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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024039319
(43)【公開日】2024-03-22
(54)【発明の名称】磁場計測装置
(51)【国際特許分類】
G01R 33/26 20060101AFI20240314BHJP
H03L 7/26 20060101ALI20240314BHJP
【ＦＩ】
G01R33/26
H03L7/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022143776
(22)【出願日】2022-09-09
(71)【出願人】
【識別番号】000004237
【氏名又は名称】日本電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100124811
【弁理士】
【氏名又は名称】馬場 資博
(74)【代理人】
【識別番号】100088959
【弁理士】
【氏名又は名称】境 廣巳
(74)【代理人】
【識別番号】100097157
【弁理士】
【氏名又は名称】桂木 雄二
(74)【代理人】
【識別番号】100187724
【弁理士】
【氏名又は名称】唐鎌 睦
(72)【発明者】
【氏名】松本 健太
【テーマコード（参考）】
5J106
【Ｆターム（参考）】
5J106BB05
5J106CC08
5J106GG02
5J106LL10
(57)【要約】
【課題】磁場を計測する位置において、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場を測定することができないこと。
【解決手段】本発明の磁場計測装置１００は、アルカリ金属原子が封入されたガスセル１０１と、ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置１０２と、光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置１０３とガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置１０４と、光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいてガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する制御装置１０５と、を備える。
【選択図】図８
【解決手段】本発明の磁場計測装置１００は、アルカリ金属原子が封入されたガスセル１０１と、ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置１０２と、光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置１０３とガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置１０４と、光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいてガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する制御装置１０５と、を備える。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、
前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、
前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、
前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する制御装置と、
を備えた磁場計測装置。
前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、
前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、
前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する制御装置と、
を備えた磁場計測装置。
【請求項2】
請求項１に記載の磁場計測装置であって、
前記光周波数変調装置は、前記光発生装置から少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射するよう光の周波数を変調し、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて、少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射することで前記アルカリ金属原子に生じる量子干渉状態を検出して、当該量子干渉状態の共鳴周波数に基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
前記光周波数変調装置は、前記光発生装置から少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射するよう光の周波数を変調し、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて、少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射することで前記アルカリ金属原子に生じる量子干渉状態を検出して、当該量子干渉状態の共鳴周波数に基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
【請求項3】
請求項２に記載の磁場計測装置であって、
前記ガスセルの内部に磁場を印加する磁場印加装置を備え、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測装置。
前記ガスセルの内部に磁場を印加する磁場印加装置を備え、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測装置。
【請求項4】
請求項３に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて、前記ガスセルの位置における磁場を弱めるよう、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測装置。
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて、前記ガスセルの位置における磁場を弱めるよう、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測装置。
【請求項5】
請求項１に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて磁場値を決定した後に、当該決定した磁場値に応じて、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測装置。
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて磁場値を決定した後に、当該決定した磁場値に応じて、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測装置。
【請求項6】
