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原子振荡器用的光学模块以及原子振荡器

阅读：1065发布：2020-12-15

IPRDB可以提供原子振荡器用的光学模块以及原子振荡器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种原子振荡器用的光学模块以及原子振荡器。利用量子干涉效应的原子振荡器用的光学模块包含：第一光源部，其射出第一共振光；气体单元，其封入有碱金属原子；第一光检测部，其对透过了上述气体单元的上述第一共振光的强度进行检测；判定部，其判定上述第一光源部是否发生了故障；第二光源部，其在由上述判定部判定为上述第一光源部发生故障的情况下向上述气体单元照射第二共振光；以及第二光检测部，其对透过了上述气体单元的上述第二共振光的强度进行检测，其中，上述气体单元中的上述第一共振光的光程与上述气体单元中的上述第二共振光的光程相等。，下面是原子振荡器用的光学模块以及原子振荡器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种原子振荡器用的光学模块，其特征在于，是利用量子干涉效应的原子振荡器用的光学模块，该原子振荡器用的光学模块包含：

第一光源部，其射出具有两个不同波长的第一共振光；

气体单元，其封入有碱金属原子；

第一光检测部，其对透过了所述气体单元的所述第一共振光的强度进行检测；

判定部，其判定所述第一光源部是否发生了故障；

第二光源部，其在由所述判定部判定为所述第一光源部发生了故障的情况下，向所述气体单元照射具有两个不同波长的第二共振光；以及第二光检测部，其对透过了所述气体单元的所述第二共振光的强度进行检测，其中，所述气体单元中的所述第一共振光的光程与所述气体单元中的所述第二共振光的光程相等，所述第一共振光具有第一光轴，所述第二共振光具有第二光轴，所述第一光轴和所述第二光轴在所述气体单元中相交。

2.根据权利要求1所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述气体单元的形状为具有六个以上的偶数个面的多面体。

3.根据权利要求1所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述气体单元具有：第一面、

与所述第一面对置的第二面、

第三面、以及

与所述第三面对置的第四面，

其中，所述第一面与所述第二面之间的距离和所述第三面与所述第四面之间的距离相等，所述第一共振光射入到所述第一面，

所述第一光检测部对从所述第二面射出的所述第一共振光进行检测，所述第二共振光射入到所述第三面，所述第二光检测部对从所述第四面射出的所述第二共振光进行检测。

4.根据权利要求3所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述第一共振光垂直地射入到所述第一面，所述第二共振光垂直地射入到所述第三面。

5.根据权利要求1所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述气体单元的形状为长方体，所述第一共振光以及第二共振光以通过所述气体单元的中心的方式射入到所述气体单元。

6.根据权利要求1所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述气体单元的形状为圆柱体。

7.根据权利要求6所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述第一共振光以及所述第二共振光射入所述气体单元的圆柱面。

8.根据权利要求7所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述第一共振光以及所述第二共振光以与所述气体单元的所述圆柱体的中心轴正交的方式射入到所述气体单元。

9.根据权利要求1所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述气体单元的形状为球体。

10.根据权利要求9所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述第一共振光以及所述第二共振光以通过所述气体单元的中心的方式射入到所述气体单元。

11.根据权利要求1所述的原子振荡器用的光学模块，其特征在于，所述判定部基于由所述第一光检测部检测出的所述第一共振光的强度进行第一光源部是否发生了故障的判定。

12.一种原子振荡器，其特征在于，

包含权利要求1～11中任意一项所述的原子振荡器用的光学模块。

说明书全文

原子振荡器用的光学模块以及原子振荡器

技术领域

[0001] 本发明涉及原子振荡器用的光学模块以及原子振荡器。

背景技术

[0002] 近年来，提出有利用了作为量子干涉效应之一的CPT（Coherent Population Trapping，相干布居陷俘）的原子振荡器，期待实现装置的小型化、低功耗化。利用了CPT的原子振荡器是利用了以下现象的振荡器，即，若对碱金属原子照射具有两种不同的波长（频率）的相干光，则停止吸收相干光的现象（EIT现象：Electromagnetically Induced Transparency，电磁诱导透明）。

[0003] 作为高精度的振荡器而在通信基站等广泛使用原子振荡器。由于在这样的通信基站等要求较高的可靠性而组建有如下系统，即，具备多个备用的原子振荡器，并在发生故障的情况下迅速地切换成备用机。

[0004] 然而，在上述那样的切换成备用机的系统中，存在即使构成原子振荡器的部件的一部分发生故障也需要更换原子振荡器整体，从而浪费更换成本的问题。

[0005] 例如，在专利文献1所公开的原子振荡器用的光学模块中具备支架，该支架能够供将气体单元与加热器构成为一体的气体单元组件插入、拔出，从而能够更换气体单元，降低更换成本。

[0006] 专利文献1：日本特开2009-231688号公报

[0007] 然而，在专利文献1所公开的原子振荡器用的光学模块中，存在在光源发生故障的情况下无法应对的问题。

发明内容

[0008] 本发明的几个实施方式的目的之一在于提供能够降低更换成本的原子振荡器用的光学模块。并且，本发明的几个实施方式的目的之一在于提供具有上述原子振荡器用的光学模块的原子振荡器。

[0009] 本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块是利用量子干涉效应的原子振荡器用的光学模块，该光学模块包含：

[0010] 第一光源部，其射出具有两个不同的波长的第一共振光；

[0011] 气体单元，其封入有碱金属原子；

[0012] 第一光检测部，其对透过了上述气体单元的上述第一共振光的强度进行检测；

[0013] 判定部，其判定上述第一光源部是否发生了故障；

[0014] 第二光源部，其在由上述判定部判定为上述第一光源部发生了故障的情况下，向上述气体单元照射具有两个不同的波长的第二共振光；以及

[0015] 第二光检测部，其对透过了上述气体单元的上述第二共振光的强度进行检测，[0016] 其中，上述气体单元中的上述第一共振光的光程与上述气体单元中的上述第二共振光的光程相等。

[0017] 根据这样的原子振荡器用的光学模块，在判定为第一光源部发生故障的情况下，第二光源部能够向气体单元照射共振光。因此，即使第一光源部发生故障，也不需要更换光学模块整体，因此能够降低更换成本。

[0018] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0019] 上述气体单元的形状为具有六个以上的偶数个面的多面体。

