低温原子干渉センサ
原子ソース（１１）と、第１のラマン二周波数レーザビーム（４、４a、４ｂ）を生成できる二周波数レーザ（２）と、第２のラマン二周波数レーザビーム（１２）を生成するために、第１のラマン二周波数レーザビームを反射するように配置される反射器（７、１３）であって、第１のレーザビーム、及び第２のレーザビームは、原子ソースから取得される低温原子の放射から原子干渉フリンジを取得するために、異なる方向に伝播する反射器と、を有し、反射器（７、１３）はまた、低温原子を取得するために、第１のビーム、及び第１のビームの複数の反射が、原子ソースから生じる原子を捕捉できるように、反射器の表面（７a、７ｂ、７ｃ、７ｄ、１４）における第１のビーム（４）の複数の反射を可能にするように配置されることを特徴とする低温原子干渉センサ（１、１a、１ｂ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温原子干渉センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導ラマン遷移を使用する低温原子干渉センサ（cold-atom interferometry sensor）の動作概念は、米国特許第５２７４２３２号に詳細に説明される。これらの低温原子干渉センサは、良好な感度を有することが知られる。
【０００３】
このセンサにおいて、低温原子ソース（cold-atom source）の放射からの原子干渉フリンジを取得するために、異なる方向に伝播し、かつ異なる周波数を有する２つのレーザビームを取得する必要がある。
【０００４】
ラマンパルスに必要なこれら２つのレーザビームを取得するためには、反対に伝播するなどの別個の２つのレーザ源を使用するか、又は第１の二周波数レーザビーム（dual-frequency laser beam）を生成する単一源と、第２の二周波数ビームを生成するためにレーザビームを反射するように配置される反射器とを使用するかのいずれかが、可能である。
【０００５】
２つのラマンビームの間の相対的な収差が減少するので、２つのラマンパルスレーザビームを生成するために単一レーザ源、及び反射器を使用する第２の型のセンサは、良好な性能を有する利点がある。第２のラマン二周波数ビームを生成する反射器を使用するこの干渉センサは、仏国特許出願第２８４８２９６号などで説明される。
【０００６】
干渉センサが提供する測定の安定性を向上させるためには、低温原子を取得するための原子の冷却による速度の観点から、原子ソースの分散を低減する必要がある。このためには、低温原子を取得するために原子ソースから生じる原子を捕捉するように配置される捕捉手段が使用される。
【０００７】
より詳細には、本発明は、
原子ソースと、
第１のラマン二周波数レーザビームを生成できる二周波数レーザと、
第２のラマン二周波数レーザビームを生成するために、第１のラマン二周波数レーザビームを反射するように配置される反射器と、
を有し、第１のレーザビーム、及び第２のレーザビームは、原子ソースから取得する低温原子の放射からの原子干渉フランジを取得するために、異なる方向に伝播する低温原子干渉センサに関する。
【０００８】
このような低温原子干渉センサは、Florence YVER LEDUCによる名称を「低温原子慣性センサの特性（Characterisation of a cold-atom inertial sensor）」という２００４年の博士論文、又はB. Canuel、F.Leduc、D. Holleville、A. Gauguet、J.Fils、A. Virdis、A. Clairon、N. Dimarcq、Ch. J. Borde、A. Landragin、及びP. Bouyerによる「低温原子干渉を使用する６軸慣性センサ（Six-Axis Inertial Sensor Using Cold-Atom Interferometry）」（Phys. Rev. Lett. 97, 010402(2006)）などで説明される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この文献、及び従来において、センサは、低温原子を取得するために、原子ソースから生じる原子を捕捉するように配置される捕捉手段を有する。また公知のように、これらの捕捉手段は、空間で３つの方向に反対に伝播する６つのレーザで構成されるトラップを有する。
【００１０】
