的透明电极材料构成。并且，发热电阻体例如可以使用等离子CVD、热CVD那样的化学蒸镀法(CVD)、真空蒸镀等干式镀敷法、溶胶－凝胶法等来形成。 [0103] 并且，在将发热电阻体设置成不与气室2接触的情况下，可以经由热传导性优异的金属等、陶瓷等部件从发热电阻体向气室2导热。 [0104] 另外，加热器6只要能够对气室2进行加热，则不限定于上述的方式，可以使用各种加热器。并且，也可以代替加热器6，或者与加热器6一起地使用珀尔帖元件来对气室2进行加热。 [0105] [温度传感器] [0106] 温度传感器7检测加热器6或者气室2的温度。进而，根据该温度传感器7的检测结果，控制上述加热器6的发热量。由此，能够使气室2内的碱金属原子维持在期望的温度。 [0107] 另外，该温度传感器7的设置位置没有特别限定，例如可以在加热器6上，也可以在气室2的外表面上。 [0109] [磁场产生部] [0110] 磁场产生部8具有产生磁场的功能，该磁场使气室2内的碱金属的简并后的多个能级发生塞曼分裂。由此，通过塞曼分裂，能够扩大碱金属的简并的不同能级之间的间隙，提高分辨率。其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡频率的精度。 [0111] 该磁场产生部8例如由以夹着气室2的方式配置的亥姆霍兹线圈(Helmholtz coil)或者以覆盖气室2的方式配置的电磁线圈构成。由此，能够在气室2内产生一个方向的均匀的磁场。 [0112] 此外，磁场产生部8产生的磁场是恒定磁场(直流磁场)，但是也可以叠加交变磁场。 [0113] [控制部] [0114] 控制部10具有分别控制光射出部3、加热器6以及磁场产生部8的功能。 [0115] 该控制部10具有：激励光控制部12，其控制光射出部3的共振光1、2的频率；温度控制部11，其控制气室2中的碱金属的温度；以及磁场控制部13，其控制来自磁场产生部8的磁场。 [0116] 激励光控制部12根据上述光检测部5的检测结果，控制从光射出部3射出的共振光1、2的频率。更具体而言，激励光控制部12控制从光射出部3射出的共振光1、2的频率，使得上述频率差(ω1－ω2)成为上述碱金属的固有频率ω0。 [0117] 这里，虽然未图示，但激励光控制部12具有压控型石英振荡器(振荡电路)，其根据光检测部5的检测结果，对该压控型石英振荡器的振荡频率进行同步/调整，并将该压控型石英振荡器的输出信号作为原子振荡器1的输出信号进行输出。 [0118] 例如，虽未图示，但激励光控制部12具有对来自该压控型石英振荡器的输出信号进行倍频的倍频器，将利用该倍频器进行了倍频后的信号(高频信号)叠加于直流偏置电流，并作为驱动信号输入到光射出部3。由此，对压控型石英振荡器进行控制以利用光检测部5检测EIT信号，由此，能够从压控型石英振荡器输出期望的频率的信号。例如，当设来自原子振荡器1的输出信号的期望的频率为f时，该倍频器的倍频率为ω0/(2×f)。由此，当压控型石英振荡器的振荡频率为f时，能够使用来自倍频器的信号，对包含于光射出部3的半导体激光器等发光元件进行调制，使其射出频率差(ω1－ω2)为ω0的两种光。 [0119] 并且，温度控制部11根据温度传感器7的检测结果控制对加热器6的通电。由此，能够将气室2维持在期望的温度范围内。例如，气室2借助加热器6被温度调节到例如70℃左右。 [0120] 并且，磁场控制部13控制对磁场产生部8的通电，以使磁场产生部8产生的磁场恒定。 [0121] 这样的控制部10例如设置在安装于基板上的IC芯片上。 [0122] 以上，简单说明了原子振荡器1的结构。 [0123] (气室的详细说明) [0124] 图4是图1所示的原子振荡器所具备的原子室的立体图，图5的(a)是图4所示的原子室的横剖视图，图5的(b)是图4所示的原子室的纵剖视图。 [0125] 另外，在图4中，为了便于说明，图示出X轴、Y轴和Z轴作为相互垂直的3个轴，将该图示出的各箭头的前端侧作为“+(正)”，将基端侧作为“－(负)”。