JPH0519791Y2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0519791Y2 JPH0519791Y2 JP3125587U JP3125587U JPH0519791Y2 JP H0519791 Y2 JPH0519791 Y2 JP H0519791Y2 JP 3125587 U JP3125587 U JP 3125587U JP 3125587 U JP3125587 U JP 3125587U JP H0519791 Y2 JPH0519791 Y2 JP H0519791Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- atomic beam
- photodetector
- focusing lens
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この考案は、原子ビームにレーザ光を照射した
際に放出される自然放出光を検出するための光検
出装置に関するものである。
際に放出される自然放出光を検出するための光検
出装置に関するものである。
［従来の技術］
この種の光検出装置は、例えば第５図に示すよ
うなレーザ励起型原子ビーム発振器に用いられて
いる。このレーザ励起型原子ビーム発振器は、原
子ビーム発生炉１から発生した原子ームＡに対
し、相互作用領域S1にてレーザ光Ｂを照射して
一定のエネルギー準位とする。一定のエネルギー
準位となつた原子ビームＡは、空洞共振器２の中
にて、VCO（電圧制御発振器）３から出力されて
周波数合成器４にて合成されたマイクロ波と相互
作用して誘導遷移し、その後、相互作用領域S2
にて再びレーザ光Ｂを照射されて励起状態に遷移
する。光検出器５は、励起状態の原子が基底状態
に緩和する際に放出する自然放出光Ｃを検出し、
VCO制御部６は、これに基づいてVCO３の発信
周波数を制御する。
うなレーザ励起型原子ビーム発振器に用いられて
いる。このレーザ励起型原子ビーム発振器は、原
子ビーム発生炉１から発生した原子ームＡに対
し、相互作用領域S1にてレーザ光Ｂを照射して
一定のエネルギー準位とする。一定のエネルギー
準位となつた原子ビームＡは、空洞共振器２の中
にて、VCO（電圧制御発振器）３から出力されて
周波数合成器４にて合成されたマイクロ波と相互
作用して誘導遷移し、その後、相互作用領域S2
にて再びレーザ光Ｂを照射されて励起状態に遷移
する。光検出器５は、励起状態の原子が基底状態
に緩和する際に放出する自然放出光Ｃを検出し、
VCO制御部６は、これに基づいてVCO３の発信
周波数を制御する。
原子ビームからの自然放出光検出装置は、この
ようなレーザ励起型原子ビーム発振器において、
例えば相互作用領域S2からの自然放出光Ｃを検
出するために使用される。
ようなレーザ励起型原子ビーム発振器において、
例えば相互作用領域S2からの自然放出光Ｃを検
出するために使用される。
従来の光検出装置は、第６図および第７図に示
すように、集光用の反射鏡として球面鏡７を用
い、そして反射された自然放出光をレンズ８のレ
ンズ系によつて、自然放出光Ｃを光検出器５の受
光面上に結像させている。
すように、集光用の反射鏡として球面鏡７を用
い、そして反射された自然放出光をレンズ８のレ
ンズ系によつて、自然放出光Ｃを光検出器５の受
光面上に結像させている。
［考案が解決しようとする問題点］
ところが、第６図から明らかなように、反射鏡
として球面鏡７を用いた場合には、検出不能な光
が多く、効率的ではない。
として球面鏡７を用いた場合には、検出不能な光
が多く、効率的ではない。
現在、Derbyshireらにより報告されている例
（Amy Derbyshire et.al.；“Optically pumped
small cesium beam standards；ａ status
report”，1985 frequency control symposium，
pp.18−21）では、その受光効率は35％程度であ
る。
（Amy Derbyshire et.al.；“Optically pumped
small cesium beam standards；ａ status
report”，1985 frequency control symposium，
