特許 7201172 原子干渉計の回折像検出方法、原子干渉計、原子ジャイロスコープ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-26

(45)【発行日】2023-01-10

(54)【発明の名称】原子干渉計の回折像検出方法、原子干渉計、原子ジャイロスコープ

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/60 20060101AFI20221227BHJP

【ＦＩ】

G01C19/60

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019044721

(22)【出願日】2019-03-12

(65)【公開番号】P2020148535

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2022-01-07

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、「未来社会創造事業」、「大規模プロジェクト型」、「自己位置推定機器の革新的な高精度化及び小型化につながる量子慣性センサー技術」、「冷却原子・イオンを用いた高性能ジャイロスコープの開発」、「原子ビームジャイロ型慣性航法装置の実証機試作」 産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000231073

【氏名又は名称】日本航空電子工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100121706

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128705

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 幸雄

(74)【代理人】

【識別番号】100147773

【弁理士】

【氏名又は名称】義村 宗洋

(72)【発明者】

【氏名】細谷 俊之

(72)【発明者】

【氏名】井上 遼太郎

(72)【発明者】

【氏名】上妻 幹旺

(72)【発明者】

【氏名】田中 敦史

【審査官】飯村 悠斗

(56)【参考文献】

【文献】特表平０５－５０１４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５４４２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１６７５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】R. Delhuille，High-contrast Mach-Zehnder lithium-atom interferometer in the Bragg regime，Applied Physics B，74，Springer Nature，2002年04月01日，489-493

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １９／００－１９／７２

Ｇ０１Ｂ ９／０２

Ｇ２１Ｋ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルカリ土類金属原子、アルカリ土類様金属原子、アルカリ土類金属原子の安定同位体、あるいはアルカリ土類様金属原子の安定同位体である個々の原子が同じ状態にある原子線を連続生成する原子線生成装置と、
低次Bragg回折条件を満たす３個以上の進行光定在波を生成する進行光定在波生成部と
、
前記原子線と前記３個以上の進行光定在波とが相互作用した結果の原子線を得る干渉部と、
前記干渉部からの前記原子線を観測する観測部と
を含む原子干渉計の回折像検出方法であって、
前記原子線生成装置が、前記原子線の原子数密度が一様である範囲を含む原子数密度分布を前記観測部の位置で持つ前記原子線を生成する第１ステップと、
前記進行光定在波の全てが存在しない状況下で、前記観測部が前記干渉部からの前記原子線を観測し、回折像が形成されていない前記原子数密度分布を得る第２ステップと、
前記進行光定在波の全てが存在する状況下で、前記観測部が前記干渉部からの前記原子線を観測し、前記低次Bragg回折条件による回折像が前記範囲内で形成された原子数密度
分布を得る第３ステップと、
前記第２ステップの処理で得られた前記原子数密度分布と前記第３ステップの処理で得られた前記原子数密度分布との差に基づいて前記回折像を得る第４ステップと
を有する回折像検出方法。

【請求項2】

請求項１に記載の回折像検出方法において、
前記範囲は、前記進行光定在波の全てが存在しない状況下で前記原子線の原子数密度が前記原子線の進行方向と直交する方向に一定である範囲である
ことを特徴とする回折像検出方法。

【請求項3】

個々の原子が同じ状態にある原子線を連続生成する原子線生成装置と、
３個以上の進行光定在波を生成する進行光定在波生成部と、
前記原子線と前記３個以上の進行光定在波とが相互作用した結果の原子線を得る干渉部と、
前記干渉部からの前記原子線を観測する観測部と
を含む原子干渉計であって、
前記原子は、アルカリ土類金属原子、アルカリ土類様金属原子、アルカリ土類金属原子の安定同位体、あるいはアルカリ土類様金属原子の安定同位体であり、
各前記進行光定在波は低次Bragg回折条件を満たし、
前記原子線生成装置は、前記原子線の原子数密度が一様である範囲を含む原子数密度分布を前記観測部の位置で持つ前記原子線を生成し、
前記低次Bragg回折条件による回折像は、前記範囲内で形成され、
前記観測部は、前記進行光定在波の全てが存在しない状況下で観測を行って第１の原子数密度分布を取得し、前記進行光定在波の全てが存在する状況下で観測を行って第２の原子数密度分布を取得し、前記第１の原子数密度分布と前記第２の原子数密度分布の差を用いて前記回折像を得る
原子干渉計。