したがって、この低温原子干渉センサは、原子干渉を測定するために少なくとも１つのラマンレーザが必要となり、かつ良好な干渉測定値を利用可能にする低温原子を取得するために原子の捕捉をもたらすいくつかのレーザが必要となるという欠点を有する。
【００１１】
このため、従来の低温原子干渉センサは、複雑かつ大型である。
【００１２】
本発明が解決する課題は、上述のようにより小型化するようにより少ないレーザを必要する一方で、十分な測定値が可能である１つ、又は複数の低温原子センサを提供することである。
【００１３】
本発明に従うと、この課題は、もはや第２のラマンビームを生成する機能のみでなく、反射器の表面に第１のラマンビームの複数の反射することによって、低温原子を取得することを可能にする捕捉手段を形成する反射器を使用することによって、解決する。
【００１４】
より詳細には、上述の課題は、第１のビーム、及び第１のビームの複数の反射によって、低温原子を取得するために原子ソースから生じる原子を捕捉することが可能となるように、反射器の表面で第１のビームの複数の反射が可能になるようにも配置されるという事実によって、解決される。
【００１５】
このように本発明によると、反射器での複数の反射によって、第１のレーザビームが捕捉を提供するので、公知の装置で反対に伝播するレーザを形成する捕捉手段は、もはや必要ではない。その結果として、本発明に従う低温原子干渉センサは、ラマン遷移による干渉測定、及び低温原子を取得するための原子の捕捉の双方を実行するただ１つのレーザ源のみを必要とする。
【００１６】
低温原子を取得するトラップの分野において、Leeらによる刊行物「ピラミッド空洞ミラー、及び円錐空洞ミラーにおける単一ビーム原子トラップ（Single-beam atom trap in a pyramidal and conical hollow mirror）」（Optics Letters August 1996）が公知である。ここでは、ただ１つのレーザを使用して、反射器で原子をトラップし、冷却することが可能であることが教示される。しかしながら、この刊行物は、低温原子干渉センサには関連せず、特に、刊行物に記載された特定の原子トラップを形成する反射器が、低温原子干渉センサのラマンビームを反射する反射器として使用できることは、どこにも説明されていない。一方、本発明に従うと、原子の捕捉と、ラマンレーザビームの反射とをもたらすために使用される反射器は、実際には同一の反射器である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
ここで本発明の有利な実施形態を説明する。
【００１８】
上述の反射器の有利な特徴が、第１に説明される。
【００１９】
この反射器は、第１のビーム、及び反射器の表面における第１のビームの反射が、低温原子を取得するために、原子を捕捉するビーム対であって、反対に伝播するビーム対を構成するように配置できる。この場合、反射器は、第１のビーム、及び反射器の表面における第１のビームの反射が、反対に伝播する３対のビームを構成するように配置できる。この特徴によって、低温原子を取得するために、原子ソースから生じる原子の十分な捕捉が可能になる。
【００２０】
第１のビーム、及び反射器での第１のビームの反射によって、反射器のボリューム内に原子を捕捉できるように、反射器は、凸型反射器にすることができる。反射器のこの特徴によって、良好な捕捉を保証するために、第１のビームの反射を反射器の内部に向かわすことが可能になる。
【００２１】
具体的には、第１のビーム、及び反射器での第１のビームの反射によって、反射器が形成するボリュームにおいて原子を捕捉することが可能なように、反射器は、円錐形状（a conical or frutoconical shape）を有することができる。
【００２２】
具体的には、第１のビーム、及び反射器での第１のビームの反射によって、反射器が形成するボリュームにおいて原子を捕捉する反対に伝播する３対のビームを構成するように、反射器は、方形の横断面、又は切頂ピラミッド横断面を有するピラミッドを有することができる。反射器のこの具体的な形状は、良好な捕捉を保証する。
【００２３】
反射器は、第２のレーザビームが、第１のビームの伝播方向と反対の方向に伝播するように配置できる。好適には、反射器は、第２のビームは、第１のビームの偏光と同一の偏光を有するように配置できる。これによって、原子干渉フランジの取得が容易になる。
【００２４】
このために、反射器は、第１のビームの方向に垂直な平坦面を有する円錐形状、又は切頂形状を有することができる。平坦面は、平坦面で反射するビームが、第１のビームの偏光と同一の偏光を有するように処理される。