pp.18−21）では、その受光効率は35％程度であ
る。
受光効率が悪い場合は、第５図のような原子ビ
ーム発振器において周波数安定度が劣化する。す
なわち、発振器の周波数安定度は、スペクトル測
定における雑音や共鳴スペクトルの半値幅により
制限される。この周波数安定度を示す指標の１つ
にアラン分散があり、これは観測時間τの間の平
均規格化周波数ｙのゆらぎの２乗平均値として定
義される。Ｑをマイクロ波共鳴周波数と共鳴半値
幅の比、Ｓ／Ｎをスペクトル測定の際の信号対雑
音比とすると、アラン分散の平方根は、下式で与
えられる（例えば、大津元一；「レーザーと原子
時計」，P.46，オーム社）。
ーム発振器において周波数安定度が劣化する。す
なわち、発振器の周波数安定度は、スペクトル測
定における雑音や共鳴スペクトルの半値幅により
制限される。この周波数安定度を示す指標の１つ
にアラン分散があり、これは観測時間τの間の平
均規格化周波数ｙのゆらぎの２乗平均値として定
義される。Ｑをマイクロ波共鳴周波数と共鳴半値
幅の比、Ｓ／Ｎをスペクトル測定の際の信号対雑
音比とすると、アラン分散の平方根は、下式で与
えられる（例えば、大津元一；「レーザーと原子
時計」，P.46，オーム社）。
σy（τ）＝１／［21/2πQ（Ｓ／Ｎ）τ1/2］
したがつて、受光効率が悪い場合は、Ｓ／Ｎ比
が小さくなり、周波数安定度が劣化する。逆に、
受光効率を改善するとＳ／Ｎ比が大きくなつて、
周波数安定度が向上する。
が小さくなり、周波数安定度が劣化する。逆に、
受光効率を改善するとＳ／Ｎ比が大きくなつて、
周波数安定度が向上する。
この考案は、受光効率を上げることにより、例
えばレーザ励磁型原子ビーム発振器や誘導共鳴ラ
マン遷移型原子ビーム発振器における周波数安定
度を向上させることを目的とする。
えばレーザ励磁型原子ビーム発振器や誘導共鳴ラ
マン遷移型原子ビーム発振器における周波数安定
度を向上させることを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
この考案の原子ビームからの自然放出光検出装
置は、原子ビームにレーザ光を照射した際に放出
される自然放出光を光検出器によつて検出する原
子ビームからの自然放出光検出装置において、 原子ビームとレーザ光を内部に通して、それら
の相互作用領域が焦点に位置するように配置され
た回転楕円放物面鏡と、 この回転楕円放物面鏡の焦点の外側に設置され
た集束レンズと、 この集束レンズの焦点に配置された光検出器と
を具備してなることを特徴とする。
置は、原子ビームにレーザ光を照射した際に放出
される自然放出光を光検出器によつて検出する原
子ビームからの自然放出光検出装置において、 原子ビームとレーザ光を内部に通して、それら
の相互作用領域が焦点に位置するように配置され
た回転楕円放物面鏡と、 この回転楕円放物面鏡の焦点の外側に設置され
た集束レンズと、 この集束レンズの焦点に配置された光検出器と
を具備してなることを特徴とする。
［作用］
この考案の原子ビームからの自然放出光検出装
置は、回転楕円放物面鏡と集束レンズを用いるこ
とにより、原子ビームとレーザ光の相互作用領域
からの自然放出光の大部分を光検出器に集光させ
て、自然放出光の受光効率を上げる。そして、例
えばレーザ励起型原子ビーム発振器や誘導共鳴ラ
マン遷移型原子ビーム発振器などにおいて、原子
発振器の周波数安定度を向上させる。
置は、回転楕円放物面鏡と集束レンズを用いるこ
とにより、原子ビームとレーザ光の相互作用領域
からの自然放出光の大部分を光検出器に集光させ
て、自然放出光の受光効率を上げる。そして、例
えばレーザ励起型原子ビーム発振器や誘導共鳴ラ
マン遷移型原子ビーム発振器などにおいて、原子
発振器の周波数安定度を向上させる。
［実施例］
以下、この考案の実施例を第１図ないし第４図
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
第１図は、この考案の基本構成の説明図であ
る。
る。
図において、１１は反射鏡として用いられる回
転楕円放物面鏡であり、その内側の鏡面は下式で
与えられる。
転楕円放物面鏡であり、その内側の鏡面は下式で
与えられる。
x2＋y2＝−4az（−ｄ＜ｚ＜−ａ）