請求項４に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて磁場値を決定し、当該決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御し、その後、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測装置。
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて磁場値を決定し、当該決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御し、その後、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測装置。
【請求項7】
請求項６に記載の磁場計測装置であって、
前記光発生装置は、円偏光を含む光と直線偏光を含む光とを照射するよう構成されており、
前記制御装置は、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御した後に、前記円偏光を含む光を前記ガスセルに照射することで生じる励起原子に、前記直線偏光を含む光を照射することで前記光検出装置にて計測された前記光の偏光状態に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
前記光発生装置は、円偏光を含む光と直線偏光を含む光とを照射するよう構成されており、
前記制御装置は、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御した後に、前記円偏光を含む光を前記ガスセルに照射することで生じる励起原子に、前記直線偏光を含む光を照射することで前記光検出装置にて計測された前記光の偏光状態に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
【請求項8】
請求項６に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度の制御値と、前記光の偏光状態に基づいて決定した磁場値と、に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
前記制御装置は、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度の制御値と、前記光の偏光状態に基づいて決定した磁場値と、に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
【請求項9】
請求項１に記載の磁場計測装置であって、
前記光発生装置は、周波数が前記ガスセルに封入された原子の吸収線に一致する光源と、前記光周波数変調装置によって周波数が変調可能な光源と、を含む、
磁場計測装置。
前記光発生装置は、周波数が前記ガスセルに封入された原子の吸収線に一致する光源と、前記光周波数変調装置によって周波数が変調可能な光源と、を含む、
磁場計測装置。
【請求項10】
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、を備えた磁場計測装置による磁場計測方法であって、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測方法。
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、磁場計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光ポンピング磁力計は、スピン偏極したアルカリ金属原子気体に光照射し、偏光面の回転量を測定することで原子気体位置での磁場を検出する原子磁力計である。光ポンピング磁力計は、微小磁場をベクトル検出できる点に利点があるが、測定位置での磁場が大きい場合には、正常に動作できない点が課題である。このため、一般に、光ポンピング磁力計は、大型のシールドルームを設置するなどして外乱磁場を除去した状態で使用される。また、外乱磁場を検出し、それを打ち消すように印加磁場を発生させる磁場補正機能を備える場合もある。
【0003】
例えば、特許文献１に、光ポンピング磁力計を用いて磁場を計測し、これに加え、磁場打消し機能を備えた磁場補正装置に関する技術が開示されている。具体的に、特許文献１では、磁場センサ部であるアルカリ金属原子気体が封入された２つのセルを、被測定物からの距離を変えて配置し、被測定物から遠いセルでの検出磁場を打ち消すように印加磁場を発生させることで、外乱磁場の影響を低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１２－２１５４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の技術では、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場を計測することができず、かかる磁場を補正することができない、という問題が生じる。
【0006】
このため、本開示の目的は、上述した課題である、磁場を計測する位置において、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場を測定することができない、ことを解決することができる磁場計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一形態である磁場計測装置は、
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、
前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、
前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、
前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する制御装置と、
を備えた、
という構成をとる。
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、
前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、
前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、
前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する制御装置と、
を備えた、
という構成をとる。
【0008】
また、本発明の一形態である磁場計測方法は、
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、を備えた磁場計測装置による磁場計測方法であって、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
という構成をとる。
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、を備えた磁場計測装置による磁場計測方法であって、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
という構成をとる。
【発明の効果】
【0009】
本発明は、以上のように構成されることにより、磁場を計測する位置において、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場であっても測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】透過光スペクトルに現れる共鳴周波数の異なる複数のＣＰＴ共鳴の図である。
