具体实施方式

以下，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式并不对权利要求书中记载的本发明的内容进行不当限定。此外，以下说明的结构不一定全部都是本发明的必要结构要素。

1.共振产生方法

图1是用于说明本实施方式的共振产生方法的示意图。如图1所示，在本实施方式中，光源1向原子室2照射光，光检测器3检测入射到原子室2的光中的透过原子室2的光，控制电路4根据光检测器3的检测信号，控制光源1射出的光的频率。例如，光源1可以是垂直谐振器面发射激光器(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。在原子室2中收纳有气态的多个碱金属原子5。碱金属原子5例如是铯、铷、钠或钾。

图2是表示铯原子的能级的图。如图2所示，铯原子具有6S_1/2的基态能级和6P_1/2、6P_3/2的两个激发能级。另外，6S_1/2、6P_1/2、6P_3/2的各能级具有分裂成多个能级的超微细结构。具体而言，6S_1/2具有F＝3、4的两个基态能级，6P_1/2具有F'＝3、4的两个激发能级，6P_3/2具有F'＝2、3、4、5的4个激发能级。

例如，处于6S_1/2的F＝3的基态能级的铯原子通过吸收D1线，能够跃迁到6P_1/2的F'＝3、4中的任意一个激发能级。处于6S_1/2的F＝4的基态能级的铯原子通过吸收D1线，能够跃迁到6P_1/2的F'＝3、4中的任意一个激发能级。相反，处于6P_1/2的F'＝3、4中的任意一个激发能级的铯原子能够放出D1线而跃迁到6S_1/2的F＝3或F＝4的基态能级。这里，由6S_1/2的F＝3、4的两个基态能级和6P_1/2的F'＝3、4的任意一个激发能级构成的三能级能够进行基于D1线的吸收和发光的Λ型的跃迁，因此被称作Λ型三能级。

另一方面，处于6S_1/2的F＝3的基态能级的铯原子通过吸收D2线，能够跃迁到6P_3/2的F'＝2、3、4中的任意一个激发能级，但不能跃迁到F'＝5的激发能级。处于6S_1/2的F'＝4的基态能级的铯原子通过吸收D2线，能够跃迁到6P_3/2的F'＝3、4、5中的任意一个激发能级，但不能跃迁到F'＝2的激发能级。这些基于假设了电偶极跃迁时的跃迁选择定律。相反，处于6P_3/2的F'＝3、4中的任意一个激发能级的铯原子能够放出D2线而跃迁到6S_1/2的F＝3或F＝4的基态能级。这里，由6S_1/2的F＝3、4的两个基态能级和6P_3/2的F'＝3、4中的任意一个激发能级构成的三能级能够进行基于D2线的吸收/发光的Λ型的跃迁，因此形成Λ型三能级。与此相对，处于6P_3/2的F'＝2的激发能级的铯原子放出D2线而必定跃迁到6S_1/2的F'＝3的基态能级，同样，处于6P_3/2的F'＝5的激发能级的铯原子放出D2线而必定跃迁到6S_1/2的F＝4的基态能级。即，由6S_1/2的F＝3、4的两个基态能级和6P_3/2的F'＝2或F'＝5的激发能级构成的三能级不能进行基于D2线的吸收/放出的Λ型的跃迁，因此不形成Λ型三能级。另外，已知铯原子以外的碱金属原子也同样地具有形成Λ型三能级的2个基态能级和激发能级。

气体状的多个碱金属原子5分别具有与运动状态对应的速度，所以碱金属原子5的团具有一定的速度分布。当在碱金属原子5的团中存在速度分布时，由于多普勒效应，在作为共振光的D1线或D2线的表观上的频率、即从碱金属原子5的团观察到的共振光的频率中产生分布。这意味着在速度不同的多个碱金属原子5中，激发能级看上去不同，所以激发能级具有一定宽度的扩展。该激发能级的扩展被称为多普勒扩展。

图3是表示在从光源1一边扫描频率一边照射光时入射到原子室2的光的频率与透过原子室2的光的透射率之间的关系的一例的图。在图3中，横轴是入射到原子室2的光的频率，纵轴是透过原子室2的光的透射率。由于在原子室2中收纳的多个碱金属原子5是铯原子，且铯原子团的一部分吸收作为共振光的D1线，因此在图3的例子中，存在由此产生的4个吸收带A1～A4。吸收带A1是由于处于6S_1/2的F＝4的基态能级的铯原子吸收D1线并跃迁到6P_1/2的F'＝3的激发能级而产生的。吸收带A2是由于处于6S_1/2的F＝4的基态能级的铯原子吸收D1线并跃迁到6P_1/2的F'＝4的激发能级而产生的。吸收带A3是由于处于6S_1/2的F＝3的基态能级的铯原子吸收D1线并跃迁到6P_1/2的F'＝3的激发能级而产生的。吸收带A4是由于处于6S_1/2的F＝3的基态能级的铯原子吸收D1线并跃迁到6P_1/2的F'＝4的激发能级而产生的。

吸收带A1～A4分别具有与激发能级的多普勒扩展对应的宽度。并且，4个吸收带A1～A4分别具有因吸收共振光的铯原子的数量最多而使得透射率极小的吸收底部B1～B4。与6S_1/2的F＝3、4的两个基态能级的能量差对应的频率约为9.193GHz，与6P_1/2的F'＝3、4的两个激发能级的能量差对应的频率约为1.168GHz。因此，在吸收底部B1、B2处分别被吸收的D1线的频率差和在吸收底部B3、B4处分别被吸收的两种D1线的频率差约为1.168GHz。此外，在吸收底部B1、B3处分别被吸收的两种D1线的频率差和在吸收底部B2、B4处分别被吸收的两种D1线的频率差约为9.193GHz。

另外，已知有在向气体状的碱金属原子5同时照射具有与形成Λ型三能级的第1基态能级和激发能级之间的能量差对应的频率的第1共振光、和具有与形成Λ型三能级的第2基态能级和激发能级之间的能量差对应的频率的第2共振光时，生成作为两个基态能级的重合状态的相干，产生向激发能级的激发停止的电磁感应透明(EIT)现象。