并且，以下，为了便于说明，将与X轴平行的方向称作“X轴方向”、与Y轴平行的方向称作“Y轴方向”、与Z轴平行的方向称作“Z轴方向”。并且，还将+Z轴方向侧称作“上”、－Z轴方向侧称作“下”。 [0126] 如图4和图5所示，气室2具有主体部21和夹着主体部21设置的一对窗部22、23。 [0127] 在主体部21上形成有沿Z轴方向贯通的贯通孔211。该贯通孔211由贯通孔211a、211b以及将贯通孔211a、211b之间连通的贯通孔211c构成。 [0128] 作为主体部21的构成材料，没有特别限定，可举出玻璃材料、石英、金属材料、树脂材料、硅材料等，但其中优选使用玻璃材料、石英、硅材料中的任一种，更优选使用硅材料。由此，即使在形成宽度和高度为10mm以下这样的小的气室2的情况下，也能够使用蚀刻等微细加工技术来容易地形成高精度的主体部21。即，能够使用MEMS加工技术，高精度地形成空间S1、S2、S3并且实现气室2的小型化。 [0129] 而且，在主体部21的－Z轴方向侧的端面(下端面)上接合有窗部22，另一方面，在主体部21的+Z轴方向侧的端面(上端面)上接合有窗部23。由此，贯通孔211的两端开口被封闭，从而形成了内部空间S，该内部空间S具有基于贯通孔211a的空间S1、基于贯通孔211b的空间S2和基于贯通孔211c的空间S3。在该内部空间S中收纳有碱金属。这里，主体部21和一对窗部22、23可以说是构成了封入有碱金属的内部空间S的“壁部”。 [0130] 作为主体部21和窗部22、23的接合方法，可根据它们的构成材料来确定，只要能够气密地接合，则没有特别限定，例如，可以使用基于粘接剂的接合方法、直接接合法、阳极接合法等，但优选使用直接接合法、阳极接合法等加热接合法。由此，能够比较简单地将主体部21和各窗部22、23气密接合。 [0131] 空间S1主要收纳气体状的碱金属，收纳在该空间S1内的气体状的碱金属被激励光LL激励。即，空间S1构成供激励光LL通过的“光通过部(光通过空间)”。在本实施方式中，空间S1的横截面呈四边形，另一方面，实际上供激励光LL通过的区域的横截面呈圆形，而且被设定得比空间S1的横截面小一些。另外，空间S1的横截面形状不限定于四边形，例如，也可以是五边形等其他多边形、圆形、椭圆形等。 [0132] 空间S2是收纳液体状或固体状的碱金属M的“金属存留部”。该空间S2经由空间S3与空间S1连通。因此，在空间S1内的气体状的碱金属不足时，碱金属M成为气体状并用于激励光LL的激励。并且，当从Z轴方向(一对窗部22、23重叠(排列)的方向)观察时(以下，也称作“俯视”)，该空间S2的宽度W3(沿Y轴方向的长度)比空间S1的宽度WX(沿X轴方向的长度)和WY(沿Y轴方向的长度)窄。由此，能够实现气室2的小型化。 [0133] 如上所述，这样的空间S1、S2、S3是利用一对窗部22、23将形成于主体部21的贯通孔211的两端开口封闭而形成的。由此，能够高精度且简单地形成具有空间S1、S2、S3的小型的气室2。具体而言，例如，通过使用蚀刻等微细加工技术对硅基板或玻璃基板等基板进行加工，能够容易并高效地制作小型且高精度的主体部21。因此，能够高精度且简单地形成小型的气室2。特别地，利用了CPT的方式的原子振荡器与利用了双共振现象的方式的原子振荡器相比，趋于小型化，近年来，期待组装到各种各样的设备，进一步小型化的要求也愈发强烈，因此，能够高精度且简单地形成小型的气室2这一效果对于利用了CPT的方式的原子振荡器1来说是重要的。 [0134] 这样的空间S2的具体的宽度W3根据剩余部分的碱金属M的体积以及气室2整体的体积等来确定，没有特别限定，但优选为0.1mm以上且2mm以下，更优选为0.1mm以上且1mm以下。 [0135] 并且，在本实施方式中，如图5的(a)所示，在从Z轴方向观察时，空间S2呈四边形。另外，空间S2的横截面形状不限定于四边形，例如，也可以是五边形等其他多边形、圆形、椭圆形等。 [0136] 并且，从Z轴方向观察时，将空间S1和空间S2连通的“连通部”即空间S3呈直线延伸的形状。