[0020] 根据上述的原子振荡器用的光学模块，即使第一光源部发生故障，也不需要更换光学模块整体，因此能够降低更换成本。

[0021] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0022] 上述气体单元具有：

[0023] 第一面、

[0024] 与上述第一面对置的第二面、

[0025] 第三面、以及

[0026] 与上述第三面对置的第四面，

[0027] 其中，上述第一面与上述第二面之间的距离和上述第三面与上述第四面之间的距离相等，

[0028] 上述第一共振光射入到上述第一面，

[0029] 上述第一光检测部对从上述第二面射出的上述第一共振光进行检测，[0030] 上述第二共振光射入到上述第三面，

[0031] 上述第二光检测部对从上述第四面射出的上述第二共振光进行检测。

[0032] 根据这样的原子振荡器用的光学模块，能够容易地使气体单元中的第一共振光的光程与气体单元中的第二共振光的光程相等。

[0033] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0034] 上述第一共振光垂直地射入到上述第一面，

[0035] 上述第二共振光垂直地射入到上述第三面。

[0036] 根据这样的的原子振荡器用的光学模块，例如在气体单元设置防反射膜的情况下，可容易地设计防反射膜。

[0037] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0038] 上述气体单元的形状为长方体，

[0039] 上述第一共振光以及第二共振光以通过上述气体单元的中心的方式射入到上述气体单元。

[0040] 根据这样的原子振荡器用的光学模块，能够降低因碱金属原子与气体单元壁面碰撞而产生的影响。

[0041] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0042] 上述气体单元的形状为圆柱体。

[0043] 根据这样的原子振荡器用的光学模块，例如与气体单元的形状为长方体形的情况相比，第一光源部、第一光检测部、第二光源部、以及第二光检测部的配置的自由度较高。

[0044] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0045] 上述第一共振光以及上述第二共振光射入上述气体单元的圆柱面。

[0046] 根据这样的原子振荡器用的光学模块，能够容易地使气体单元中的第一共振光的光程与气体单元中的第二共振光的光程相等。

[0047] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0048] 上述第一共振光以及上述第二共振光以与上述气体单元的上述圆柱体的中心轴正交的方式射入上述气体单元。

[0049] 根据这样的原子振荡器用的光学模块，能够降低因碱金属原子与气体单元壁面碰撞而产生的影响。

[0050] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0051] 上述气体单元的形状为球体。

[0052] 根据这样的原子振荡器用的光学模块，例如与气体单元的形状为长方体的情况相比，第一光源部、第一光检测部、第二光源部、以及第二光检测部的配置的自由度较高。

[0053] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0054] 上述第一共振光以及上述第二共振光以通过上述气体单元的中心的方式射入到上述气体单元。

[0055] 根据这样的原子振荡器用的光学模块，能够降低因碱金属原子与气体单元壁面碰撞而产生的影响。

[0056] 在本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块的基础上还可以构成为，[0057] 上述判定部基于由上述第一光检测部检测的上述第一共振光的强度进行第一光源部是否发生了故障的判定。

[0058] 根据这样的原子振荡器用的光学模块，能够利用简单的结构判定故障而不设置用于判定故障的附加结构。

[0059] 本发明所涉及的原子振荡器包含本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块。

[0060] 根据这样的原子振荡器，由于包含本发明所涉及的原子振荡器用的光学模块，所以能够降低更换成本。

附图说明

[0061] 图1是第一实施方式所涉及的原子振荡器的功能框图。

[0062] 图2（A）是表示碱金属原子的∧型三能级模型与第一边带以及第二边带的关系的图，图2（B）是表示在光源部产生的共振光的频谱的图。

[0063] 图3是表示第一实施方式所涉及的原子振荡器的处理的流程图的一个例子的图。

[0064] 图4是表示第一实施方式所涉及的原子振荡器的结构的图。

[0065] 图5是示意性地表示第一实施方式所涉及的原子振荡器的光学模块的立体图。

[0066] 图6是示意性地表示第二实施方式所涉及的原子振荡器的光学模块的立体图。

[0067] 图7是示意性地表示第三实施方式所涉及的原子振荡器的光学模块的立体图。

具体实施方式

[0068] 以下，结合附图对本发明的优选的实施方式详细地进行说明。此外，以下说明的实施方式不限定于权利要求书的范围所记载的本发明的内容。另外，以下所说明的全部结构不限定为本发明的必要构成要件。

[0069] 1.第一实施方式

[0070] 首先，参照附图对第一实施方式所涉及的原子振荡器进行说明。图1是第一实施方式所涉及的原子振荡器100的功能框图。

[0071] 原子振荡器100是利用了量子干涉效应（EIT现象）的振荡器。原子振荡器100构成为包括光学模块1与控制部101。

[0072] 光学模块1构成为包括：第一光学系统10、第二光学系统20、第三光学系统30、判定部40、驱动信号切换部50以及光检测切换部52。

[0073] 在光学模块1中，在由判定部40判定为第一光学系统10的第一光源部12发生故障的情况下，第二光学系统20的第二光源部22向气体单元2照射第二共振光L2，第二光检测部24对透过了气体单元2的第二共振光L2进行检测。另外，在由判定部40判定为第二光源部22发生故障的情况下，第三光学系统30的第三光源部32向气体单元2照射第三共振光L3，第三光检测部34对透过了气体单元2的第三共振光L3进行检测。此外，图1示出了使用第一光学系统10的状态（第一光源部12射出第一共振光L1的状态）。

[0074] 第一光学系统10构成为包括：第一光源部12、气体单元2、以及第一光检测部14。

[0075] 第一光源部12射出具有两个不同的波长的第一共振光L1。在第一光源部12产生的第一共振光L1包含：第一边带W1，其相对于中心频率f0在上边带具有频率f1=f0+fm；以及第二边带W2，其相对于中心频率f0在下边带具有频率f2=f0－f（m 参照图2）。

[0076] 气体单元2是在容器中封入有气态的碱金属原子（钠（Na）原子、铷（Rb）原子、铯（Cs）原子等）的部件。气体单元2是第一光学系统10、第二光学系统20以及第三光学系统30共用的部件。

[0077] 第一光检测部14对透过了气体单元2的第一共振光L1的强度进行检测。

[0078] 第二光学系统20构成为包括：第二光源部22、气体单元2、以及第二光检测部24。

[0079] 在由判定部40判定为第一光源部12发生故障的情况下，第二光源部22向气体单元2照射具有两个不同的波长的第二共振光L2。与第一共振光L1相同，在第二光源部22产生的第二共振光L2包含：第一边带W1，其具有频率f1=f0+fm；与第二边带W2，其具有频率f2=f0－fm。此处，气体单元2中的第二共振光L2的光程与气体单元2中的第一共振光L1的光程相等。
其中，气体单元2中的光程是指各共振光在气体单元2内前进的、光轴上的距离。