当EIT现象产生时，在图1所示的光检测器3中，得到原子室2的透射率急剧增大的EIT信号。图4示出EIT信号的一例。在图4中，横轴是第1共振光与第2共振光的频率差，纵轴是透过原子室2的光的透射率。当第1共振光的频率ω₁和第2共振光的频率ω₂之差ω₁-ω₂与相当于第1基态能级和第2基态能级之间的能量差ΔE₁₂的频率ω₁₂准确一致时，EIT信号示出峰值。例如，将使得产生从6S_1/2的F＝3的基态能级向6P_1/2的F'＝4的激发能级的跃迁的D1线作为第1共振光、使得产生从6S_1/2的F＝4的基态能级向6P_1/2的F'＝4的激发能级的跃迁的D1线作为第2共振光而同时照射到气体状的铯原子时，产生EIT现象。并且，当第1共振光和第2共振光的频率差与相当于6S_1/2的F＝3、4的两个基态能级的能量差的频率(约为9.193GHz)准确一致时，EIT信号的电平示出峰值。

图5是表示从光源1射出的光的频谱的一例的图。在图5中，横轴是频率，纵轴是强度。如图5所示，例如在从光源1射出的光至少包含两个一次边带(side band)的情况下，可以通过使两个边带的频率差与频率ω₁₂一致，来将一个边带作为第1共振光、另一个边带作为第2共振光来产生EIT现象。例如，在光源1是垂直谐振器面发射激光器的情况下，通过从图1的控制电路4向光源1供给包含与中心频率对应的恒定电流和以ω₁₂/2的频率变动的电流的电流，光源1能够产生具有两个边带的光，该两个边带具有频率ω₁₂的频率差。

另外，为了提高EIT信号的S/N比(Signal to Noise Ratio：信噪比)，优选使第1共振光的频率与对应于任意一个吸收底部的频率一致。通过利用S/N比高的EIT信号，能够实现频率稳定度良好的原子振荡器等。

在本实施方式中，通过使入射到原子室2的光不是连续波而是脉冲，在被脉冲激发的碱金属原子5中相干自由进动，产生拉姆齐共振。其结果为，出现了成为在EIT信号中重叠有细微振动的信号形状的拉姆齐条纹。图6表示拉姆齐条纹的一例。在图6中，横轴是第1共振光与第2共振光的频率差，纵轴是透过原子室2的光的透射率。由于拉姆齐条纹的细微振动中的一个峰值非常细，所以Q值高，通过利用拉姆齐条纹的峰值，原子振荡器等的性能进一步提高。并且，虽然已知有EIT信号的峰值频率根据入射到原子室2的光的强度而产生变动的被称为光移的现象，但也具有如下优点，即，拉姆齐条纹的峰值频率对光移的灵敏度较低，不易受到光强度的变动的影响。

这里，通过入射到原子室2的光的第1脉冲，在碱金属原子5中生成相干而产生EIT现象，之后，在光向原子室2的入射停止的期间，产生自由进动，接着，通过入射到原子室2的光的第2脉冲产生拉姆齐共振。因此，需要在生成了相干的状态下，向碱金属原子5照射第2脉冲。假设将稀有气体等作为用于抑制碱金属原子5的移动的缓冲气体封入到原子室2中，则能够使碱金属原子5停留在光的照射范围内。但是，由于碱金属原子5与缓冲气体碰撞，产生信号的峰值频率变动的被称为缓冲气体偏移的现象。缓冲气体偏移引起的频率偏移量根据原子室2的温度、缓冲气体的种类以及混合比而变化，因此即使通过利用拉姆齐条纹的峰值来抑制光移，也会残留其他的频率变动因素。

为了避免这种情况，还考虑单纯地将原子室2设为未封入缓冲气体的通常的真空室。然而，由于没有缓冲气体，因此碱金属原子5向光的照射范围外高速移动，通过与原子室2的内壁碰撞时的与壁面的相互作用，碱金属原子5所生成的相干被破坏。因此，即使碱金属原子5产生相干，也无法通过被壁反弹而再次返回到光的照射范围内的碱金属原子5而产生拉姆齐共振。

因此，在本实施方式中，在原子室2的内壁配置烃膜。图7是以与光的入射方向垂直的平面剖切原子室2而得的剖视图。烃膜作为相干缓和防止膜6发挥功能，实现相干的长寿命化。例如，如果使用石蜡作为烃，则可以得到性能良好的相干缓和防止膜6。另外，在图7的例子中，原子室2为圆柱状，但也可以为四棱柱状或三棱柱状。并且，优选的是，相干缓和防止膜6配置在原子室2的包含光的入射面和射出面在内的整个内壁面上。

这样，在本实施方式中，利用相干缓和防止膜6对原子室2的内壁进行涂敷，由此不需要缓冲气体，所以不会产生由缓冲气体偏移引起的拉姆齐条纹的峰值的频率变动。另外，在本实施方式中，通过使入射到原子室2的光为脉冲而产生拉姆齐共振，因此碱金属原子5无需出入光的照射范围，可以停留在光的照射范围内。因此，如图7中的网格所示，能够使原子室2的截面成为与光的照射范围相同程度的大小，还具有能够使原子室2小型化的优点。

但是，由于在原子室2中不含有缓冲气体，因此不能产生由缓冲气体引起的光的吸收带的均匀扩展，光的吸收带的宽度、即碱金属原子5的共振频率的范围变窄。其结果，如果从光源1射出的光的中心频率稍微偏离，则碱金属原子5会迅速地不再与光发生相互作用。进而，为了使入射到原子室2的光成为脉冲使以产生拉姆齐共振，必须暂时停止光向原子室2的入射，所以在该停止期间无法给出基于控制电路4的中心频率控制的反馈。例如，在光源1是垂直谐振器面发射激光器的情况下，在停止期间，如果由于某种原因从控制电路4向光源1供给的电流较大程度地变动，则下一个光脉冲的中心频率较大程度地偏移。因此，由于该停止期间的噪声等因素，接下来从光源1射出的光的中心频率偏移，妨碍了拉姆齐共振的稳定产生。