【図2】異なる複数のＣＰＴ共鳴の観測による共鳴周波数の差分の検出方法を示す図である。
【図3】共鳴周波数の差分に基づく磁場の算出方法を示す図である。
【図4】実施形態１における磁場計測装置の構成を示す図である。
【図5】実施形態１における磁場計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図6】実施形態２における磁場計測装置の構成を示す図である。
【図7】実施形態２における磁場計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図8】本発明の第３の実施形態における磁場計測装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
【0012】
光ポンピング磁力計は、アルカリ金属原子などの気体を利用して高精度に磁場を計測する装置である。光ポンピング装置は、原子気体が封入されたガスセルを有する。そして、円偏光を含むポンプ光をガスセルに照射することで、封入された原子を励起し、熱平衡状態とは異なる状態分布を有するスピン偏極状態を形成できる。さらに、スピン偏極した原子に直線偏光を含むプローブ光を照射すると、原子位置での磁場強度に応じて、プローブ光の偏光面が回転する。偏光面の回転量は磁場強度に比例するため、ガスセルを透過した光の偏光面を光検出器で計測することで、かかる計測値に応じたガスセル内部の所定の位置における磁場強度を決定することで、磁場を測定できる。光ポンピング磁力計では、非常に微弱な磁場に対しても偏光面の回転が生じるため、生体磁場のような極小強度の磁場の検出に利用される。一方で、光ポンピング磁力計の短所として、ガスセルの位置で大きい磁場が生じている場合、偏光面の回転量を正確に計測できなくなり、磁場強度の測定が困難になる。
【0013】
ここで、光ポンピング磁力計に用いるのと同種のアルカリ金属原子などの気体に、原子の超微細構造分裂に相当する周波数差を有する２つの周波数を含む光を照射した場合、励起準位と基底準位との間の遷移が抑制される量子干渉効果（ＣＰＴ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｐｐｉｎｇ）と呼ばれる）を、透過光強度の増大として観測できる。この量子干渉効果が生じるときの照射光の差周波数をＣＰＴ共鳴周波数と呼ぶ。磁場印加によって基底状態のエネルギー準位が変動するため、観測されるＣＰＴ共鳴周波数に基づいて、ガスセル内部の所定の位置における磁場強度を決定できる。
【0014】
この方法で磁場強度を決定する場合、検出可能な磁場強度の最大値は、検出するＣＰＴ共鳴モードと、照射光の差周波数の設定範囲によって異なる。図１に、磁場を印加した状態で検出されるＣｓ原子のＣＰＴ共鳴スペクトルの一例を示す。ガスセルの位置に磁場を印加することで、Ｃｓ原子の基底準位は複数の磁気副準位に分裂する。磁場を印加した状態で照射光の差周波数を広範囲で掃引した場合、図1に示すように、それぞれの磁気副準位間に対応したＣＰＴ共鳴信号が検出される。ここで、磁気副準位が＋１の基底状態に対応する（１，１）共鳴周波数と、磁気副準位が－１の基底状態に対応する（－１，－１）共鳴周波数との間隔は、磁場強度に応じて変動する。図２では、これらのＣＰＴ共鳴が検出される差周波数の範囲を拡大して表示している。照射光の差周波数を変調しつつ、透過光スペクトルを測定することで、ＣＰＴ共鳴周波数の間隔を決定することができる。
【0015】
図３に、これらの共鳴周波数間隔を磁場強度の関数として示す。共鳴周波数差は、磁場強度に対して略線形に変動し、この変動量は既知の物理定数から求めることができる。例えば、（１，１）共鳴周波数と（－１，－１）共鳴周波数との間隔は、Ｂ（μＴ）の磁場の下で、約１４×Ｂ（ｋＨｚ）である。照射光の差周波数を１４ｋＨｚ程度の範囲にわたって設定できるような光周波数変調部を備えており、これら２つのＣＰＴ共鳴周波数を決定できれば、１μＴ程度の磁場を評価できる。
【0016】
ここでは一例として円偏光の照射光を使用し、（１，１）共鳴周波数と（－１，－１）共鳴周波数との間隔から磁場強度を評価する方法を説明したが、磁場強度の評価には、検出可能な他のＣＰＴ共鳴周波数を用いてもよい。また、照射光の偏光状態は、直線偏光であってもよい。
【0017】
本開示にかかる実施形態では、後述するように、光ポンピング磁力計を備えることに加え、光周波数変調部を備えてＣＰＴ共鳴周波数の計測によって磁場値を決定し、さらに、決定された磁場値を基にガスセルの位置での磁場を補正する機構を備える。これにより、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場がある場合にも、磁場測定を行える磁場計測装置を提供できる。
【0018】
［構成］
次に、図４を参照して、実施形態１にかかる磁場計測装置の詳細な構成を説明する。本実施形態にかかる磁場計測装置は、光発生装置１と、光周波数変調装置２と、光検出装置３と、磁場印加装置４と、環境磁場補正機構５及び低磁場測定機構６を備える制御装置７と、アルカリ金属原子等が気体の状態で封入されたガスセル８と、を含む。
次に、図４を参照して、実施形態１にかかる磁場計測装置の詳細な構成を説明する。本実施形態にかかる磁場計測装置は、光発生装置１と、光周波数変調装置２と、光検出装置３と、磁場印加装置４と、環境磁場補正機構５及び低磁場測定機構６を備える制御装置７と、アルカリ金属原子等が気体の状態で封入されたガスセル８と、を含む。
【0019】
光発生装置１は、円偏光を含むポンプ光Ｌ１と、直線偏光を含むプローブ光Ｌ２と、を発生する。これらの光は、図４に示すようにガスセル８に照射するように光路をとる。光発生装置１は、例えば、レーザ等からなる光を発する光源部１１を含む。光ポンピング磁力計の動作に必要なポンプ光Ｌ１及びプローブ光Ｌ２は、例えば、光源部１１から発する光を伝送し、波長板等の適当な光学素子を透過させ、偏光状態を制御することで実現できる。また、光周波数変調装置２によって、２つ以上の周波数を含む光を生成することで、量子干渉効果を観測するのに必要な照射光Ｌ２を生成することを実現する。
【0020】
光周波数変調装置２は、光発生装置１で発生する光の周波数を変調する。例えば、光源部１１に含まれるレーザの駆動電流を変調することで、周波数差がガスセル８に封入された原子の超微細構造分裂にほぼ等しいようなサイドバンドを含む光を生成する。なお、照射光の差周波数は、磁場評価の基準となるＣＰＴ共鳴の検出が可能であるような範囲内で制御される。ここで要請される照射光の差周波数の制御範囲は、ガスセル８の位置での磁場強度に応じて変動する。例えば、磁場評価の基準となるＣＰＴ共鳴として（１，１）共鳴及び（－１，－１）共鳴を用いる場合、図３に示すように、ガスセル８の位置での磁場強度に略比例して共鳴周波数の差分が変動する。一例として、ガスセル８の位置での磁場強度が１００μＴ程度であると期待される場合には、照射光の差周波数を１４００ｋＨｚ以上、例えば、１５００ｋＨｚ程度の範囲で制御できる機構を有することが好ましい。
【0021】
光検出装置３は、ガスセル８を透過した透過光Ｌ３の、光強度を計測する光強度検出部３１と、偏光面の角度を計測する偏光回転検出部３２と、を含む。
【0022】
磁場印加装置４は、ガスセル８の内部の所定の位置に静磁場Ｍを印加する。磁場印加装置４は、例えば、ガスセル８を覆うように、ソレノイドコイルを配置することで実現される。この場合、ソレノイドコイルに印加する電流の向き及び大きさを、制御装置７の印加磁場制御部で調整することで、ガスセル８の内部の所定の位置に印加される静磁場の向き及び強度の制御が可能である。
【0023】
