▶ ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションの特許一覧
特表2023-553631リュードベリ周波数チューニングを備えるエレクトロメータ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-25
(54)【発明の名称】リュードベリ周波数チューニングを備えるエレクトロメータ
(51)【国際特許分類】
H01S 1/06 20060101AFI20231218BHJP
G01R 29/08 20060101ALI20231218BHJP
【ＦＩ】
H01S1/06
G01R29/08 D
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023535724
(86)(22)【出願日】2021-12-16
(85)【翻訳文提出日】2023-06-12
(86)【国際出願番号】 US2021063815
(87)【国際公開番号】W WO2022133091
(87)【国際公開日】2022-06-23
(31)【優先権主張番号】63/126,687
(32)【優先日】2020-12-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/126,963
(32)【優先日】2020-12-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/552,854
(32)【優先日】2021-12-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520128820
【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】ウォーカー、サド ジー．
(72)【発明者】
【氏名】インホフ、エリック エイ．
(72)【発明者】
【氏名】ジェファーツ、スティーブン ライアン
(57)【要約】
一実施形態は、エレクトロメータシステムを含む。システムは、アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、少なくとも１つの光ビームをセンサセルを通過するように提供して、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるように構成された光ビームシステムとを含み、少なくとも１つの光ビームは、検出ビームとしてセンサセルから出射する。システムは、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器をも含む。システムは、検出ビームをモニタリングして、検出ビームをモニタリングすることに基づいて第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムをさらに含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エレクトロメータシステムであって、アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、
少なくとも１つの光ビームを前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるように構成された光ビームシステムであって、前記少なくとも１つの光ビームは、検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記光ビームシステムと、
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定にチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器と、
前記検出ビームをモニタリングして、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムと、を備えるシステム。
【請求項2】
前記チューニング信号は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するために、前記第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間の周波数である前記所定のチューニング周波数に設定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記チューニング信号は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するのに十分な出力で供給される、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記センサセルを通過する所定の周波数を有する分割信号であって、前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間の調整されたエネルギー差が前記分割信号の周波数にほぼ等しいときに、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるための前記分割信号を生成するように構成された分割信号生成器をさらに備え、前記検出システムは、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を観察することに応答して前記外部信号を検出するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記光ビームシステムは、前記少なくとも１つの光ビームの結合ビームの波長を調整する波長チューニング信号を受信して、調整された前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
光システムは、前記センサセルを通過するように第１の方向に照射されるプローブビームを生成するように構成されたプローブレーザであって、前記プローブビームが前記検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記プローブレーザと、
前記プローブビームと共線的にかつ逆平行に前記センサセルを通過するように照射されて、前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせる結合ビームを生成するように構成された結合レーザと、を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記検出システムが、前記センサセルを貫通する軸に沿った前記検出ビームをモニタリングして、前記外部信号を検出するように構成されるように、プローブビームおよび結合ビームをコリメートして、前記プローブビームおよび前記結合ビームを互いに対して共線的にかつ逆平行になるように提供するように構成された光学系をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項10】
エレクトロメータシステムを介して外部信号を検出するための方法であって、プローブビームを、アルカリ金属原子を含むセンサセルを通過するように第１の方向に照射するステップと、
前記センサセルを通過するように結合ビームを照射して、前記プローブビームおよび前記結合ビームに基づいて前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるステップと、
所定の周波数を有する分割信号を前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるステップと、
所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するステップと、
前記センサセルから出射する前記プローブビームに対応する検出ビームをモニタリングして、前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化の観測に応答して前記外部信号を検出するステップと、を含む方法。
【請求項11】
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するために、前記所定のチューニング周波数を前記第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間の周波数に設定するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するように前記所定のチューニング周波数を設定するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するように前記所定のチューニング周波数を設定するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
波長チューニング信号を前記結合ビームに提供して、前記結合ビームの波長を調整して、調整される前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記プローブビームおよび前記結合ビームをコリメートして、前記プローブビームおよび前記結合ビームを互いに対して共線的かつ逆平行になるように提供するステップをさらに含み、前記検出ビームをモニタリングすることが、前記センサセルを貫通する軸に沿った前記検出ビームをモニタリングして、前記外部信号を検出することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項16】
エレクトロメータシステムであって、アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、
前記センサセルを通過するように第１の方向に照射されるプローブビームを生成するように構成されたプローブレーザであって、前記プローブビームは、検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記プローブレーザと、
前記センサセルを通過するように照射される結合ビームであって、前記プローブビームおよび前記結合ビームに基づいて前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせる前記結合ビームを生成するように構成された結合レーザと、
前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器と、
前記検出ビームをモニタリングして、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムと、を備えるシステム。
【請求項17】