因此，在本实施方式中，在从光源1射出光的期间，扫描光的中心频率。即，将从光源1照射到原子室2的光设为中心频率变化的啁啾脉冲。特别是，在本实施方式中，使照射到原子室2的光的中心频率以与多个碱金属原子5对光的吸收带的多普勒宽度对应的宽度变化。

图8是用于说明光的吸收带的多普勒宽度与光的中心频率的扫描范围宽度之间的关系的图。在图8中，横轴是照射到原子室2的光的中心频率，纵轴是透过原子室2的光的透射率。如图8所示，光的吸收带的多普勒宽度是光的吸收量相对于吸收底部为1/2时的宽度，或者是原子室2的光的透射率相对于吸收底部为2倍时的宽度，即半值宽度，例如，光的中心频率的扫描范围的宽度优选为多普勒宽度以上。例如，铯原子对光的吸收带的多普勒宽度为1GHz左右，因此优选中心频率的扫描范围的宽度为1GHz以上。通过将光的中心频率的扫描范围的宽度设为多普勒宽度以上，即使中心频率稍微偏离，在脉冲内的某处，光的频率也成为共振频率，碱金属原子5能够与光发生相互作用。在图8的例子中，控制电路4在中心频率没有偏移时通过在扫描范围1内扫描中心频率来检测吸收底部，在中心频率偏移的情况下，例如也能够通过在扫描范围2内扫描中心频率来检测吸收底部。

中心频率的扫描速度由光的1个脉冲的宽度、即从光源1射出光的期间的时间宽度决定。例如，如果设光的1个脉冲的宽度为4μs，则中心频率的扫描速度为1/4μs＝250kHz。脉冲的宽度越短越能够得到清晰的拉姆齐条纹，但相应地需要增大中心频率的扫描速度。因此，中心频率的扫描范围的宽度应该兼顾在光源1中能够实现的中心频率的扫描速度和要得到的拉姆齐条纹来决定。例如，在为了得到清晰的拉姆齐条纹而想尽可能增大中心频率的扫描速度的情况下，也可以考虑使中心频率的扫描范围的宽度小于多普勒宽度。

图9是表示本实施方式的共振产生方法的步骤的一例的流程图。在本实施方式的共振产生方法中，如图9所示，首先开始第1期间(步骤S1)。并且，在第1期间，首先，光源1一边使中心频率变化一边向原子室2照射光，由此使收纳在原子室2中的多个碱金属原子5产生EIT现象(步骤S2)。光源1可以使中心频率向增大的方向变化，也可以使中心频率向减小的方向变化。

在步骤S2中，光源1也可以使照射到原子室2的光的中心频率以与多个碱金属原子5对光的吸收带的多普勒宽度对应的宽度变化。例如，使光的中心频率变化的宽度也可以为多普勒宽度以上且多普勒宽度的2倍以下。

接着，光检测器3通过检测透过原子室2的光来得到检测信号(步骤S3)。

接着，控制电路4通过对在步骤S3中得到的检测信号进行检波，来检测透过了原子室2的光的强度的峰值(步骤S4)。例如可以是，在步骤S2中，向原子室2照射的光包含边带，光源1一边使边带的频率增大和减小一边向原子室2照射光，在步骤S4中，控制电路4通过确定透过原子室2的光的强度成为峰值时的边带的频率来检测该峰值。

另外，控制电路4通过对在步骤S3中得到的检测信号进行检波，来检测多个碱金属原子5对光的吸收底部(步骤S5)。

接着，控制电路4根据在步骤S5中检测光的吸收底部的结果，决定在作为下一个第1期间的步骤S2中照射到原子室2的光的中心频率(步骤S6)。

接着，结束第1期间，开始第2期间(步骤S7)。第1期间和第2期间各自的开始和结束由控制电路4控制。例如，可以在第1期间开始后经过了规定的时间的情况下结束第1期间，也可以在步骤S2中使中心频率变化的宽度达到了规定值的情况下结束第1期间。然后，在第2期间，控制电路4使入射到原子室2的光的强度比在第1期间入射到原子室2的光的强度减小(步骤S8)。例如，在步骤S8中，控制电路4可以停止向原子室2入射光。

接着，结束第2期间(步骤S9)，在不结束共振产生处理的情况下(步骤S10的“否”)，开始下一个第1期间(步骤S2)。之后，通过反复第1期间的步骤S2～S6和第2期间的步骤S8，直到结束共振产生处理为止(步骤S10的“是”)，由此产生拉姆齐共振。

图10是按时间序列显示图9的流程图的处理的图。如图10所示，在第1次的第1期间，将在步骤S2中使中心频率变化的扫描范围设定为规定的范围。例如，也可以设定扫描范围，使得中心频率的初始值成为扫描范围的中央的值。并且，由于在第1次的步骤S2中未产生拉姆齐共振，因此在步骤S4中检测的峰值为不包含拉姆齐条纹的EIT信号的峰值。

与此相对，在第2次以后的第1期间，在步骤S2中使中心频率变化的扫描范围根据在上次的第1期间的步骤S6决定的中心频率来设定。例如，也可以设定扫描范围，使得所决定的中心频率成为扫描范围的中央的值。另外，由于在步骤S2中产生拉姆齐共振，所以在步骤S4中检测的峰值是拉姆齐条纹的峰值。

如以上说明的那样，在本实施方式的共振产生方法中，通过使用在内壁上配置有作为相干缓和防止膜6发挥功能的烃膜的原子室2，在第1期间生成了相干的碱金属原子5在与内壁碰撞后，也能够在保持相干的状态下移动。因此，在下一个第1期间，通过被内壁反弹而返回到光的照射范围内的碱金属原子5，产生拉姆齐共振。而且，碱金属原子5由于没有与缓冲气体的碰撞，因此不会引起缓冲气体偏移，另外，作为拉姆齐条纹的特性，也大幅度地抑制了光移。因此，根据本实施方式的共振产生方法，降低了伴随拉姆齐共振而产生的拉姆齐条纹的峰值频率产生变动的可能性。