【００２５】
ここで、本発明に従うセンサの他の有利な特徴を説明する。
【００２６】
原子ソースは、磁気的にトラップされる超低温クラウド（ultra-cold１cloud）を作り出すために、反射器の平坦面の一方に提供される原子チップを有する。原子ソースのこの特徴によって、原子のトラップ、及び原子の冷却を改善する。
【００２７】
またセンサは、低温原子を光磁気的にトラップするように配置される磁気手段を有する。磁気手段は、低温原子が反射器のボリューム内にトラップされるように反射器に対して配置される。
【００２８】
また磁気手段は、原子干渉フランジを取得するために、低温原子を放射するように一定磁界を生成するように配置できる。
【００２９】
原子干渉フランジを取得するための低温原子の放射は、重力などによって実行できる。
【００３０】
原子ソースは、
加熱による脱離と、
光と、
冷却スポットの温度の制御と、
の方法の少なくとも１つによって、原子蒸気を生成できる。
【００３１】
この方法によって、原子蒸気の十分な生成が可能である。
【００３２】
好適には、センサは、真空チャンバと、真空チャンバ内に配置される反射器と、第１のレーサビームを真空チャンバに入力するように配置される伝播手段とを備えるセンサとを有する。
【００３３】
この場合、伝播手段は、第１のレーザに透明な窓を有することができる。
【００３４】
またセンサは、原子干渉フランジを検出するように配置される検出手段を有する。
【００３５】
これらの検出手段は、低温原子が放射する共鳴蛍光（resonance fluorescence）を検出するように配置される光検出セルなどを有する。
【００３６】
また本発明は、上述の第１の干渉センサと、上述の第２の干渉センサとを有するシステムに関する。第１のセンサは、第１のラマン二周波数レーザを有し、第２のセンサは、第２のラマン二周波数レーザを有する。第１のセンサの第１のレーザが生成するレーザビームは、第２のセンサの第２のレーザが生成するレーザビームの伝播方向と異なる伝播方向を有し、またこのシステムは、第１のレーザが生成するレーザビームの伝播方向、及び第２のレーザが生成するレーザビームの伝播方向の交点に配置される検出手段を有する。
【００３７】
またこのシステムは、上述の第３の干渉センサを有し、第３の干渉センサは、第３のラマン二周波数レーザを有し、第３のセンサが第３のレーザが生成するレーザビームは、第２のレーザが生成するレーザビームの伝播方向、及び第２のレーザが生成するレーザビームの伝播方向と異なる伝播方向を有する。検出手段は、第１のレーザが生成するビームの伝播方向、第２のレーザが生成するビームの伝播方向、及び第３レーザが生成するビームの伝播方向の交点に配置される。
【発明の効果】
【００３８】
このように、具体的には加速、及び回転である慣性の大きさへのアクセスを連続的に提示するレーザパルスシーケンスを確立することが可能である。
【００３９】
ここで本発明に係る詳細な実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態に従う低温原子干渉センサの横断面を示す図である。
【図２】本発明に従うセンサにおいて、ラマンビームを反射するように配置される反射器の詳細な横断面を示す図である。
【図３】本発明に従うセンサにおいて、ラマンビームを反射するように配置される反射器の透視図である。
【図４】本発明に係る実施形態に従う低温原子干渉センサの横断面を示す図である。
【図５】本発明に係る実施形態に従う低温原子干渉センサの実施形態において使用される原子チップとともに提供される切頂ピラミッド形の反射器を示す図である。
【図６】本発明に従って直交して結合される２つの干渉センサを有する複数軸システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図面において、反対のことが示さなれない限り、同一の参照は、類似する技術要素に関連する。
【００４２】
図１に示すように、本発明に従う干渉センサ１は、加熱され、かつ温度が制御されるソリッド貯蔵（solid reservoir）、すなわちディスペンサ（dispenser）の形式の原子ソース１１を有する。原子ソースは、ディスペンサ手段による熱の脱離、ＬＩＡＤ型の技術による光、又は冷却スポットの温度制御のいずれかによって、真空チャンバ６内に原子蒸気を取得することができるように配置される。真空チャンバ６は、横断面が正方形、又は円形にできるガラス管を有する。真空チャンバ６は、一端において窓５に近接し、他端において凸型反射器７に近接する。これは、以下でより詳細に説明される。好適には、反射器７は、基部が１センチメートルと５センチメートルの間であるピラミッド形状を有する。センサ１が被る可能性がある振動の影響を低減するために、反射器７は、ノイズを読み出す低レベル加速度計などを有する安定化システムに随意的に固定できる。