前記センサセルを通過する所定の周波数を有する分割信号であって、前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間の調整されたエネルギー差が前記分割信号の周波数にほぼ等しいときに、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるための前記分割信号を生成するように構成された分割信号生成器をさらに備え、前記検出システムは、前記検出ビームの強度をモニタリングすることに基づいて前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を観察することに応答して前記外部信号を検出するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項18】
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項19】
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項20】
光ビームシステムは、少なくとも１つの光ビームの結合ビームの波長を調整する波長チューニング信号を受信して、調整された前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、センサシステムに関し、詳しくは、リュードベリ（Ｒｙｄｂｅｒｇ）周波数チューニングを備えたエレクトロメータ（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）に関する。
【背景技術】
【0002】
エレクトロメータによる電界測定は、多くの有用な用途を有する。検出可能な電界は、ＤＣ電界、ならびにＡＣ電界（例えば、通信信号に対応し得る無線周波数（ＲＦ）場）を含むことができる。電界の検出は、電子戦環境におけるなりすまし防止能力および／または電波妨害対策能力のために実施され得る。例えば、電波妨害信号またはなりすまし信号が検出され得る場合、電波妨害信号またはなりすまし信号は、不所望の干渉または敵対的な干渉なしに目的のベースバンド信号に備えるために、フィルタリングまたは復調され得る。一例として、アレイ状に配置された複数のアンテナは、信号源の検出可能な指向性を提供するなどのために、信号の指向性検出を提供することができる。
【発明の概要】
【0003】
一実施形態は、エレクトロメータシステムを含む。システムは、アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、少なくとも１つの光ビームをセンサセルを通過するように提供して、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるように構成された光ビームシステムとを含み、少なくとも１つの光ビームは、検出ビームとしてセンサセルから出射する。システムは、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器をも含む。システムは、検出ビームをモニタリングして、検出ビームをモニタリングすることに基づいて第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムをさらに含む。
【0004】
別の例は、エレクトロメータシステムを介して外部信号を検出するための方法を含む。方法は、プローブビームを、アルカリ金属原子を含むセンサセルを通過するように第１の方向に照射するステップと、結合ビームを、プローブビームと共線的かつ逆平行にセンサセルを通過するように照射して、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるステップとを含む。方法は、所定の周波数を有する分割（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）信号をセンサセルを通過するように提供して、アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズ（Ａｕｔｌｅｒ－Ｔｏｗｎｅｓ）の周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるステップと、所定のチューニング周波数を有するチューニング信号をセンサセルを通過するように提供して、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するステップとをも含む。方法は、センサセルから出射するプローブビームに対応する検出ビームをモニタリングして、一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化の観測に応答して外部信号を検出するステップをさらに含む。
【0005】
別の例は、エレクトロメータシステムを含む。システムは、アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、センサセルを通過するように第１の方向に照射されるプローブビームを生成するように構成されたプローブレーザとを含み、プローブビームは、検出ビームとしてセンサセルから出射する。システムは、プローブビームと共線的かつ逆平行にセンサセルを通過するように照射されて、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせる結合ビームを生成するように構成された結合レーザと、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器とをも含む。システムは、検出ビームをモニタリングして、検出ビームをモニタリングすることに基づいて第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】エレクトロメータシステムの例示的な図を示す。
【図2】エレクトロメータシステムの別の例示的な図を示す。
【図3】光検出の例示的な図を示す。
【図4】エネルギー状態図の一例を示す。
【図5】エネルギー状態図の別の例を示す。
【図6】エレクトロメータシステムを介して外部信号を検出するための方法の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0007】
本発明は、概して、センサシステムに関し、詳しくは、リュードベリ周波数チューニングを備えたエレクトロメータに関する。エレクトロメータシステムは、アルカリ金属原子の蒸気を内部に封入した状態で含むセンサセルを含むことができる。また、エレクトロメータシステムは、プローブビームおよび結合ビームをそれぞれ生成するように構成されたプローブレーザおよび結合レーザを含む。プローブビーム及び結合ビームの各々は、一組の光学系を介してセンサセルを通過するように提供される。プローブビームおよび結合ビームは、センサセルを通過して任意の相互に交差する経路をとることができ、プローブビームおよび結合ビームが共線的にかつ互いに逆平行に配置される経路を含むが、これに限定されない。プローブビームは、結合ビームとは反対方向に伝搬してセンサセルから出射することができる。センサセルから出射した後、プローブビームを検出ビームとして独立して調べることができる。プローブビームおよび結合ビームは、アルカリ金属蒸気内の特定の原子を第１のリュードベリエネルギー状態に励起するための個々の周波数および出力にチューニングされ得る。この第１のリュードベリエネルギー状態にある原子の数および特性は、検出ビームの出力および位相を測定することによって決定することができる。例えば、検出ビームの出力が検出ビームの周波数の関数としてプロットされる場合、透過光のピークは、第１のリュードベリエネルギー状態の励起に対応する周波数に対して検出され得る。
【0008】
また、エレクトロメータシステムは、所定の周波数および所定の振幅を有する、センサセルを通過する分割信号を生成するように構成された分割信号生成器を含む。一例として、分割信号生成器は、分割信号の周波数が第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しいときに、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態に対応する周波数スペクトル透過性ピークを、アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに分割させるように、分割信号を提供することができる。
【0009】
一例として、アウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピーク間の周波数量は、分割信号の振幅に比例する。例えば、外部信号がアルカリ金属原子と相互作用し、外部信号が分割信号と同じ周波数を有する場合、外部信号によってアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピーク間の周波数量を変更することができる。外部信号が到達する前後のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピーク間の周波数分割量を測定することによって、外部信号の振幅を知ることができる。このようにして、第１のリュードベリエネルギー状態と任意の他の第２のリュードベリ状態との間のエネルギーに対応する周波数を有する任意の外部信号を測定することができる。しかしながら、異なる外部信号が測定されるべきであり、かつ異なる外部信号の周波数が第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差に対応しない場合、測定は低下するか又は不可能となる。これらの異なる外部信号を測定するために、第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差は、本明細書で説明されるように、異なる外部信号の周波数に一致するように変更され得る。
【0010】
また、エレクトロメータシステムは、チューニング信号を提供するように構成されたチューニング信号生成器を含む。チューニング信号は、第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整することが可能となるような所定の周波数および振幅で提供されて、調整されたエネルギー差は、分割信号および外部信号の周波数にほぼ等しくなる。従って、分割信号は、規定のアウトラー・タウンズの一対の周波数スペクトル透過性ピークを生じさせることができる。例えば、チューニング信号の所定の周波数は、第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しくすることができるとともに、第１のリュードベリエネルギー状態に対して第２のリュードベリエネルギー状態を調整することができるように、第２および第３のリュードベリエネルギー状態のエネルギー準位を変化させるのに十分な振幅で提供することができる。従って、分割信号にほぼ等しく、従って第１のリュードベリエネルギー状態に対して調整された第２のリュードベリエネルギー状態にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出することができる。
【0011】