【請求項4】

請求項３に記載の原子干渉計において、
前記範囲は、前記進行光定在波の全てが存在しない状況下で前記原子線の原子数密度が前記原子線の進行方向と直交する方向に一定である範囲である
ことを特徴とする原子干渉計。

【請求項5】

原子ジャイロスコープであって、
請求項３または請求項４のいずれかに記載の原子干渉計を含み、
前記原子干渉計に含まれる前記観測部は、前記干渉部からの前記原子線を観測することによって角速度または加速度を検出する
原子ジャイロスコープ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子干渉計に関し、特に回折像検出技術に関する。

【背景技術】

【0002】

本願よりも前に出願された国際出願PCT/JP2018/027827号明細書に、本発明に関連する発明としてマッハ-ツェンダー型原子干渉計９００（図１参照）が開示されている。

【0003】

マッハ-ツェンダー型原子干渉計９００は、ｎ次（ただし、ｎは２以上の予め定められた正整数である）のBragg回折を利用する。マッハ-ツェンダー型原子干渉計９００は、原子線生成装置１００と干渉部２００と進行光定在波生成部３００と観測部４００を含む。原子線生成装置１００と干渉部２００と観測部４００は図示しない真空チャンバー内に収容されている。

【0004】

原子線生成装置１００は、原子線源１１１と原子線コリメーター１１３を含む。原子線生成装置１００は、個々の原子が同じ状態にある原子線１００ａ（熱的原子線または冷却原子線）を連続生成する。熱的原子線は、例えば、純度の高い金属塊１１５を原子線源１１１で昇華させて得られた高速の原子気体を原子線コリメーター１１３に通すことによって生成される。原子線コリメーター１１３は、例えば、よく知られているように、原子線１００ａの進行方向に間隔を空けた複数のスリットで構成される。また、冷却原子線は、例えば、高速の原子気体を図示しないゼーマンスローワー（Zeeman Slower）あるいは２次元冷却装置に通すことによって生成される。本願よりも前に出願された国際出願PCT/JP2018/027825号明細書に、本発明に関連する発明として、原子線の原子が、アルカリ土類金属原子（カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム）、アルカリ土類様金属原子（アルカリ土類金属原子と同様に、基底状態において電子スピンによる磁気モーメントを持たない電子配置を持つ原子であり、ベリリウム、マグネシウム、イッテルビウム、カドミウム、水銀などを例示できる）、アルカリ土類金属原子の安定同位体、あるいはアルカリ土類様金属原子の安定同位体であることが開示されている。特に、アルカリ土類金属原子、アルカリ土類様金属原子、アルカリ土類金属原子の安定同位体、あるいはアルカリ土類様金属原子の安定同位体、のうち核スピンを持たない原子は、環境磁場の影響を全く受けない。

【0005】

進行光定在波生成部３００は、ｎ次Bragg回折条件を満たす３個の進行光定在波（第１の進行光定在波２００ａ、第２の進行光定在波２００ｂ、第３の進行光定在波２００ｃ）を生成する。ｎ次Bragg回折条件を満たす進行光定在波については後で説明を加える。