制御装置７は、演算装置と記憶装置とを備えた情報処理装置にて構成されている。そして、制御装置７は、図４に示すように、演算装置がプログラムを実行することで構築された、環境磁場補正機構５及び低磁場測定機構６を備える。また、制御装置７は、記憶装置に、上述した図３に示すような、ＣＰＴ共鳴の共鳴周波数差分の磁場による変動量といった変動特性が記憶されている。
【0024】
環境磁場補正機構５は、図４に示すように、共鳴信号検出部５１、環境磁場決定部５２、印加磁場制御部５３、光周波数制御部５４を備える。そして、環境磁場補正機構５は、光強度検出部３１による検出信号を取得し、これを基に、共鳴信号検出部５１で量子干渉効果の共鳴周波数を算出する。続いて、環境磁場決定部５２で、算出した共鳴周波数と、装置に記憶している共鳴周波数の磁場に対する変動特性を基に、ガスセル８内部の所定の位置での環境磁場強度を決定する。そして、決定した環境磁場強度を基に、印加磁場制御部５３で、磁場印加装置４の制御信号を調整する。また、光周波数制御部５４で、量子干渉効果の共鳴信号を検出するように、光周波数変調装置２の制御信号を調整する。なお、環境磁場補正機構５の詳細な機能については、動作説明にて詳述する。
【0025】
低磁場測定機構６は、図４に示すように、偏光回転量決定部６１、低磁場決定部６２、を備える。そして、低磁場測定機構６は、偏光回転量検出部６１による検出信号を取得し、偏光面の回転量を決定する。そして、偏光面の回転量に基づいて、低磁場決定部６２にて、ガスセル８の位置における低磁場の強度を決定する。なお、低磁場測定機構６の詳細な機能については、動作説明にて説明する。
【0026】
ガスセル８は、ガラス等の透明容器で構成されており、アルカリ金属原子等が気体の状態で封入されている。封入されているアルカリ金属原子等は、例えば、セシウム原子、ルビジウム原子、カリウム原子、ナトリウム原子のいずれかであってもよい。また、アルカリ金属原子の容器壁面との衝突による状態緩和を抑制する目的で、偏光面の回転及び量子干渉効果に影響しないバッファガスを封入していてもよい。また、アルカリ金属原子等の飽和蒸気圧を制御する目的で、抵抗加熱ヒーターで構成されるような温度調節機構を備えていてもよい。
【0027】
［動作］
次に、主に図５を参照して、上述した磁場計測装置の動作を説明する。図５は、第１の実施形態における磁場計測装置の動作を示すフローチャートであり、磁場計測装置によって実行される磁場計測方法を説明するための図である。
次に、主に図５を参照して、上述した磁場計測装置の動作を説明する。図５は、第１の実施形態における磁場計測装置の動作を示すフローチャートであり、磁場計測装置によって実行される磁場計測方法を説明するための図である。
【0028】
まず、磁場計測装置は、量子干渉効果の検出時には、光周波数変調装置２にて照射光Ｌ２の差周波数を掃引しつつ透過光を検出し、磁場評価に用いるＣＰＴ共鳴を設定する（ステップＳ１）。このとき、磁場計測装置は、これらのＣＰＴ共鳴の共鳴周波数の磁場による変動量を記憶しておく。磁場評価に用いる共鳴として、磁場に対する共鳴周波数の変動が既知である、少なくとも２つのＣＰＴ共鳴を選ぶことができる。例えば、円偏光の照射光を照射する場合には、（１，１）共鳴と（－１，－１）共鳴を選ぶことができる。また、例えば、直線偏光の照射光を照射する場合には、（０，２）共鳴と（－２，０）共鳴を選ぶことができる。
【0029】
続いて、磁場計測装置は、照射光の差周波数の掃引範囲を、所定値に設定する（ステップＳ２）。好ましくは、磁場評価に用いる全ての共鳴の共鳴周波数を含むと期待される範囲に、差周波数を設定する。一例として、磁場評価に用いる共鳴として（１，１）共鳴と（－１，－１）共鳴を選ぶ場合、これらの共鳴周波数の差分は、図３に示すように、アルカリ原子位置での照射光の入射方向に平行な磁場強度をＢ（μＴ）として、１４×Ｂ（ｋＨｚ）である。照射光の差周波数の掃引範囲は、（１，１）共鳴周波数と（－１，－１）共鳴周波数の差分より広い範囲に設定する。例えば、ガスセル位置での磁場強度が１００μＴ程度であると期待される場合には、（１，１）共鳴周波数と（－１，－１）共鳴周波数の差分は１４００ｋＨｚ程度であると期待されるため、照射光の差周波数の掃引範囲は、１４００ｋＨｚ以上に設定するのが好ましい。
【0030】
磁場計測装置は、上述した条件下で、照射光Ｌ２の周波数差を掃引しつつ、ガスセル８に入射し、その透過光Ｌ３を光検出装置３で検出する。検出した透過光スペクトルを制御装置７の環境磁場補正機構５で取得する（ステップＳ３）。そして、環境磁場補正機構５の共鳴信号検出部５１で、ＣＰＴ共鳴を検出する。ここで、測定した透過光スペクトルから、磁場評価に用いる全ての共鳴を検出しているかを判定し（ステップＳ４）、検出されていないＣＰＴ共鳴がある場合（ステップＳ４でＮｏ）、照射光の差周波数の掃引範囲を、全てのＣＰＴ共鳴を検出できると期待される範囲に変更する（ステップＳ５）。一例として、照射光の差周波数の掃引範囲を拡大する。あるいは、一例として、照射光の差周波数の掃引範囲を、低周波数側あるいは高周波数側にシフトしてもよい。そして、処理フローはステップＳ２に戻る。具体的には、照射光の差周波数の掃引範囲を変更し、再度、透過光スペクトルの測定を行う。
【0031】
一方、全てのＣＰＴ共鳴が検出されている場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、環境磁場補正機構５の環境磁場決定部５２で、磁場評価に用いる共鳴の共鳴周波数の差分から、ガスセル３内部の所定の位置における磁場値を決定する（ステップＳ６）。一例として、磁場評価に用いる共鳴として（１，１）共鳴と（－１，－１）共鳴を選ぶ場合、これらの共鳴周波数の差分は、図３に示すように、磁場に応じて変動する。これらの共鳴周波数の差分をΔｆ（Ｈｚ）とした場合、ガスセル８の位置での磁場値は、Δｆ／１４００（μＴ）と決定される。ここで、決定した磁場値が、光ポンピング磁力計の動作可能範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ７）。なお、光ポンピング磁力計の動作可能範囲の磁場値は、予め設定された範囲の値として記憶されている。
【0032】
ガスセル８内部の所定の位置における決定された磁場値が動作可能範囲外であった場合（ステップＳ７でＮｏ）、打消し磁場として印加する磁場強度を設定し、印加磁場制御部５３で磁場印加装置の設定値を調整する（ステップＳ８）。例えば、決定された磁場値が動作可能範囲を超えている場合には、ガスセル８の位置における磁場を弱くするよう、かかる磁場を打ち消す印加磁場を大きくするように設定する。ガスセル８の位置での印加磁場の調整は、ソレノイドコイルに印加する電流値を変更することで実現される。そして、処理フローがＳ３に戻り、再度、透過光スペクトルの測定を行う。
【0033】
一方、上述した印加磁場の調整の後、あるいは、印加磁場を調整することなく、ガスセル８の位置で決定した磁場値が動作可能範囲内であった場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、量子干渉効果の観測に基づく磁場補正機構の調整を終了する。そして、磁場測定装置は、光周波数が変調されていない光源部１１が発する光を伝送し、ポンプ光Ｌ１とプローブ光Ｌ２を順に照射することで、低磁場測定機構６の偏光回転量検出部６１により検出信号を取得して偏光面の回転量を決定し、偏光面の回転量に基づいて低磁場決定部６２でガスセル８の位置における低磁場の強度を決定する（ステップＳ９）。このとき、低磁場決定部６２は、印加磁場制御部５３で設定した印加磁場の強度と、低磁場決定部６２で計測した低磁場の強度とに基づいて、ガスセル８内部の所定の位置における磁場値を決定する。例えば、設定した印加磁場の方向及び強度と、計測した低磁場の方向及び強度とに基づいて、ガスセル８内部の所定の位置における磁場値を決定する。
