▶ 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
(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】エレクトロメータのセンサ制御システム
(51)【国際特許分類】
G01R 29/08 20060101AFI20231218BHJP
G01R 33/26 20060101ALI20231218BHJP
【ＦＩ】
G01R29/08 F
G01R33/26
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023535725
(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】 US2021063824
(87)【国際公開番号】W WO2022133096
(87)【国際公開日】2022-06-23
(31)【優先権主張番号】63/126,691
(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】63/126,970
(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】17/552,873
(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、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、センサセルを通過するように提供される。また、システムは、結合ビームを生成するように構成された結合レーザを含む。結合ビームは、センサセルを通過するように提供されて、センサセルを通過するように提供されたプローブビームと組み合わさって、アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせることができ、プローブビームは、センサセルから検出ビームとして出射する。システムは、検出ビームをモニタリングして、検出ビームの位相のモニタリングに基づいて外部信号を検出するように構成されたセンサ制御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、
前記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を生成するように構成されたプローブレーザと、
結合ビームを生成するように構成された結合レーザであって、前記結合ビームは、前記センサセルを通過するように提供されて、前記センサセルを通過するように提供された前記プローブビームと組み合わさって、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせ、前記プローブビームは、前記センサセルから検出ビームとして出射する、前記結合レーザと、
前記検出ビームをモニタリングし、前記検出ビームの位相をモニタリングすることに基づいて外部信号を検出するように構成されたセンサ制御システムと、を備えるシステム。
【請求項2】
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、前記アルカリ金属原子に関連する前記リュードベリエネルギー状態に関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、前記センサ制御システムは、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うちの少なくとも１つに関連する前記検出ビームの位相に基づい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3】
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するようにそれぞれ供給される第１のプローブビームおよび第２のプローブビームに分割するように構成され、前記第１のプローブビームおよび前記第２のプローブビームは、前記リュードベリエネルギー状態に関連する周波数スペクトル透過性ピークにほぼ等しくかつ両側にある個々の周波数を有しており、前記検出ビームは、前記センサセルから出射する前記組合せ光ビームに対応している、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記センサ制御システムは、前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするように構成された第１の光検出器と、
前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするように構成された第２の光検出器と、を含んでおり、前記センサ制御システムは、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記センサ制御システムが、基準信号を生成するように構成された基準信号生成器をさらに含んでおり、モニタリングされた前記組合せ光信号が第１のビート信号を生成するために前記基準信号と比較され、モニタリングされた前記検出ビームが第２のビート信号を生成するために前記基準信号と比較されて、前記センサ制御システムが、前記第１のビート信号と前記第２のビート信号との比較に基づいてモニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するように構成され、前記第３のプローブビームは、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるために、前記検出ビームと組み合わされる、請求項３に記載のシステム。
【請求項7】
前記アルカリ金属原子に関連するリュードベリエネルギー状態に関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、前記センサセルを通過する所定の周波数を有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さらに備え、前記センサ制御システムは、前記検出ビームにおいて提供されるような、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに対する前記第１及び第２のプローブビームの位相に基づいて前記外部信号を検出するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項8】
前記結合ビームが第１の結合ビームであり、前記システムは、第２の結合ビームをさらに備えており、前記第１および第２の結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるために、前記センサセルを通過するように提供される前記プローブビームと組合せるための、前記センサセルを通過するように提供される組合せ結合ビームを形成するために組み合わされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記センサ制御システムが、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、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１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するように結合ビームを照射して、前記アルカリ金属原子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、
前記センサセルを通過するように所定の周波数を有する分割信号を提供して、前記アルカリ金属原子に関連する前記リュードベリエネルギー状態に関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、
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うちの少なくとも１つに対する検出ビームの位相をモニタリングして、前記外部信号を検出するステップと、を含み、前記検出ビームは、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している、方法。
【請求項11】
前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するようにそれぞれ提供される第１のプローブビームおよび第２のプローブビームに分割するステップと、前記検出ビームは、前記センサセルから出射する前記組合せ光ビームに対応しており、前記第１のプローブビーム及び前記第２のプローブビームを、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに関連する周波数にほぼ等しい個々の周波数を有するように設定するステップと、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするステップと、前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするステップと、
モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するステップと、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
基準信号を生成するステップをさらに含み、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較することは、モニタリングされた前記組合せ光信号を前記基準信号と比較して、第１のビート信号を生成すること、
モニタリングされた前記検出ビームを前記基準信号と比較して、第２のビート信号を生成すること、
前記第１のビート信号と前記第２のビート信号とを比較することに基づいて、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較すること、を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するステップと、前記第３のプローブビームを前記検出ビームと組み合わせるステップと
モニタリングされた前記検出ビームに基づいて、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定するステップと、
前記第１および第２のプローブビームに関連する前記出力に基づいて、前記アルカリ金属原子の前記リュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるステップと、をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記結合ビームを照射することは、第１の結合ビームと第２の結合ビームとを組み合わせて、組合せ結合ビームを生成すること、
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前記組合せ結合ビームを提供して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせること、を含む、請求項１２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、
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、
前記センサセルを通過するように提供され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、
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に、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を生成するように構成された分割信号生成器と、