[0080] 第二光检测部24对透过了气体单元2的第二共振光L2的强度进行检测。

[0081] 第三光学系统30构成为包括第三光源部32、气体单元2、第三光检测部34。

[0082] 在由判定部40判定第二光源部22故障的情况下，第三光源部32向气体单元2照射具有两个不同的波长的第三共振光L3。在第三光源部32产生的第三共振光L3与第一共振光L1以及第二共振光L2相同地包含：第一边带W1，其具有频率f1=f0+fm；和第二边带W2，其具有频率f2=f0－fm。此处，气体单元2中的第一共振光L1的光程、气体单元2中的第二共振光L2的光程以及气体单元2中的第三共振光L3的光程相等。

[0083] 第三光检测部34对透过了气体单元2的第三共振光L3的强度进行检测。

[0084] 判定部40基于由第一光检测部14检测出的第一共振光L1的强度进行第一光源部12是否发生了故障的判定。另外，判定部40基于由第二光检测部24检测出的第二共振光L2的强度进行第二光源部22是否发生了故障的判定。

[0085] 例如，判定部40在第一共振光L1的强度比规定的阈值小的情况下，判定为第一光源部12发生故障。另外，判定部40在第一共振光L1的强度为规定的阈值以上的情况下，判定为第一光源部12未发生故障。判定部40在判定为第一光源部12未发生故障的情况下，继续基于由第一光检测部14检测出的第一共振光L1的强度进行判定。

[0086] 另外，例如，判定部40在第二共振光L2的强度比规定的阈值小的情况下，判定为第二光源部22发生故障。另外，判定部40在第二共振光L2的强度为规定的阈值以上的情况下，判定为第二光源部22未发生故障。判定部40在判定为第二光源部22未发生故障的情况下，继续基于由第二光检测部24检测出的第二共振光L2的强度进行判定。

[0087] 此外，如上所述，所谓光源部是否发生故障的判定是指光源部是否射出规定的强度以上的共振光的判定。即，将无法射出规定的强度以上的共振光的光源部判定为发生了故障。在上述的例子中，由各检测部对透过了气体单元2的各共振光的强度进行检测来进行判定，但也可以利用与各检测部独立地设置的光检测器对射入气体单元2之前的各共振光进行检测来进行判定。另外，只要能够检测到光源部的异常，也可以使用检测共振光的强度以外的方法进行故障的判定。例如，通过检测施加于各光源部的电流值、电压值的异常，能够判定故障。

[0088] 驱动信号切换部50基于判定部40的判定结果选择性地将光源部12、22、32与控制部101连接。具体而言，在由判定部40判定为第一光源部12发生故障之前，驱动信号切换部50如图1所示那样地将第一光源部12与控制部101连接。由此，控制部101的输出信号（驱动信号）被输入到第一光源部12。然后，在由判定部40判定为第一光源部12发生故障的情况下，驱动信号切换部50将连接从第一光源部12切换至第二光源部22，从而将第二光源部22与控制部101连接。由此，驱动信号被输入到第二光源部22。然后，在由判定部40判定为第二光源部22发生故障的情况下，驱动信号切换部50将连接从第二光源部22切换至第三光源部
32，从而将第三光源部32与控制部101连接。由此，驱动信号被输入到第三光源部32。

[0089] 光检测切换部52基于判定部40的判定结果，选择性地将光检测部14、24、34与控制部101连接。具体而言，在由判定部40判定为第一光源部12发生故障之前，光检测切换部52如图1所示那样地将第一光检测部14与控制部101连接。由此，第一光检测部14的输出信号被输入到控制部101。然后，在由判定部40判定为第一光源部12发生故障的情况下，光检测切换部52将连接从第一光检测部14切换至第二光检测部24，从而将第二光检测部24与控制部101连接。由此，第二光检测部24的输出信号被输入到控制部101。然后，在由判定部40判定为第二光源部22发生故障的情况下，光检测切换部52将连接从第二光检测部24切换至第三光检测部34，从而将第三光检测部34与控制部101连接。由此，第三光检测部34的输出信号被输入到控制部101。

[0090] 控制部101基于光检测部14、24、34的检测结果进行控制，以使第一边带W1以及第二边带W2的波长（频率）差等于与被封入气体单元2的碱金属原子的两个基态能级的能量差相当的频率。控制部101基于光检测部14、24、34的检测结果产生包含调制频率fm的驱动信号。而且，该驱动信号经由驱动信号切换部50被输入到光源部12、22、32。具体说明如下。

[0091] 若利用光检测切换部52使第一光检测部14与控制部101连接，则控制部101基于第一光检测部14的检测结果产生包含调制频率fm的驱动信号。而且，该驱动信号经由驱动信号切换部50被输入到第一光源部12。第一光源部12基于驱动信号对具有规定的频率f0的基波F进行调制，从而产生具有频率f1=f0+fm的第一边带W1以及具有频率f2=f0－fm的第二边带W2。

[0092] 另外，若利用光检测切换部52使第二光检测部24与控制部101连接，则控制部101基于第二光检测部24的检测结果产生包含调制频率fm的驱动信号。而且，该驱动信号经由驱动信号切换部50被输入到第二光源部22。第二光源部22基于驱动信号对具有规定的频率f0的基波F进行调制，从而产生具有频率f1的第一边带W1以及具有频率f2的第二边带W2。

[0093] 另外，若利用光检测切换部52使第三光检测部34与控制部101连接，则控制部101基于第三光检测部34的检测结果产生包含调制频率fm的驱动信号。而且，该驱动信号经由驱动信号切换部50被输入到第三光源部32。第三光源部32基于驱动信号对具有规定的频率f0的基波F进行调制，从而产生具有频率f1的第一边带W1以及具有频率f2的第二边带W2。

[0094] 图2（A）是表示碱金属原子的∧型三能级模型与第一边带W1以及第二边带W2的关系的图。图2（B）是表示共振光的频谱的图。

[0095] 在光源部12、22、32产生的共振光L1、L2、L3包含如图2（B）所示的具有中心频率f0（=v/λ0：v是光的速度，λ0是激光的中心波长）的基波F、相对于中心频率f0在上边带具有频率f1的第一边带W1、以及相对于中心频率f0在下边带具有频率f2的第二边带W2。第一边带W1的频率f1为f1=f0+fm，第二边带W2的频率f2为f2=f0－fm。

[0096] 如图2（A）以及图2（B）所示，第一边带W1的频率f1与第二边带W2的频率f2的频率差与相当于碱金属原子的基态能级GL1与基态能级GL2的能量差ΔE12的频率一致。因此，碱金属原子由具有频率f1的第一边带W1与具有频率f2的第二边带W2引发EIT现象。