【0034】
以上のように、本実施形態における磁場計測装置では、ガスセルの位置に光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場がある場合の磁場計測を実現することができる。具体的に、磁場計測装置は、まず、円偏光成分を含むポンプ光Ｌ１をガスセル８に照射することで、ガスセル８内の原子をスピン偏極させ、続いて直線偏光成分を含むプローブ光Ｌ２をガスセルに照射することで、ガスセル８内部での磁場強度に応じた偏光面の回転が生じ、その回転量を計測することで磁場値を決定する光ポンピング磁力計として動作する。これに加え、磁場計測装置は、光周波数変調装置２によって光発生装置１を調整し、少なくとも２つの異なる周波数成分を有する照射光Ｌ２を発生してガスセル８に照射し、その透過光Ｌ３の透過光量を測定することで、照射光の周波数のうち２つの周波数差がアルカリ金属原子の基底準位の超微細構造分裂と略等しい場合に生じる量子干渉効果を検出し、そのスペクトルから磁場値を決定する磁場計測装置として動作する。そして、磁場計測装置は、量子干渉効果のスペクトルから決定した磁場強度に基づいてガスセル８の位置での印加磁場強度を調整する機構を備えることで、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場がある場合にも磁場測定を行える磁場計測装置を実現する。
【0035】
【0036】
［構成］
本実施形態における磁場計測装置は、図６に示すように、実施形態１で説明した光源部１１に替えて、第一光源１２と、光周波数変調装置２で変調可能な第二光源１３と、を備えている。そして、第一光源１２と第二光源１３とによって、量子干渉効果の観測に必要な照射光を構成する量子干渉効果に関与する２つの周波数のみを含む照射光が生成されるため、量子干渉効果に関与しない光電場に由来する共鳴周波数の変動を抑制し、ガスセル位置での磁場に由来する共鳴周波数の変動を高精度に検出できる。これにより、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場がある場合にも磁場測定を行える磁場計測装置を提供できる。なお、説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
本実施形態における磁場計測装置は、図６に示すように、実施形態１で説明した光源部１１に替えて、第一光源１２と、光周波数変調装置２で変調可能な第二光源１３と、を備えている。そして、第一光源１２と第二光源１３とによって、量子干渉効果の観測に必要な照射光を構成する量子干渉効果に関与する２つの周波数のみを含む照射光が生成されるため、量子干渉効果に関与しない光電場に由来する共鳴周波数の変動を抑制し、ガスセル位置での磁場に由来する共鳴周波数の変動を高精度に検出できる。これにより、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場がある場合にも磁場測定を行える磁場計測装置を提供できる。なお、説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【0037】
具体的に、本実施形態にかかる磁場計測装置は、光発生装置１と、光周波数変調装置２と、光検出装置３と、磁場印加装置４と、環境磁場補正機構５及び低磁場測定機構６を制御する制御装置７と、アルカリ金属原子等が気体の状態で封入されたガスセル８と、を含む。光検出装置３と、磁場印加装置４と、制御装置７と、ガスセル８とは、第１の実施形態にかかるものと実質的に同様であるので、説明を省略する。
【0038】
光発生装置１は、円偏光を含むポンプ光Ｌ１と、直線偏光を含むプローブ光Ｌ２と、を発生するよう構成されている。これらの光は、ガスセル８に照射するように光路をとる。そして、光発生装置１は、第一光源１２と、光周波数変調装置２によって周波数を変調可能な第二光源１３とを含む。第一光源１２は、例えば、アルカリ金属原子の吸収線にロックするなどして、発振周波数が吸収線に一致して安定化されていてもよい。光ポンピング磁力計の動作に必要なポンプ光Ｌ１及びプローブ光Ｌ２は、例えば、第一光源１２から発する光を伝送し、波長板等の適当な光学素子を透過させ、偏光状態を制御することで実現できる。また、光周波数変調装置２によって第二光源１３から発する光の周波数を変調し、第一光源１２から発する光と合波することで、量子干渉効果を観測するのに必要な照射光を実現する。
【0039】
光周波数変調装置２は、第二光源１３から発する光の周波数を変調する。第二光源１３の光周波数変調は、例えば、第一光源１２が発する光との干渉波に基づいて変調することで実現される。なお、照射光の差周波数は、磁場評価の基準となるＣＰＴ共鳴の検出が可能であるような範囲内で制御される。ここで要請される照射光の差周波数の制御範囲は、ガスセル位置での磁場強度に応じて変動する。例えば、磁場評価の基準となるＣＰＴ共鳴として（１，１）共鳴及び（－１，－１）共鳴を用いる場合、図３に示すように、ガスセル位置での磁場強度に略比例して共鳴周波数の差分が変動する。一例として、ガスセル位置での磁場強度が１００μＴ程度であると期待される場合には、照射光の差周波数を１４００ｋＨｚ以上、例えば、１５００ｋＨｚ程度の範囲で制御できる機構を有することが好ましい。
【0040】
［動作］
図７は、第２の実施の形態にかかる磁場計測装置の動作を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、第２の実施の形態にかかる磁場計測装置によって実行される磁場計測方法を示す。本実施形態における動作を、図７に示すフローチャートに沿って説明する。なお、図７のフローチャートにおいては、実施形態１で説明した図５のフローチャートにおける動作と同様の動作の場合には、同じステップ番号で示すこととする。
図７は、第２の実施の形態にかかる磁場計測装置の動作を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、第２の実施の形態にかかる磁場計測装置によって実行される磁場計測方法を示す。本実施形態における動作を、図７に示すフローチャートに沿って説明する。なお、図７のフローチャートにおいては、実施形態１で説明した図５のフローチャートにおける動作と同様の動作の場合には、同じステップ番号で示すこととする。
【0041】
まず、第一光源１２の発する光の周波数を、ガスセル８に封入された原子ガスの吸収点に合致するように設定させる（ステップＳ０）。例えば、第一光源１２の発する光を参照ガスセルに照射し、参照ガスセルの吸収が最大になるように制御することで、第一光源１２の発する光の周波数を、ガスセル８に封入された原子ガスの吸収点に合致するように安定化してもよい。
【0042】
磁場計測装置は、量子干渉効果の検出時には、第一光源１２の発する光と第二光源１３の発する光とを合波して照射光Ｌ２とし、第二光源１３の周波数を掃引しつつ透過光Ｌ３を検出する。そして、まず、磁場評価に用いるＣＰＴ共鳴を設定する（ステップＳ１）。これらのＣＰＴ共鳴の共鳴周波数の磁場による変動量を、制御装置７の環境磁場決定部に記憶させる。磁場評価に用いる共鳴として、磁場に対する共鳴周波数の変動が既知である、少なくとも２つのＣＰＴ共鳴を選ぶことができる。例えば、円偏光の照射光を照射する場合には、（１，１）共鳴と（－１，－１）共鳴を選ぶことができる。また、例えば、直線偏光の照射光を照射する場合には、（０，２）共鳴と（－２，０）共鳴を選ぶことができる。