并且，在从Z轴方向(一对窗部22、23重叠的方向)观察时，空间S3的宽度W2(沿Y轴方向的长度)比空间S2的宽度W3(沿Y轴方向的长度)窄。 [0137] 与这样的主体部21接合的各窗部22、23对于来自上述的光射出部3的激励光具有透过性。而且，一方的窗部22是供激励光LL入射到气室2的空间S1内的入射侧窗部，另一方的窗部23是供激励光LL从气室2的空间S1内射出的射出侧窗部。 [0138] 并且，窗部22、23分别呈板状。 [0139] 作为窗部22、23的构成材料，只要对于上述那样的激励光具有透过性，则没有特别限定，例如可举出玻璃材料、石英等。在利用玻璃材料构成窗部22、23的情况下，能够利用阳极接合法来简单地气密地接合由硅材料构成的主体部21和窗部22、23。另外，根据窗部22、23的厚度和激励光的强度，也可以利用硅构成窗部22、23。 [0140] 如以上说明那样构成的气室2中，将空间S1(光通过部)和空间S2(金属存留部)连通的空间S3(连通部)具有比空间S2的宽度W3窄的宽度W2的部分，因此，能够确保可收纳所需的液体状的碱金属M的空间S2的大小，并且能够减少空间S2内的液体状的碱金属M向空间S1移动的情况，降低液体状的碱金属M对空间S1内的气体状的碱金属的影响。其结果是，能够抑制由剩余部分的碱金属造成的特性的下降。 [0141] 并且，在本实施方式中，如上所述，在从一对窗部22、23重叠的方向观察时，空间S3具有宽度比空间S2的宽度W3窄的部分。并且，空间S2遍及一对窗部22、23之间的整个区域地形成。因此，共振信号波谱形状的对称性提高，由此能够提高频率稳定度。并且，能够利用在基板上形成沿厚度方向贯通的贯通孔211这样的简单的方法，来形成具有宽度比空间S2窄的空间S3的主体部21。 [0142] 图6的(a)是示出连通部的宽度W2相对于光通过部的宽度W的比(W2/W)与频率稳定度的关系的曲线图，图6的(b)是光通过部和金属存留部之间的沿着连通部的距离L相对于连通部的宽度W2的比(L/W2)与频率稳定度的关系的曲线图。 [0143] 本发明的发明人们准备了空间S1的宽度WX、WY分别为2mm且空间S3的宽度W2不同的多个气室，在对使用了各个气室的原子振荡器的每1天的频率稳定度进行测定之后，对于空间S3的宽度W2相对于空间S1的宽度W的比(W2/W)与频率稳定度的关系，得到了图6的(a)所示的结果。这里，比(W2/W)与频率稳定度的关系可以视为大致等同于空间S3的宽度W2相对于实际上供激励光通过的区域的宽度W1的比(W2/W1)与频率稳定度的关系。另外，在空间S1的宽度WX、WY与上述不同的情况下，进行了同样的测定之后，表现出与图6的(a)所示的结果相同的趋势，但空间S1的宽度WX、WY越小，上述趋势越表现得明显。即，空间S1越小，液体状的碱金属的影响越大。 [0144] 根据这样的图6的(a)所示的结果，W2/W优选为1/5以下，更优选为1/6以下，进一步优选为1/7以下。由于空间S3具有这样的范围内的宽度W2的部分，能够有效降低空间S2内的液体状的碱金属M对空间S1内的气体状的碱金属的影响。 [0145] 具体的宽度W2优选为0.1μm以上且400μm以下，更优选为1μm以上且300μm以下，进一步优选为10μm以上且200μm以下。由此，即使空间S1较小，也能够有效降低空间S2内的液体状的碱金属M对空间S1内的气体状的碱金属的影响。与此相对，若宽度W2过大，则气室2的小型化变得困难。另一方面，若宽度W2过小，则制造气室2时的加工困难。 [0146] 并且，本发明的发明人们准备了空间S1的宽度WX、WY分别为2mm、空间S3的宽度W2为100μm且空间S3的长度不同的多个气室，在对使用了各个气室的原子振荡器的每1天的频率稳定度进行测定之后，对于沿着空间S3的、空间S1和空间S2之间的距离L相对于空间S3的宽度W2的比(L/W2)与频率稳定度的关系，得到了图6的(b)所示的结果。这里，严格来讲，距离L是沿着空间S3的、空间S1和空间S2内的碱金属M之间的距离。