【0006】

原子線１００ａは干渉部２００で３個の進行光定在波２００ａ，２００ｂ，２００ｃを通過する。アルカリ土類金属原子、アルカリ土類様金属原子、アルカリ土類金属原子の安定同位体、およびアルカリ土類様金属原子の安定同位体は超微細構造を持たないので、マッハ-ツェンダー型原子干渉計９００では、同じ内部状態における異なる２個の運動量状態|g, p₀>と|g, p₁>との間の光照射による遷移が利用される。干渉部２００は、原子線１００ａと３個の進行光定在波２００ａ，２００ｂ，２００ｃとが相互作用した結果の原子線（回折像）１００ｂを得る。

【0007】

原子線生成装置１００からの原子線１００ａが第１の進行光定在波２００ａを通過すると、初期状態が|g, p₀>にある個々の原子の状態は|g, p₀>と|g, p₁>との重ね合わせ状態に変化する。第１の進行光定在波２００ａと原子との相互作用を適切に設定すると、第１の進行光定在波２００ａを通過した直後の|g, p₀>の存在確率と|g, p₁>の存在確率の比は１対１になる。原子は、対向して進む２ｎ個の光子の吸収・放出を通して、|g, p₀>から|g, p₁>に遷移する際に光子２ｎ個分の運動量（=p₁-p₀）を得る。したがって、状態|g, p₁>の原子の運動方向は、状態|g, p₀>の原子の運動方向から大きくずれる。つまり、原子線が第１の進行光定在波２００ａを通過すると、原子線１００ａは、１対１の割合で、状態|g, p₀>の原子からなる原子線と状態|g, p₁>の原子からなる原子線に分裂する。第１の進行光定在波２００ａは、π／２パルスと呼ばれ、原子線のスプリッターとしての機能を持つ。状態|g, p₁>の原子からなる原子線の進行方向はｎ次Bragg回折条件に基づく方向である。０次光の方向（つまり、Bragg回折しなかった状態|g, p₀>の原子からなる原子線１００ａの進行方向）とｎ次Bragg回折条件に基づく方向とが成す角は、０次光の方向と１次Bragg回折条件に基づく方向とが成す角のｎ倍である。つまり、状態|g, p₀>の原子からなる原子線の進行方向と状態|g, p₁>の原子からなる原子線の進行方向の広がり（換言すると、乖離）を大きくできる。

【0008】

分裂後、状態|g, p₀>の原子からなる原子線と状態|g, p₁>の原子からなる原子線は、第２の進行光定在波２００ｂを通過する。このとき、第２の進行光定在波２００ｂと原子との相互作用を適切に設定すると、第２の進行光定在波２００ｂを通過することによって、状態|g, p₀>の原子からなる原子線は通過過程で状態|g, p₁>の原子からなる原子線に反転し、状態|g, p₁>の原子からなる原子線は通過過程で状態|g, p₀>の原子からなる原子線に反転する。このとき、前者については、|g, p₀>から|g, p₁>に遷移した原子の進行方向は、上述のとおり、状態|g, p₀>の原子の運動方向からずれる。この結果、第２の進行光定在波２００ｂを通過後の状態|g, p₁>の原子からなる原子線の進行方向は、第１の進行光定在波２００ａを通過後の状態|g, p₁>の原子からなる原子線の進行方向と平行になる。また、後者については、原子は、対向して進む２ｎ個の光子の吸収・放出を通して、|g, p₁>から|g, p₀>に遷移する際に２ｎ個の光子から得た運動量と同じ運動量を失う。つまり、|g, p₁>から|g, p₀>に遷移した原子の運動方向は、遷移前の状態|g, p₁>の原子の運動方向からずれる。この結果、第２の進行光定在波２００ｂを通過後の状態|g, p₀>の原子からなる原子線の進行方向は、第１の進行光定在波２００ａを通過後の状態|g, p₀>の原子からなる原子線の進行方向と平行になる。第２の進行光定在波２００ｂは、πパルスと呼ばれ、原子線のミラーとしての機能を持つ。