前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するように、かつ検出ビームとして前記センサセルから出射するようにそれぞれ提供される第１のプローブビーム及び第２のプローブビームに分割するように構成されたセンサ制御システムと、を備え、前記第１のプローブビーム及び前記第２のプローブビームは、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに関連する周波数にほぼ等しい個々の周波数を有し、前記組合せ光ビーム及び前記結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるものであり、前記センサ制御システムは、前記検出ビームをモニタリングし、前記アウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの少なくとも１つに対する前記検出ビームの位相をモニタリングすることに基づいて、外部信号を検出するようにさらに構成されている、システム。
【請求項17】
前記センサ制御システムは、前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするように構成された第１の光検出器と、
前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするように構成された第２の光検出器と、を含んでおり、前記センサ制御システムは、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外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】
前記センサ制御システムが、基準信号を生成するように構成された基準信号生成器をさらに含んでおり、モニタリングされた前記組合せ光信号が第１のビート信号を生成するために前記基準信号と比較され、モニタリングされた前記検出ビームが第２のビート信号を生成するために前記基準信号と比較されて、前記センサ制御システムが、前記第１のビート信号と前記第２のビート信号とを比較することに基づいて、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較するように構成されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項19】
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するように構成され、前記第３のプローブビームは、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるために、前記検出ビームと組み合わされる、請求項１６に記載のシステム。
【請求項20】
前記結合ビームが第１の結合ビームであり、前記システムは、第２の結合ビームをさらに含んでおり、前記第１および第２の結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるために、前記センサセルを通過するように提供される前記プローブビームと組合せるための、前記センサセルを通過するように提供される組合せ結合ビームを形成するために組み合わされる、請求項１６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、エレクトロメータのセンサ制御システムに関する。
【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、および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を提供するために、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、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、センサセルを通過するように提供される。また、システムは、結合ビームを生成するように構成された結合レーザを含む。結合ビームは、センサセルを通過するように提供されて、センサセルを通過するように提供されたプローブビームと組み合わさって、アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせることができ、プローブビームは、センサセルから検出ビームとして出射する。システムは、検出ビームをモニタリングして、検出ビームの位相のモニタリングに基づいて外部信号を検出するように構成されたセンサ制御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にかつ逆平行にセンサセルを通過するように照射して、アルカリ原子のリュードベリ（Ｒｙｄｂｅｒｇ）エネルギー状態を生じさせるステップとを含む。また、方法は、センサセルを通過するように所定の周波数を有する分割信号を提供して、アルカリ金属原子に関連するリュードベリエネルギー状態に関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を含む。さらに、方法は、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うちの少なくとも１つに対する検出ビームの位相をモニタリングして、外部信号を検出するステップを含み、検出ビームは、センサセルから出射するプローブビームに対応している。
【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、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、センサセルを通過するように提供され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。また、システムは、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に、センサセルを通過する、所定の周波数を有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。システムは、プローブビームを、組合せ光ビームとしてセンサセルを通過するようにそれぞれ提供され、かつセンサセルから検出ビームとして出射する第１のプローブビームおよび第２のプローブビームに分割するように構成されたセンサ制御システムをさらに含む。第１および第２のプローブビームは、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに関連する周波数にほぼ等しい個々の周波数を有することができる。組合せ光ビームおよび結合ビームは、アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせることができる。センサ制御システムは、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うちの少なくとも１つに対する検出ビームの位相をモニタリングして、外部信号を検出するようにさらに構成され得る。
【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】エレクトロメータシステムの別の例を示す。
【図5】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一例の方法を示す。
【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、エレクトロメータのセンサ制御システムに関する。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個々の少なくとも１つの結合ビームを生成するように構成されたプローブレーザおよび少なくとも１つの結合レーザを含む。プローブビームおよび結合ビーム（単数または複数）の各々は、プローブビームおよび結合ビーム（単数または複数）が互いに共線的にかつ逆平行に配置され得るように、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得る。例えば、プローブビームおよび結合ビーム（単数または複数）は、アルカリ金属蒸気のリュードベリエネルギー状態を生じさせるために、個々の周波数にチューニングされ得る。
【0008】
また、エレクトロメータシステムは、センサセルを通過する、所定の周波数および所定の振幅を有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場合などに、アルカリ金属原子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リュードベリエネルギー状態に関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するための分割信号を提供することができる。分割信号は、例えば、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。
【0009】
エレクトロメータシステムは、検出ビームの位相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センサ制御システムをさらに含む。センサ制御システムは、プローブビームを複数のプローブビームに分割することができる。第１のプローブビームは、プローブレーザの周波数をロックするために実装され得る。第２のプローブビームおよび第３のプローブビームは、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ほぼ等しい周波数を有するように変調されるとともに、センサセルを通過する組合せプローブビームを提供するように組み合わされ得る。センサセルから出射する組合せプローブビームは、検出ビームに対応することができ、検出ビームは、第４のプローブビームと組み合わされ得る。センサ制御システムは、第１、第２の、および第３のプローブビーム、および組合せプローブビーム、ならびに検出ビームと第４のプローブビームとの組合せの強度をモニタリングすることができる複数の光検出器を含むことができる。従って、光検出器は、別個のプローブビームの出力変動、位相変動、および周波数変動をキャンセルするように実施され得る。さらに、光検出器から提供される信号は、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対する第２のおよび第３のプローブビームの位相変化を解明して、外部信号の存在に対応するアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの変化を特定するために実装され得る。
【0010】
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。
【0011】
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、個々の少なくとも１つの結合ビームＯＰＴＣＰＬを生成するように構成された少なくとも１つの結合レーザ１０６とを含む。例えば、少なくとも１つの結合ビームＯＰＴＣＰＬは、互いに対して及びプローブビームＯＰＴＰＲＢに対して異なる周波数にチューニングされる第１の結合ビーム及び第２の結合ビームを含むことができる。図１の例では、プローブビームＯＰＴＰＲＢはセンサ制御システム１０８に提供される。センサ制御システム１０８は、本明細書でより詳細に説明するように、プローブビームＯＰＴＰＲＢを複数の異なるビームに分割するように構成されている。図１の例では、センサ制御システム１０８は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの複数（例えば、一対）の分割バージョンを含む組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを生成することができる。一例として、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、第１のプローブビーム及び第２のプローブビームを含むことができ、第１のプローブビーム及び第２のプローブビームは、アルカリ金属原子のリュードベリ遷移周波数とほぼ等しく、かつリュードベリ遷移周波数の両側の個々の周波数を有する。
【0012】
図１の例では、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬは、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢ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る。一例として、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬは、アルカリ金属蒸気が励起されて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リュードベリエネルギー状態を生じさせるために個々の周波数にチューニングされ得る。組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢ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。