进而，相干缓和防止膜6还具有抑制碱金属原子5向壁面吸附的效果。这是因为吸收能量由于相干缓和防止膜6而降低。通过拉姆齐条纹大幅度地抑制了光移，但并不是完全成为零。当由于碱金属原子5向原子室2的内壁的吸附而使原子室2的光的入射面模糊，或该模糊消失时，由于入射到原子室2的光的强度产生变动，所以拉姆齐条纹的峰值频率产生微小变动。根据本实施方式的共振产生方法，由于能够通过相干缓和防止膜6来抑制碱金属原子5向壁面的吸附，因此能够降低拉姆齐条纹的峰值频率产生变动的可能性。

并且，在本实施方式的共振产生方法中，即使由于在第2期间产生的噪声等某些因素，而使从光源1射出的光的中心频率从在第1期间决定的中心频率偏离，在下一个第1期间，通过一边使中心频率变化一边向原子室2照射光，也能够检测出收纳在原子室2中的多个碱金属原子5对光的吸收底部。因此，根据本实施方式的共振产生方法，能够稳定地产生拉姆齐共振。特别是，在第1期间，通过使照射到原子室2的光的中心频率以与光的吸收带的多普勒宽度对应的宽度变化，能够更可靠地检测光的吸收底部，所以能够更稳定地产生拉姆齐共振。进而，通过使中心频率以光的吸收带的多普勒宽度以上的宽度变化，能够更可靠地检测光的吸收底部，通过使中心频率以光的吸收带的多普勒宽度的2倍以下的宽度变化，能够以比较容易实现的速度使中心频率变化。

另外，根据本实施方式的共振产生方法，通过在第2期间，停止光向原子室2的入射，对产生拉姆齐共振做出贡献的碱金属原子5的数量增大，因此能够更稳定地产生拉姆齐共振。

另外，在本实施方式的共振产生方法中，通过使入射到原子室2的光为脉冲而产生拉姆齐共振，因此碱金属原子5无需出入光的照射范围，可以停留在光的照射范围内。因此，根据本实施方式的共振产生方法，能够使原子室2的截面成为与光的照射范围相同程度的大小，所以能够使原子室2小型化。

2.原子振荡器

接下来，对应用了上述的本实施方式的共振产生方法的原子振荡器100进行说明。另外，对于与已经说明的内容重复的内容，简化或省略其说明。图11是原子振荡器100的功能框图。并且，图12是表示原子振荡器100中的各种信号的波形的一例的图。

如图11所示，原子振荡器100包含发光元件10、原子室12、光检测元件14、电流电压转换电路16、第1检波电路18、中心频率决定电路20、中心频率扫描电路22、第1振荡器24、第2检波电路26、压控型振荡器(VCO：Voltage Controlled Oscillator)28、调制电路30、第2振荡器32、第1频率转换电路34、增益控制电路36、驱动电路38和第2频率转换电路40。

发光元件10是在第1期间向原子室12射出光脉冲的光源。具体地说，如图12所示，发光元件10反复一边使中心频率变化一边对原子室12照射光的第1期间、和停止光的照射的第2期间。例如，第1期间和第2期间也可以分别为几μs～几十μs。例如，发光元件10也可以是垂直谐振器面发射激光器。

在原子室12中收纳有作为气态的铯、铷、钠或钾等的多个碱金属原子。原子室12的内壁被作为相干缓和防止膜6发挥功能的石蜡、OTS(十八烷基三氯硅烷)等烃膜涂敷。入射到原子室12的光的一部分透过原子室12，入射到光检测元件14。另外，原子振荡器100使用未图示的帕尔贴元件等温度控制元件，进行控制以使原子室12的温度稳定在期望的温度。

光检测元件14检测透过原子室12的光，输出与检测到的光的强度对应的检测信号。光检测元件14例如是输出与接收到的光的强度对应的检测信号的光电二极管(PD：Photo Diode)。发光元件10在第1期间向原子室12射出光脉冲。在第1期间，发光元件10一边使中心频率变化一边射出光，由此，如图12所示，在光检测元件14输出的检测信号中，包含与收纳在原子室12中的多个碱金属原子对光的吸收带对应的信号。光检测元件14的输出信号被输入到电流电压转换电路16。

电流电压转换电路16将作为电流输入的、光检测元件14输出的检测信号转换为电压并输出。电流电压转换电路16输出的检测信号被输入到第1检波电路18和第2检波电路26。这样，由光检测元件14和电流电压转换电路16构成的电路是光检测器，其在第1期间，通过检测透过原子室12的光来输出检测信号。

第1检波电路18在第1期间，使用第1振荡器24输出的第1振荡信号对电流电压转换电路16输出的检测信号进行检波，由此检测收纳在原子室12中的多个碱金属原子对光的吸收底部，并输出第1检波信号。第1振荡器24例如以几百kHz左右的第1频率进行振荡。

图13和图14是用于说明第1检波电路18的检波原理的图。在图13和图14中，横轴是入射到原子室12的光的频率，纵轴是透过原子室12的光的透射率。

如图13所示，在发光元件10射出的光的中心频率向比作为吸收底部的吸收带的极小点高的方向偏移的情况下，该光所包含的第1频率f_s1的正弦波的a、b、c、d、e的各点在光检测元件14的输出中，分别显现为a'、b'、c'、d'、e'的各点，所以在光检测元件14的输出信号中包含较多的f_s1的频率成分。因此，第1检波电路18针对光检测元件14的输出信号，使用与该输出信号相位一致的第1振荡器24的振荡信号、即频率为f_s1的矩形波，将以a'、c'、e'的电压为中心而对应于半个周期的c'～e'的信号的极性反转之后，通过滤波器进行积分，由此输出电压值为负极性的第1检波信号。

