光LL2進(jìn)行檢測(cè)；第一控制部51，其對(duì)第一光LLl的波長(zhǎng)進(jìn)行控制，第二控制部52，其對(duì)第二光LL2的波長(zhǎng)進(jìn)行控制，輸出部53，其利用檢測(cè)部4的檢測(cè)結(jié)果而輸出時(shí)鐘信號(hào)。
[0071 ]在該原子振蕩器I中，從第一光源部31出射的第一光LLl的波長(zhǎng)與從第二光源部32出射的第二光LL2的波長(zhǎng)互為不同，并且第一光LLl及第二光LL2相互重合而使產(chǎn)生差拍(光差頻LL)。在此，第一光LLl及第二光LL2的波長(zhǎng)，通過(guò)第一控制部51及第二控制部52而以與原子室2內(nèi)的原子的吸收光譜一致的方式高精度地被控制。尤其是，第一光LLl以在原子室2內(nèi)的原子的Dl線處共振的方式而被控制，此外，第二光LL2以在原子室2內(nèi)的原子的Dl線或D2線處共振的方式而被控制。
[0072]而且，在檢測(cè)部4中，檢測(cè)出與光差頻LL的頻率相等的差頻信號(hào)，并在輸出部53中，利用該差頻信號(hào)而生成并輸出時(shí)鐘信號(hào)。
[0073]根據(jù)這種原子振蕩器I，能夠?qū)崿F(xiàn)如下的原子振蕩器，S卩，不使用作為由于電磁誘導(dǎo)透明化現(xiàn)象而產(chǎn)生的信號(hào)的EIT信號(hào)，而使用基于光差頻LL而產(chǎn)生的差頻信號(hào)，并具有基于原子的能量躍迀而產(chǎn)生高精度的振蕩特性的原子振蕩器。因此，無(wú)需使產(chǎn)生EIT信號(hào)，此夕卜，即使生成了EIT信號(hào)，也不需要利用該EIT信號(hào)。因此，不需要如現(xiàn)有技術(shù)這樣在利用了EIT信號(hào)的裝置中所需要的磁性線圈、磁性屏蔽部件以及偏振板等部件，其結(jié)果為，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。而且，由于作為第一光及第二光中的至少第一光而使用在原子的Dl線處共振的光，因此與僅使用了D2線的情況相比，能夠使原子的吸收的線寬變窄，其結(jié)果為，能夠提高S/N比(信號(hào)對(duì)噪聲比)。
[0074]以下，對(duì)原子振蕩器I的各部依次進(jìn)行說(shuō)明。
[0075]原子室
[0076]在原子室2內(nèi)封入有氣體狀的原子。作為該原子，只要是具有至少兩個(gè)不同的共振波長(zhǎng)的躍迀的原子、亦即吸收光譜至少具有兩個(gè)峰值的原子，則能夠使用所用的原子，但是從吸收光譜的峰值的線寬較窄且容易成為氣體狀的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用銣原子、銫原子、鈉原子等堿性金屬原子。
[0077]此外，也可以根據(jù)需要而將氬氣、氖氣等稀有氣體、氮?dú)獾榷栊詺怏w作為緩沖氣體而與堿性金屬氣體一起封入在原子室2內(nèi)。然而，從使吸收光譜的峰值的線寬變窄的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為，在原子室2內(nèi)盡可能不包含堿性金屬原子以外的原子。另外，在下文中，以在原子室2內(nèi)封入了堿性金屬原子的情況為例而進(jìn)行說(shuō)明。
[0078]例如，如圖2所示，作為堿性金屬原子的一種的銫原子，具有6S1/2的基態(tài)能級(jí)、6P1/2以及6P3/2的兩個(gè)激勵(lì)能級(jí)。此外，6S1/2、6P1/2、6P3/2的各能級(jí)具有分裂為多個(gè)能量能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。具體而言，6S1/2能級(jí)具有F = 3、4這兩個(gè)基態(tài)能級(jí)，6P1/2能級(jí)具有F’ = 3、4這兩個(gè)激勵(lì)能級(jí)，6P3/2能級(jí)具有F°’ = 2、3、4、5這四個(gè)激勵(lì)能級(jí)。