【0013】
また、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１１０を含む。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１１０は、分割信号ＲＦＳＰＬを提供して、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。分割信号ＲＦＳＰＬは、例えば、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。一例として、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、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個々の周波数にほぼ等しい個々の周波数を有する第１のプローブビームおよび第２のプローブビームを含むことができる。
【0014】
センサ制御システム１０８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る。センサ制御システム１０８は、検出ビームＯＰＴＤＥＴの位相をモニタリングして、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを構成するプローブビームＯＰＴＰＲＢの分割されたバージョンの個々の位相シフトを、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに対して検出し得る光検出器を含み得る。従って、センサ制御システム１０８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。この結果、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数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。本明細書でより詳細に説明するように、センサ制御システム１０８は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの分割から提供される光信号をモニタリングして、位相の測定におけるノイズ源を実質的にキャンセルして（例えば、別個のプローブビームの出力変動、位相変動、および周波数変動をキャンセルして）、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に対する検出ビームＯＰＴＤＥＴの位相を計算することができる。
【0015】
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の検出が所望され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。
【0016】
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、第１の結合ビームＯＰＴＣＰＬ１および第２の結合ビームＯＰＴＣＰＬ２を生成するように構成された１組の結合レーザ２０６（例えば、第１の結合レーザおよび第２の結合レーザを含む）とを含む。プローブビームＯＰＴＰＲＢは、センサ制御システム２１０に提供される。センサ制御システム２１０は、本明細書でより詳細に説明するように、プローブビームＯＰＴＰＲＢを複数の異なるビームに分割するように構成されている。図１の例において上述したのと同様に、センサ制御システム２１０は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの分割バージョンに対応する第１のプローブビーム及び第２のプローブビームを含む組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを生成することができる。組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを形成する第１および第２のプローブビームは、アルカリ金属原子のリュードベリ遷移周波数にほぼ等しくかつアルカリ金属原子のリュードベリ遷移周波数の両側の個々の周波数を有することができ、例えば、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ほぼ整列した個々の周波数を有することができる。
【0017】
図２の例では、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、概略的に２１２で示される光学系を介してセンサセル２０２に提供される。同様に、結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２は、ビームスプリッタ２１４（例えば、偏光ビームスプリッタ）に提供され、このビームスプリッタは、結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２をセンサセル２０２内に反射し、かつ組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢをセンサ制御システム２１０によってモニタリングされる検出ビームＯＰＴＤＥＴとして通過させるように構成される。図２の例では、結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２は別々に示されているが、追加の光学系が結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２を互いに対して共線的なものとして提供し得る。同様に、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、互いに対して共線的に提供される２つのプローブビームに対応することができる。本明細書でより詳細に説明するように、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２は、アルカリ金属蒸気のリュードベリエネルギー状態を生じさせるために、個々の周波数にチューニングされ得る。
【0018】
ビームスプリッタ２１４の配置に基づいて、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビーム（単数または複数）ＯＰＴＣＰＬは、図２の例において２１４で示されているように、プローブビームＯＰＴＰＲＢおよび結合ビーム（単数または複数）ＯＰＴＣＰＬが互いに共線的にかつ逆平行にセンサセル２０２を通過するような方法で、センサセル２０２を通過するように提供され得る。加えて、エレクトロメータシステム２００は、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢをセンサセル２０２内の特定の軸に沿って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、結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２をセンサセル２０２内の特定の軸に沿ってコリメートすることができるコリメート光学系２１８（例えば、レンズ）とを含み、それにより、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２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、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢおよび結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２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。従って、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢ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ＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２の周波数は、励起されたアルカリ金属蒸気を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。その結果、リュードベリエネルギー状態にあるアルカリ金属原子は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの近似周波数における光による吸収に対して透過であり得る。
【0019】
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、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。
【0020】
センサ制御システム２１０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る。センサ制御システム２１０は、センサセル２０２の入力および出力において、プローブビームＯＰＴＰＲＢの異なる分割バージョン（それらの組み合わせを含む）をモニタリングすることができる複数の光検出器を含み得る。複数の光検出器のうちの１つは、検出ビームＯＰＴＤＥＴの位相をモニタリングして、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを構成するプローブビームＯＰＴＰＲＢの分割バージョンの個々の位相シフトを、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに対して検出することができる。従って、センサ制御システム１０８は、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを形成する分割プローブビームＯＰＴＰＲＢの第１および第２のバージョンの相対位相シフトに基づいて、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。この結果、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数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。加えて、本明細書でより詳細に説明されるように、センサ制御システム２１０は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの分割から提供される光信号をモニタリングして、位相の測定におけるノイズ源を実質的にキャンセルして（例えば、別個のプローブビームの出力変動、位相変動、および周波数変動をキャンセルして）、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に対する検出ビームＯＰＴＤＥＴの位相を計算することができる。
【0021】
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、｜１＞から｜２＞のエネルギー準位遷移周波数からの周波数離調（メガヘルツ単位）の関数としてプロットされた検出ビームＯＰＴＤＥＴの透過率変化の割合を示すグラフ３０４、および｜１＞から｜２＞のエネルギー準位遷移周波数からの周波数離調（メガヘルツ単位）の関数としてプロットされた検出ビームＯＰＴＤＥＴの位相シフトを示すグラフ３０６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。
【0022】