虽然未图示，但在中心频率向低于吸收带的极小点的方向偏移的情况下，第1检波电路18输出电压值为正极性的第1检波信号。

另一方面，如图14所示，当中心频率与吸收带的极小点一致时，在光检测元件14的输出信号中包含较多的2f_s1的频率成分，信号的波形以c'点为中心接近左右对称。因此，第1检波电路18针对光检测元件14的输出信号，使用与该输出信号相位一致的第1振荡器24的振荡信号、即频率为f_s1的矩形波，将以a'、c'、e'的电压为中心而对应于半个周期的c'～e'的信号的极性反转之后，通过滤波器进行积分，由此输出电压值为零的第1检波信号。即，当从第1检波电路18输出的第1检测信号的电压值为零时，表示检测到吸收底部。另外，该检波的原理也可以适用于光检测元件14的输出信号不为1个周期的整数倍的情况。

中心频率决定电路20在第1期间，根据第1检波电路18输出的第1检波信号，决定在下一个第1期间发光元件10照射到原子室12的光的中心频率。具体而言，中心频率决定电路20在从第1检波电路18输出的第1检波信号表示检测出吸收底部时，在第1期间结束时，存储从中心频率扫描电路22输出的中心频率信息。中心频率信息是能够确定发光元件10射出的光的中心频率的值的信息，例如，可以是该中心频率的值本身，也可以是对该中心频率的值加上规定的偏移值而得到的值。另外，中心频率决定电路20在第1次的第1期间开始时，存储有能够确定中心频率的初始值的中心频率信息。

中心频率扫描电路22在第1期间，根据中心频率决定电路20存储的中心频率信息，决定发光元件10射出的光的中心频率的扫描范围，以恒定间隔变更驱动电路38对电流电路39的设定值。由此，由电流电路39生成并供给到发光元件10的偏置电流的电流值以恒定间隔变化，扫描发光元件10射出的光的中心频率。例如，中心频率扫描电路22使发光元件10照射到原子室12的光的中心频率以与被收纳在原子室12中的多个碱金属原子对光的吸收带的多普勒宽度对应的宽度变化，由此扫描中心频率。例如，中心频率扫描电路22使光的中心频率变化的宽度也可以为多普勒宽度以上且多普勒宽度的2倍以下。

第1振荡器24的振荡信号被输入到中心频率扫描电路22。输入到中心频率扫描电路22的信号可以是第1振荡器24的振荡信号，也可以是从第1振荡器24经由移相器等输入的信号。中心频率扫描电路22为了能够进行第1检波电路18的检波，使光的中心频率以与第1振荡器24的振荡信号同步的速度变化。

中心频率扫描电路22也可以将从根据中心频率决定电路20存储的中心频率信息确定的中心频率的值中减去扫描宽度的1/2的值后的值作为扫描范围的下限值，将该中心频率的值加上扫描宽度的1/2的值后的值作为扫描范围的上限值，来扫描中心频率。即，也可以使根据中心频率信息确定的中心频率的值成为扫描范围的中央的值。中心频率扫描电路22例如可以从扫描范围的下限值到上限值以恒定间隔扫描中心频率，也可以从扫描范围的上限值到下限值以恒定间隔扫描中心频率。也可以在第1期间的中途达到扫描范围的上限值或下限值，但优选是在1个第1期间内、中心频率持续增大或持续减小中的任意一种。如上所述，中心频率扫描电路22向中心频率决定电路20输出能够确定发光元件10射出的光的中心频率的值的中心频率信息。

另外，中心频率决定电路20和中心频率扫描电路22的功能分担是任意的。例如，也可以是，在中心频率决定电路20决定的中心频率信息中包含扫描范围的上限值和下限值，中心频率扫描电路22按照中心频率信息，控制驱动电路38针对电流电路39的设定值。中心频率决定电路20或者中心频率扫描电路22也可以决定针对电流电路39的设定值，来代替光的中心频率或要扫描的频率范围。

此外，中心频率扫描电路22在第2期间，将驱动电路38针对电流电路39的设定值设为使在第2期间生成的偏置电流小于在第1期间生成的偏置电流的规定值。在本实施方式中，在第2期间生成的偏置电流比为了使发光元件10发光而需要的偏置电流的阈值小。即，本实施方式中，在第2期间，发光元件10不发光。另外，在1个第1期间内、中心频率持续增大或持续减小中的任意一种的情况下，也可以使第1期间和第2期间合起来的期间与第1周期同步。

第2检波电路26在第1期间，使用第2振荡器32输出的第2振荡信号对电流电压转换电路16输出的检测信号进行检波，由此检测透过了原子室12的光的强度的峰值，并输出第2检波信号。第2振荡器32例如以几百kHz～几MHz左右的第2频率进行振荡。第2振荡信号的周期与第1期间同步，例如，第2频率的倒数的整数倍与第1期间的长度可以一致。其中，整数是1以上的整数。然后，根据第2检波电路26输出的第2检波信号的电压值，对压控型晶体振荡器28的振荡频率进行微调。压控型晶体振荡器28例如以约几MHz～几十MHz左右的频率进行振荡。由于第1频率和第2频率不同，因此对于基于光检测元件14的输出的检测信号，能够相互独立地进行第1检波电路18的检波和第2检波电路26的检波。

为了使第2检波电路26能够进行检波，调制电路30将供给到第2检波电路26的上述第2振荡信号作为调制信号，对压控型晶体振荡器28的输出信号进行调制。调制电路30可通过混频器(mixer)、频率调制(FM：Frequency Modulation)电路、振幅调制(AM：AmplitudeModulation)电路等来实现。

第1频率转换电路34将调制电路30的输出信号频率转换为与碱金属原子的两个基态能级间的能量差ΔE₁₂对应的频率ω₁₂的1/2频率的信号，并输出到增益控制电路36。第1频率转换电路34例如能够使用PLL(Phase Locked Loop：锁相环)电路来实现。

增益控制电路36放大第1频率转换电路34的输出信号。增益控制电路36例如能够使用AGC(Automatic Gain Control：自动增益控制)电路来实现。

驱动电路38包含电流电路39。电流电路39生成与来自中心频率扫描电路22的设定值对应的电压值的偏置电流。如上所述，在第1期间，来自中心频率扫描电路22的设定值以恒定间隔变化，所以如图12所示，偏置电流也根据设定值的变化而变化。