【0043】
続いて、第二光源１３の周波数の掃引範囲を、所定値に設定する（ステップＳ２’）。好ましくは、磁場評価に用いる全ての共鳴の共鳴周波数を含むと期待される範囲に、第一光源１２と第二光源１３との差周波数を設定する。一例として、磁場評価に用いる共鳴として（１，１）共鳴と（－１，－１）共鳴を選ぶ場合、これらの共鳴周波数の差分は、図３に示すように、アルカリ原子位置での照射光の入射方向に平行な磁場強度をＢ（μＴ）として、１４×Ｂ（ｋＨｚ）である。照射光の差周波数の掃引範囲は、（１，１）共鳴周波数と（－１，－１）共鳴周波数の差分より広い範囲に設定する。例えば、ガスセル位置での磁場強度が１００μＴ程度であると期待される場合には、（１，１）共鳴周波数と（－１，－１）共鳴周波数の差分は１４００ｋＨｚ程度であると期待されるため、照射光の差周波数の掃引範囲は、１４００ｋＨｚ以上に設定するのが好ましい。
【0044】
この条件下で、第二光源１３の周波数を掃引しつつ、ガスセル８に入射し、その透過光を光検出装置３で検出する。そして、検出した透過光スペクトルを制御装置７の環境磁場補正機構５で取得する（ステップＳ３’）。このとき、環境磁場補正機構５の共鳴信号検出部５１でＣＰＴ共鳴を検出する。ここで、測定した透過光スペクトルから、磁場評価に用いる全ての共鳴を検出しているかを判定する（ステップＳ４）。
【0045】
検出されていないＣＰＴ共鳴がある場合（ステップＳ４でＮｏ）、第二光源１３の周波数の掃引範囲を、全てのＣＰＴ共鳴を検出できると期待される範囲に変更する（ステップＳ５’）。一例として、第二光源１３の周波数の掃引範囲を拡大する。あるいは、一例として、第二光源１３の周波数の掃引範囲を、低周波数側あるいは高周波数側にシフトしてもよい。そして、処理フローはＳ２’に戻る。具体的には、第二光源１３の周波数の掃引範囲を変更し、再度、透過光スペクトルの測定を行う。
【0046】
一方、全てのＣＰＴ共鳴が検出されている場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、環境磁場補正機構５の環境磁場決定部５２で、磁場評価に用いる共鳴の共鳴周波数の差分から、ガスセル３内部の所定の位置における磁場値を決定する（ステップＳ６）。一例として、磁場評価に用いる共鳴として（１，１）共鳴と（－１，－１）共鳴を選ぶ場合、これらの共鳴周波数の差分は、図３に示すように、磁場に応じて変動する。これらの共鳴周波数の差分をΔｆ（Ｈｚ）とした場合、ガスセル８の位置での磁場値は、Δｆ／１４００（μＴ）と決定される。ここで、決定した磁場値が、光ポンピング磁力計の動作可能範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ７）。
【0047】
ガスセル８の位置での決定された磁場値が動作可能範囲外であった場合には（ステップＳ７でＮｏ）、打消し磁場として印加する磁場強度を設定し、印加磁場制御部５３で磁場印加装置４の設定値を調整する（ステップＳ８）。例えば、決定された磁場値が動作可能範囲を超えていた場合、かかる磁場値を打ち消す印加磁場を大きくするように設定する。ガスセル８の位置での印加磁場の調整は、ソレノイドコイルに印加する電流値を変更することで実現される。そして、処理フローをＳ３’に戻し、再度、透過光スペクトルの測定を行う。
【0048】
一方、ガスセル８内部の所定の位置で決定した磁場値が動作可能範囲内であった場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、量子干渉効果の観測に基づく磁場補正機構の調整を終了する。そして、第一光源１２の発する光を伝送し、ポンプ光とプローブ光を順に照射することで、低磁場測定機構６が、偏光面の回転を計測して、偏光面の回転量に基づいて低磁場の強度を決定する（ステップＳ９）。このとき、低磁場決定部６２は、印加磁場制御部５３で設定した印加磁場の強度と、低磁場決定部６２で決定した低磁場の強度とに基づいて、ガスセル８内部の所定の位置における磁場値を決定する。
【0049】
以上のように、第２の実施形態における磁場計測装置によれば、上述した方法によって調整された印加磁場をガスセル８の位置に発生させることで、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場がある場合にも、磁場測定を行える磁場計測装置を実現できる。また、第一光源１２と、光周波数変調装置２で変調可能な光源１３とによって、量子干渉効果の観測に必要な照射光を構成する量子干渉効果に関与する２つの周波数のみを含む照射光が生成されるため、量子干渉効果に関与しない光電場に由来する共鳴周波数の変動を抑制し、ガスセル位置での磁場に由来する共鳴周波数の変動を高精度に検出できる。これにより、光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場がある場合にも磁場測定を行える磁場計測装置を提供できる。
【0050】
＜実施形態３＞
次に、本発明の第３の実施形態を、図８を参照して説明する。図８は、実施形態３における磁場計測装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、上述した実施形態で説明した磁場計測装置の構成の概略を示している。
次に、本発明の第３の実施形態を、図８を参照して説明する。図８は、実施形態３における磁場計測装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、上述した実施形態で説明した磁場計測装置の構成の概略を示している。
【0051】
図８に示すように、本実施形態における磁場計測装置１００は、アルカリ金属原子が封入されたガスセル１０１と、前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置１０２と、前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置１０３と、前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置１０４と、前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する制御装置１０５と、を備える。
成されている。
成されている。
【0052】
そして、上記構成の制御装置１０５は、光の周波数が変調させてガスセル１０１に照射された光の透過光の強度を計測し、かかる強度に基づいてガスセル１０１内部の所定の位置における磁場値を決定する。また、制御装置１０５は、光の偏光状態を制御してガスセル１０１に照射された光の透過光の偏光状態を計測し、かかる偏光状態に基づいてガスセル１０１内部の所定の位置における磁場値を決定する。このため、光の偏光状態に基づく光ポンピング磁力計による低磁場の計測が可能であると共に、かかる光ポンピング磁力計の動作可能範囲を超える強度の外乱磁場がある場合であっても、周波数が変調された光の強度に基づいて磁場測定が可能となる。
【0053】
以上、上記実施形態等を参照して本開示を説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。本開示の構成には、本開示の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【0054】
＜付記＞
上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。以下、本開示における磁場計測装置、磁場計測方法の構成の概略を説明する。但し、本発明は、以下の構成に限定されない。