この回転楕円放物面鏡１１の（０，±2a，ａ）
の位置にはレーザ光Ｂを通す穴が明けられ、また
（±2a，ａ，０）の位置には原子ビームＡを通す
穴が明けられている。そして、この回転楕円放物
面鏡１１は、その焦点（０，０，−ａ）にレーザ
光Ｂと原子ビームＡの相互作用領域Ｓが位置する
ように、配置されている。また、回転楕円放物面
鏡１１の焦点の外側の適当な位置ｚ＝−Z0（＜−
ａ）には、集束レンズ１２（焦点距離ｆ）が設置
され、そしてこの集束レンズ１２の焦点（０，
０，−z0−ｆ）に光検出器１３が設置されている。
の位置にはレーザ光Ｂを通す穴が明けられ、また
（±2a，ａ，０）の位置には原子ビームＡを通す
穴が明けられている。そして、この回転楕円放物
面鏡１１は、その焦点（０，０，−ａ）にレーザ
光Ｂと原子ビームＡの相互作用領域Ｓが位置する
ように、配置されている。また、回転楕円放物面
鏡１１の焦点の外側の適当な位置ｚ＝−Z0（＜−
ａ）には、集束レンズ１２（焦点距離ｆ）が設置
され、そしてこの集束レンズ１２の焦点（０，
０，−z0−ｆ）に光検出器１３が設置されている。
このように回転楕円放物面鏡１１と集束レンズ
１２を用いたことにより、光検出器１３は、光を
効率的に検出することになる。
１２を用いたことにより、光検出器１３は、光を
効率的に検出することになる。
すなわち、回転楕円放物面鏡１１は、放物線の
幾何学的性質から明らかなように、焦点から発し
た光は反射されて平行光線に変換される。したが
つて、焦点に位置する相互作用領域Ｓからの自然
放出光Ｃは、平行光線となつて集束レンズ１２に
入る。そして、集束レンズ１２は、平行光線を光
検出器１３に集束させることになる。
幾何学的性質から明らかなように、焦点から発し
た光は反射されて平行光線に変換される。したが
つて、焦点に位置する相互作用領域Ｓからの自然
放出光Ｃは、平行光線となつて集束レンズ１２に
入る。そして、集束レンズ１２は、平行光線を光
検出器１３に集束させることになる。
ここで、光検出器１３に集束される光量の割合
εは次のように求められる。
εは次のように求められる。
第１図により、cosθ0＝（ｄ−ａ）／（ｄ＋ａ）
となり、対応する立体角Ωは下式で与えられる。
となり、対応する立体角Ωは下式で与えられる。
Ω＝2π（１−cosθ0）
＝4πa／（ｄ＋ａ） ……(1)式
鏡面の反射率が100％ならば、光量の割合εは
次のようになる。
次のようになる。
ε＝100・［１−Ω／（4π）］％
＝100・ｄ／（ｄ＋ａ）％
光検出器１３がその受光面の法線と光線のなす
角がθ1よりも小さい光だけを検出できる場合、集
束レンズ１２の焦点距離ｆを次のように選ぶと、
光検出器１３は集束された光の大部分を検出する
ことができる。
角がθ1よりも小さい光だけを検出できる場合、集
束レンズ１２の焦点距離ｆを次のように選ぶと、
光検出器１３は集束された光の大部分を検出する
ことができる。
ｆ≧（4ad）1/2／tanθ1
第２図は、前述した第５図のレーザ励起型原子
ビーム発振器に対して、この考案の光検出装置を
組み込んだ場合の例を示す。
ビーム発振器に対して、この考案の光検出装置を
組み込んだ場合の例を示す。
本例においては、相互作用領域Ｓ２に対して、
回転楕円放物面鏡１１と集束レンズ１２を設置し
ている。すなわち、回転楕円放物面鏡１１の焦点
に相互作用領域Ｓ２を位置させて、その集束レン
ズ１２によつて、回転楕円放物面鏡１１からの平
行光線を光検出器５に集束させるようになつてい
る。したがつて、VCO制御部６は、光検出器５
によつて検出された相互作用領域Ｓ２の自然放出
光Ｃに基づき、自然放出光Ｃの光量が最大となる
ように、VCO７の発信周波数を制御する。
回転楕円放物面鏡１１と集束レンズ１２を設置し
ている。すなわち、回転楕円放物面鏡１１の焦点
に相互作用領域Ｓ２を位置させて、その集束レン
ズ１２によつて、回転楕円放物面鏡１１からの平
行光線を光検出器５に集束させるようになつてい
る。したがつて、VCO制御部６は、光検出器５
によつて検出された相互作用領域Ｓ２の自然放出
光Ｃに基づき、自然放出光Ｃの光量が最大となる
ように、VCO７の発信周波数を制御する。
第３図および第４図は、前出した(1)式を証明す
るための図である。以下、(1)式を証明する。
るための図である。以下、(1)式を証明する。