[0079]雖然處于6S1/2的？ = 3的第一基態(tài)能級(jí)的銫原子通過(guò)吸收02線而能夠躍迀到6卩3/2的F”=2、3、4中的任意一個(gè)激勵(lì)能級(jí)，但卻不能躍迀到F”=5的激勵(lì)能級(jí)。雖然處于631/2的？=4的第二基態(tài)能級(jí)的銫原子通過(guò)吸收D2線而能夠躍迀到6P3/2的F” =3、4、5中的任意一個(gè)的激勵(lì)能級(jí)，但卻不能躍迀到F” =2的激勵(lì)能級(jí)。這些是通過(guò)假設(shè)了電偶極躍迀的情況下的躍迀選擇定則而實(shí)現(xiàn)。相反，處于6P3/2的F” = 3、4中的任意一個(gè)的激勵(lì)能級(jí)的銫原子，放出D2線而能夠躍迀到6S1/2的F = 3或F = 4的基態(tài)能級(jí)(原來(lái)的基態(tài)能級(jí)或其他的基態(tài)能級(jí)中的任意一個(gè))。由于由這樣的6S1/2的F = 3、4這兩個(gè)基態(tài)能級(jí)與6P3/2的F°’ =3、4中的任意一個(gè)激勵(lì)能級(jí)組成的3能級(jí)能夠通過(guò)進(jìn)行由D2線的吸收、發(fā)光而引起的Λ型的躍迀，因此稱為Λ型3能級(jí)。同樣地，由于由6S1/2的F = 3、4這兩個(gè)基態(tài)能級(jí)與6Ρ1/2的F’ = 3、4中的任意一個(gè)激勵(lì)能級(jí)組成的3能級(jí)也能夠進(jìn)行由Dl線的吸收、發(fā)光而引起的Λ型的躍迀，因此形成Λ型3能級(jí)。
[0080]相對(duì)于此，處于6Ρ3/2的F”=2的激勵(lì)能級(jí)的銫原子放出D2線而必然躍迀到6S1/:^F=3的基態(tài)能級(jí)(原來(lái)的基態(tài)能級(jí))，同樣地，處于6P3/2的F” =5的激勵(lì)能級(jí)的銫原子放出D2線而必然躍迀到631/2的？ = 4的基態(tài)能級(jí)(原來(lái)的基態(tài)能級(jí))。因此，由631/2的？ = 3、4這兩個(gè)基態(tài)能級(jí)與6P3/2的F = 2或F = 5的激勵(lì)能級(jí)組成的3能級(jí)由于不能進(jìn)行由D2線的吸收、放出而引起的Λ型的躍迀，因此不形成Λ型3能級(jí)。
[0081]另外，銫原子以外的堿性金屬原子也同樣地具有形成Λ型3能級(jí)的這兩個(gè)基態(tài)能級(jí)和激勵(lì)能級(jí)。
[0082]如圖3及圖4所示，封入有這種堿性金屬的原子室2具有:主體部21以及以隔著主體部21的方式而設(shè)置的一對(duì)窗部22、23。在該原子室2中，主體部21被配置在一對(duì)窗部22、23之間，并且主體部21及一對(duì)窗部22、23劃分形成(構(gòu)成)了封入有氣體狀的堿性金屬的內(nèi)部空間S。
[0083]更具體地進(jìn)行說(shuō)明，主體部21成為板狀，在該主體部21上形成有在主體部21的厚度方向上貫通的貫通孔211。
[0084]作為該主體部21的構(gòu)成材料，不特別地進(jìn)行限定，雖然列舉了玻璃材料、水晶、金屬材料、樹脂材料、硅材料等，但在其中，優(yōu)選使用玻璃材料、水晶、硅材料中的任意一種，更優(yōu)選為，使用硅材料。由此，即使形成寬度及高度在1mm以下的這樣的較小的原子室2的情況下，也能夠利用蝕刻等精細(xì)加工技術(shù)而容易地形成高精度的主體部21。尤其是，能夠?qū)柽M(jìn)行通過(guò)蝕刻的精細(xì)加工。因此，即使通過(guò)利用硅來(lái)構(gòu)成主體部21，從而實(shí)現(xiàn)原子室2的小型化，也能夠簡(jiǎn)單且高精度地形成主體部21。此外，雖然一般情況下，窗部22、23由玻璃構(gòu)成，但硅與玻璃相比而在熱傳導(dǎo)性上較為優(yōu)異。因此，能夠使主體部21具有優(yōu)異的散熱性。此外，在窗部22、23由玻璃構(gòu)成的情況下，能夠通過(guò)陽(yáng)極接合而簡(jiǎn)單地使主體部21與窗部22、23進(jìn)行氣密性的接合，從而能夠使原子室2具有優(yōu)異的可靠性。
[0085]在這種主體部21的一側(cè)的面上接合有窗部22，另一方面，在主體部21的另一側(cè)的面上接合有窗部23。由此，貫通孔211的一端開(kāi)口通過(guò)窗部22而被封鎖，并且貫通孔211的另一端開(kāi)口通過(guò)窗部23而被封鎖。
[0086]如此，通過(guò)利用窗部22、23來(lái)對(duì)貫通孔211進(jìn)行封鎖，從而形成了封入有氣體狀的堿性金屬原子的內(nèi)部空間S。在本實(shí)施方式中，貫通孔211的橫截面，即內(nèi)部空間S的橫截面呈圓形。另外，內(nèi)部空間S的橫截面形狀并不限定于圓形，也可以是例如四邊形、五邊形等多邊形、橢圓形等。