另外，在空间S1的宽度WX、WY与上述不同的情况下，进行了同样的测定之后，表现出与图6的(b)所示的结果相同的趋势，但空间S1的宽度WX、WY越小，上述趋势越表现得明显。即，空间S1越小，液体状的碱金属的影响越大。 [0147] 根据这样的图6的(b)所示的结果，距离L优选比空间S3的宽度W2大，更优选为空间S3的宽度W2的2倍以上，进一步优选为空间S3的宽度W2的3倍以上。由此，能够有效降低空间S3内的液体状的碱金属M对空间S1内的气体状的碱金属的影响。 [0148] 具体的距离L优选为200μm以上且3mm以下，更优选为200μm以上且1mm以下，进一步优选为300μm以上且800μm以下。由此，能够实现气室2的小型化，并且能够有效降低空间S2内的液体状的碱金属M对空间S1内的气体状的碱金属的影响。 [0149] ＜第2实施方式＞ [0150] 接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。 [0151] 图7是示出本发明第2实施方式的原子室的横剖视图。 [0152] 本实施方式中，除了连通部的形状不同以外，与上述第1实施方式相同。 [0153] 另外，在以下的说明中，关于第2实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项省略其说明。 [0154] 图7所示的气室2A(原子室)具备主体部21A来代替第1实施方式的主体部21。 [0155] 在主体部21A上形成有沿Z轴方向贯通的贯通孔211A。该贯通孔211A由贯通孔211a、211b以及将贯通孔211a、211b之间连通的贯通孔211d构成。并且，贯通孔211A的两端开口被一对窗部22、23封闭，从而形成了内部空间S，该内部空间S具有基于贯通孔211a的空间S1、基于贯通孔211b的空间S2和基于贯通孔211d的空间S3。 [0156] 本实施方式的空间S3具有宽度从中间部向空间S1侧扩大的部分以及宽度从中间部向空间S2扩大的部分。关于该空间S3，作为其最小宽度的宽度W2具有在上述第1实施方式中叙述那样的关系。 [0157] 利用以上说明的第2实施方式，也能够抑制由剩余部分的碱金属M造成的特性的下降。 [0158] ＜第3实施方式＞ [0159] 接下来，对本发明的第3实施方式进行说明。 [0160] 图8是示出本发明第3实施方式的原子室的横剖视图。 [0161] 本实施方式中，除了金属存留部和连通部的配置不同以外，与上述第1实施方式相同。 [0162] 另外，在以下的说明中，关于第3实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项省略其说明。 [0163] 图8所示的气室2B(原子室)具备主体部21B来代替第1实施方式的主体部21。 [0164] 在主体部21B上形成有沿Z轴方向贯通的贯通孔211B。该贯通孔211B由贯通孔211a、211e以及将贯通孔211a、211e之间连通的贯通孔211f构成。并且，贯通孔211B的两端开口被一对窗部22、23封闭，从而形成了内部空间S，该内部空间S具有基于贯通孔211a的空间S1、基于贯通孔211e的空间S2和基于贯通孔211f的空间S3。 [0165] 在俯视时，本实施方式的空间S3开口于呈四边形的空间S1的角部。由此，能够进一步降低空间S2内的液体状的碱金属M对实际上供激励光LL通过的区域的影响。 [0166] 利用以上说明的第3实施方式，也能够抑制由剩余部分的碱金属M造成的特性的下降。 [0167] ＜第4实施方式＞ [0168] 接下来，对本发明的第4实施方式进行说明。 [0169] 图9是示出本发明第4实施方式的原子室的横剖视图。 [0170] 本实施方式中，除了光通过部的形状不同以外，与上述第1实施方式相同。 [0171] 另外，在以下的说明中，关于第4实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项省略其说明。 [0172] 图9所示的气室2C(原子室)具备主体部21C来代替第1实施方式的主体部21。 [0173] 在主体部21C上形成有沿Z轴方向贯通的贯通孔211C。该贯通孔211C由贯通孔211g、211b以及将贯通孔211g、211b之间连通的贯通孔211c构成。并且，贯通孔211C的两端开口被一对窗部22、23封闭，从而形成了内部空间S，该内部空间S具有基于贯通孔211g的空间S1、基于贯通孔211b的空间S2和基于贯通孔211c的空间S3。 [0174] 本实施方式的空间S1在俯视时，呈以空间S1和空间S2排列的方向为短边方向的长方形。该空间S1将其短边方向的宽度即宽度WX作为宽度W，具有在上述第1实施方式中叙述那样的关系。 [0175] 利用以上说明的第4实施方式，也能够抑制由剩余部分的碱金属M造成的特性的下降。 [0176] ＜第5实施方式＞ [0177] 接下来，对本发明的第5实施方式进行说明。 [0178] 图10是示出本发明第5实施方式的原子室的横剖视图。 [0179] 本实施方式中，除了光通过部、金属存留部和连通部的形状和配置不同以外，与上述第1实施方式相同。 [0180] 另外，在以下的说明中，关于第5实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项省略其说明。 [0181] 图10所示的气室2D(原子室)具备主体部21D来代替第1实施方式的主体部21。 [0182] 在主体部21D上形成有沿Z轴方向贯通的贯通孔211D。该贯通孔211D由圆柱状的贯通孔211h、211i以及将贯通孔211h、211i之间连通的狭缝状的贯通孔211j构成。并且，贯通孔211D的两端开口被一对窗部22、23封闭，从而形成了内部空间S，该内部空间S具有基于贯通孔211h的空间S1、基于贯通孔211i的空间S2和基于贯通孔211j的空间S3。 [0183] 利用以上说明的第5实施方式，也能够抑制由剩余部分的碱金属M造成的特性的下降。 [0184] ＜第6实施方式＞ [0185] 接下来，对本发明的第6实施方式进行说明。 [0186] 图11是示出本发明第6实施方式的原子室的横剖视图。 [0187] 本实施方式中，除了金属存留部和连通部的配置不同以外，与上述第1实施方式相同。并且，本实施方式中，除了连通部的结构不同以外，与上述第5实施方式相同。 [0188] 另外，在以下的说明中，关于第6实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项省略其说明。 [0189] 图11所示的气室2E(原子室)具备主体部21E来代替第1实施方式的主体部21。 [0190] 在主体部21E上形成有沿Z轴方向贯通的贯通孔211E。该贯通孔211E由圆柱状的贯通孔211k、211l以及将贯通孔211k、211l之间连通的狭缝状的贯通孔211m构成。并且，贯通孔211E的两端开口被一对窗部22、23封闭，从而形成了内部空间S，该内部空间S具有基于贯通孔211k的空间S1、基于贯通孔211l的空间S2和基于贯通孔211m的空间S3。 [0191] 本实施方式的空间S3在俯视时，具有曲折或弯曲的部分。由此，能够实现气室2E的小型化，并且能够增大空间S3的长度。并且，空间S3的曲折或弯曲的部分能够限制碱金属从空间S2向空间S1的移动。因此，能够进一步降低空间S2内的液体状的碱金属M对实际上供激励光LL通过的区域的影响。 [0192] 利用以上说明的第6实施方式，也能够抑制由剩余部分的碱金属M造成的特性的下降。 [0193] ＜第7实施方式＞ [0194] 接下来，对本发明的第7实施方式进行说明。 [0195] 图12是示出本发明第7实施方式的原子室的立体图。 [0196] 本实施方式中，除了金属存留部和连通部的配置不同以外，与上述第1实施方式相同。 [0197] 另外，在以下的说明中，关于第7实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项省略其说明。 [0198] 图12所示的气室2F(原子室)具备主体部21F来代替第1实施方式的主体部21。 [0199] 在主体部21F上形成有沿Z轴方向贯通的贯通孔211F。该贯通孔211F由贯通孔211a和设置于厚度方向的中途的空腔部211n、211o构成。并且，贯通孔211F的两端开口被一对窗部22、23封闭，从而形成了内部空间S，该内部空间S具有基于贯通孔211a的空间S1、基于空腔部211n的空间S2、以及基于空腔部211o的空间S3。 [0200] 本实施方式的空间S2、S3分别沿与一对窗部22、23重叠的方向垂直的方向延伸。因此，在从与一对窗部22、23重叠的方向交叉的方向观察时，空间S3具有宽度比空间S2的宽度窄的部分。由此，能够增大空间S3的空间S1侧的开口和一对窗部22、23之间的距离。因此，能够有效地降低空间S2内的液体状的碱金属向窗部22、23侧移动的情况。其结果是，能够更有效地抑制由剩余部分的碱金属造成的特性的下降。 [0201] 利用以上说明的第7实施方式，也能够抑制由剩余部分的碱金属M造成的特性的下降。 [0202] 2.电子设备 [0203] 以上说明那样的原子振荡器能够组装到各种电子设备中。这样的电子设备具有优异的可靠性。 [0204] 以下，对本发明的电子设备进行说明。 [0205] 图13是示出在利用了GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。 [0206] 图13所示的定位系统100由GPS卫星200、基站装置300以及GPS接收装置400构成。 [0207] GPS卫星200发送定位信息(GPS信号)。 [0208] 基站装置300例如具有：接收装置302，其经由设置在电子基准点(GPS连续观测站)的天线301，高精度地接收来自GPS卫星200的定位信息；以及发送装置304，其经由天线303发送由该接收装置302接收到的定位信息。 [0209] 这里，接收装置302是具有上述本发明的原子振荡器1来作为其基准频率振荡源的电子装置。这样的接收装置302具有优异的可靠性。此外，由接收装置302接收到的定位信息被发送装置304实时地发送。 [0210] GPS接收装置400具有：卫星接收部402，其经由天线401接收来自GPS卫星200的定位信息；以及基站接收部404，其经由天线403接收来自基站装置300的定位信息。 [0211] 3.移动体 [0212] 图14是示出本发明的移动体的一例的图。 [0214] 根据这样的移动体，能够发挥优异的可靠性。 [0215] 此外，本发明的电子设备不限于上述设备，例如也可以应用于：移动电话、数字照相机、喷射式喷出装置(例如喷墨打印机)、个人计算机(移动型个人计算机、笔记本型个人计算机)、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本(还包含带通信功能的)、电子词典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、视频电话、防盗用电视监视器、电子望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、地面数字广播、移动电话基站等。 [0216] 以上，根据图示的实施方式，对本发明的原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明不限于此。 [0217] 此外，本发明的各部分的结构可以置换为发挥与上述实施方式相同功能的任意结构，并且，还可以附加任意结构。 [0218] 并且，本发明也可以将上述各实施方式中的任意结构之间组合起来。 [0219] 并且，在上述实施方式中，以如下情况为例子进行了说明：在利用波长不同的两种光的量子干涉效应来使铯等进行共振跃迁的量子干涉装置中使用了本发明的原子室，但本发明的原子室不限定于此，也可以应用于利用基于光和微波的双共振现象来使铷等进行共振跃迁的双共振装置。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