【００４３】
また干渉センサ１は、二周波数レーザ源２と、レーザ源２が生成するレーザ信号を成形するシステム３とを有する。二周波数レーザ源２、及び成形システム３は、要求される大きさ、及び偏光特性を有し、窓５を介して入力する第１のレーザビーム４を生成するために、公知の形式で互いに対向して配置される。具体的には、第１のレーザビームは、上述のピラミッド反射器７に適合するように１センチメートルと５センチメートルの間の大きさを有することができる。二周波数レーザ２が放射する２つの周波数は、ルビジウム８７の６８００ＭＨｚなどセンサ１に使用される原子の超微細構造の周波数によって分離される。
【００４４】
また干渉センサ１は、原子信号を検出するために共鳴蛍光を収集することができるように真空チャンバ６に配置される光検出セル９を有する。
【００４５】
真空チャンバ６は、８で示されるソレノイドに全体的に取り囲まれる。ソレノイド８は、部分的に励起できる。２つのコイルから成るソレノイド８の第１の部分８ａは、磁界勾配を作り出す。この磁界勾配によって、反射器７が形成するボリューム内部の捕捉帯において、原子の磁気的なトラップが可能になる。ソレノイド８の第２の部分８ｂは、真空チャンバ６内に均一な磁界を形成するために、ソレノイド８を補完する。
【００４６】
ここで本発明に従う干渉センサ１の機能を説明する。
【００４７】
動作中、本発明に従う干渉センサ１は、原子トラップ段階、原子放射段階、及び干渉を測定する干渉測定段階を作り出す。
【００４８】
原子ソース１１は、反射器７の真空チャンバ６の上部において、原子を解放する。
【００４９】
トラップ段階において、二周波数レーザビーム４は、窓５を通過し、真空チャンバ６に入力する。二周波数レーザビーム４は、ピラミッド反射器７において複数の反射を受ける。反射器の表面における複数の反射により、ピラミッド反射器７のために、原子は、原子ソースが解放した原子を冷却する空間で３つの方向に反対に伝播するする３つのビームに対応する６つのレーザビームの均等物によって捕捉される。したがって、６つのビームの均等物が捕捉する原子はまた、ソレノイド８の部分８ａが生成する勾配磁界によってトラップされる。その結果として、本発明に従って、反射器７自体は、次の立ち上げ段階（launch phase）で使用できる低温原子を生成するために原子の捕捉、及びトラップが可能である。
【００５０】
トラップ段階において、レーザビーム４は、２ｍＷ／ｃｍ2の流束などを有する。すなわち、ピラミッド反射器７の構造に従い１〜２５ｍＷの電力を有する。
【００５１】
レーザビーム４は、原子線に一致するように正確に働く（slaved、asservies）２つの周波数を有する二周波数である。２つの周波数は、同一の偏光、又は直角の偏光によって混合でき、問題の原子の超微細構造の周波数の差に近い値で分離される。
【００５２】
ソレノイド８の部分８ａが生成する磁界勾配は、トラップ段階において１０、及び２０ガウス／ｃｍの間である。
【００５３】
放射段階において、レーザ源は、立ち上げを支援するためにスイッチオン、又はスイッチオフできる。図１に示す垂直構造において、重力は、レーザ源２がスイッチオフのときに放射力の役割を果たす。他の構成では、レーザ源２がスイッチオンで維持される間、ソレノイド８の部分８ｂが生成する一定磁界は、放射力を作り出す。この場合、一定磁界は、１ガウス程度である。
【００５４】
放射段階において原子が放射されると、本発明に従う干渉センサは、干渉段階において、干渉測定を実行する。この段階では、レーザの調整は、放射段階における調整と異なる。レーザビーム４の大きさは、原子サンプルの大きさよりも大きく、レーザのエネルギ流束は、１００ｍＷ／ｃｍ程度である。ラマン二周波数レーザビーム４の２つの周波数は、垂直などの偏光によって混合され、問題の原子の超微細構造の周波数差に近い値で分離される。しかしながら、具体的には重力測定モードにおいて、垂直でない偏光を使用できる。２つの周波数は、段階で働く。すなわち、測定時間内に生じる段階のエラーは、１ラジアンよりも小さいようになる。
【００５５】