[0087]作為主體部21與窗部22、23的接合方法，根據(jù)這些構(gòu)成材料而被決定，只要是能夠氣密性地進(jìn)行接合的方法，則不特別地進(jìn)行限定，但雖然能夠使用例如利用粘著劑而進(jìn)行的接合方法、直接接合法、陽(yáng)極接合法、表面活性化接合法等，但優(yōu)選使用直接接合法或陽(yáng)極接合法。由此，能夠使主體部21與窗部22、23簡(jiǎn)單且氣密性地進(jìn)行接合，從而能夠使原子室2具有優(yōu)異的可靠性。
[0088]被接合在這種主體部21上的各窗部22、23分別呈板狀，并具有針對(duì)第一光LLl及第二光LL2的透射性。而且，一側(cè)的窗部22為第一光LLl及第二光LL2向原子室2的內(nèi)部空間S內(nèi)入射的入射側(cè)窗部，另一側(cè)的窗部23為第一光LLl及第2光LL2從原子室2的內(nèi)部空間S內(nèi)出射的射出側(cè)窗部。
[0089]作為窗部22、23的構(gòu)成材料，只要具有針對(duì)第一光LLl及第二光LL2的透過(guò)性，則不特別地進(jìn)行限定，但雖然列舉出例如玻璃材料、水晶等，但優(yōu)選為使用玻璃材料。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有相對(duì)于第一光LLl及第二光LL2的優(yōu)越的透過(guò)性的窗部22、23。此外，在主體部21由硅構(gòu)成的情況下，通過(guò)利用玻璃來(lái)構(gòu)成窗部22、23，從而能夠利用陽(yáng)極接合來(lái)使主體部21和窗部22簡(jiǎn)單且氣密性地進(jìn)行接合，從而能夠使原子室2具有優(yōu)異的可靠性。另外，也可以根據(jù)窗部22、23的厚度以及第一光LLl及第二光LL2的強(qiáng)度而利用硅來(lái)構(gòu)成窗部22、23。在該情況下，也能夠使主體部21與窗部22、23進(jìn)行直接接合或陽(yáng)極接合。
[0090]這種原子室2通過(guò)未圖示的加熱器而被控制為期望的溫度。由此，能夠使原子室2內(nèi)的堿性金屬維持在期望濃度的氣體狀。
[0091]第一光源部、第二光源部
[0092]第一光源部31具有出射在前述的原子室2內(nèi)的原子的Dl線處共振的第一光LLl(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)的波長(zhǎng)與第一光LLl不同且在原子室2內(nèi)的原子的Dl線或D2線處共振。在此，第一光LLl及第二光LL2分別為具有可干涉性(相干性)的光。
[0093]例如，在原子室2內(nèi)的原子為銫原子的情況下，第一光LLl的波長(zhǎng)為在Dl線(從第一基態(tài)能級(jí)向6P1/2激勵(lì)能級(jí)的躍迀)處共振的894nm，第二光LL2的波長(zhǎng)為在D2線(從第一基態(tài)能級(jí)向6P3/2激勵(lì)能級(jí)的躍迀)處共振的850nm(參照?qǐng)D2)。另外，第二光LL2的波長(zhǎng)可以是在Dl線(從第二基態(tài)能級(jí)向6P1/2激勵(lì)能級(jí)的躍迀)處共振的波長(zhǎng)，并且該波長(zhǎng)與第一光LLl的波長(zhǎng)相比僅不同于與相當(dāng)于第一基態(tài)能級(jí)和第二基態(tài)能級(jí)的能量差ΛΕ的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的量。
[0094]雖然這樣的第一光源部31及第二光源部32只要為能夠出射前述那樣的光的光源則不特別地進(jìn)行限定，但也可以使用例如端面發(fā)光激光器、垂直共振器面發(fā)光激光器(VSCEL)等半導(dǎo)體激光器而構(gòu)成。
[0095]光學(xué)部件
[0096]光學(xué)部件33為例如鏡子，光學(xué)部件34為例如偏光光束分流器。
[0097]光學(xué)部件33使來(lái)自第二光源部32的第二光LL2朝向光學(xué)部件34而反射。而且，光學(xué)部件34使來(lái)自第一光源部31的第一光LLl就此透射并向原子室2入射，并且使通過(guò)光學(xué)部件33而反射的第二光LL2進(jìn)行反射并向原子室2入射。因此，如圖3所示，第一光LLl以第二光LL2以光軸相互一致的(或成為平行)的方式而被合成并向原子室2入射