上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。以下、本開示における磁場計測装置、磁場計測方法の構成の概略を説明する。但し、本発明は、以下の構成に限定されない。
【0055】
（付記１）
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、
前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、
前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、
前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する制御装置と、
を備えた磁場計測装置。
（付記２）
付記１に記載の磁場計測装置であって、
前記光周波数変調装置は、前記光発生装置から少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射するよう光の周波数を変調し、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて、少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射することで前記アルカリ金属原子に生じる量子干渉状態を検出して、当該量子干渉状態の共鳴周波数に基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記３）
付記１又は２に記載の磁場計測装置であって、
前記ガスセルの内部に磁場を印加する磁場印加装置を備え、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測装置。
（付記４）
付記３に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて、前記ガスセルの位置における磁場を弱めるよう、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測装置。
（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて磁場値を決定した後に、当該決定した磁場値に応じて、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記６）
付記３又は４に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて磁場値を決定し、当該決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御し、その後、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記７）
付記３，４又は６に記載の磁場計測装置であって、
前記光発生装置は、円偏光を含む光と直線偏光を含む光とを照射するよう構成されており、
前記制御装置は、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御した後に、前記円偏光を含む光を前記ガスセルに照射することで生じる励起原子に、前記直線偏光を含む光を照射することで前記光検出装置にて計測された前記光の偏光状態に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記８）
付記３，４，６又は７に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度の制御値と、前記光の偏光状態に基づいて決定した磁場値と、に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記９）
付記１乃至８のいずれかに記載の磁場計測装置であって、
前記光発生装置は、周波数が前記ガスセルに封入された原子の吸収線に一致する光源と、前記光周波数変調装置によって周波数が変調可能な光源と、を含む、
磁場計測装置。
（付記１０）
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、を備えた磁場計測装置による磁場計測方法であって、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１１）
付記１０に記載の磁場計測方法であって、
前記光周波数変調装置は、前記光発生装置から少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射するよう光の周波数を変調するよう構成されており、
前記光の強度に基づいて、少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射することで前記アルカリ金属原子に生じる量子干渉状態を検出して、当該量子干渉状態の共鳴周波数に基づいて前記ガスセルの位置における磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１２）
付記１０又は１１に記載の磁場計測方法であって、
前記磁場計測装置がさらに前記ガスセルの内部に磁場を印加する磁場印加装置を備えており、
前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測方法。
（付記１３）
付記１０乃至１２のいずれかに記載の磁場計測方法であって、
前記光の強度に基づいて磁場値を決定した後に、当該決定した磁場値に応じて、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１４）
付記１２に記載の磁場計測方法であって、
前記光の強度に基づいて磁場値を決定し、当該決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御し、その後、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１５）
付記１２又は１４に記載の磁場計測方法であって、
前記光発生装置は、円偏光を含む光と直線偏光を含む光とを照射するよう構成されており、
前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御した後に、前記円偏光を含む光を前記ガスセルに照射することで生じる励起原子に、前記直線偏光を含む光を照射することによって前記光検出装置にて計測された前記光の偏光状態に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１６）
付記１２，１４又は１５に記載の磁場計測方法であって、
前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度の制御値と、前記光の偏光状態に基づいて決定した磁場値と、に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を算出する、
磁場計測方法。
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、
前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、
前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、
前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する制御装置と、
を備えた磁場計測装置。
（付記２）
付記１に記載の磁場計測装置であって、