驱动电路38生成在重叠有第1调制电流的偏置电流上进一步重叠了基于增益控制电路36的输出信号的电流的驱动电流，并输出到发光元件10。如图12所示，在基于增益控制电路36的输出信号的电流中，包含频率为ω₁₂/2的高频电流和基于第2振荡器32的振荡信号的第2调制电流。发光元件10在第1期间射出如图5所示的包含边带的光，该边带的中心频率对应于偏置电流而变化，且与对应于高频电流的中心频率之间具有频率差。

在原子振荡器100中，通过经由发光元件10、原子室12、光检测元件14、电流电压转换电路16、第2检波电路26、压控型晶体振荡器28、调制电路30、第1频率转换电路34、增益控制电路36以及驱动电路38的反馈环路，在第1期间，发光元件10射出的光所包含的两个边带被控制成使得收纳在原子室12中的碱金属原子产生EIT现象的共振光对。具体而言，通过反馈环路进行反馈控制，使得共振光对的频率差与相当于碱金属原子的两个基态能级间的能量差ΔE₁₂的频率ω₁₂准确地一致。

这样，原子振荡器100在第1期间，一边使中心频率变化且使边带的频率增大和减小，一边从发光元件10向原子室12照射光，由此使收纳在原子室12中的多个碱金属原子产生EIT现象。并且，原子振荡器100在第2期间，使入射到原子室12的光的强度比在第1期间入射到原子室12的光的强度减小。具体而言，原子振荡器100在第2期间使发光元件10不发光，由此停止向原子室12入射光。并且，原子振荡器100通过反复第1期间和第2期间而产生拉姆齐共振，通过第2检波电路26检测在电流电压转换电路16所输出的检测信号中出现的拉姆齐条纹的峰值。在第2期间，优选光不入射到原子室12，但只要强度减小到能够产生拉姆齐共振的程度，也可以入射少量的光。

第2检波电路26的检波原理与上述第1检波电路18的检波原理相同。即，在发光元件10射出的光中包含的两个边带的频率差、即共振光对的频率差向比ω₁₂高的方向偏移的情况下，光检测元件14输出的检测信号中包含较多的第2频率f_s2的频率成分，第2检波电路26输出电压值比基准值低的第2检波信号。该第2检波信号被输入到压控型晶体振荡器28，第2频率f_s2下降。另外，在共振光对的频率差向比ω₁₂低的方向偏移的情况下，第2检波电路26输出电压值比基准值高的第2检波信号。该第2检波信号被输入到压控型晶体振荡器28，第2频率f_s2上升。另一方面，在共振光对的频率差与ω₁₂一致时，如图12所示，在光检测元件14输出的检测信号中包含较多的2f_s2的频率成分，第2检波电路26输出电压值为基准值的第2检波信号。该第2检波信号表示检测出了透过原子室12的光的强度的峰值。该第2检波信号被输入到压控型晶体振荡器28，维持第2频率f_s2。这样，施加反馈控制以使共振光对的频率差与ω₁₂准确地一致。

这样，在原子振荡器100中，在第1期间，利用碱金属原子的EIT现象和拉姆齐共振，包含在反馈环路中的、第1频率转换电路34的输出信号和压控型晶体振荡器28的输出信号稳定在恒定频率。

第2频率转换电路40对压控型晶体振荡器28的输出信号进行频率转换，生成期望频率、例如10.00MHz的时钟信号。该时钟信号被输出到外部。第2频率转换电路40例如能够通过DDS(Direct Digital Synthesizer：直接数字合成器)来实现。

另外，第2检波电路26在第1期间结束时保持第2检波信号的电压值，在下一个第2期间，压控型晶体振荡器28以与所保持的第2检波信号的电压值对应的恒定频率进行振荡。由此，第2频率转换电路40即使在不进行反馈控制的第2期间，也能够生成期望频率的时钟信号。

如上所述，发光元件10射出的光的1个脉冲的宽度即第1期间越短，越能够得到清晰的拉姆齐条纹，但发光元件10射出的光的中心频率的扫描速度由第1期间的长度决定，因此为了得到清晰的拉姆齐条纹，需要增大中心频率的扫描速度。因此，中心频率的扫描范围的宽度是兼顾在发光元件10中能够实现的中心频率的扫描速度和要得到的拉姆齐条纹来决定的。另外，第2期间越长，拉姆齐条纹越细，但拉姆齐条纹的峰值越小，所以例如以时钟信号的频率精度最高的方式决定第2期间的长度。

另外，发光元件10对应于图1的光源1。另外，原子室12对应于图1的原子室2。另外，光检测元件14和电流电压转换电路16对应于图1的光检测器3。另外，由电流电压转换电路16、第1检波电路18、中心频率决定电路20、中心频率扫描电路22、第1振荡器24、第2检波电路26、压控型晶体振荡器28、调制电路30、第2振荡器32、第1频率转换电路34、增益控制电路36和驱动电路38构成的电路对应于图1的控制电路4。相当于控制电路4的各电路由一个或多个电路要素构成，也可以包含IC(Integrated Circuit：集成电路)、MCU(Micro ControlUnit：微控制单元)等。

图15是表示原子振荡器100的动作步骤的一例的流程图。如图15所示，原子振荡器100待机至电源接通(步骤S100的“否”)，当电源接通时(步骤S100的“是”)，待机至原子室12的温度稳定在期望的温度(步骤S200的“否”)。然后，当原子室12的温度稳定在期望的温度时(步骤S200的“是”)，原子振荡器100进行启动控制(步骤S300)。

原子振荡器100在结束启动控制后，接着进行第1期间的控制(步骤S400)。原子振荡器100在结束第1期间的控制后，接着进行第2期间的控制(步骤S500)。然后，原子振荡器100在不结束动作的情况下(步骤S600的“否”)，进行下一个第1期间的控制(步骤S400)。之后，原子振荡器100反复进行第1期间的控制(步骤S400)和第2期间的控制(步骤S500)，直到由于电源的断开等而结束动作为止(步骤S600的“是”)，由此，产生拉姆齐共振。