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、アルカリ金属原子がルビジウムである場合、第１のエネルギー状態は、｜５Ｓ１／２＞であり得る。組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢに応答して、アルカリ金属原子の集団が第１の励起状態｜２＞に励起され得る。一例として、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを形成する第１及び第２のプローブビームは、約７８０ナノメートルを中心とする個々の波長を有し得る。従って、ルビジウム原子の第１の励起状態｜２＞は、｜５Ｐ３／２＞に対応し得る。第１の結合ビームＯＰＴＣＰＬ１に応答して、励起されたアルカリ金属原子の集団は、第２の励起状態｜３＞にさらに励起され得る。一例として、第１の結合ビームＯＰＴＣＰＬ１は、第２の励起状態｜３＞が｜５Ｄ５／２＞であり得るように、約７７６ナノメートルの波長を有し得る。第２の結合ビームＯＰＴＣＰＬ２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｜４＞にさらに励起され、プローブビームＯＰＴＰＲＢの近似周波数における光による吸収に対して透過となり得る。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、第１のリュードベリエネルギー状態｜４＞および第２のリュードベリエネルギー状態｜５＞にあるアルカリ金属原子の量子重ね合わせ（ｑｕａｎｔｕｍ ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ）が生じ得る。分割信号ＲＦＳＰＬが、リュードベリエネルギー状態｜４＞と第２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。
【0023】
グラフ３０４は、｜１＞から｜２＞の遷移周波数からの周波数離調（メガヘルツ単位）の関数としてプロットされた検出ビームＯＰＴＤＥＴの透過率変化の割合をプロットしている。図３の例では、グラフ３０４は、ゼロ周波数離調を中心としており、ゼロ周波数離調では、概して３０８で示される、状態｜１＞、｜２＞、および｜３＞の間の電磁誘導透過性に対応する透過性ピークが示される。
【0024】
組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢ、結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２、および分割信号ＲＦＳＰＬとのアルカリ金属原子の位相互作用に基づいて、アルカリ金属原子は、第１および第２のリュードベリ状態｜４＞および｜５＞の間の遷移を示し得る。従って、分割信号ＲＦＳＰＬの印加は、概して３１０で示される一対のアウトラー・タウンズの透過性ピークを生じさせることができる。図３の例では、アウトラー・タウンズの透過性ピークは、分割信号ＲＦＳＰＬの周波数に基づいて、ゼロ離調における透過性ピークとほぼ等しくかつゼロ離調における透過性ピークの両側に約＋１５ＭＨｚおよび－１５ＭＨｚ離調されて（ｄｅｔｕｎｅｄ）位置している。従って、アウトラー・タウンズの透過性ピーク３１０は、検出ビームＯＰＴＤＥＴの透過率がはるかに大きいものとして示されており、従って、アルカリ金属蒸気は、ゼロ離調における透過性ピークから約＋１５ＭＨｚおよび－１５ＭＨｚ離調された２つの離調周波数の各々において、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢの光子の吸収に実質的に不感であることが可能である。
【0025】
グラフ３０６は、｜１＞から｜２＞の遷移周波数からの周波数離調（メガヘルツ単位）の関数としてプロットされた検出ビームＯＰＴＤＥＴの位相シフトをプロットしている。図３の例では、グラフ３０６は、周波数離調に関してグラフ３０４と整列されている。従って、グラフ３０６に示されるように、状態｜１＞、｜２＞、および｜３＞の間の電磁誘導透過性に関連する透過性ピーク３０８、およびアウトラー・タウンズの透過性ピーク３１０の各々において、約ゼロの位相シフトが存在する。しかしながら、分割場における非常にわずかな変化において、個々のアウトラー・タウンズの透過性ピーク３１０により周波数が変化して、検出ビームＯＰＴＤＥＴは著しい位相シフトを経験する。従って、本明細書で説明するように、センサ制御システム２１０は、検出ビームＯＰＴＤＥＴの位相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る。
【0026】
上述したように、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを形成する第１及び第２のプローブビームは、アウトラー・タウンズの透過性ピーク３１０に関連する周波数にそれぞれチューニングされる。従って、図３の例では、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを形成する第１及び第２のプローブビームは、第１のリュードベリエネルギー状態に関連する透過性ピーク３０８からそれぞれ離調された約＋１５ＭＨｚ及び約－１５ＭＨｚの周波数にそれぞれチューニングされ得る。従って、外部信号ＲＦＥＸＴに応答して、アウトラー・タウンズの透過性ピーク３１０は、グラフ３０６に示される離調に対して（例えば、外側に）移動することができ、従って、透過性ピーク３０８の周波数からさらに離調され得る。その結果、検出ビームＯＰＴＤＥＴは、外部信号ＲＦＥＸＴの存在に応答して位相変化を示すことができる。従って、センサ制御システム２１０は、検出ビームＯＰＴＤＥＴの位相をモニタリングすることに基づいて、位相変化を検出して、外部信号ＲＦＥＸＴの存在を決定することができる。
【0027】
図４は、エレクトロメータシステム４００の別の例を示す。エレクトロメータシステム４００は、図２の例におけるエレクトロメータシステム２００の一部に対応することができる。従って、図４の例の以下の説明では、図３の例を参照する。
【0028】
エレクトロメータシステム４００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４０２を含む。また、エレクトロメータシステム４００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４０４と、第１の結合ビームＯＰＴＣＰＬ１を生成するように構成された第１の結合レーザ４０６と、第１の結合ビームＯＰＴＣＰＬ２を生成するように構成された第２の結合レーザ４０８とを含む。プローブビームＯＰＴＰＲＢは、センサ制御システム４１０に提供される。センサ制御システム４１０は、例えば、１組の光学系に基づいて、プローブビームＯＰＴＰＲＢを複数の異なるビームに分割するように構成されている。
【0029】
プローブビームＯＰＴＰＲＢは、第１のプローブビームＯＰＴＰＲＢ１を生成するために第１の音響光学変調器（ＡＯＭ）４１２に提供され、第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２を生成するために第２のＡＯＭ４１４に提供され、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３を生成するために第３のＡＯＭ４１６に提供され、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４を生成するために第４のＡＯＭ４１８に提供される。第１のＡＯＭ４１２は、プローブビームＯＰＴＰＲＢを量Δ１だけシフトして、第１のプローブビームＯＰＴＰＲＢ１を提供するように構成される。第１のプローブビームＯＰＴＰＲＢ１は、飽和分光（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）素子（「ＳＡＴ ＳＰＥＣ（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」）４２０に提供され、飽和分光素子４２０は、センサセル４０２と同じアルカリ金属原子（例えば、Ｒｂ）を含むセンサセル及び関連する分光検出システム（例えば、第１の光検出器を含む）に対応し得る。従って、飽和分光素子４２０は、プローブビームＯＰＴＰＲＢの周波数ロックを生じさせるためにプローブレーザ４０４に提供されるチューニング信号ＴＮを生成するように実施され得る。一例として、プローブビームＯＰＴＰＲＢの周波数は、以下のように表される周波数ωｐ，０にロックされ得る。
【0030】
【数1】
【0031】
ここで、ωｐ，１は、第１のプローブビームＯＰＴＰＲＢ１の周波数であり、従って、アルカリ金属原子の第１の励起状態への遷移周波数であり、
Δ１は、第１のＡＯＭ４１２によって提供される周波数シフトである。
Δ１は、第１のＡＯＭ４１２によって提供される周波数シフトである。
【0032】
第２のＡＯＭ４１４は、プローブビームＯＰＴＰＲＢを量Δ２だけシフトして、第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２を提供するように構成される。同様に、第３のＡＯＭ４１６は、プローブビームＯＰＴＰＲＢを量Δ３だけシフトして、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３を提供するように構成される。従って、一例として、第２の音響光学変調器４１４に応答する第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２の周波数ωｐ，２、および第３の音響光学変調器４１６に応答する第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の周波数ωｐ，３は、それぞれ以下のように表すことができる。
【0033】
【数2】
【0034】
【数3】
【0035】
ここで、Δ２は、第２のＡＯＭ４１４によって提供される周波数シフトであり、
Δ３は、第３のＡＯＭ４１６によって提供される周波数シフトである。
第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３は、第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３を組み合わせて、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを形成するように構成されたビームコンバイナ４２２に供給される。また、第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２は第２の光検出器（例えば、フォトダイオード）４２４に提供され、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３は第３の光検出器４２６に提供される。第２の光検出器４２４は、第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２の強度に対応する第２の検出信号Ｖ２を生成するように構成され、第３の光検出器４２６は、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の強度に対応する第３の検出信号Ｖ３を生成するように構成される。第２及び第３の検出信号Ｖ２、Ｖ３は、個々の第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３の強度を制御して出力強度関連のノイズを実質的にキャンセルするためのフィードバックとして実施され得る。組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、共線的な第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３（例えば、ファイバ内に出射される）に対応する図２の例において上述したものと同様に（例えば、１組の光学系を介して）センサセル４０２を通過するように提供される。組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、検出ビームＯＰＴＤＥＴとしてセンサセル４０２から出射するものとして示されている。
Δ３は、第３のＡＯＭ４１６によって提供される周波数シフトである。