エレクトロメータシステムは、検出ビームをモニタリングして外部信号を検出するように構成された検出システムをさらに含む。検出システムは、検出ビームの強度および／または位相をモニタリングすることができるとともに、外部信号の存在に対応する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を決定することができる光検出器を含み得る。従って、第１および第２のリュードベリエネルギー状態間のエネルギー差をチューニングすることが可能であることによって、エレクトロメータシステムは、離散リュードベリエネルギー状態に基づいて実質的に任意の周波数を有する外部信号を検出するようにチューニングすることができる。
【0012】
図１は、エレクトロメータシステム１００の例示的な図を示す。エレクトロメータシステム１００は、任意の周波数の外部電磁信号を検出するなどのために、様々な用途のいずれにおいても実施することができる。
【0013】
エレクトロメータシステム１００は、アルカリ金属原子の蒸気を含む密封ガラス容器として構成することができるセンサセル１０２を含む。一例として、アルカリ金属蒸気は、ルビジウム（Ｒｂ）、または様々な他の種類のアルカリ金属（例えば、セシウム（Ｃｓ））のいずれかとすることができる。本明細書に記載されるように、アルカリ金属蒸気は、リュードベリエネルギー状態に励起されて、アルカリ金属蒸気が、特定の周波数の光の光子の吸収に対して実質的に不感とする（例えば、ほぼ透過である）ようにすることができる。また、エレクトロメータシステム１００は、プローブビームＯＰＴＰＲＢを生成するように構成されたプローブレーザ１０４と、結合ビームＯＰＴＣＰＬを生成するように構成された結合レーザ１０６とを含む。一例として、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬの各々は、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬがそれぞれ（例えば、光学系を介して）コリメートされ、かつ互いに対して共線的に（ｃｏｌｌｉｎｅａｒｌｙ）かつ逆平行に（ａｎｔｉ－ｐａｒａｌｌｅｌ）提供され得るような方法で、光学系（図示せず）を介してセンサセル１０２を通過するように提供され得る。しかしながら、アルカリ金属蒸気をリュードベリ状態に刺激するためにプローブビームＯＰＴＰＲＢと結合ビームＯＰＴＣＰＬとを交差させる他の構成を代わりに提供することができる。
【0014】
一例として、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬは、アルカリ金属蒸気が励起されて第１のリュードベリエネルギー状態になるように、アルカリ金属蒸気の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるための個々の周波数にチューニングされ得る。図１の例は単一の結合レーザ１０６を示しているが、本明細書で説明するように、複数の結合レーザを実装して、異なる周波数の複数の個々の結合ビームＯＰＴＣＰＬを提供して、アルカリ金属蒸気を第１のリュードベリエネルギー状態に励起することができる。プローブビームＯＰＴＰＲＢは、検出ビームＯＰＴＤＥＴとしてセンサセル１０２から出射することができる。図１の例では、結合レーザ１０６は、本明細書でより詳細に説明されるように、結合ビームＯＰＴＣＰＬの波長をチューニングするように設定された波長チューニング信号ＴＮを受信するものとして示されている。
【0015】
エレクトロメータシステム１００は、分割信号ＲＦＳＰＬを生成するように構成された分割信号生成器１０８をも含む。分割信号ＲＦＳＰＬは、所定の周波数および所定の振幅でセンサセル１０２を通過するように提供される無線周波数（ＲＦ）信号とすることができる。一例として、分割信号生成器１０８は、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数が第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しいときに、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態に対応する周波数スペクトル透過性ピークを、アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに分割させるように、分割信号ＲＦＳＰＬを提供することができる。分割信号ＲＦＳＰＬは、例えば、本明細書で説明されるように、エレクトロメータシステムによって検出されることが所望される外部信号の周波数に対応する周波数に設定され得る。
【0016】
また、エレクトロメータシステム１００は、チューニング信号ＲＦＴＮを生成するように構成されたチューニング信号生成器１１０を含む。チューニング信号ＲＦＴＮは、第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整することが可能となるような所定の周波数および振幅で提供され得る。例えば、チューニング信号ＲＦＴＮの所定の周波数は、第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しくすることができるとともに、第２および第３のリュードベリエネルギー状態のエネルギー準位の変化を生じさせるのに十分な振幅で提供することができる。その結果、第２のリュードベリエネルギー状態を第１のリュードベリエネルギー状態に対して調整することができる。別の例として、第２のリュードベリエネルギー状態に対して第１のリュードベリエネルギー状態を調整することができる。調整されたエネルギー差は、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数にほぼ等しくなり得る。
【0017】
エレクトロメータシステム１００は、検出ビームＯＰＴＤＥＴをモニタリングして外部信号ＲＦＥＸＴを検出するように構成された検出システム１１２をさらに含む。検出システム１１２は、検出ビームＯＰＴＤＥＴの強度および／または位相をモニタリングすることができる光検出器を含むことができる。上述したように、分割信号ＲＦＳＰＬは、第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する分割信号ＲＦＳＰＬに応答して、アルカリ金属原子に関連する規定の一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせることができる。従って、第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するチューニング信号ＲＦＴＮに応答して、分割信号ＲＦＳＰＬは、検出ビームＯＰＴＤＥＴの周波数スペクトルにおける規定のアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークを生じさせることができる。従って、検出システム１１２は、外部信号の存在に対応する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を決定することができる。その結果、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数とほぼ等しい、従って、調整された第２のリュードベリエネルギー状態と第１のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号ＲＦＥＸＴを検出することができる。従って、第１および第２のリュードベリエネルギー状態間のエネルギー差をチューニングすることが可能であることによって、エレクトロメータシステム１００は、離散リュードベリエネルギー状態に基づいて実質的に任意の周波数を有する外部信号を検出するようにチューニングされることができる。
【0018】
図２は、エレクトロメータシステム２００の別の例示的な図を示す。エレクトロメータシステム２００は、外部信号ＲＦＥＸＴの検出を所望する様々な用途のいずれにおいても実施することができる。
【0019】
エレクトロメータシステム２００は、アルカリ金属蒸気を含む密封ガラス容器として構成することができるセンサセル２０２を含む。また、エレクトロメータシステム２００は、プローブビームＯＰＴＰＲＢを生成するように構成されたプローブレーザ２０４と、結合ビームＯＰＴＣＰＬを生成するように構成された結合レーザ２０６とを含む。プローブビームＯＰＴＰＲＢは、プローブビームＯＰＴＰＲＢをセンサセル２０２内に反射するように構成されたダイクロイックミラー２０８に提供される。同様に、結合ビームＯＰＴＣＰＬは、結合ビームＯＰＴＣＰＬをセンサセル２０２内に反射し、かつ検出システム２１２によってモニタリングされる検出ビームＯＰＴＤＥＴとしてプローブビームＯＰＴＰＲＢを通過させるように構成されたダイクロイックミラー２１０に提供される。同様に、ビームスプリッタ２０８は、結合ビームＯＰＴＣＰＬを通過させるように構成される。本明細書でより詳細に説明されるように、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬは、アルカリ金属蒸気の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるための個々の周波数にチューニングされ得る。図２の例は単一の結合レーザ２０６を示しているが、本明細書で説明するように、複数の結合レーザを実装して、異なる周波数の複数の個々の結合ビームＯＰＴＣＰＬを提供して、アルカリ金属蒸気を第１のリュードベリ状態に励起することができる。
【0020】
ダイクロイックミラー２０８及び２１０の配置に基づいて、プローブビームＯＰＴＰＲＢ及び結合ビームＯＰＴＣＰＬは、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬは、図２の例ではビームＯＰＴＣＭＢとして示されているように、センサセル２０２を通過して互いに対して共線的にかつ逆平行になるような方法で、センサセル２０２を通過するように提供することができる。加えて、エレクトロメータシステム２００は、センサセル２０２内の特定の軸に沿ってプローブビームＯＰＴＰＲＢをコリメートすることができるコリメート光学系２１４（例えば、レンズ）と、センサセル２０２内の特定の軸に沿って結合ビームＯＰＴＣＰＬをコリメートすることができるコリメート光学系２１６（例えば、レンズ）とを含み、それにより、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬの各々のコリメーションを、同一軸に沿って共線的にかつ逆平行に生じさせることができる。代替的に、エレクトロメータシステム２００は、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬの各々を、センサセル２０２内の測定点に共配置されるように集束させるための集束光学系を含むことができる。
【0021】