[0097] 此处，对EIT现象进行说明。已知碱金属原子与光的相互作用能够利用∧型三能级模型进行说明。如图2（A）所示，碱金属原子具有两个基态能级，若向碱金属原子分别单独地照射具有与基态能级GL1和激发态能级的能量差相当的波长（频率f1）的第一边带W1或者具有与基态能级GL2和激发态能级的能量差相当的波长（频率f2）的第二边带W2，则发生光吸收。然而，如图2（B）所示，若向该碱金属原子同时照射频率差f1－f2与相当于基态能级GL1和基态能级GL2的能量差ΔE12的频率准确地一致的第一边带W1与第二边带W2，则变成两个基态能级的重合状态、即量子干涉状态，从而向激发态能级的激发停止并发生第一边带W1与第二边带W2透过碱金属原子的透明化现象（EIT现象）。利用该EIT现象，对第一边带W1与第二边带W2的频率差f1－f2从相当于基态能级GL1与基态能级GL2的能量差ΔE12的频率偏离时的光吸收行为的急剧的变化进行检测并控制，从而能够制造高精度的振荡器。

[0098] 图3是表示本实施方式所涉及的原子振荡器100的处理的流程图的一个例子的图。

[0099] 驱动信号切换部50将第一光源部12与控制部101连接（S100）。由此，驱动信号被供给至第一光源部12。第一光源部12接收该驱动信号而射出第一共振光L1。第一共振光L1透过气体单元2入射至第一光检测部14。第一光检测部14对第一共振光L1的强度进行检测。

[0100] 光检测切换部52将第一光检测部14与控制部101连接（S102）。控制部101基于第一光检测部14的检测结果生成包含调制频率fm的驱动信号。该驱动信号经由驱动信号切换部50被输入到第一光源部12。

[0101] 此外，驱动信号切换部50也可以在光检测切换部52将第一光检测部14与控制部101连接之后，将第一光源部12与控制部101连接。

[0102] 判定部40基于第一共振光L1的强度进行第一光源部12是否发生故障的判定（S104）。判定部40在判定为第一光源部12发生故障之前（在S106中变成“是”之前）反复进行步骤S104的判定处理。

[0103] 而且，在由判定部40判定为第一光源部12发生故障的情况下（在S106中为“是”），驱动信号切换部50将连接从第一光源部12切换至第二光源部22，从而将第二光源部22与控制部101连接（S108）。由此，驱动信号经由驱动信号切换部50被输入到第二光源部22。

[0104] 第二光源部22接收驱动信号而射出第二共振光L2。第二共振光L2透过气体单元2入射至第二光检测部24。第二光检测部24对第二共振光L2进行检测。

[0105] 在由判定部40判定为第一光源部12发生故障的情况下（在S106中为“是”），光检测切换部52将连接从第一光检测部14切换至第二光检测部24，从而将第二光检测部24与控制部101连接（S110）。控制部101基于第二光检测部24的检测结果生成包含调制频率fm的驱动信号。该驱动信号经由驱动信号切换部50被输入到第二光源部22。

[0106] 判定部40基于第二共振光L2的强度进行第二光源部22是否发生了故障的判定（S112）。在判定部40判定为第二光源部22发生故障之前（在S114中变成“是”之前）反复进行步骤S112的判定处理。

[0107] 而且，在由判定部40判定为第二光源部22发生故障的情况下（在S114中为“是”），驱动信号切换部50将连接从第二光源部22切换至第三光源部32，从而将第三光源部32与控制部101连接（S116）。

[0108] 第三光源部32接收驱动信号而射出第三共振光L3。第三共振光L3透过气体单元2入射至第三光检测部34。第三光检测部34对第三共振光L3进行检测。

[0109] 在由判定部40判定为第二光源部22发生故障的情况下（在S114中为“是”），光检测切换部52将连接从第二光检测部24切换至第三光检测部34，从而将第三光检测部34与控制部101连接（S118）。控制部101基于第三光检测部34的检测结果生成包含调制频率fm的驱动信号。该驱动信号经由驱动信号切换部50被输入到第三光源部32。

[0110] 例如，通过向控制部101输入用于结束处理的信号，从而使原子振荡器100结束处理。

[0111] 以下，对第一实施方式所涉及的原子振荡器的更加具体的结构进行说明。

[0112] 图4是表示第一实施方式所涉及的原子振荡器100的结构的图。其中，图4示出了使用第一光学系统10的状态。

[0113] 如图4所示，原子振荡器100构成为包括：第一半导体激光112、气体单元2、第一光检测器114、第二半导体激光122、第二光检测器124、第三半导体激光132、第三光检测器134、判定电路140、驱动信号切换电路150、光检测切换电路152、第一检波电路160、第一低频振荡器162、电流驱动电路164、第二检波电路170、第二低频振荡器172、检波用调制电路
174、以及调制频率产生电路176。

[0114] 半导体激光112、122、132例如为面发射型半导体激光（VCSEL）。在面发光型半导体激光产生的光具有可干涉性，所以为了得到量子干涉效应而被优选使用。此外，半导体激光112、122、132也可以为边发射型激光。

[0115] 第一半导体激光112能够射出第一共振光L1。利用电流驱动电路164所输出的驱动电流来控制第一半导体激光112所射出的激光的中心频率f0（中心波长λ0），并利用调制频率产生电路176的输出信号（调制信号）对上述激光进行调制。即，通过向电流驱动电路164产生的驱动电流叠加具有调制信号的频率分量的交流电流，能够对第一半导体激光112射出的激光进行调制。由此，第一半导体激光112能够射出包含第一边带W1以及第二边带W2的第一共振光L1。

[0116] 第二半导体激光122能够射出第二共振光L2。与上述的第一半导体激光112的情况相同，通过向电流驱动电路164产生的驱动电流叠加具有调制信号的频率分量的交流电流，能够对第二半导体激光122射出的激光进行调制。由此，第二半导体激光122能够射出包含第一边带W1以及第二边带W2的第二共振光L2。

[0117] 第三半导体激光132能够射出第三共振光L3。与上述的半导体激光112、122的情况相同，通过向电流驱动电路164产生的驱动电流叠加具有调制信号的频率分量的交流电流，能够对第三半导体激光132射出的激光进行调制。由此，第三半导体激光132能够射出包含第一边带W1以及第二边带W2的第三共振光L3。