第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３は、第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３を組み合わせて、組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢを形成するように構成されたビームコンバイナ４２２に供給される。また、第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２は第２の光検出器（例えば、フォトダイオード）４２４に提供され、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３は第３の光検出器４２６に提供される。第２の光検出器４２４は、第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２の強度に対応する第２の検出信号Ｖ２を生成するように構成され、第３の光検出器４２６は、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の強度に対応する第３の検出信号Ｖ３を生成するように構成される。第２及び第３の検出信号Ｖ２、Ｖ３は、個々の第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３の強度を制御して出力強度関連のノイズを実質的にキャンセルするためのフィードバックとして実施され得る。組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、共線的な第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３（例えば、ファイバ内に出射される）に対応する図２の例において上述したものと同様に（例えば、１組の光学系を介して）センサセル４０２を通過するように提供される。組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、検出ビームＯＰＴＤＥＴとしてセンサセル４０２から出射するものとして示されている。
【0036】
第４のＡＯＭ４１８は、プローブビームＯＰＴＰＲＢを量Δ４だけシフトさせて、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４を提供するように構成される。一例として、第４のＡＯＭ４１８に応答する第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４の周波数ωｐ，４は、以下のように表すことができる。
【0037】
【数4】
【0038】
ここで、Δ４は、第４のＡＯＭ４１８によって提供される周波数シフトである。
図４の例では、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４は、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４の強度に対応する第４の検出信号Ｖ４を生成する第４の光検出器４３０に提供されるように分割される。組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、組合せプローブビームＯＰＴＰＲＢＣＭＢの強度に対応する第５の検出信号Ｖ５を生成する第５の光検出器４３２に提供される。加えて、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４は、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４を検出ビームＯＰＴＤＥＴと組み合わせて、出力ビームＯＰＴＯＵＴを提供するように構成されたビームコンバイナ４３４に提供される。出力ビームＯＰＴＯＵＴは、出力ビームＯＰＴＯＵＴの強度に対応する第６の検出信号Ｖ６を生成する第６の光検出器４３６に提供される。
図４の例では、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４は、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４の強度に対応する第４の検出信号Ｖ４を生成する第４の光検出器４３０に提供されるように分割される。組合せプローブビームＯＰＴＣＭＢは、組合せプローブビームＯＰＴＰＲＢＣＭＢの強度に対応する第５の検出信号Ｖ５を生成する第５の光検出器４３２に提供される。加えて、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４は、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４を検出ビームＯＰＴＤＥＴと組み合わせて、出力ビームＯＰＴＯＵＴを提供するように構成されたビームコンバイナ４３４に提供される。出力ビームＯＰＴＯＵＴは、出力ビームＯＰＴＯＵＴの強度に対応する第６の検出信号Ｖ６を生成する第６の光検出器４３６に提供される。
【0039】
図４の例では、結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２は、結合ビームＯＰＴＣＰＬ１、ＯＰＴＣＰＬ２を共線ビームＯＰＴＣＰＬ３に組み合わせるビームコンバイナ４３８に提供される。共線ビームＯＰＴＣＰＬ３は、（例えば、図２の例におけるビームスプリッタ２１４を介して）組合せビームＯＰＴＣＭＢと共線的にかつ逆平行となるような方法で、センサセル４０２を通過するように提供される。従って、組合せビームＯＰＴＣＭＢおよび共線ビームＯＰＴＣＰＬ３は、図３の例において上述したように、アルカリ金属原子を第１のリュードベリエネルギー状態｜４＞に励起することができる。図４の例では、共線ビームＯＰＴＣＰＬ３は、説明を容易にするために、例として検出ビームＯＰＴＤＥＴから分離して示されているが、関連する光学系は、共線ビームＯＰＴＣＰＬ３および検出ビームＯＰＴＤＥＴを共線的にかつ逆平行に提供することができる。
【0040】
センサ制御システム４１０は、以下のように外部信号ＲＦＥＸＴを検出するように構成される。電圧Ｖ５は、ビートノート（ｂｅａｔ ｎｏｔｅ）信号として以下のように表すことができる。
【0041】
【数5】
【0042】
ここで、Ｅｐ，２は第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２の電界であり、
Ｅｐ，３は、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の電界であり、
φ２ ｐａｔｈは、第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２の光路の位相であり、
φ３ ｐａｔｈは、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の光路の位相である。
Ｅｐ，３は、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の電界であり、
φ２ ｐａｔｈは、第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２の光路の位相であり、
φ３ ｐａｔｈは、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の光路の位相である。
【0043】
式５において、余弦の引数における和項は、早急に時間平均でゼロになるが、差周波数は追跡することができる。従って、式５は以下のように書き換えることができる。
【0044】
【数6】
【0045】
図４の例では、センサ制御システム４１０は、基準信号ＶＲＥＦを生成するように構成された基準信号生成器４４０を含む。一例として、基準信号ＶＲＥＦは、第５の検出信号Ｖ５と同じ周波数を有することができる。従って、ビートノート信号比較として第５の検出信号Ｖ５を基準信号ＶＲＥＦと比較して、信号経路φ２
ｐａｔｈ－φ３
ｐａｔｈの位相間の差を決定することができる。従って、第５の検出信号Ｖ５と基準信号ＶＲＥＦとの比較に基づいて、信号経路φ２
ｐａｔｈ－φ３
ｐａｔｈの位相差を解明することができる。
【0046】
第６の検出信号Ｖ６は、以下のように表すことができる。
【0047】
【数7】
【0048】
ここで、Ｅ’ｐ，２は、検出ビームＯＰＴＤＥＴにおいて生じるような、第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２の減衰電界であり、
Ｅ’ｐ，３は、検出ビームＯＰＴＤＥＴにおいて生じるような、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の電界であり、
φｃｅｌｌは、センサセル４０２から生じる位相変化であり、
φ２ Ｒは、検出ビームＯＰＴＤＥＴにおいて生じるような、アウトラー・タウンズの透過性ピークのうちの１つに対する第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２の位相であり、
φ３ Ｒは、検出ビームＯＰＴＤＥＴにおいて生じるような、アウトラー・タウンズの透過性ピークの他方に対する第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の位相であり、
Ｅｐ，４は、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４の電界であり、
φ４ ＰＡＴＨは、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４の光路の位相である。
Ｅ’ｐ，３は、検出ビームＯＰＴＤＥＴにおいて生じるような、第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の電界であり、
φｃｅｌｌは、センサセル４０２から生じる位相変化であり、
φ２ Ｒは、検出ビームＯＰＴＤＥＴにおいて生じるような、アウトラー・タウンズの透過性ピークのうちの１つに対する第２のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２の位相であり、
φ３ Ｒは、検出ビームＯＰＴＤＥＴにおいて生じるような、アウトラー・タウンズの透過性ピークの他方に対する第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ３の位相であり、
Ｅｐ，４は、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４の電界であり、
φ４ ＰＡＴＨは、第４のプローブビームＯＰＴＰＲＢ４の光路の位相である。
【0049】
第５の検出信号Ｖ５に関して上述したのと同様に、式７において、余弦の引数における和項は早急に時間平均でゼロになるが、差周波数は追跡することができる。従って、式７は以下のように書き換えることができる。
【0050】
【数8】
【0051】
式８の評価において、第４の光検出器４３０から提供される第４の検出信号Ｖ４に基づいて、Ｅｐ，４を識別することができる。従って、式Δ２－Δ４≠Δ３－Δ４が有効である限り、Ｅ’ｐ，２およびＥ’ｐ，３の値を識別することができる。Ｅ’ｐ，２およびＥ’ｐ，３の値は、周波数シフトΔ１の値を制御するためにほぼ等しい値としてフィードバックすることができる。従って、アウトラー・タウンズの透過性ピーク３１０は、ほぼ等しい大きさに維持することができ、従って、第１のリュードベリエネルギー状態の透過性ピーク３０８を中心に対称である。これにより、検出ビームＯＰＴＤＥＴの位相差を決定する際に、周波数変動をキャンセルすることができる。
【0052】
検出信号Ｖ５に基づいて、式φ２
ｐａｔｈ－φ３
ｐａｔｈは、第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３がビームコンバイナ４２２によって組み合わされる前に既知である。第２及び第３のプローブビームＯＰＴＰＲＢ２、ＯＰＴＰＲＢ３が組み合わされて、組合せビームＯＰＴＣＭＢを形成した後、式φ２
ｐａｔｈ－φ３
ｐａｔｈはゼロに等しい。従って、Δ２－Δ３として振動する検出信号Ｖ６における項は、基準信号ＶＲＥＦに対するセンサ制御システム４１０の電子回路におけるビート（ｂｅａｔ）である。従って、結果は、式φ２
Ｒ－φ３
Ｒを決定することになる。
【0053】
外部信号ＲＦＥＸＴが存在しない場合、分割信号ＲＦＳＰＬは、式φ２
Ｒ－φ３
Ｒ＝０となるように選択される。しかしながら、外部信号ＲＦＥＸＴが存在する場合、アウトラー・タウンズの透過性ピーク３１０は両側の方向（周波数スペクトルにおいて収束または発散する方向）に移動し、従って、φ２
Ｒ－φ３
Ｒ≠０となる。アウトラー・タウンズの透過性ピーク３１０を同じ方向に移動させ得る任意のノイズ（プローブレーザ４０４に関連する周波数ノイズなど）は、φ２
Ｒ－φ３
Ｒが依然としてゼロであるため、抑制され得る。
【0054】
従って、外部信号ＲＦＥＸＴの振幅変調は、アウトラー・タウンズの透過性ピーク３１０の分離の変調をもたらす。結果として、センサ制御システム４１０は、外部信号ＲＦＥＸＴを検出するために導入され得る、φ２