図２の例では、エレクトロメータシステム２００は、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬの周波数をアルカリ金属蒸気の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるための個々の周波数に調整するように構成された較正システム２１８をも含む。一例として、較正システム２１８は、プローブビームＯＰＴＰＲＢ及び結合ビームＯＰＴＣＰＬの周波数を設定するために較正手順を実施することができる。一例として、プローブビームＯＰＴＰＲＢの周波数は、アルカリ金属蒸気を第１の励起状態に励起するように設定され、結合ビームＯＰＴＣＰＬの周波数は、励起されたアルカリ金属蒸気を第１のリュードベリエネルギー状態に、従って電磁誘導透過性になるように刺激するように設定される。従って、第１のリュードベリエネルギー状態のアルカリ金属原子は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの近似周波数の光に対して透過であり得る。
【0022】
エレクトロメータシステム２００は、分割信号ＲＦＳＰＬを生成するように構成された分割信号生成器２２０をも含む。分割信号ＲＦＳＰＬは、所定の周波数および所定の振幅でセンサセル２０２を通過するように提供されるＲＦ信号であり得る。一例として、分割信号生成器２２０は、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数が第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しいときに、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態に対応する周波数スペクトル透過性ピークを、アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに分割させるように、分割信号ＲＦＳＰＬを提供することができる。分割信号ＲＦＳＰＬは、例えば、本明細書で説明されるように、エレクトロメータシステムによって検出されることが所望される外部信号の周波数に対応する周波数に設定され得る。
【0023】
図３は、光検出の例示的なダイアグラム３００を示す。ダイアグラム３００は、エネルギー状態ダイアグラム３０２と、周波数の関数としてプロットされた検出ビームＯＰＴＤＥＴの強度を示すグラフ３０４とを含む。ダイアグラム３００は、エレクトロメータシステム２００における光検出に対応し得る。従って、以下の図３の例の説明では、図２の例が参照される。
【0024】
エネルギー状態ダイアグラム３０２は、アルカリ金属原子が開始し得る第１のエネルギー状態（例えば、基底状態）｜１＞を示す。一例として、ルビジウム原子の基底状態｜１＞は、｜５Ｓ１／２＞であり得る。プローブビームＯＰＴＰＲＢに応答して、アルカリ金属原子の集団は、第１の励起状態｜２＞に励起され得る。一例として、ルビジウム原子に対する第１の励起状態｜２＞は、プローブビームＯＰＴＰＲＢに対する約７８０ナノメートルの例示的な波長に基づいて｜５Ｐ３／２＞であり得る。結合ビームＯＰＴＣＰＬに応答して、励起されたアルカリ金属原子の集団は、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞にさらに励起され得る。従って、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞のアルカリ金属原子は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの近似周波数の光に対して透過であり得る。さらに、上述したように、分割信号ＲＦＳＰＬをセンサセル２０２に供給することができ、その結果、周波数スペクトルにおけるアルカリ金属原子の透過性ピークがアウトラー・タウンズ分割される。分割信号ＲＦＳＰＬが、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と規定の第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する場合、周波数スペクトルにおけるアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークは、明確に規定されかつ検出可能となり得る。
【0025】
グラフ３０４は、検出ビームＯＰＴＤＥＴの強度を周波数の関数としてプロットしている。図３の例では、グラフ３０４は、検出ビームＯＰＴＤＥＴの強度の約１００％の強度を示しており、従って、アルカリ金属蒸気によるプローブビームＯＰＴＰＲＢの光子の吸収は実質的にない。強度は、周波数ｆｓ１で減少し始め、周波数ｆｓ２での吸収ピークは、アルカリ金属蒸気によるプローブビームＯＰＴＰＲＢの光子の最大吸収に対応し、従って検出ビームＯＰＴＤＥＴの最小強度に対応している。最小強度は、図４の例において逆ピークの点線で示されており、これは、結合ビームＯＰＴＣＰＬが存在しないプローブビームＯＰＴＰＲＢの光子の最大吸収に対応する。しかしながら、アルカリ金属蒸気のプローブビームＯＰＴＰＲＢ、結合ビームＯＰＴＣＰＬ、及び分割信号ＲＦＳＰＬとの相互作用に基づいて、アルカリ金属蒸気は、第１及び第２のリュードベリ状態間の遷移を示すことができる。従って、アルカリ金属蒸気は、周波数スペクトルの最大吸収周波数ｆｓ２とほぼ等しくかつ両側にある２つの周波数ｆｓ３およびｆｓ４の各々におけるプローブビームＯＰＴＰＲＢの光子の吸収に対して実質的に不感であり得る。
【0026】
従って、ダイアグラム３００は、第１のリュードベリエネルギー状態と第２の規定のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する分割信号ＲＦＳＰＬに応答した電磁誘導透過性ピークのアウトラー・タウンズ分割の効果を示す。従って、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数にほぼ等しい周波数を有する外部信号ＲＦＥＸＴは、検出ビームＯＰＴＤＥＴの周波数スペクトルにおけるアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークの変化をモニタリングすることに基づいて（例えば、検出ビームＯＰＴＤＥＴの周波数スペクトルにおけるアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークの互いに対する位置の変化に基づいて）検出することができる。従って、分割信号ＲＦＳＰＬは、ほぼ同じ周波数の外部信号ＲＦＥＸＴを検出することに対応する周波数で提供され得る。しかしながら、そのような検出は、離散リュードベリエネルギー状態に限定される。例えば、分割信号ＲＦＳＰＬが、第１のリュードベリエネルギー状態と別のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差に等しくない周波数で提供される場合、周波数スペクトルにおけるアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークは歪められ、分割信号ＲＦＳＰＬとほぼ等しい周波数の外部信号の検出が困難となるかまたは不可能となる。従って、本明細書で説明されるように、第１のリュードベリエネルギー状態と別のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差に等しくない周波数を有する外部信号ＲＦＥＸＴを検出するために、エレクトロメータシステム２００は、第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するように構成される。
【0027】
図２の例に戻って参照すると、エレクトロメータシステム２００は、チューニング信号ＲＦＴＮを生成するように構成されたチューニング信号生成器２２２をも含む。チューニング信号ＲＦＴＮは、第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整することが可能となるような所定の周波数および振幅で提供され得る。例えば、チューニング信号ＲＦＴＮの所定の周波数は、第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しくすることができるとともに、第２および第３のリュードベリエネルギー状態のエネルギー準位の変化を生じさせるのに十分な振幅で提供することができる。調整されたエネルギー差は、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数にほぼ等しくすることができ、それによって、実質的に任意の周波数で外部信号ＲＦＥＸＴの検出が可能となる。
【0028】
【0029】
エネルギー状態ダイアグラム４０２は、アルカリ金属原子が開始し得る第１のエネルギー状態（例えば、基底状態）｜１＞を示す。プローブビームＯＰＴＰＲＢに応答して、アルカリ金属原子の集団は、第１の励起状態｜２＞に励起され得る。結合ビームＯＰＴＣＰＬに応答して励起されたアルカリ金属原子の集団は、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞にさらに励起され得る。従って、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞のアルカリ金属原子は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの近似周波数の光に対して透過であり得る。さらに、上述したように、分割信号ＲＦＳＰＬをセンサセル２０２に供給することができ、その結果、周波数スペクトルにおけるアルカリ金属原子の透過性ピークがアウトラー・タウンズ分割される。図４の例では、分割信号ＲＦＳＰＬは、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と規定の第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間のエネルギー差未満の周波数を有する。従って、分割信号ＲＦＳＰＬは、検出されるべき外部信号ＲＦＥＸＴの所望の周波数にほぼ等しい所定の周波数にチュ－ニングされるが、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数は、周波数スペクトルにおいて明確に規定されかつ検出可能なアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークを生じさせるのに十分ではない。
【0030】
上述したように、チューニング信号ＲＦＴＮは、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間のエネルギー差を調整するために提供され得る。図４の例では、チューニング信号ＲＦＴＮは、第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞と第３のリュードベリエネルギー状態｜５＞との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数で提供される。第３のリュードベリエネルギー状態｜５＞は、チューニング信号ＲＦＴＮの周波数を設定することができる第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞に対してエネルギー差を有する任意のリュードベリエネルギー状態であり得る。一例として、チューニング信号ＲＦＴＮは、第２および第３のリュードベリエネルギー状態｜４＞および｜５＞に関連するエネルギーに影響を及ぼすのに十分な振幅で提供され得る。従って、図４の例では、第２および第３のリュードベリエネルギー状態｜４＞および｜５＞が調整されて、第２および第３のリュードベリエネルギー状態｜４＞および｜５＞に関連するエネルギーがアルカリ金属原子の集団に対して変化するようになる。