[0118] 气体单元2是在容器中封入有气态的碱金属原子（钠（Na）原子、铷（Rb）原子、铯（Cs）原子等）的部件。若向该气体单元2照射具有与碱金属原子的两个基态能级的能量差相当的频率（波长）的两个光波，则碱金属原子发生EIT现象。例如，若碱金属原子为铯原子，则与D1线中的基态能级GL1和基态能级GL2的能量差相当的频率为9.19263…GHz，因此若照射频率差为9.19263…GHz的两个光波则会引发EIT现象。

[0119] 第一光检测器114、第二光检测器124、第三光检测器134例如为光电二极管。

[0120] 第一光检测器114对透过了气体单元2的第一共振光L1进行检测，并输出与检测到的光的量对应的信号强度的信号。

[0121] 第二光检测器124对透过了气体单元2的第二共振光L2进行检测，并输出与检测到的光的量对应的信号强度的信号。

[0122] 第三光检测器134对透过了气体单元2的第三共振光L3进行检测，并输出与检测到的光的量对应的信号强度的信号。

[0123] 光检测切换电路152基于判定电路140的判定结果切换光检测器114、124、134与检波电路160、170的连接。具体而言，在由判定电路140判定为第一半导体激光112发生故障之前，光检测切换电路152将第一光检测器114与检波电路160、170连接。由此，第一光检测器114的输出信号被输入到检波电路160、170。然后，在由判定电路140判定为第一半导体激光
112发生故障的情况下，光检测切换电路152切换连接而将第二光检测器124与检波电路
160、170连接。由此，第二光检测器124的输出信号被输入到检波电路160、170。然后，在由判定电路140判定为第二半导体激光122发生故障的情况下，光检测切换电路152切换连接而将第三光检测器134与检波电路160、170连接。由此，第三光检测器134的输出信号被输入到检波电路160、170。

[0124] 第一检波电路160使用由几Hz 几百Hz左右的较低的频率振荡的第一低频振荡器~162的振荡信号对经由光检测切换电路152输入的、光检测器114、124、134（在图示例中为第一光检测器114）的输出信号进行同步检波。

[0125] 电流驱动电路164产生与第一检波电路160的输出信号对应的大小的驱动电流，并对激光的中心频率f（0 中心波长λ0）进行控制。此外，为了使第一检波电路160能够进行同步检波，而向由电流驱动电路164产生的驱动电流叠加第一低频振荡器162的振荡信号（与供给至第一检波电路160的振荡信号相同）。

[0126] 驱动信号切换电路150基于判定电路140的判定结果切换半导体激光112、122、132与电流驱动电路164以及检波用调制电路174的连接。具体而言，在由判定电路140判定为第一半导体激光112发生故障之前，驱动信号切换电路150将第一半导体激光112与电流驱动电路164以及检波用调制电路174连接。由此，电流驱动电路164以及检波用调制电路174的输出信号被输入到第一半导体激光112。然后，在由判定电路140判定为第一半导体激光112发生故障的情况下，驱动信号切换电路150切换连接而将第二半导体激光122与电流驱动电路164以及检波用调制电路174连接。由此，电流驱动电路164以及检波用调制电路174的输出信号被输入到第二半导体激光122。然后，在由判定电路140判定为第二半导体激光122发生故障的情况下，驱动信号切换电路150切换连接而将第三半导体激光132与电流驱动电路164以及检波用调制电路174连接。由此，电流驱动电路164以及检波用调制电路174的输出信号被输入到第三半导体激光132。

[0127] 在图4的例子中，利用通过第一半导体激光112、气体单元2、第一光检测器114、光检测切换电路152、第一检波电路160、电流驱动电路164、驱动信号切换电路150的反馈回路对激光的中心频率f0（中心波长λ0）进行微调而使其稳定。另外，在由判定电路140判定为第一半导体激光112发生故障的情况下，利用通过第二半导体激光122、气体单元2、第二光检测器124、光检测切换电路152、第一检波电路160、电流驱动电路164、驱动信号切换电路150的反馈回路对激光的中心频率f0（中心波长λ0）进行微调而使其稳定。另外，在由判定电路140判定第二半导体激光122故障的情况下，利用通过第三半导体激光132、气体单元2、第三光检测器134、光检测切换电路152、第一检波电路160、电流驱动电路164、驱动信号切换电路150的反馈回路对激光的中心频率f（0 中心波长λ0）进行微调而使其稳定。

[0128] 第二检波电路170使用以几Hz～几百Hz左右的较低的频率振荡的第二低频振荡器172的振荡信号对经由光检测切换电路152输入的、光检测器114、124、134（在图示例中为第一光检测器114）的输出信号进行同步检波。

[0129] 调制频率产生电路176产生具有与第二检波电路170的输出信号的电压对应的调制频率fm的调制信号。

[0130] 由检波用调制电路174利用第二低频振荡器172的振荡信号（与供给至第二检波电路170的振荡信号相同）对该调制信号进行调制，并将该调制信号供给至与检波用调制电路174连接的半导体激光112、122、132。由此，稍微扫描（sweep）调制频率fm而执行由第二检波电路170进行的同步检波，对调制频率fm进行微调以使与第二检波电路170连接的光检测器
114、124、134的输出信号变得最大。

[0131] 在图4的例子中，若第一半导体激光112产生的共振光L1的第一边带W1与第二边带W2的频率差同与气体单元2所包含的碱金属原子的两个基态能级的能量差相当的频率未准确地一致，则碱金属原子不会引发EIT现象，所以第一光检测器114的检测量与第一边带W1和第二边带W2的频率对应地非常敏感地变化。因此，利用通过第一半导体激光112、气体单元2、第一光检测器114、光检测切换电路152、第二检波电路170、调制频率产生电路176、检波用调制电路174以及驱动信号切换电路150的反馈回路进行反馈控制，以使得第一边带W1与第二边带W2的频率差同与碱金属原子的两个基态能级的能量差相当的频率非常准确地一致。其结果，由于调制频率成为非常稳定的频率，所以能够将调制信号作为原子振荡器100的输出信号（时钟输出）。

[0132] 另外，在使用了第二光学系统20的情况下，利用通过第二半导体激光122、气体单元2、第二光检测器124、光检测切换电路152、第二检波电路170、调制频率产生电路176、检波用调制电路174以及驱动信号切换电路150的反馈回路进行反馈控制，以使得第一边带W1与第二边带W2的频率差同与碱金属原子的两个基态能级的能量差相当的频率非常准确地一致。

[0133] 另外，在使用了第三光学系统30的情况下，利用通过第三半导体激光132、气体单元2、第三光检测器134、光检测切换电路152、第二检波电路170、调制频率产生电路176、检波用调制电路174以及驱动信号切换电路150的反馈回路进行反馈控制，以使得第一边带W1与第二边带W2的频率差同与碱金属原子的两个基态能级的能量差相当的频率非常准确地一致。