【0009】

反転後、状態|g, p₀>の原子からなる原子線と状態|g, p₁>の原子からなる原子線は、第３の進行光定在波２００ｃを通過する。この通過時点にて、反転後の状態|g, p₀>の原子からなる原子線と反転後の状態|g, p₁>の原子からなる原子線は互いに交差する。このとき、第３の進行光定在波２００ｃと原子との相互作用を適切に設定すると、状態|g, p₀>の原子からなる原子線と状態|g, p₁>の原子からなる原子線との交差領域に含まれる個々の原子の|g, p₀>と|g, p₁>との重ね合わせ状態に応じた原子線（回折像）１００ｂが得られる。第３の進行光定在波２００ｃを通過した後に得られる原子線１００ｂの進行方向は、理論的には、０次光の方向と平行な方向とｎ次Bragg回折条件に基づく方向のいずれか一方または両方である。この原子線１００ｂが、干渉部２００の出力である。第３の進行光定在波２００ｃは、π／２パルスと呼ばれ、原子線のコンバイナーとしての機能を持つ。

【0010】

マッハ-ツェンダー型原子干渉計９００に、第１の進行光定在波２００ａの作用から第３の進行光定在波２００ｃの作用までの原子線の２個の経路を含む平面内の角速度または加速度が加わると、第１の進行光定在波２００ａの作用から第３の進行光定在波２００ｃの作用までの原子線の２個の経路に位相差が生じ、この位相差が第３の進行光定在波２００ｃを通過した個々の原子の状態|g, p₀>の存在確率と状態|g, p₁>の存在確率に反映される。したがって、観測部４００は、干渉部２００からの原子線１００ｂ（つまり、第３の進行光定在波２００ｃを通過した後に得られる原子線１００ｂ）を観測することによって角速度または加速度を検出する。例えば、観測部４００は、干渉部２００からの原子線１００ｂにプローブ光４０８を照射して、状態|g, p₁>の原子からの蛍光を光検出器４０９によって検出する。光検出器４０９としては、光電子増倍管、蛍光フォトディテクタなどを例示できる。また、本実施形態によると空間分解が向上する、つまり第３の進行光定在波を通過した後の２個の経路（状態|g, p₀>の原子からなる原子線と状態|g, p₁>の原子からなる原子線）の間隔が広いので、光検出器４０９としてＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。あるいは、光検出器４０９としてチャンネルトロンを用いる場合は、第３の進行光定在波を通過した後の２個の経路の一方の原子線を、プローブ光の替わりにレーザー光等によってイオン化し、チャンネルトロンでイオンを検出してもよい。

【0011】

上述のとおり、第１の進行光定在波２００ａはスプリッターとしての機能を持ち、第２の進行光定在波２００ｂはミラーとしての機能を持ち、第３の進行光定在波２００ｃはコンバイナーとしての機能を持つ。このような諸条件を満たす３個の進行光定在波（第１の進行光定在波２００ａ、第２の進行光定在波２００ｂ、第３の進行光定在波２００ｃ）はそれぞれ、ガウシアンビーム（Gaussian Beam）のビームウェスト、波長、光強度、さらに、対向するレーザー光間の差周波数をそれぞれ適切に設定することによって実現される。なお、ガウシアンビームのビームウェストは光学的に設定でき（例えばレーザー光をレンズで集光する）、ガウシアンビームの光強度は電気的に設定できる（例えばガウシアンビームの出力を調整する）。３個の進行光定在波２００ａ，２００ｂ，２００ｃを生成する進行光定在波生成部３００の光学的構成自体は公知であるから説明を省略する（図１では、概略としてレーザー光源、レンズ、ミラー、音響光学変調器（ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator））などが図示されている）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

原子線１００ａは、通常、微小立体角で広がり、原子線１００ａの進行方向と直交する方向（以下、単に直交方向と呼称する。）の速さ成分を持つ原子を含む。このため、３個の進行光定在波２００ａ，２００ｂ，２００ｃと相互作用しなかった原子に起因して、原子線１００ａは観測部４００の位置にて広がりを持つ。