第３図の放物線をｙ＝x2／4aで与える。焦点
をＡ（０，ａ）、放物線上の１点をＰ（x0，（１／
4a）x0 2），Ｐから直線ｙ＝ｄ上に下ろした垂線の
足をP′（z0，ｄ）とする。ただし、｜x0｜≦（4ad）1
／２である。このとき放物線の性質により、常に下
式が成立する。
をＡ（０，ａ）、放物線上の１点をＰ（x0，（１／
4a）x0 2），Ｐから直線ｙ＝ｄ上に下ろした垂線の
足をP′（z0，ｄ）とする。ただし、｜x0｜≦（4ad）1
／２である。このとき放物線の性質により、常に下
式が成立する。
＋′＝const ……(2)式
（＝ａ＋x0 2／4a、′＝ｄ−x0 2／4a）
ＰがＣ（（4ad）1/2，ｄ）ならば、
＝＋′ （＝ａ＋ｂ） (3)式
となり、Ｐが０（０，０）ならば、
＋＝＋ (4)式
となる。
ところで、＝ａ、＝ｄと、(3)、(4)式か
ら、＝ａ＋ｄが求まる。
ら、＝ａ＋ｄが求まる。
一方、＝ａ−ｄであるから、
cosθ0＝／＝（ａ−ｄ）／（ａ＋ｄ）
となる。
ここで、立体角Ωを求める。
球面はｙ＝（１−x2）1/2をｘ軸のまわりに回転し
たものである。
たものである。
Ω＝2π∫1 cps〓0ｙ｛１＋（dy／dx）2｝1/2dx
＝2π∫1 cps〓0dx
＝2π（１−cosθ0）
＝2π〔１−｛（ｄ−ａ）／（ｄ＋ａ）｝〕
＝4πa／（ｄ＋ａ）
［考案の効果］
以上説明したように、この考案の原子ビームか
らの自然放出光検出装置は、回転楕円放物面鏡と
集束レンズを用い、その回転楕円放物面鏡の焦点
に原子ビームとレーザ光の相互作用領域を位置さ
せて、この回転楕円放物面鏡からの平行光線を集
束レンズによつて集束させる構成であるから、相
互作用領域からの自然放出光の大部分を光検出器
上に集光させて、自然放出光の受光効率を上げる
ことができる。したがつて、例えばレーザ励起型
原子ビーム発振器や誘導共鳴ラマン遷移型原子ビ
ーム発振器などにおいて、原子発振器の周波数安
定度を向上させることができる。
らの自然放出光検出装置は、回転楕円放物面鏡と
集束レンズを用い、その回転楕円放物面鏡の焦点
に原子ビームとレーザ光の相互作用領域を位置さ
せて、この回転楕円放物面鏡からの平行光線を集
束レンズによつて集束させる構成であるから、相
互作用領域からの自然放出光の大部分を光検出器
上に集光させて、自然放出光の受光効率を上げる
ことができる。したがつて、例えばレーザ励起型
原子ビーム発振器や誘導共鳴ラマン遷移型原子ビ
ーム発振器などにおいて、原子発振器の周波数安
定度を向上させることができる。
第１図はこの考案の基本構成の説明図、第２図
はこの考案の光検出装置を備えたレーザ励起型原
子ビーム発振器の一例の説明図、第３図および第
４図は立体角の式の証明のための図である。第５
図はレーザ励起型原子ビーム発振器の構成図、第
６図は従来の光検出装置の一例を説明するための
概略断面図、第７図は同従来例を説明するための
概略斜視図である。 １１……回転楕円放物面鏡、１２……集束レン
ズ、１３……光検出器、Ａ……原子ビーム、Ｂ…
…レーザ光、Ｃ……自然放出光。
はこの考案の光検出装置を備えたレーザ励起型原
子ビーム発振器の一例の説明図、第３図および第
４図は立体角の式の証明のための図である。第５
図はレーザ励起型原子ビーム発振器の構成図、第
６図は従来の光検出装置の一例を説明するための
概略断面図、第７図は同従来例を説明するための
概略斜視図である。 １１……回転楕円放物面鏡、１２……集束レン
ズ、１３……光検出器、Ａ……原子ビーム、Ｂ…
…レーザ光、Ｃ……自然放出光。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 原子ビームにレーザ光を照射した際に放出され
る自然放出光を光検出器によつて検出する原子ビ
ームからの自然放出光検出装置において、 原子ビームとレーザ光を内部に通して、それら
の相互作用領域が焦点に位置するように配置され
た回転楕円放物面鏡と、 この回転楕円放物面鏡の焦点の外側に設置され
た集束レンズと、 この集束レンズの焦点に配置された光検出器と
を具備してなることを特徴とする原子ビームから