Ｒ－φ３
Ｒの非ゼロ値を検出することができる。さらに、外部信号ＲＦＥＸＴがアルカリ原子において既知の分割信号ＲＦＳＰＬと組み合わされる場合、位相および周波数変調は、センサ制御システム４１０によって振幅変調に変換することができる。従って、センサ制御システム４１０は、外部信号ＲＦＥＸＴの信号特性を識別することができる。
【0055】
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５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５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。
【0056】
図５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）を介して外部信号（例えば、外部信号ＲＦＥＸＴ）を検出するための方法５００の一例を示す。５０２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。５０４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リュードベリエネルギー状態を生じさせる。５０６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。５０８において、検出ビーム（例えば、検出ビームＯＰＴＤＥＴ）の位相が、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少なくとも１つに対してモニタリングされる。検出ビームは、センサセルから出射するプローブビームに対応することができる。
【0057】
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】
【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、
前記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を生成するように構成されたプローブレーザと、
結合ビームを生成するように構成された結合レーザであって、前記結合ビームは、前記センサセルを通過するように提供されて、前記センサセルを通過するように提供された前記プローブビームと組み合わさって、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせ、前記プローブビームは、前記センサセルから検出ビームとして出射する、前記結合レーザと、
前記検出ビームをモニタリングし、前記検出ビームの位相をモニタリングすることに基づいて外部信号を検出するように構成されたセンサ制御システムと、を備えるシステム。
【請求項2】
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、前記アルカリ金属原子に関連する前記リュードベリエネルギー状態に関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、前記センサ制御システムは、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うちの少なくとも１つに関連する前記検出ビームの位相に基づい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3】
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するようにそれぞれ供給される第１のプローブビームおよび第２のプローブビームに分割するように構成され、前記第１のプローブビームおよび前記第２のプローブビームは、前記リュードベリエネルギー状態に関連する周波数スペクトル透過性ピークにほぼ等しくかつ両側にある個々の周波数を有しており、前記検出ビームは、前記センサセルから出射する前記組合せ光ビームに対応している、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記センサ制御システムは、前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするように構成された第１の光検出器と、
前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするように構成された第２の光検出器と、を含んでおり、前記センサ制御システムは、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記センサ制御システムが、基準信号を生成するように構成された基準信号生成器をさらに含んでおり、モニタリングされた前記組合せ光信号が第１のビート信号を生成するために前記基準信号と比較され、モニタリングされた前記検出ビームが第２のビート信号を生成するために前記基準信号と比較されて、前記センサ制御システムが、前記第１のビート信号と前記第２のビート信号との比較に基づいてモニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するように構成され、前記第３のプローブビームは、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるために、前記検出ビームと組み合わされる、請求項３に記載のシステム。
【請求項7】
前記アルカリ金属原子に関連するリュードベリエネルギー状態に関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、前記センサセルを通過する所定の周波数を有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さらに備え、前記センサ制御システムは、前記検出ビームにおいて提供されるような、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに対する前記第１及び第２のプローブビームの位相に基づいて前記外部信号を検出するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項8】
前記結合ビームが第１の結合ビームであり、前記システムは、第２の結合ビームをさらに備えており、前記第１および第２の結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるために、前記センサセルを通過するように提供される前記プローブビームと組合せるための、前記センサセルを通過するように提供される組合せ結合ビームを形成するために組み合わされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記センサ制御システムが、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、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１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するように結合ビームを照射して、前記アルカリ金属原子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、
前記センサセルを通過するように所定の周波数を有する分割信号を提供して、前記アルカリ金属原子に関連する前記リュードベリエネルギー状態に関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、
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うちの少なくとも１つに対する検出ビームの位相をモニタリングして、前記外部信号を検出するステップと、を含み、前記検出ビームは、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している、方法。
【請求項11】
前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するようにそれぞれ提供される第１のプローブビームおよび第２のプローブビームに分割するステップと、前記検出ビームは、前記センサセルから出射する前記組合せ光ビームに対応しており、前記第１のプローブビーム及び前記第２のプローブビームを、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに関連する周波数にほぼ等しい個々の周波数を有するように設定するステップと、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするステップと、前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするステップと、
モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するステップと、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
基準信号を生成するステップをさらに含み、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較することは、モニタリングされた前記組合せ光信号を前記基準信号と比較して、第１のビート信号を生成すること、
モニタリングされた前記検出ビームを前記基準信号と比較して、第２のビート信号を生成すること、
前記第１のビート信号と前記第２のビート信号とを比較することに基づいて、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較すること、を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するステップと、前記第３のプローブビームを前記検出ビームと組み合わせるステップと
モニタリングされた前記検出ビームに基づいて、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定するステップと、
前記第１および第２のプローブビームに関連する前記出力に基づいて、前記アルカリ金属原子の前記リュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるステップと、をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記結合ビームを照射することは、第１の結合ビームと第２の結合ビームとを組み合わせて、組合せ結合ビームを生成すること、
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前記組合せ結合ビームを提供して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせること、を含む、請求項１２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】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0057】
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、
前記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を生成するように構成されたプローブレーザと、
結合ビームを生成するように構成された結合レーザであって、前記結合ビームは、前記センサセルを通過するように提供されて、前記センサセルを通過するように提供された前記プローブビームと組み合わさって、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせ、前記プローブビームは、前記センサセルから検出ビームとして出射する、前記結合レーザと、
前記検出ビームをモニタリングし、前記検出ビームの位相をモニタリングすることに基づいて外部信号を検出するように構成されたセンサ制御システムと、を備えるシステム。
［付記２］