【0013】

ｎ次（ｎ≧２）のBragg回折を利用するマッハ-ツェンダー型原子干渉計９００によると、干渉部２００からの原子線１００ｂにおいてｎ次Bragg回折条件に基づく原子の進路はｎの値に応じて０次光の方向から乖離する。したがって、ｎの値が大きければ、ｎ次Bragg回折条件に基づく原子の進路は原子線１００ａの広がりの外側に形成される。つまり、ｎ次Bragg回折条件に基づく原子の進路は原子線１００ａに埋没しないので、観測部４００は回折像を精度良く観測できる。しかし、高次Bragg回折条件を実現するためには、高出力のレーザー光が必要になる。このため、省電力の観点から、ｎの値は小さい方が好ましい。

【0014】

ｎの値が小さい場合においてｎ次Bragg回折条件に基づく原子の進路が原子線１００ａに埋没しないためには、原子線１００ａを十分にコリメーションする必要がある。しかし、原子線１００ａの進行方向に間隔を空けた複数のスリットを用いて原子線１００ａを十分にコリメーションすると、原子線１００ａのフラックスが低下し、原子干渉計のＳＮ比が悪化する。

【0015】

本発明は、原子線のフラックスを確保でき且つ低次Bragg回折条件下でも良好に回折像を観測できる、原子干渉計における回折像検出技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の回折像検出方法は、原子干渉計の回折像検出方法である。当該原子干渉計は、アルカリ土類金属原子、アルカリ土類様金属原子、アルカリ土類金属原子の安定同位体、あるいはアルカリ土類様金属原子の安定同位体である個々の原子が同じ状態にある原子線を連続生成する原子線生成装置と、低次Bragg回折条件を満たす３個以上の進行光定在波を生成する進行光定在波生成部と、原子線と３個以上の進行光定在波とが相互作用した結果の原子線を得る干渉部と、干渉部からの原子線を観測する観測部とを含む。そして、当該回折像検出方法は、（１）原子線生成装置が、原子線の原子数密度が一様である範囲を含む原子数密度分布を観測部の位置で持つ原子線を生成する第１ステップと、（２）進行光定在波の全てが存在しない状況下で、観測部が干渉部からの原子線を観測し、回折像が形成されていない原子数密度分布を得る第２ステップと、（３）進行光定在波の全てが存在する状況下で、観測部が干渉部からの原子線を観測し、低次Bragg回折条件による回折像が前記範囲内で形成された原子数密度分布を得る第３ステップと、（４）第２ステップの処理で得られた原子数密度分布と第３ステップの処理で得られた原子数密度分布との差に基づいて回折像を得る第４ステップと、を有する。

【0017】

また、本発明の原子干渉計は、個々の原子が同じ状態にある原子線を連続生成する原子線生成装置と、３個以上の進行光定在波を生成する進行光定在波生成部と、原子線と３個以上の進行光定在波とが相互作用した結果の原子線を得る干渉部と、干渉部からの原子線を観測する観測部とを含む。原子は、アルカリ土類金属原子、アルカリ土類様金属原子、アルカリ土類金属原子の安定同位体、あるいはアルカリ土類様金属原子の安定同位体である。各進行光定在波は低次Bragg回折条件を満たす。原子線生成装置は、原子線源と、原子線源からの原子線の進行方向に配置された２個以上のスリットを含む原子線コリメーターとを含む。原子線は、原子線コリメーターによって、低次Bragg回折条件による回折像が原子線の内部に含まれる程度にコリメーションされる。

【0018】

また、別の観点から述べると、本発明の原子干渉計は、個々の原子が同じ状態にある原子線を連続生成する原子線生成装置と、３個以上の進行光定在波を生成する進行光定在波生成部と、原子線と３個以上の進行光定在波とが相互作用した結果の原子線を得る干渉部と、干渉部からの原子線を観測する観測部とを含む。原子は、アルカリ土類金属原子、アルカリ土類様金属原子、アルカリ土類金属原子の安定同位体、あるいはアルカリ土類様金属原子の安定同位体である。各進行光定在波は低次Bragg回折条件を満たす。原子線生成装置は、原子線の原子数密度が一様である範囲を含む原子数密度分布を観測部の位置で持つ原子線を生成する。低次Bragg回折条件による回折像は、当該範囲内で形成される。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、原子干渉計において、原子線のフラックスを確保でき且つ低次Bragg回折条件下でも良好に回折像を観測できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】関連発明のマッハ-ツェンダー型原子干渉計。