图16是表示图15的步骤S300即启动控制的步骤的一例的流程图。如图16所示，原子振荡器100在启动控制中，首先将发光元件10射出的光的中心频率和边带频率设定为初始值(步骤S301)。例如，这些初始值被设定为收纳在原子室12中的多个碱金属原子对光的吸收底部或其附近的中心频率的值、以及EIT信号的S/N比成为峰值或其附近的边带频率的值。例如，可以将原子振荡器100的所设计的中心频率和边带频率的最佳值、评价多个原子振荡器100而得到的多个最佳中心频率和边带频率的平均值或中央值作为初始值。这些初始值例如存储在图11所未图示的非易失性存储器中。并且，在原子振荡器100的电源接通时，中心频率的初始值从非易失性存储器被传送到中心频率决定电路20而存储为中心频率信息，边带频率的初始值从非易失性存储器传送到第2检波电路26而保持为第2检波信号的电压值。

接着，发光元件10射出包含边带的光(步骤S302)，光检测元件14检测透过了原子室12的光(步骤S303)。

接着，第1检波电路18对电流电压转换电路16将光检测元件14输出的电流转换为电压后的检测信号进行检波(步骤S304)。第1检波电路18继续检波，直至检测到吸收底部为止(步骤S305的“否”和步骤S304)。然后，当第1检波电路18检测到吸收底部时(步骤S305的“是”)，中心频率决定电路20存储中心频率的值作为中心频率信息(步骤S306)。

另外，第2检波电路26与步骤S304～S306并行地对检测信号进行检波，由此检测透过光的强度的峰值(步骤S307)。具体而言，第2检波电路26对EIT信号的峰值进行检测，并通过上述反馈环路进行控制，使得发光元件10射出的光中包含的两个边带成为共振光对。然后，原子振荡器100结束启动控制，转移到第1期间的控制。

图17是表示图15的步骤S400即第1期间的控制步骤的一例的流程图。如图17所示，在第1期间的控制中，首先，中心频率扫描电路22对电流电路39进行设定，使得光的中心频率成为基于存储在中心频率决定电路20中的中心频率信息的扫描范围的下限值或上限值(步骤S401)。

接着，发光元件10射出包含边带的光(步骤S402)，光检测元件14检测透过了原子室12的光(步骤S403)。

接着，第1检波电路18对电流电压转换电路16将光检测元件14输出的电流转换为电压后的检测信号进行检波(步骤S404)。在第1检波电路18检测到吸收底部时(步骤S405的“是”)，中心频率决定电路20存储中心频率的值作为中心频率信息(步骤S406)。在第1检波电路18没有检测到吸收底部时(步骤S405的“否”)，不进行步骤S406。

另外，第2检波电路26与步骤S404～S406并行地对检测信号进行检波，由此检测透过光的强度的峰值(步骤S407)。具体而言，第2检波电路26对EIT信号的峰值进行检测，并通过上述反馈环路进行控制，使得发光元件10射出的光中包含的两个边带成为共振光对。

接着，在中心频率的扫描未结束的情况下(步骤S408的“否”)，中心频率扫描电路22变更电流电路39的设定(步骤S409)，发光元件10射出包含边带的光(步骤S402)。由此，发光元件10射出的光的中心频率发生变化。然后，原子振荡器100再次进行步骤S403～S407。

原子振荡器100在中心频率的扫描结束之前(步骤S408的“否”)，进行步骤S402～S409，当中心频率的扫描结束时(步骤S408的“是”)，第2检波电路26保持第2检测信号的电压值(步骤S410)。然后，原子振荡器100结束第1期间的控制，转移到第2期间的控制。

图18是表示图15的步骤S500即第2期间的控制步骤的一例的流程图。如图18所示，在第2期间的控制中，中心频率扫描电路22对电流电路39进行设定，使得偏置电流小于阈值(步骤S501)。

接着，发光元件10停止光的射出(步骤S502)。然后，从开始第2期间的控制起经过规定时间之前(步骤S503的“否”)，发光元件10停止光的射出(步骤S502)，当经过了规定时间时(步骤S503的“是”)，原子振荡器100结束第2期间的控制。

根据以上说明的本实施方式的原子振荡器100，由于利用本实施方式的共振产生方法，因而如上所述，能够降低拉姆齐条纹的峰值频率产生变动的可能性，且能够稳定地产生拉姆齐共振。

并且，在本实施方式的原子振荡器100中，在第1期间向原子室12照射光，在第2期间停止向原子室12照射光，由此产生拉姆齐共振，所以收纳在原子室12中的多个碱金属原子无需出入光的照射范围，可以停留在光的照射范围内。因此，根据本实施方式的原子振荡器100，能够使原子室12的截面成为与光的照射范围相同程度的大小，所以能够使原子室12小型化。

并且，根据本实施方式的原子振荡器100，能够检测伴随拉姆齐共振而产生的Q值高的拉姆齐条纹的峰值频率，实现极高的频率精度。

3.变形例

本发明不限于本实施方式，能够在本发明的主旨的范围内实施各种变形。

在上述实施方式中，在第2期间使光源1或发光元件10射出的光的强度比第1期间减小，由此在第2期间使入射到原子室2或原子室12的光的强度比第1期间减小。也可以取而代之，在光源1或发光元件10的输出侧设置光闸，在第1期间打开光闸向原子室2或原子室12照射光，在第2期间关闭光闸而不对原子室2或原子室12照射光，由此使在第2期间入射到原子室2或原子室12的光的强度比第1期间减小。

另外，在上述实施方式中，通过使光源1或发光元件10射出的光的中心频率变化，使入射到原子室2或原子室12的光的中心频率变化。也可以取而代之，通过固定光源1或发光元件10射出的光的中心频率，使该光入射到声光调制器(AOM：Acousto-OpticModulator)等调制器，并控制该调制器来使入射到原子室2或原子室12的光的中心频率变化。

另外，在上述实施方式中，光源1或发光元件10射出的光包含两个边带，将该两个边带控制成共振光对。也可以取而代之，将光源1或发光元件10射出的光的中心频率和两个边带中的一方控制成共振光对。或者，也可以使用两个光源，控制第1光源和第2光源中的至少一方，使得第1光源射出共振光对的一方的共振光，第2光源射出共振光对的另一方的共振光。