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、前記アルカリ金属原子に関連する前記リュードベリエネルギー状態に関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、前記センサ制御システムは、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うちの少なくとも１つに関連する前記検出ビームの位相に基づい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３］
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するようにそれぞれ供給される第１のプローブビームおよび第２のプローブビームに分割するように構成され、前記第１のプローブビームおよび前記第２のプローブビームは、前記リュードベリエネルギー状態に関連する周波数スペクトル透過性ピークにほぼ等しくかつ両側にある個々の周波数を有しており、前記検出ビームは、前記センサセルから出射する前記組合せ光ビームに対応している、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記センサ制御システムは、
前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするように構成された第１の光検出器と、
前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするように構成された第２の光検出器と、を含んでおり、前記センサ制御システムは、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するように構成される、付記３に記載のシステム。
［付記５］
前記センサ制御システムが、基準信号を生成するように構成された基準信号生成器をさらに含んでおり、モニタリングされた前記組合せ光信号が第１のビート信号を生成するために前記基準信号と比較され、モニタリングされた前記検出ビームが第２のビート信号を生成するために前記基準信号と比較されて、前記センサ制御システムが、前記第１のビート信号と前記第２のビート信号との比較に基づいてモニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較するように構成されている、付記４に記載のシステム。
［付記６］
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するように構成され、前記第３のプローブビームは、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるために、前記検出ビームと組み合わされる、付記３に記載のシステム。
［付記７］
前記アルカリ金属原子に関連するリュードベリエネルギー状態に関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、前記センサセルを通過する所定の周波数を有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さらに備え、前記センサ制御システムは、前記検出ビームにおいて提供されるような、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに対する前記第１及び第２のプローブビームの位相に基づいて前記外部信号を検出するように構成されている、付記３に記載のシステム。
［付記８］
前記結合ビームが第１の結合ビームであり、前記システムは、第２の結合ビームをさらに備えており、前記第１および第２の結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるために、前記センサセルを通過するように提供される前記プローブビームと組合せるための、前記センサセルを通過するように提供される組合せ結合ビームを形成するために組み合わされる、付記１に記載のシステム。
［付記９］
前記センサ制御システムが、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、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１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するように結合ビームを照射して、前記アルカリ金属原子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、
前記センサセルを通過するように所定の周波数を有する分割信号を提供して、前記アルカリ金属原子に関連する前記リュードベリエネルギー状態に関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、
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うちの少なくとも１つに対する検出ビームの位相をモニタリングして、前記外部信号を検出するステップと、を含み、前記検出ビームは、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している、方法。
［付記１１］
前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するようにそれぞれ提供される第１のプローブビームおよび第２のプローブビームに分割するステップと、前記検出ビームは、前記センサセルから出射する前記組合せ光ビームに対応しており、
前記第１のプローブビーム及び前記第２のプローブビームを、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに関連する周波数にほぼ等しい個々の周波数を有するように設定するステップと、をさらに含む、付記１０に記載の方法。
［付記１２］
前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするステップと、
前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするステップと、
モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するステップと、をさらに含む、付記１１に記載の方法。
［付記１３］
基準信号を生成するステップをさらに含み、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較することは、
モニタリングされた前記組合せ光信号を前記基準信号と比較して、第１のビート信号を生成すること、
モニタリングされた前記検出ビームを前記基準信号と比較して、第２のビート信号を生成すること、
前記第１のビート信号と前記第２のビート信号とを比較することに基づいて、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較すること、を含む、付記１２に記載の方法。
［付記１４］
前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するステップと、
前記第３のプローブビームを前記検出ビームと組み合わせるステップと
モニタリングされた前記検出ビームに基づいて、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定するステップと、
前記第１および第２のプローブビームに関連する前記出力に基づいて、前記アルカリ金属原子の前記リュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるステップと、をさらに含む、付記１２に記載の方法。
［付記１５］
前記結合ビームを照射することは、
第１の結合ビームと第２の結合ビームとを組み合わせて、組合せ結合ビームを生成すること、
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前記組合せ結合ビームを提供して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせること、を含む、付記１２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、
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、
前記センサセルを通過するように提供され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、
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に、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を生成するように構成された分割信号生成器と、
前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するように、かつ検出ビームとして前記センサセルから出射するようにそれぞれ提供される第１のプローブビーム及び第２のプローブビームに分割するように構成されたセンサ制御システムと、を備え、前記第１のプローブビーム及び前記第２のプローブビームは、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに関連する周波数にほぼ等しい個々の周波数を有し、前記組合せ光ビーム及び前記結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるものであり、前記センサ制御システムは、前記検出ビームをモニタリングし、前記アウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの少なくとも１つに対する前記検出ビームの位相をモニタリングすることに基づいて、外部信号を検出するようにさらに構成されている、システム。
［付記１７］
前記センサ制御システムは、
前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするように構成された第１の光検出器と、
前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするように構成された第２の光検出器と、を含んでおり、前記センサ制御システムは、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するように構成される、付記１６に記載のシステム。
［付記１８］
前記センサ制御システムが、基準信号を生成するように構成された基準信号生成器をさらに含んでおり、モニタリングされた前記組合せ光信号が第１のビート信号を生成するために前記基準信号と比較され、モニタリングされた前記検出ビームが第２のビート信号を生成するために前記基準信号と比較されて、前記センサ制御システムが、前記第１のビート信号と前記第２のビート信号とを比較することに基づいて、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較するように構成されている、付記１７に記載のシステム。
［付記１９］
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するように構成され、前記第３のプローブビームは、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるために、前記検出ビームと組み合わされる、付記１６に記載のシステム。
［付記２０］
前記結合ビームが第１の結合ビームであり、前記システムは、第２の結合ビームをさらに含んでおり、前記第１および第２の結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるために、前記センサセルを通過するように提供される前記プローブビームと組合せるための、前記センサセルを通過するように提供される組合せ結合ビームを形成するために組み合わされる、付記１６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、
前記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を生成するように構成されたプローブレーザと、
結合ビームを生成するように構成された結合レーザであって、前記結合ビームは、前記センサセルを通過するように提供されて、前記センサセルを通過するように提供された前記プローブビームと組み合わさって、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせ、前記プローブビームは、前記センサセルから検出ビームとして出射する、前記結合レーザと、