[0134] 判定电路140基于调制频率产生电路176的输出信号（调制频率fm）进行半导体激光112、122是否发生了故障的判定。在图示的例子中，在调制频率产生电路176产生的调制频率fm从规定的范围偏离的情况下，判定电路140判定为第一半导体激光112发生故障。规定的范围例如是在良好地进行上述的反馈控制的情况下的、调制频率fm变化的范围。即，所谓调制频率fm从规定的范围偏离的情况也能够称为上述的反馈控制失效的情况。在第一半导体激光112发生故障而第一共振光L1的强度降低的情况下，或者在未射出第一共振光L1的情况下，无法以上述的反馈控制进行控制，致使调制频率fm从规定的范围偏离。因此，判定电路140能够根据调制频率产生电路176的输出信号（调制频率fm）判定第一半导体激光112是否发生了故障。此外，在判定电路140判定第二半导体激光122是否发生故障的情况下，也进行与第一半导体激光112的情况相同的处理。

[0135] 判定电路140在判定为半导体激光112、122发生故障的情况下输出判定信号。该判定信号被输入到驱动信号切换电路150以及光检测切换电路152。

[0136] 此外，判定半导体激光是否发生故障的方法不限定于上述的例子。

[0137] 半导体激光112、122、132、光检测器114、124、134、驱动信号切换电路150、光检测切换电路152、判定电路140分别与图1所示的光源部12、22、32、光检测部14、24、34、驱动信号切换部50、光检测切换部52、判定部40对应。另外，由第一检波电路160、第一低频振荡器162、电流驱动电路164、第二检波电路170、第二低频振荡器172、检波用调制电路174、调制频率产生电路176构成的电路与图1所示的控制部101对应。

[0138] 图5是示意性地表示光学模块1的立体图。其中，在图5中，为方便而省略了判定电路140、驱动信号切换电路150、光检测切换电路152的图示。

[0139] 构成第一光学系统10的第一半导体激光112、准直透镜113、气体单元2、第一光检测器114配置在第一轴A1轴上。构成第二光学系统20的第二半导体激光122、准直透镜123、气体单元2、第二光检测器124配置在第二轴A2轴上。构成第三光学系统30的第三半导体激光132、准直透镜133、气体单元2、第三光检测器134配置在第三轴A3轴上。

[0140] 第一轴A1是通过气体单元2的第一侧面2a的中心、气体单元2的中心（立方体的中心）以及第二侧面2b的中心的轴。第二轴A2是通过气体单元2的第三侧面2c的中心、气体单元2的中心以及气体单元2的第四侧面2d的中心的轴。第三轴A3是通过气体单元2的下表面2e的中心、气体单元2的中心以及上表面2f的中心的轴。第一轴A1、第二轴A2、第三轴A3在气体单元2的中心（立方体的中心）相互正交。第一轴A1、第二轴A2、第三轴A3是分别与第一共振光L1的光轴、第二共振光L2的光轴、第三共振光L3的光轴一致的轴。

[0141] 气体单元2的形状为多面体。在图示的例子中，气体单元2的形状为长方体（立方体）。气体单元2的形状也可以为六棱柱、八棱柱等棱柱、正多面体。气体单元2具有：第一侧面2a、与第一侧面2a对置的第二侧面2b、连接第一侧面2a与第二侧面2b的第三侧面2c、与第三侧面2c对置的第四侧面2d、下表面2e、以及与下表面2e对置的上表面2f。在气体单元2中，第一侧面2a与第二侧面2b之间的距离、第三侧面2c与第四侧面2d之间的距离、下表面2e与上表面2f之间的距离相等。

[0142] 第一半导体激光112例如以使第一共振光L1通过气体单元2的中心（立方体的中心）的方式射出第一共振光L1。第一半导体激光112使第一共振光L1垂直地射入第一侧面2a。从第一半导体激光112射出的第一共振光L1垂直地射入第一侧面2a，通过气体单元2的中心，并从第二侧面2b射出。第一光检测器114对从第二侧面2b射出的第一共振光L1进行检测。

[0143] 第二半导体激光122例如以使第二共振光L2通过气体单元2的中心的方式射出第二共振光L2。第二半导体激光122使第二共振光L2垂直地射入第三侧面2c。从第二半导体激光122射出的第二共振光L2垂直地射入第三侧面2c，通过气体单元2的中心，并从第四侧面2d射出。第二光检测器124对从第四侧面2d射出的第二共振光L2进行检测。

[0144] 第三半导体激光132例如以使第三共振光L3通过气体单元2的中心的方式射出第三共振光L3。第三半导体激光132使第三共振光L3垂直地射入下表面2e。从第三半导体激光132射出的第三共振光L3垂直地射入下表面2e，通过气体单元2的中心，并从上表面2f射出。
第三光检测器134对从上表面2f射出的第三共振光L3进行检测。

[0145] 第一光学系统10也可以在第一半导体激光112与气体单元2之间具有用于将第一共振光L1变换成平行光的准直透镜113。另外，第二光学系统20也可以在第二半导体激光122与气体单元2之间具有用于将第二共振光L2变换成平行光的准直透镜123。另外，第三光学系统30也可以在第三半导体激光132与气体单元2之间具有用于将第三共振光L3变换成平行光的准直透镜133。

[0146] 第二光学系统20中的各部件（第二半导体激光122、准直透镜123、气体单元2、第二光检测器124）之间的距离例如等于第一光学系统10中的对应的各部件（第一半导体激光112、准直透镜113、气体单元2、第一光检测器114）之间的距离。另外，第三光学系统30中的各部件（第三半导体激光132、准直透镜133、气体单元2、第三光检测器134）之间的距离例如等于第一光学系统10中的对应的各部件之间的距离。

[0147] 各半导体激光112、122、132例如具有相同的性能，且各半导体激光112、122、132能够分别输出具有相同的光束直径、相同的光束强度的共振光L1、L2、L3。

[0148] 第一共振光L1、第二共振光L2以及第三共振光L3如上述那样垂直地射入立方体的气体单元2的各面2a、2c、2e，因此气体单元2中的第一共振光L1的光程、气体单元2中的第二共振光L2的光程以及气体单元2中的第三共振光L3的光程相等。另外，在图示的例子中，第一共振光L1的光轴、第二共振光L2的光轴以及第三共振光L3的光轴在气体单元2的中心（立方体的中心）正交。