の自然放出光検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3125587U JPH0519791Y2 (ja) | 1987-03-04 | 1987-03-04 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3125587U JPH0519791Y2 (ja) | 1987-03-04 | 1987-03-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63139531U JPS63139531U (ja) | 1988-09-14 |
| JPH0519791Y2 true JPH0519791Y2 (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=30836822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3125587U Expired - Lifetime JPH0519791Y2 (ja) | 1987-03-04 | 1987-03-04 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0519791Y2 (ja) |
-
1987
- 1987-03-04 JP JP3125587U patent/JPH0519791Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63139531U (ja) | 1988-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4746201A (en) | Polarizing apparatus employing an optical element inclined at brewster's angle | |
| US4161436A (en) | Method of energizing a material | |
| CN111678896B (zh) | 一种金刚石nv色心荧光高效率收集装置 | |
| JPH057875B2 (ja) | ||
| CN116125151A (zh) | 一种微波电场测量系统及其灵敏度增强方法 | |
| US6496255B2 (en) | Measurement of crystal face orientation | |
| JP3963998B2 (ja) | 原子発振器 | |
| JPH0519791Y2 (ja) | ||
| EP0805357B1 (en) | Laser irradiation light detecting device | |
| CN118091263A (zh) | 里德堡光学系统及其控制方法 | |
| CN116125523B (zh) | 一种用于探测原子团密度确定原子束通量的方法及装置 | |
| CN116256675A (zh) | 一种基于激光光源的光泵磁强计 | |
| JPH0635481Y2 (ja) | 原子ビ−ムからの自然放出光検出装置 | |
| JPS60194403A (ja) | 放射線画像情報読取用集光体 | |
| JPH0519792Y2 (ja) | ||
| Von Goeler et al. | Tangential imaging for fluctuation studies | |
| JP2536901B2 (ja) | 蛍光測定装置 | |
| JP2643808B2 (ja) | ルビジウム原子発振器 | |
| JPH0792596B2 (ja) | 放射線像読取り装置 | |
| CN115420729B (zh) | 基于多步激发244nm激光增强拉曼效应的方法 | |
| CN116148228B (zh) | 基于金刚石的氮空位色心的集成化磁力计设备 | |
| JPS63224520A (ja) | レ−ザ励起型原子ビ−ム発振器 | |
| CN121367115A (zh) | 一种基于饱和荧光光谱的激光稳频方法及装置 | |
| Cerez et al. | Accurate measurement of the fluorescence collection efficiency in a light-atom interaction experiment | |
| RU2266586C2 (ru) | Оротрон |