前記検出ビームをモニタリングし、前記検出ビームの位相をモニタリングすることに基づいて外部信号を検出するように構成されたセンサ制御システムと、を備えるシステム。
［付記２］
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、前記アルカリ金属原子に関連する前記リュードベリエネルギー状態に関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、前記センサ制御システムは、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うちの少なくとも１つに関連する前記検出ビームの位相に基づい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３］
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するようにそれぞれ供給される第１のプローブビームおよび第２のプローブビームに分割するように構成され、前記第１のプローブビームおよび前記第２のプローブビームは、前記リュードベリエネルギー状態に関連する周波数スペクトル透過性ピークにほぼ等しくかつ両側にある個々の周波数を有しており、前記検出ビームは、前記センサセルから出射する前記組合せ光ビームに対応している、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記センサ制御システムは、
前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするように構成された第１の光検出器と、
前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするように構成された第２の光検出器と、を含んでおり、前記センサ制御システムは、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するように構成される、付記３に記載のシステム。
［付記５］
前記センサ制御システムが、基準信号を生成するように構成された基準信号生成器をさらに含んでおり、モニタリングされた前記組合せ光信号が第１のビート信号を生成するために前記基準信号と比較され、モニタリングされた前記検出ビームが第２のビート信号を生成するために前記基準信号と比較されて、前記センサ制御システムが、前記第１のビート信号と前記第２のビート信号との比較に基づいてモニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較するように構成されている、付記４に記載のシステム。
［付記６］
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するように構成され、前記第３のプローブビームは、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるために、前記検出ビームと組み合わされる、付記３に記載のシステム。
［付記７］
前記アルカリ金属原子に関連するリュードベリエネルギー状態に関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、前記センサセルを通過する所定の周波数を有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さらに備え、前記センサ制御システムは、前記検出ビームにおいて提供されるような、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに対する前記第１及び第２のプローブビームの位相に基づいて前記外部信号を検出するように構成されている、付記３に記載のシステム。
［付記８］
前記結合ビームが第１の結合ビームであり、前記システムは、第２の結合ビームをさらに備えており、前記第１および第２の結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるために、前記センサセルを通過するように提供される前記プローブビームと組合せるための、前記センサセルを通過するように提供される組合せ結合ビームを形成するために組み合わされる、付記１に記載のシステム。
［付記９］
前記センサ制御システムが、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、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１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するように結合ビームを照射して、前記アルカリ金属原子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、
前記センサセルを通過するように所定の周波数を有する分割信号を提供して、前記アルカリ金属原子に関連する前記リュードベリエネルギー状態に関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、
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うちの少なくとも１つに対する検出ビームの位相をモニタリングして、前記外部信号を検出するステップと、を含み、前記検出ビームは、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している、方法。
［付記１１］
前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するようにそれぞれ提供される第１のプローブビームおよび第２のプローブビームに分割するステップと、前記検出ビームは、前記センサセルから出射する前記組合せ光ビームに対応しており、
前記第１のプローブビーム及び前記第２のプローブビームを、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに関連する周波数にほぼ等しい個々の周波数を有するように設定するステップと、をさらに含む、付記１０に記載の方法。
［付記１２］
前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするステップと、
前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするステップと、
モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するステップと、をさらに含む、付記１１に記載の方法。
［付記１３］
基準信号を生成するステップをさらに含み、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較することは、
モニタリングされた前記組合せ光信号を前記基準信号と比較して、第１のビート信号を生成すること、
モニタリングされた前記検出ビームを前記基準信号と比較して、第２のビート信号を生成すること、
前記第１のビート信号と前記第２のビート信号とを比較することに基づいて、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較すること、を含む、付記１２に記載の方法。
［付記１４］
前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するステップと、
前記第３のプローブビームを前記検出ビームと組み合わせるステップと
モニタリングされた前記検出ビームに基づいて、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定するステップと、
前記第１および第２のプローブビームに関連する前記出力に基づいて、前記アルカリ金属原子の前記リュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるステップと、をさらに含む、付記１２に記載の方法。
［付記１５］
前記結合ビームを照射することは、
第１の結合ビームと第２の結合ビームとを組み合わせて、組合せ結合ビームを生成すること、
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前記組合せ結合ビームを提供して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせること、を含む、付記１２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、
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、
前記センサセルを通過するように提供され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、
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に、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を生成するように構成された分割信号生成器と、
前記プローブビームを、組合せ光ビームとして前記センサセルを通過するように、かつ検出ビームとして前記センサセルから出射するようにそれぞれ提供される第１のプローブビーム及び第２のプローブビームに分割するように構成されたセンサ制御システムと、を備え、前記第１のプローブビーム及び前記第２のプローブビームは、個々の対のアウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークに関連する周波数にほぼ等しい個々の周波数を有し、前記組合せ光ビーム及び前記結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるものであり、前記センサ制御システムは、前記検出ビームをモニタリングし、前記アウトラー・タウンズの周波数スペクトル透過性ピークの少なくとも１つに対する前記検出ビームの位相をモニタリングすることに基づいて、外部信号を検出するようにさらに構成されている、システム。
［付記１７］
前記センサ制御システムは、
前記センサセルの入力において組合せ光信号をモニタリングするように構成された第１の光検出器と、
前記センサセルの出力において前記検出ビームをモニタリングするように構成された第２の光検出器と、を含んでおり、前記センサ制御システムは、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較して、前記第１のプローブビームと前記第２のプローブビームとの間の相対的な信号経路位相差を除外するように構成される、付記１６に記載のシステム。
［付記１８］
前記センサ制御システムが、基準信号を生成するように構成された基準信号生成器をさらに含んでおり、モニタリングされた前記組合せ光信号が第１のビート信号を生成するために前記基準信号と比較され、モニタリングされた前記検出ビームが第２のビート信号を生成するために前記基準信号と比較されて、前記センサ制御システムが、前記第１のビート信号と前記第２のビート信号とを比較することに基づいて、モニタリングされた前記組合せ光信号をモニタリングされた前記検出ビームと比較するように構成されている、付記１７に記載のシステム。
［付記１９］
前記センサ制御システムは、前記プローブビームを前記第１のプローブビーム、前記第２のプローブビーム、および第３のプローブビームに分割するように構成され、前記第３のプローブビームは、前記第１および第２のプローブビームに関連する出力を決定して、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態に関連する周波数を安定化させるために、前記検出ビームと組み合わされる、付記１６に記載のシステム。
［付記２０］
前記結合ビームが第１の結合ビームであり、前記システムは、第２の結合ビームをさらに含んでおり、前記第１および第２の結合ビームは、前記アルカリ金属原子のリュードベリエネルギー状態を生じさせるために、前記センサセルを通過するように提供される前記プローブビームと組合せるための、前記センサセルを通過するように提供される組合せ結合ビームを形成するために組み合わされる、付記１６に記載のシステム。
【国際調査報告】