【0031】
図４の例では、第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞に関連するエネルギーが、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞に対してより小さいエネルギーに調整され、従って、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間のエネルギー差を減少させるように減少される。この結果、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間の差を、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数とほぼ等しくなるように調整することができる。従って、アルカリ金属原子に提供される分割信号ＲＦＳＰＬは、周波数スペクトルにおける明確に規定されかつ検出可能なアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークを生じさせることができる。従って、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数にほぼ等しい周波数を有する外部信号ＲＦＥＸＴは、周波数スペクトルにおける明確に規定されかつ検出可能なアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークに基づいて検出され得る。
【0032】
図２の例に戻って参照すると、エレクトロメータシステム２００は、検出ビームＯＰＴＤＥＴをモニタリングして外部信号ＲＦＥＸＴを検出するように構成された検出システム２１２をさらに含む。図２の例では、検出システム２１２は、光検出器２２４（例えば、フォトダイオード）および検出プロセッサ２２６を含む。光検出器２２４は、検出ビームＯＰＴＤＥＴの強度及び／又は位相をモニタリングして、検出ビームＯＰＴＤＥＴの強度に対応する電圧ＶＤＥＴとして図２の例に示される電気信号を生成することができる。上述したように、分割信号ＲＦＳＰＬは、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と調整された第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する分割信号ＲＦＳＰＬに応答して、アルカリ金属原子に関連する規定の一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせることができる。従って、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間のエネルギー差を調整するチューニング信号ＲＦＴＮに応答して、分割信号ＲＦＳＰＬは、検出ビームＯＰＴＤＥＴの周波数スペクトルにおける規定のアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークを生じさせることができる。
【0033】
従って、検出プロセッサ２２６は、外部信号の存在に対応する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を決定することができる。従って、検出プロセッサ２２６は、ＲＦＥＸＴの復調など、外部信号ＲＦＥＸＴに関連する特性を決定することができる。その結果、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数にほぼ等しい、従って調整された第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞と第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞との間のエネルギー差とほぼ等しい周波数を有する外部信号ＲＦＥＸＴを検出することができる。従って、第１および第２のリュードベリエネルギー状態間のエネルギー差をチューニングすることが可能であることによって、エレクトロメータシステム２００は、離散リュードベリエネルギー状態に基づいて実質的に任意の周波数を有する外部信号を検出するようにチューニングされることができる。
【0034】
本明細書に記載されているように、リュードベリエネルギー状態の相対エネルギー準位は任意であり、第１、第２、および第３のリュードベリエネルギー状態｜３＞、｜４＞、および｜５＞は、任意の順序で互いよりも大きくまたは小さくすることができる。従って、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞を設定し、チューニング信号ＲＦＴＮをチューニングして外部信号ＲＦＥＸＴを検出するために、互いの間の既知のエネルギー差の任意のリュードベリエネルギー準位を実施することができる。さらに、図４の例で上述したように、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞に対して第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞を調整することができる。しかしながら、図５の例においてさらに説明されるように、代わりに、第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞に対して第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞が調整され得る。
【0035】
【0036】
エネルギー状態ダイアグラム５０２は、アルカリ金属原子が開始し得る第１のエネルギー状態（例えば、基底状態）｜１＞を示す。プローブビームＯＰＴＰＲＢに応答して、アルカリ金属原子の集団は、第１の励起状態｜２＞に励起され得る。結合ビームＯＰＴＣＰＬに応答して、励起されたアルカリ金属原子の集団は、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞にさらに励起され得る。従って、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞のアルカリ金属原子は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの近似周波数の光に対して透過であり得る。さらに、上述したように、分割信号ＲＦＳＰＬをセンサセル２０２に供給することができ、その結果、周波数スペクトルにおけるアルカリ金属原子の透過性ピークがアウトラー・タウンズ分割される。図５の例では、分割信号ＲＦＳＰＬは、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と規定の第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間のエネルギー差未満の周波数を有する。従って、分割信号ＲＦＳＰＬは、検出されるべき外部信号ＲＦＥＸＴの所望の周波数にほぼ等しい所定の周波数にチュ－ニングされるが、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数は、周波数スペクトルにおいて明確に規定されかつ検出可能なアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークを生じさせるのに十分ではない。
【0037】
上述したように、チューニング信号ＲＦＴＮは、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間のエネルギー差を調整するために提供され得る。図５の例では、チューニング信号ＲＦＴＮは、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と第３のリュードベリエネルギー状態｜５＞との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数で提供される。第３のリュードベリエネルギー状態｜５＞は、チューニング信号ＲＦＴＮの周波数を設定することができる第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞に対してエネルギー差を有する任意のリュードベリエネルギー状態であり得る。一例として、チューニング信号ＲＦＴＮは、第１および第３のリュードベリエネルギー状態｜３＞および｜５＞に関連するエネルギーに影響を及ぼすのに十分な振幅で提供され得る。従って、図５の例では、第１および第３のリュードベリエネルギー状態｜３＞および｜５＞が調整されて、第１および第３のリュードベリエネルギー状態｜４＞および｜５＞に関連するエネルギーがアルカリ金属原子の集団に対して変化するようになる。
【0038】
図５の例では、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞に関連するエネルギーが、第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞に対してより小さいエネルギーに調整され、従って、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間のエネルギー差を減少させるように減少される。この結果、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞と第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞との間の差を、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数とほぼ等しくなるように調整することができる。従って、アルカリ金属原子に提供される分割信号ＲＦＳＰＬは、周波数スペクトルにおける明確に規定されかつ検出可能なアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークを生じさせることができる。従って、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数にほぼ等しい周波数を有する外部信号ＲＦＥＸＴは、上述したのと同様に、周波数スペクトルにおける明確に規定されかつ検出可能なアウトラー・タウンズの一対の透過性ピークに基づいて検出され得る。
【0039】