前記光周波数変調装置は、前記光発生装置から少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射するよう光の周波数を変調し、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて、少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射することで前記アルカリ金属原子に生じる量子干渉状態を検出して、当該量子干渉状態の共鳴周波数に基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記３）
付記１又は２に記載の磁場計測装置であって、
前記ガスセルの内部に磁場を印加する磁場印加装置を備え、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測装置。
（付記４）
付記３に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて、前記ガスセルの位置における磁場を弱めるよう、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測装置。
（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて磁場値を決定した後に、当該決定した磁場値に応じて、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記６）
付記３又は４に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記光の強度に基づいて磁場値を決定し、当該決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御し、その後、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記７）
付記３，４又は６に記載の磁場計測装置であって、
前記光発生装置は、円偏光を含む光と直線偏光を含む光とを照射するよう構成されており、
前記制御装置は、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御した後に、前記円偏光を含む光を前記ガスセルに照射することで生じる励起原子に、前記直線偏光を含む光を照射することで前記光検出装置にて計測された前記光の偏光状態に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記８）
付記３，４，６又は７に記載の磁場計測装置であって、
前記制御装置は、前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度の制御値と、前記光の偏光状態に基づいて決定した磁場値と、に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測装置。
（付記９）
付記１乃至８のいずれかに記載の磁場計測装置であって、
前記光発生装置は、周波数が前記ガスセルに封入された原子の吸収線に一致する光源と、前記光周波数変調装置によって周波数が変調可能な光源と、を含む、
磁場計測装置。
（付記１０）
アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、前記ガスセルに照射する光を、偏光状態を制御して発生する光発生装置と、前記光発生装置が発生する光の周波数を変調する光周波数変調装置と、前記ガスセルを透過した光の強度及び偏光状態を計測する光検出装置と、を備えた磁場計測装置による磁場計測方法であって、
前記光検出装置で計測した光の強度及び光の偏光状態のそれぞれに基づいて前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１１）
付記１０に記載の磁場計測方法であって、
前記光周波数変調装置は、前記光発生装置から少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射するよう光の周波数を変調するよう構成されており、
前記光の強度に基づいて、少なくとも２つの周波数を含む光を前記ガスセルに照射することで前記アルカリ金属原子に生じる量子干渉状態を検出して、当該量子干渉状態の共鳴周波数に基づいて前記ガスセルの位置における磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１２）
付記１０又は１１に記載の磁場計測方法であって、
前記磁場計測装置がさらに前記ガスセルの内部に磁場を印加する磁場印加装置を備えており、
前記光の強度に基づいて決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御する、
磁場計測方法。
（付記１３）
付記１０乃至１２のいずれかに記載の磁場計測方法であって、
前記光の強度に基づいて磁場値を決定した後に、当該決定した磁場値に応じて、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１４）
付記１２に記載の磁場計測方法であって、
前記光の強度に基づいて磁場値を決定し、当該決定した磁場値に応じて前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御し、その後、前記光の偏光状態に基づいて磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１５）
付記１２又は１４に記載の磁場計測方法であって、
前記光発生装置は、円偏光を含む光と直線偏光を含む光とを照射するよう構成されており、
前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度を制御した後に、前記円偏光を含む光を前記ガスセルに照射することで生じる励起原子に、前記直線偏光を含む光を照射することによって前記光検出装置にて計測された前記光の偏光状態に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を決定する、
磁場計測方法。
（付記１６）
付記１２，１４又は１５に記載の磁場計測方法であって、
前記磁場印加装置にて印加する磁場の強度の制御値と、前記光の偏光状態に基づいて決定した磁場値と、に基づいて、前記ガスセル内部の所定の位置における磁場値を算出する、
磁場計測方法。
【符号の説明】
【0056】
１ 光発生装置
１１ 光源部
１２ 第一光源
１３ 第二光源
２ 光周波数変調装置
３ 光検出装置
３１ 光強度検出部
３２ 偏光回転検出部
４ 磁場印加装置
５ 環境磁場補正機構
５１ 共鳴信号検出部
５２ 環境磁場決定部
５３ 印加磁場制御部
５４ 光周波数制御部
６ 低磁場測定機構
６１ 偏光回転量決定部
６２ 低磁場決定部
７ 制御装置
８ ガスセル
１００ 磁場計測装置
１０１ ガスセル
１０２ 光発生装置
１０３ 光周波数変調装置
１０４ 光検出装置
１０５ 制御装置
１１ 光源部
１２ 第一光源
１３ 第二光源
２ 光周波数変調装置
３ 光検出装置
３１ 光強度検出部
３２ 偏光回転検出部
４ 磁場印加装置
５ 環境磁場補正機構
５１ 共鳴信号検出部
５２ 環境磁場決定部
５３ 印加磁場制御部
５４ 光周波数制御部
６ 低磁場測定機構
６１ 偏光回転量決定部
６２ 低磁場決定部
７ 制御装置
８ ガスセル
１００ 磁場計測装置
１０１ ガスセル
１０２ 光発生装置
１０３ 光周波数変調装置
１０４ 光検出装置
１０５ 制御装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