【図2】実施形態のマッハ-ツェンダー型原子干渉計。

【図3】原子線生成装置が生成する原子線の原子数密度分布。

【図4】回折像が形成された原子線の原子数密度分布。

【図5】回折像検出処理フロー。

【発明を実施するための形態】

【0021】

マッハ-ツェンダー型原子干渉スキームを例に採って本発明の実施形態を説明する。なお、図２は実施形態の理解のためのものであり、図示される各構成要素の寸法は実際の寸法と異なる。

【0022】

本実施形態のマッハ-ツェンダー型原子干渉計は上述のマッハ-ツェンダー型原子干渉計９００と部分的に同じであるから、ここでは両者の相違点を説明する。両者に共通する技術事項については上述のマッハ-ツェンダー型原子干渉計９００の説明をここに組み込み、これによって共通事項の重複説明を省略する。

【0023】

この実施形態では、進行光定在波生成部３００は、ｎ次Bragg回折条件を満たす３個の進行光定在波（第１の進行光定在波２００ａ、第２の進行光定在波２００ｂ、第３の進行光定在波２００ｃ）を生成する。この実施形態ではｎ＝１を想定するものの、ｎの値は小さい値が好ましい（例えばｎは１，２，３，４のいずれかの値である）。

【0024】

原子線生成装置１００は、進行光定在波の全てが存在しない状況下において観測部４００の位置で所定の原子数密度分布を持つ原子線１００ａを生成する（ステップＳ１）。「所定の原子数密度分布」は、「原子線１００ａの原子数密度が一様である範囲Ｗを含む原子数密度分布」である。「原子線１００ａの原子数密度が一様である範囲Ｗ」は、例えば、位置に係らず原子数密度の変化が微小範囲に収まる範囲であり、好ましくは図３に示すように、原子線１００ａの原子数密度が原子線１００ａの進行方向と直交する方向に一定である範囲である。図３は、原子種をカルシウムとし、原子線源１１１での加熱温度を513℃とし、原子線コリメーター１１３を構成する二つのスリットの各幅を0.1mmとし、二つのスリットの間隔を280mmとし、原子線コリメーター１１３から第１の進行光定在波２００ａまでの距離を126mmとし、第１の進行光定在波２００ａと第２の進行光定在波２００ｂの間隔を252mmとし、第２の進行光定在波２００ｂと第３の進行光定在波２００ｃの間隔を252mmとし、第３の進行光定在波２００ｃから観測部４００までの距離を504mmとしたときの原子数密度のシミュレーションである。図３において横軸の「位置」は、原子線１００ａの中心から直交方向への距離を意味する。「所定の原子数密度分布」は、さらに好ましくは再現性を持つ。つまり、原子線１００ａは、進行光定在波の全てが存在しない状況下における観測部４００の位置で、異なる時刻においてほぼ同じ原子数密度分布を持つ。

