発明の詳細な説明【技術分野】 【０００１】 本発明は、原子発振器に関する。 続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】 【０００２】 原子発振器には、原子時計、ならびに原子共鳴を利用した慣性センサおよび磁気センサ等に使用される小型の原子周波数標準器として、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping，量子干渉効果）共鳴を利用したものがある。ＣＰＴによる原子発振器（以下、原子発振器）は、アルカリ金属原子を封入したガラスセル（原子共鳴系）、原子共鳴系に光を入力するレーザー光源、および局部発振器を備え、原子共鳴系から出力される信号（共鳴信号）に局部発振器を同期（ロック）して安定な周波数を出力する。レーザー光源には、小型で高速応答性を有する垂直共振器面発光レーザー（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）を適用されることが多い（例えば、非特許文献１）。原子発振器がチップレベルにまで小型化し得たことにより、原子時計として腕時計等に利用するだけでなく、クロックモジュールとして、ＰＣおよびスマートフォンのような情報端末、自動車、その他電子機器に広く搭載することが可能となる。 【０００３】 原子発振器の周波数の安定性のために、レーザー光源は、波長可変と共にスペクトル線幅が狭いことが好ましい。ＶＣＳＥＬ等の半導体レーザーは、レーザー発振用電流の増減に伴う温度変化により波長を変化させることができるが、環境により波長が制限される場合がある。そこで、前記の熱制御よりも構造が複雑であるが応答性に優れた、可動ミラーを用いた機械的制御による波長可変ＶＣＳＥＬが開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献２、非特許文献３）。詳しくは、ＶＣＳＥＬの共振器の一対のミラーの一方をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で駆動して、共振器長を変化させて出力光の波長を変化させる。このようなＭＥＭＳ型波長可変ＶＣＳＥＬは、数ＭＨｚ以下の狭線幅を実現することができ、周波数安定性が高い原子発振器が得られる（非特許文献２）。 【先行技術文献】 【特許文献】 【０００４】 特許第４２００４３１号公報 特開２０２１－０９７０６１号公報 【非特許文献】 【０００５】 S. Knappe et. al., “ATOMIC VAPOR CELLS FOR MINIATURE FREQUENCY REFERENCES”, in Proceedings of the 2003 IEEE International Frequency Control Symposium and PDA Exhibition Jointly with the 17th European Frequency and Time Forum, pp.31-32, 2003 M. Huang, D. K. Serkland, J. Camparo, “A narrow-linewidth three-mirror VCSEL for atomic devices”, Applied Physics Letters 121, 114002, 2022 M.S. Khan et. al., “Compact low-cost solution for wavelength sensitive applications with micro-machined tunable VCSEL”, in Proceedings of 2022 IEEE International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics, 2022 【発明の概要】 【発明が解決しようとする課題】 【０００６】 原子共鳴系に入力する光のスペクトル線幅が狭いと、前記したように同期状態においては周波数安定性が高いが、一方で、非同期状態になると同期が成立し難く、同期するまで（スタートアップ）の時間（ロックアップタイム）が長くなる。特に、電子機器に搭載されたクロックモジュールは、電子機器の起動や待機状態からの復帰等により、スタートアップが頻繁に実行される。レーザー発振用電流を大きくすることにより、出力スペクトルの形状を大きくして線幅を広くすることができるが、ＶＣＳＥＬの狭線幅化設計により、ロック容易な線幅とするために定常時（同期状態継続時）に対して大電流を供給することになり、このような大電流に対応した回路構造とする必要がある等、効率がよくない。 【０００７】 本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、周波数安定性とスタートアップ高速化を両立させる原子発振器を提供することを課題とする。 【課題を解決するための手段】 【０００８】 本発明に係る原子発振器は、ＣＰＴ共鳴による共振周波数を発生させるものであり、アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、前記ガスセルを透過した光を検出して電気信号に変換する光検出器と、高周波発振器を備えて前記電気信号が入力されて帰還信号を出力する制御回路と、前記帰還信号により変調させた光を出力して前記ガスセルに導入するレーザー光源と、前記ガスセルの共鳴周波数が前記高周波発振器の周波数に非同期の状態から同期するまでのスタートアップ期間に一時的に、前記ガスセルに導入する光のスペクトル線幅が広くなるように制御するスタートアップ回路と、を備える構成である。前記原子発振器はさらに、前記レーザー光源が出力した光を入力されて前記ガスセルに導入する光変調器を備え、前記スタートアップ回路が前記光変調器を、入力された光を位相変調してスペクトル線幅が広くなるように制御する。または前記原子発振器は、前記レーザー光源が、共振器に可動ミラーを設けられたレーザー素子であり、前記スタートアップ回路が前記可動ミラーの駆動を制御して、前記レーザー光源に非制御時よりもスペクトル線幅を広くした光を出力させる。 【０００９】 かかる構成により、原子発振器は、定常運転時に高い周波数安定性を得つつ、スタートアップが高速化する。 【発明の効果】 【００１０】 本発明によれば、電子機器に搭載可能な汎用のクロックモジュールとして好適な原子発振器が得られる。 【図面の簡単な説明】 （【００１１】以降は省略されています） この特許をJ-PlatPatで参照する
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