并且，列举了利用本实施方式的共振产生方法的原子振荡器100的例子，但本实施方式的共振产生方法能够应用于通过共振光对使原子产生EIT现象的各种量子干涉装置。例如，通过与原子振荡器100相同的结构，压控型晶体振荡器28的振荡频率追随原子室12周边的磁场变化而变化，因此能够通过在原子室12的附近配置磁测量对象物，实现磁传感器。并且例如，能够通过与原子振荡器100相同的结构，使碱金属原子生成极其稳定的相干，因此通过取出入射到原子室12的共振光对，还能够实现量子计算机、量子存储器、量子加密系统等量子信息设备所使用的光源。

上述的实施方式和变形例是一例，并不限定于此。例如，也能够将各实施方式和各变形例适当组合。

本发明包含与在实施方式中进行了说明的结构实质相同的结构(例如，功能、方法和结果相同的结构或者目的和效果相同的结构)。另外，本发明包含将在实施方式中进行了说明的结构的非本质性部分进行置换后的结构。另外，本发明包含能够起到与在实施方式中进行了说明的结构相同作用效果的结构、或能够实现相同目的的结构。另外，本发明包含对在实施方式中进行了说明的结构附加公知技术后的结构。

根据上述实施方式以及变形例可导出以下的内容。

共振产生方法的一个方式包含：在第1期间，一边使中心频率变化一边对收纳有多个碱金属原子且在内壁配置有烃膜的原子室照射光，由此使所述多个碱金属原子产生电磁感应透明现象；在所述第1期间，检测透过了所述原子室的光，由此得到检测信号；在所述第1期间，对所述检测信号进行检波，由此检测所述多个碱金属原子对光的吸收底部；在所述第1期间，根据检测所述吸收底部的结果，决定在下一个第1期间照射到所述原子室的光的中心频率；在第2期间，使入射到所述原子室的光的强度比在所述第1期间入射到所述原子室的光的强度减小；以及反复所述第1期间和所述第2期间，由此产生拉姆齐共振。

根据该共振产生方法，通过使用在内壁配置有烃膜的原子室，不需要在原子室中封入缓冲气体，因此不会引起缓冲气体偏移，降低了伴随拉姆齐共振而产生的拉姆齐条纹的峰值频率变动的可能性。

另外，根据该共振产生方法，即使由于在第2期间产生的噪声等某些因素，使得在第1期间决定的中心频率偏移，通过在下一个第1期间，一边使中心频率变化一边向原子室照射光，也能够检测多个碱金属原子对光的吸收底部，所以能够稳定地产生拉姆齐共振。

在所述共振产生方法的一个方式中，也可以是，在所述第2期间，停止向所述原子室入射光。

根据该共振产生方法，对产生拉姆齐共振做出贡献的碱金属原子的数量增大，因此能够更稳定地产生拉姆齐共振。

在所述共振产生方法的一个方式中，也可以是，在所述第1期间，使照射到所述原子室的所述光的中心频率以与所述多个碱金属原子对光的吸收带的多普勒宽度对应的宽度变化。

根据该共振产生方法，通过使中心频率以与光的吸收带的多普勒宽度对应的期望宽度变化，能够更可靠地检测光的吸收底部，所以能够更稳定地产生拉姆齐共振。

在所述共振产生方法的一个方式中，也可以是，使所述光的中心频率变化的宽度为所述多普勒宽度以上且所述多普勒宽度的2倍以下。

根据该共振产生方法，通过使中心频率以光的吸收带的多普勒宽度以上的宽度变化，能够更可靠地检测光的吸收底部，通过使中心频率以光的吸收带的多普勒宽度的2倍以下的宽度变化，能够以可实现的速度使中心频率变化。

在所述共振产生方法的一个方式中，也可以是，在所述第1期间照射到所述原子室的所述光包含边带，所述共振产生方法还包含：在所述第1期间，一边使所述边带的频率增大和减小，一边向所述原子室照射所述光；以及在所述第1期间，对所述检测信号进行检波，由此检测透过了所述原子室的光的强度的峰值。

根据该共振产生方法，能够检测伴随拉姆齐共振而产生的Q值高的拉姆齐条纹的峰值频率，所以通过应用该共振产生方法，例如能够实现频率精度极高的原子振荡器。

原子振荡器的一个方式包含：光源；原子室，其收纳有多个碱金属原子，且在内壁配置有烃膜；光检测器；以及控制电路，所述控制电路在第1期间，一边使中心频率变化且使边带的频率增大和减小，一边从所述光源向所述原子室照射光，由此使所述多个碱金属原子产生电磁感应透明现象，在第2期间，使入射到所述原子室的光的强度比在所述第1期间入射到所述原子室的光的强度减小，所述光检测器在所述第1期间，检测透过了所述原子室的光，由此输出检测信号，所述控制电路在所述第1期间，对所述检测信号进行检波，由此检测所述多个碱金属原子对光的吸收底部，所述控制电路根据检测所述吸收底部的结果，决定在下一个第1期间照射到所述原子室的光的中心频率，所述控制电路在所述第1期间，对所述检测信号进行检波，由此检测透过了所述原子室的光的强度的峰值，所述控制电路反复所述第1期间和所述第2期间，由此产生拉姆齐共振。

根据该原子振荡器，通过使用在内壁配置有烃膜的原子室，不需要在原子室中封入缓冲气体，因此不会引起缓冲气体偏移，降低了伴随拉姆齐共振而产生的拉姆齐条纹的峰值频率变动的可能性。

并且，根据该原子振荡器，即使由于在第2期间产生的噪声等某些因素，使得在第1期间决定的中心频率偏移，通过在下一个第1期间，一边使中心频率变化一边向原子室照射光，也能够检测多个碱金属原子对光的吸收底部，所以能够稳定地产生拉姆齐共振。

并且，根据该原子振荡器，能够检测伴随拉姆齐共振而产生的Q值高的拉姆齐条纹的峰值频率，因此实现极高的频率精度。