【0025】

このような所定の原子数密度分布を持つ原子線１００ａは、例えば、従来と同様に、複数のスリットで構成される原子線コリメーター１１３で、低次Bragg回折条件を満たす進行光定在波２００ａ，２００ｂ，２００ｃによる回折像１００ｃが原子線１００ａの内部に（より正確には範囲Ｗに）含まれる程度にコリメーションされることによって形成される。この結果、原子線１００ａと低次Bragg回折条件を満たす進行光定在波２００ａ，２００ｂ，２００ｃとが相互作用した結果である回折像１００ｃは、範囲Ｗ内で原子数密度の変化として現れる（図４参照）。回折像１００ｃの原子数密度のピーク値は原子干渉計に加わる角速度あるいは加速度に応じて変化する。図４では、一例として、原子数密度のピーク値が最大となる時（これは明干渉であり、上記シミュレーションにおいて入力角速度が0 mrad/secの時に相当する）の回折像１００ｃと、原子数密度のピーク値が最小となる時（これは暗干渉であり、上記シミュレーションにおいて入力角速度が0.48 mrad/secの時に相当する）の回折像１００ｃを示している。

【0026】

したがって、正確な回折像１００ｃを得るためには、進行光定在波の全てが存在しない状況下での範囲Ｗの原子数密度を取得すればよい。このため、観測部４００は、進行光定在波の全てが存在しない状況下で、干渉部２００からの原子線１００ａを観測し、進行光定在波による回折像１００ｃが形成されていない原子線１００ａの原子数密度分布（図３参照）を得る（ステップＳ２）。

【0027】

さらに、観測部４００は、進行光定在波の全てが存在する状況下で、干渉部２００からの原子線１００ａを観測し、低次Bragg回折条件を満たす進行光定在波２００ａ，２００ｂ，２００ｃによる回折像１００ｃが範囲Ｗ内で形成された原子線１００ａの原子数密度分布（図４参照）を得る（ステップＳ３）。

【0028】

そして、観測部４００は、ステップＳ２の処理で得られた原子数密度分布とステップＳ３の処理で得られた原子数密度分布との差に基づいて、低次Bragg回折条件を満たす進行光定在波２００ａ，２００ｂ，２００ｃによる回折像１００ｃを得る（ステップＳ４）。このように、ステップＳ３の処理で得られた原子数密度分布から、ステップＳ２の処理で得られた回折像１００ｃの無い原子数密度分布を除去することによって、正確な回折像１００ｃを得ることができる。

【0029】

なお、ステップＳ２の処理とステップＳ３の処理の順序を逆にしてもよい。

【0030】

また、マッハ-ツェンダー型原子干渉計９００を原子ジャイロスコープとして利用する場合、観測部４００は、さらに、ステップＳ４の処理で得られた回折像１００ｃから角速度または加速度を検出する処理を行ってもよい。原子干渉による回折像から角速度または加速度を検出する処理は良く知られているので説明を省略する。

【0031】

上述の原子干渉計の例では、３個の進行光定在波を用いて、１回の分裂と１回の反転と１回の混合を行うマッハ-ツェンダー型原子干渉スキームを利用しているが、このタイプに限定されず、例えば、複数回の分裂と複数回の反転と複数回の混合を行う多段のマッハ-ツェンダー型原子干渉スキームを利用してもよい。このような多段のマッハ-ツェンダー型原子干渉スキームについては、参考文献１を参照のこと。
（参考文献１）Takatoshi Aoki et al., “High-finesse atomic multiple-beam interferometer comprised of copropagating stimulated Raman-pulse fields,” Phys. Rev. A 63, 063611 (2001) - Published 16 May 2001.

【0032】

また、本発明の原子干渉計は、マッハ-ツェンダー型原子干渉計に限らず、例えばラムゼー-ボーデ型原子干渉計であってもよい。

【0033】

この他、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、原子線１００ａは、上述の熱的原子線に限らず、冷却原子線でもよい。

【符号の説明】

【0034】

１００ 原子線生成装置
１００ａ 原子線
１００ｂ 原子線
１００ｃ 回折像
１１１ 原子線源
１１３ 原子線コリメーター
１１５ 金属塊
２００ 干渉部
２００ａ 第１の進行光定在波
２００ｂ 第２の進行光定在波
２００ｃ 第３の進行光定在波
３００ 進行光定在波生成部
４００ 観測部
４０８ プローブ光
４０９ 光検出器
９００ マッハ-ツェンダー型原子干渉計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】