従って、図５の例は、図４の例で逆に示したこととは対照的に、第２のリュードベリエネルギー状態｜４＞に対して第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞を調整することができることを実証している。しかしながら、図５の例では、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞は、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬによるアルカリ金属原子の励起に基づいて生じるため、結合ビームＯＰＴＣＰＬの周波数は、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞のエネルギー準位の調整の結果として、オフレゾナンス（ｏｆｆ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）の第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞となる可能性がある。従って、図１の例において上述した波長チューニング信号ＴＮは、結合ビームＯＰＴＣＰＬの波長をチューニングするため実施され得る。従って、波長チューニング信号ＴＮは、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞の調整を補償して、関連する第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞におけるアルカリ金属原子の集団の十分な励起を維持するように、結合ビームＯＰＴＣＰＬの波長を調整することができる。従って、第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞がチューニング信号ＲＦＴＮによって調整されるため、波長チューニング信号ＴＮは、結合ビームＯＰＴＣＰＬの周波数によって必要とされるエネルギーを補償して、アルカリ原子の集団を第１のリュードベリエネルギー状態｜３＞に維持することができる。
【0040】
上記した構造的および機能的特徴を考慮して、本開示の様々な態様による方法は、図６を参照することにより、よりよく理解されるであろう。いくつかの態様は、本開示によれば、本明細書で示され説明されるものとは異なる順序で、および／または他の態様と同時に発生し得るため、図６の方法は、図示された順序によって限定されないことを理解および諒解されたい。さらに、本実施例の一態様による方法を実施するために、図示された全ての特徴が必要とされるわけではない。
【0041】
図６は、エレクトロメータシステム（例えば、エレクトロメータシステム１００）により外部信号（例えば、外部信号ＲＦＥＸＴ）を検出するための一例の方法６００を示す。６０２において、プローブビーム（例えば、プローブビームＯＰＴＰＲＢ）が、アルカリ金属原子を含むセンサセル（例えば、センサセル１０２）を通過するように第１の方向に照射される。６０４において、結合ビーム（例えば、結合ビームＯＰＴＣＰＬ）が、プローブビームと共線的にかつ逆平行にセンサセルを通過するように照射されて、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせる。６０６において、所定の周波数を有する分割信号（例えば、分割信号ＲＦＳＰＬ）が、センサセルを通過するように提供されて、アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせる。６０８において、所定のチューニング周波数を有するチューニング信号（例えば、チューニング信号ＲＦＴＮ）が、センサセルを通過するように提供されて、アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整する。６１０において、センサセルから出射するプローブビームに対応する検出ビーム（例えば、検出ビームＯＰＴＤＥＴ）がモニタリングされて、一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化の観測に応答して外部信号を検出する。
【0042】
上記に記載されているのは、本発明の例である。もちろん、本発明を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは可能ではないが、当業者は、本発明のさらに多くの組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の技術思想および範囲内に含まれるそのような全ての変更、修正および変形を包含することが意図されている。加えて、本開示または特許請求の範囲が「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「第１の（ａ ｆｉｒｓｔ）」、もしくは「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」構成要素、またはそれらの均等物を列挙する場合、それは、１つまたは２つ以上のそのような構成要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような構成要素を必要とするわけでも、除外するわけでもない。本明細書で使用される場合、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は、含むがそれに限定されないことを意味し、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、含んでいるがそれに限定されないことを意味する。「に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-06-12
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エレクトロメータシステムであって、アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、
少なくとも１つの光ビームを前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるように構成された光ビームシステムであって、前記少なくとも１つの光ビームは、検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記光ビームシステムと、
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定にチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器と、
前記検出ビームをモニタリングして、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムと、を備えるシステム。
【請求項2】
前記チューニング信号は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するために、前記第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間の周波数である前記所定のチューニング周波数に設定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記チューニング信号は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するのに十分な出力で供給される、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記センサセルを通過する所定の周波数を有する分割信号であって、前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間の調整されたエネルギー差が前記分割信号の周波数にほぼ等しいときに、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるための前記分割信号を生成するように構成された分割信号生成器をさらに備え、前記検出システムは、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を観察することに応答して前記外部信号を検出するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記光ビームシステムは、前記少なくとも１つの光ビームの結合ビームの波長を調整する波長チューニング信号を受信して、調整された前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
光システムは、前記センサセルを通過するように第１の方向に照射されるプローブビームを生成するように構成されたプローブレーザであって、前記プローブビームが前記検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記プローブレーザと、
前記プローブビームと共線的にかつ逆平行に前記センサセルを通過するように照射されて、前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせる結合ビームを生成するように構成された結合レーザと、を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記検出システムが、前記センサセルを貫通する軸に沿った前記検出ビームをモニタリングして、前記外部信号を検出するように構成されるように、プローブビームおよび結合ビームをコリメートして、前記プローブビームおよび前記結合ビームを互いに対して共線的にかつ逆平行になるように提供するように構成された光学系をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項10】
エレクトロメータシステムを介して外部信号を検出するための方法であって、プローブビームを、アルカリ金属原子を含むセンサセルを通過するように第１の方向に照射するステップと、
前記センサセルを通過するように結合ビームを照射して、前記プローブビームおよび前記結合ビームに基づいて前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるステップと、
所定の周波数を有する分割信号を前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるステップと、
所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するステップと、
前記センサセルから出射する前記プローブビームに対応する検出ビームをモニタリングして、前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化の観測に応答して前記外部信号を検出するステップと、を含む方法。
【請求項11】