[0149] 本实施方式所涉及的光学模块1以及原子振荡器100例如具有以下的特征。

[0150] 根据光学模块1，在由判定部40判定为第一光源部12发生故障的情况下，第二光源部22能够向气体单元2照射共振光L2。由此，即使第一光源部12发生故障，也不需要更换光学模块整体，因此与更换光学模块整体的情况相比，能够降低更换成本。并且，根据光学模块1，在由判定部40判定为第二光源部22发生故障的情况下，第三光源部32能够向气体单元2照射共振光L3。由此，即使第二光源部22发生故障，也不需要更换光学模块整体，因此与更换光学模块整体的情况相比，能够降低更换成本。

[0151] 并且，根据光学模块1，能够预先对第二光学系统20以及第三光学系统30进行共振光L2、L3的光束直径、光程等的调整。因此，即使从第一光学系统10切换至第二光学系统20，也能够得到与使用了第一光学系统10的情况相同的振荡特性。另外，在从第二光学系统20切换至第三光学系统30的情况下也能够得到与第一光学系统10以及第二光学系统20相同的振荡特性。因此，例如能够组建即使第一光源部12以及第二光源部22发生故障，振荡特性也不会变化而能够瞬间复原的系统。

[0152] 并且，根据光学模块1，由于电气执行光学系统的切换，所以例如与机械执行光学系统的切换的情况相比，在光学系统不易产生轴的错位。

[0153] 在光学模块1中，气体单元2为多面体，第一光源部12使第一共振光L1射入第一侧面2a，第一光检测部14对从第二侧面2b射出的第一共振光L1进行检测，第二光源部22使第二共振光L2射入第三侧面2c，第二光检测部24对从第四侧面2d射出的第二共振光L2进行检测。由此，能够容易地使气体单元2中的第一共振光L1的光程等于气体单元2中的第二共振光L2的光程。因此，对于一个气体单元2能够容易地得到两个可得到相同的振荡特性的光学系统10、20。并且，根据光学模块1，第三光源部32使第三共振光L3射入下表面2e，第三光检测部34对从上表面2f射出的第三共振光L3进行检测。因此，对于一个气体单元2能够容易地得到三个可得到相同的振荡特性的光学系统10、20、30。

[0154] 根据光学模块1，第一光源部12使第一共振光L1垂直地射入第一侧面2a，第二光源部22使第二共振光L2垂直地射入第三侧面2c。由此，例如在气体单元2的第一侧面2a以及第三侧面2c设置了防反射膜（未图示）的情况下，容易设计防反射膜。例如，在使共振光倾斜地射入气体单元的面的情况下，很难设计防反射膜。

[0155] 根据光学模块1，气体单元2为长方体，第一光源部12以使第一共振光L1通过气体单元2的中心的方式射出第一共振光L1，第二光源部22以使第二共振光L2通过气体单元2的中心的方式射出第二共振光L2，第三光源部32以使第三共振光L3通过气体单元2的中心的方式射出第三共振光L3。由此，能够降低因金属原子与气体单元的壁面碰撞而产生的影响。气体单元内的金属原子与气体单元的壁面碰撞，从而使气体单元的壁面附近与气体单元的中心的原子密度不同。因此，在共振光未通过气体单元的中心而通过了气体单元的壁面附近的情况下与共振光通过了气体单元的中心的情况下，例如产生吸收特性的差异。根据本实施方式，由于各共振光L1、L2、L3通过气体单元2的中心，所以与各共振光未通过气体单元的中心的情况相比，能够降低上述的影响。

[0156] 在光学模块1中，判定部40基于被光检测部14、24检测到的共振光L1、L2的强度进行光源部12、22是否发生了故障的判定。由此，不追加新的部件就能够得到用于判定光源部是否发生了故障所需的信息，因此能够容易地判定光源部是否发生了故障。

[0157] 原子振荡器100包括上述的光学模块1，因此能够降低更换成本。并且，能够提高可靠性。

[0158] 2.第二实施方式

[0159] 接下来，参照附图对第二实施方式所涉及的原子振荡器进行说明。图6是示意性地表示第二实施方式所涉及的原子振荡器的光学模块201的立体图。以下，对第二实施方式所涉及的光学模块201的、具有与第一实施方式所涉及的光学模块1的构成部件相同的功能的部件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。

[0160] 在上述的图5所示的光学模块1中，气体单元2的形状为多面体（立方体）。与此相对，如图6所示，在本实施方式所涉及的光学模块201中，气体单元2的形状为圆柱体。

[0161] 如图6所示，气体单元2具有：上表面202a、下表面202b以及侧面202c。

[0162] 配置第一光学系统10的第一轴A1、配置第二光学系统20的第二轴A2以及配置第三光学系统30的第三轴A3与气体单元2的中心轴（圆柱的中心轴）C正交。在图示的例子中，第一轴A1、第二轴A2、第三轴A3在气体单元2的中心（圆柱的中心）相交。第一轴A1与第二轴A2所成的角度例如为60°。另外，第二轴A2与第三轴A3所成的角度例如为60°。

[0163] 第一半导体激光112例如以使第一共振光L1与气体单元2的中心轴C正交的方式射出第一共振光L1。第一半导体激光112使第一共振光L1射入气体单元2的侧面202c。从第一半导体激光112射出的第一共振光L1射入侧面202c，与气体单元2的中心轴C正交，并从侧面202c的与入射位置相反的一侧的位置射出。第一光检测器114对从侧面202c射出的第一共振光L1进行检测。

[0164] 第二半导体激光122例如以使第二共振光L与气体单元2的中心轴C正交的方式射出第二共振光L2。第二半导体激光122使第二共振光L2射入气体单元2的侧面202c。从第二半导体激光122射出的第二共振光L2射入侧面202c，与气体单元2的中心轴C正交，并从侧面202c的与入射位置相反的一侧的位置射出。第二光检测器124对从侧面202c射出的第二共振光L2进行检测。

[0165] 第三半导体激光132例如以使第三共振光L3与气体单元2的中心轴C正交的方式射出第三共振光L3。第三半导体激光132使第三共振光L3射入气体单元2的侧面202c。从第三半导体激光132射出的第三共振光L3射入侧面202c，与气体单元2的中心轴C正交，并从侧面202c的与入射位置相反的一侧的位置射出。第三光检测器134对从侧面202c射出的第三共振光L3进行检测。

[0166] 第一共振光L1、第二共振光L2以及第三共振光L3如上述那样地与气体单元2的中心轴C正交，因此气体单元2中的第一共振光L1的光程、气体单元2中的第二共振光L2的光程以及气体单元2中的第三共振光L3的光程相等。