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するために、前記所定のチューニング周波数を前記第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間の周波数に設定するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するように前記所定のチューニング周波数を設定するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するように前記所定のチューニング周波数を設定するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
波長チューニング信号を前記結合ビームに提供して、前記結合ビームの波長を調整して、調整される前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記プローブビームおよび前記結合ビームをコリメートして、前記プローブビームおよび前記結合ビームを互いに対して共線的かつ逆平行になるように提供するステップをさらに含み、前記検出ビームをモニタリングすることが、前記センサセルを貫通する軸に沿った前記検出ビームをモニタリングして、前記外部信号を検出することを含む、請求項１０に記載の方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0042】
上記に記載されているのは、本発明の例である。もちろん、本発明を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは可能ではないが、当業者は、本発明のさらに多くの組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の技術思想および範囲内に含まれるそのような全ての変更、修正および変形を包含することが意図されている。加えて、本開示または特許請求の範囲が「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「第１の（ａ ｆｉｒｓｔ）」、もしくは「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」構成要素、またはそれらの均等物を列挙する場合、それは、１つまたは２つ以上のそのような構成要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような構成要素を必要とするわけでも、除外するわけでもない。本明細書で使用される場合、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は、含むがそれに限定されないことを意味し、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、含んでいるがそれに限定されないことを意味する。「に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
エレクトロメータシステムであって、
アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、
少なくとも１つの光ビームを前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるように構成された光ビームシステムであって、前記少なくとも１つの光ビームは、検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記光ビームシステムと、
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定にチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器と、
前記検出ビームをモニタリングして、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムと、を備えるシステム。
［付記２］
前記チューニング信号は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するために、前記第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間の周波数である前記所定のチューニング周波数に設定される、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記チューニング信号は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するのに十分な出力で供給される、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記センサセルを通過する所定の周波数を有する分割信号であって、前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間の調整されたエネルギー差が前記分割信号の周波数にほぼ等しいときに、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるための前記分割信号を生成するように構成された分割信号生成器をさらに備え、前記検出システムは、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を観察することに応答して前記外部信号を検出するように構成される、付記１に記載のシステム。
［付記５］
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、付記１に記載のシステム。
［付記６］
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、付記１に記載のシステム。
［付記７］
前記光ビームシステムは、前記少なくとも１つの光ビームの結合ビームの波長を調整する波長チューニング信号を受信して、調整された前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するように構成される、付記６に記載のシステム。
［付記８］
光システムは、
前記センサセルを通過するように第１の方向に照射されるプローブビームを生成するように構成されたプローブレーザであって、前記プローブビームが前記検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記プローブレーザと、
前記プローブビームと共線的にかつ逆平行に前記センサセルを通過するように照射されて、前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせる結合ビームを生成するように構成された結合レーザと、を含む、付記１に記載のシステム。
［付記９］
前記検出システムが、前記センサセルを貫通する軸に沿った前記検出ビームをモニタリングして、前記外部信号を検出するように構成されるように、プローブビームおよび結合ビームをコリメートして、前記プローブビームおよび前記結合ビームを互いに対して共線的にかつ逆平行になるように提供するように構成された光学系をさらに備える、付記５に記載のシステム。
［付記１０］
エレクトロメータシステムを介して外部信号を検出するための方法であって、
プローブビームを、アルカリ金属原子を含むセンサセルを通過するように第１の方向に照射するステップと、
前記センサセルを通過するように結合ビームを照射して、前記プローブビームおよび前記結合ビームに基づいて前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるステップと、
所定の周波数を有する分割信号を前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるステップと、
所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するステップと、
前記センサセルから出射する前記プローブビームに対応する検出ビームをモニタリングして、前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化の観測に応答して前記外部信号を検出するステップと、を含む方法。
［付記１１］
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するために、前記所定のチューニング周波数を前記第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間の周波数に設定するステップをさらに含む、付記１０に記載の方法。
［付記１２］
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するように前記所定のチューニング周波数を設定するステップをさらに含む、付記１０に記載の方法。
［付記１３］
前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するように前記所定のチューニング周波数を設定するステップをさらに含む、付記１０に記載の方法。
［付記１４］
波長チューニング信号を前記結合ビームに提供して、前記結合ビームの波長を調整して、調整される前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するステップをさらに含む、付記１３に記載の方法。
［付記１５］
前記プローブビームおよび前記結合ビームをコリメートして、前記プローブビームおよび前記結合ビームを互いに対して共線的かつ逆平行になるように提供するステップをさらに含み、前記検出ビームをモニタリングすることが、前記センサセルを貫通する軸に沿った前記検出ビームをモニタリングして、前記外部信号を検出することを含む、付記１０に記載の方法。
［付記１６］
エレクトロメータシステムであって、
アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、
前記センサセルを通過するように第１の方向に照射されるプローブビームを生成するように構成されたプローブレーザであって、前記プローブビームは、検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記プローブレーザと、
前記センサセルを通過するように照射される結合ビームであって、前記プローブビームおよび前記結合ビームに基づいて前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせる前記結合ビームを生成するように構成された結合レーザと、
前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器と、
前記検出ビームをモニタリングして、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムと、を備えるシステム。
［付記１７］