[0167] 此外，本实施方式所涉及的原子振荡器的其他的结构与上述的原子振荡器100相同，故省略其说明。

[0168] 本实施方式所涉及的光学模块201例如具有以下的特征。

[0169] 根据光学模块201，气体单元2的形状为圆柱体。因此，例如与气体单元的形状为长方体的情况相比，光学系统10、20、30的配置的自由度较高。

[0170] 根据光学模块201，气体单元2的形状为圆柱体，第一半导体激光112能够使第一共振光L1射入气体单元2的侧面202c，第二半导体激光122能够使第二共振光L2射入气体单元2的侧面202c。由此，能够容易地使气体单元2中的第一共振光L1的光程与气体单元2中的第二共振光L2的光程相等。因此，对于一个气体单元2，能够容易地得到两个可得到相同的振荡特性的光学系统10、20。相同地，根据光学模块201，第三半导体激光132能够使第三共振光L3射入气体单元2的侧面202c。由此，对于一个气体单元2，能够得到三个可得到相同的振荡特性的光学系统10、20、30。

[0171] 根据光学模块201，半导体激光112、122、132以使共振光L1、L2、L3与气体单元2的中心轴（圆柱的中心轴C）正交的方式输出共振光L1、L2、L3。由此，能够降低因金属原子与气体单元壁面碰撞而产生的影响。

[0172] 此外，此处对气体单元2的形状为上表面202a以及下表面202b的形状为圆的圆柱的情况进行了说明，虽未图示，但气体单元2的形状也可以为上表面202a以及下表面202b的形状为椭圆的椭圆柱。

[0173] 另外，此处对光学模块201具有三个光学系统10、20、30的情况进行了说明，虽未图示，但光学模块也可以具有三个以上的光学系统。

[0174] 3.第三实施方式

[0175] 接下来，参照附图对第三实施方式所涉及的原子振荡器进行说明。图7是示意性地表示第三实施方式所涉及的原子振荡器的光学模块301的立体图。以下，对第三实施方式所涉及的光学模块301的、具有与第一实施方式所涉及的光学模块1的构成部件相同的功能的部件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。

[0176] 在上述的图5所示的光学模块1中，气体单元2的形状为多面体（立方体）。与此相对，在本实施方式所涉及的光学模块301中，如图7所示，气体单元2的形状为球体。

[0177] 如图7所示，气体单元2具有球面302a。

[0178] 配置第一光学系统10的第一轴A1、配置第二光学系统20的第二轴A2以及配置第三光学系统30的第三轴A3通过气体单元2的中心（球体的中心）。在图示的例子中，第一轴A1、第二轴A2、第三轴A3在气体单元2的中心相互正交。

[0179] 第一半导体激光112例如以使第一共振光L1通过气体单元2的中心（球体的中心）的方式射出第一共振光L1。第一半导体激光112使第一共振光L1射入气体单元2的球面302a。从第一半导体激光112射出的第一共振光L1射入球面302a，通过气体单元2的中心（球体的中心），并从球面302a的与入射位置相反的一侧的位置射出。第一光检测器114对从球面302a射出的第一共振光L1进行检测。

[0180] 第二半导体激光122例如以使第二共振光L2通过气体单元2的中心的方式射出第二共振光L2。第二半导体激光122使第二共振光L2射入气体单元2的球面302a。从第二半导体激光122射出的第二共振光L2射入球面302a，通过气体单元2的中心，并从球面302a的与入射位置相反的一侧的位置射出。第二光检测器124对从球面302a射出的第二共振光L2进行检测。

[0181] 第三半导体激光132例如以使第三共振光L3通过气体单元2的中心的方式射出第三共振光L3。第三半导体激光132使第三共振光L3射入气体单元2的球面302a。从第三半导体激光132射出的第三共振光L3射入球面302a，通过气体单元2的中心，并从球面302a的与入射位置相反的一侧的位置射出。第三光检测器134对从球面302a射出的第三共振光L3进行检测。

[0182] 第一共振光L1、第二共振光L2以及第三共振光L3如上述那样地通过气体单元2的中心，因此气体单元2中的第一共振光L1的光程、气体单元2中的第二共振光L2的光程以及气体单元2中的第三共振光L3的光程相等。

[0183] 此外，本实施方式所涉及的原子振荡器的其他的结构与上述的原子振荡器100相同，故省略其说明。

[0184] 本实施方式所涉及的光学模块301例如具有以下的特征。

[0185] 根据光学模块301，气体单元2的形状为球体。因此，例如与气体单元的形状为长方体的情况相比，光学系统10、20、30的配置的自由度较高。

[0186] 根据光学模块301，气体单元2的形状为球体，半导体激光112、122、132以使共振光L1、L2、L3通过气体单元2的中心的方式射出共振光L1、L2、L3。由此，能够降低因金属原子与气体单元壁面碰撞而产生的影响。

[0187] 此外，此处对光学模块301具有三个光学系统10、20、30的情况进行了说明，虽未图示，但光学模块也可以具有三个以上的光学系统。

[0188] 本发明包括与在实施方式中说明的结构实际上相同的结构（例如，功能、方法以及结果相同的结构，或者目的以及效果相同的结构）。另外，本发明包括将在实施方式中说明的结构的非本质性的部分置换后的结构。另外，本发明包括能够起到与在实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或者实现相同的目的的结构。另外，本发明包括对在实施方式中说明的结构附加了公知技术的结构。

[0189] 符号说明

[0190] A1…第一轴；A2…第二轴；A3…第三轴；L1…第一共振光；L2…第二共振光；L3…第三共振光；W1…第一边带；W2…第二边带；F…基波；1…光学模块；2…气体单元；2a…第一侧面；2b…第二侧面；2c…第三侧面；2d…第四侧面；2e…下表面；2f…上表面；10…第一光学系统；12…第一光源部；14…第一光检测部；20…第二光学系统；22…第二光源部；24…第二光检测部；30…第三光学系统；32…第三光源部；34…第三光检测部；40…判定部；50…驱动信号切换部；52…光检测切换部；101…控制部；100…原子振荡器；101…控制部；112…第一半导体激光；113…准直透镜；114…第一光检测器；122…第二半导体激光；123…准直透镜；124…第二光检测器；132…第三半导体激光；133…准直透镜；134…第三光检测器；140…判定电路；150…驱动信号切换电路；152…光检测切换电路；160…第一检波电路；162…第一低频振荡器；164…电流驱动电路；170…第二检波电路；172…第二低频振荡器；174…检波用调制电路；176…调制频率产生电路；201…光学模块；202a…上表面；202b…下表面；
202c…侧面；301…光学模块；302a…球面。

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