前記センサセルを通過する所定の周波数を有する分割信号であって、前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間の調整されたエネルギー差が前記分割信号の周波数にほぼ等しいときに、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるための前記分割信号を生成するように構成された分割信号生成器をさらに備え、前記検出システムは、前記検出ビームの強度をモニタリングすることに基づいて前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を観察することに応答して前記外部信号を検出するように構成される、付記１６に記載のシステム。
［付記１８］
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、付記１６に記載のシステム。
［付記１９］
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、付記１６に記載のシステム。
［付記２０］
光ビームシステムは、少なくとも１つの光ビームの結合ビームの波長を調整する波長チューニング信号を受信して、調整された前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するように構成される、付記１９に記載のシステム。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
エレクトロメータシステムであって、
アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、
少なくとも１つの光ビームを前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるように構成された光ビームシステムであって、前記少なくとも１つの光ビームは、検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記光ビームシステムと、
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定にチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器と、
前記検出ビームをモニタリングして、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムと、を備えるシステム。
［付記２］
前記チューニング信号は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するために、前記第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間の周波数である前記所定のチューニング周波数に設定される、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記チューニング信号は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するのに十分な出力で供給される、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記センサセルを通過する所定の周波数を有する分割信号であって、前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間の調整されたエネルギー差が前記分割信号の周波数にほぼ等しいときに、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるための前記分割信号を生成するように構成された分割信号生成器をさらに備え、前記検出システムは、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を観察することに応答して前記外部信号を検出するように構成される、付記１に記載のシステム。
［付記５］
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、付記１に記載のシステム。
［付記６］
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、付記１に記載のシステム。
［付記７］
前記光ビームシステムは、前記少なくとも１つの光ビームの結合ビームの波長を調整する波長チューニング信号を受信して、調整された前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するように構成される、付記６に記載のシステム。
［付記８］
光システムは、
前記センサセルを通過するように第１の方向に照射されるプローブビームを生成するように構成されたプローブレーザであって、前記プローブビームが前記検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記プローブレーザと、
前記プローブビームと共線的にかつ逆平行に前記センサセルを通過するように照射されて、前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせる結合ビームを生成するように構成された結合レーザと、を含む、付記１に記載のシステム。
［付記９］
前記検出システムが、前記センサセルを貫通する軸に沿った前記検出ビームをモニタリングして、前記外部信号を検出するように構成されるように、プローブビームおよび結合ビームをコリメートして、前記プローブビームおよび前記結合ビームを互いに対して共線的にかつ逆平行になるように提供するように構成された光学系をさらに備える、付記５に記載のシステム。
［付記１０］
エレクトロメータシステムを介して外部信号を検出するための方法であって、
プローブビームを、アルカリ金属原子を含むセンサセルを通過するように第１の方向に照射するステップと、
前記センサセルを通過するように結合ビームを照射して、前記プローブビームおよび前記結合ビームに基づいて前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせるステップと、
所定の周波数を有する分割信号を前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるステップと、
所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を前記センサセルを通過するように提供して、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するステップと、
前記センサセルから出射する前記プローブビームに対応する検出ビームをモニタリングして、前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化の観測に応答して前記外部信号を検出するステップと、を含む方法。
［付記１１］
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するために、前記所定のチューニング周波数を前記第２のリュードベリエネルギー状態と第３のリュードベリエネルギー状態との間の周波数に設定するステップをさらに含む、付記１０に記載の方法。
［付記１２］
前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するように前記所定のチューニング周波数を設定するステップをさらに含む、付記１０に記載の方法。
［付記１３］
前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するように前記所定のチューニング周波数を設定するステップをさらに含む、付記１０に記載の方法。
［付記１４］
波長チューニング信号を前記結合ビームに提供して、前記結合ビームの波長を調整して、調整される前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するステップをさらに含む、付記１３に記載の方法。
［付記１５］
前記プローブビームおよび前記結合ビームをコリメートして、前記プローブビームおよび前記結合ビームを互いに対して共線的かつ逆平行になるように提供するステップをさらに含み、前記検出ビームをモニタリングすることが、前記センサセルを貫通する軸に沿った前記検出ビームをモニタリングして、前記外部信号を検出することを含む、付記１０に記載の方法。
［付記１６］
エレクトロメータシステムであって、
アルカリ金属原子を内部に含むセンサセルと、
前記センサセルを通過するように第１の方向に照射されるプローブビームを生成するように構成されたプローブレーザであって、前記プローブビームは、検出ビームとして前記センサセルから出射する、前記プローブレーザと、
前記センサセルを通過するように照射される結合ビームであって、前記プローブビームおよび前記結合ビームに基づいて前記アルカリ金属原子の第１のリュードベリエネルギー状態を生じさせる前記結合ビームを生成するように構成された結合レーザと、
前記第１のリュードベリエネルギー状態と第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差を調整するための所定のチューニング周波数を有するチューニング信号を生成するように構成されたチューニング信号生成器と、
前記検出ビームをモニタリングして、前記検出ビームをモニタリングすることに基づいて前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間のエネルギー差にほぼ等しい周波数を有する外部信号を検出するように構成された検出システムと、を備えるシステム。
［付記１７］
前記センサセルを通過する所定の周波数を有する分割信号であって、前記第１のリュードベリエネルギー状態と前記第２のリュードベリエネルギー状態との間の調整されたエネルギー差が前記分割信号の周波数にほぼ等しいときに、前記アルカリ金属原子に関連する一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークを生じさせるための前記分割信号を生成するように構成された分割信号生成器をさらに備え、前記検出システムは、前記検出ビームの強度をモニタリングすることに基づいて前記一対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を観察することに応答して前記外部信号を検出するように構成される、付記１６に記載のシステム。
［付記１８］
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、付記１６に記載のシステム。
［付記１９］
前記チューニング信号生成器は、前記アルカリ金属原子の前記第２のリュードベリエネルギー状態に対して前記アルカリ金属原子の前記第１のリュードベリエネルギー状態を調整するための、所定のチューニング周波数を有する前記チューニング信号を生成するように構成される、付記１６に記載のシステム。
［付記２０］
光ビームシステムは、少なくとも１つの光ビームの結合ビームの波長を調整する波長チューニング信号を受信して、調整された前記第１のリュードベリエネルギー状態を補償するように構成される、付記１９に記載のシステム。
【国際調査報告】