生成される磁界勾配は、反射器７の捕捉帯１０で原子をもはやトラップしないために、０である。ソレノイド８の部分８ｂが生成する一定磁界は、原子の経路において１００ｍガウス程度である。
【００５６】
原子干渉の分野においてそれ自体公知である方法において、異なる方向に伝播する第１のラマン二周波数レーザ、及び第２のラマン二周波数レーザビームは、低温原子の放射から原子干渉フリンジを取得することが可能である。原子干渉のこの概念は、米国特許第５２７４２３２号、Florence YVER LEDUCによる名称を「低温原子慣性センサの特性（Characterisation of a cold-atom inertial sensor）」という２００４年の上述の論文、又は上述の参照刊行物「低温原子干渉を使用する６軸慣性センサ（Six-Axis Inertial Sensor Using Cold-Atom Interferometry）」において説明される。
【００５７】
一般的に言えば、本発明に従うと、ラマン二周波数レーザビーム４は、反対方向に伝播する第２のラマン二周波数レーザビームを取得するために、反射器７で再帰反射される。次いで、干渉フリンジは、本発明に従う干渉センサ１によって、干渉段階において取得される。光検出セル９は、原子信号を検出するために使用される原子の共鳴蛍光を収集することができる。
【００５８】
その結果として、本発明に従って、反射器７のピラミッド形状は、第１に、反射器の表面の複数の反射によって、トラップ段階、及び原子冷却段階の間に、原子を捕捉することを可能にする。第２に、干渉段階の間に再帰反射構造において使用される第２のラマン二周波数レーザビームを生成するために、ラマン二周波数レーザビーム４を反射することを可能にする。
【００５９】
その結果、干渉センサのこれら２つの機能を果たす同一の反射器を使用することは、干渉センサの小型化を改良するという利点を有する。
【００６０】
原子検出の概念は、以下でより詳細に説明される。
【００６１】
尋問ののちに（after interrogation）、原子を検出するとき、レーザビームの第１の周波数は、Ｆ＝２の状態において蛍光によって原子を検出するために、ルビジウム８７のＦ＝２からＦ＝３などのサイクリング遷移に同調する。原子信号を標準化する必要がある場合、原子をリポンプ（repump）するために調整されたレーザビームの第２の周波数を使用することによって、Ｆ＝１において原子を最初に検出することが可能になる。したがって、これは検出するためにＦ＝２においてリポンプされる。
【００６２】
２つの方法を使用できる。
【００６３】
第１は、２つのクラウドＦ＝１、及びＦ＝２に空間的に分離することから成る。この場合、第１のレーザパルスは、Ｆ＝２において原子を停止し、Ｆ＝１に原子を残して、原子は落下し続ける。２つのクラウドが空間的に分離されるとき、レーザをリポンプする第２のレーザパルスは、異なる２つの検出器で２つのクラウドを画像化することによって、２つのクラウドの蛍光を同時に検出することが可能になる。
【００６４】
第２の方法は、同一の検出器による検出であるが、時間的に分離した検出である。この場合、第１のパルスは、Ｆ＝＋２で原子の蛍光を検出することが可能になる。次いでリポンプレーザを付加することによって、２つのレベルの蛍光の合計を測定することが可能になる。その結果、検出帯の高さは、１０ミリメートルに低減できる。
【００６５】
図２、及び図３を参照して、干渉原子の捕捉、及び測定を実行するための再帰反射ラマンビームの生成の双方を可能にする反射器７の複数の反射の概念をより詳細に説明する。
【００６６】
図２において、ピラミッド反射器７は、断面で示される。このようなピラミッド反射器７は、立方のくさびなどである。幾何学的には、全体的に符号４で示されるレーザビームが反射器７に到達するとき、反射器７からの出口において反射ビームＲが衝突ビームと反対の方向を有するように、衝突ビームＩは、第１時に面７ｂに反射し、第２時に反対の面７ａに反射する。したがって、衝突ビームＩが右円方法（right circular fashion）で偏光する場合、反射ビームＲは、右円方法で偏光するが、反対方向に伝播する。
【００６７】
このように、符号１２で全体的に参照される反射ビームは、衝突ビーム４の偏光と同一の偏光を有する。これによって、干渉センサにおいて原子干渉フリンジを取得することができる。
【００６８】
図３は、図２の対向面（opposite faces）７ａ、及び７ｂ、並びに他の２つの対向面７ｃ、及び７ｄが記載される反射器７の透視図である。図３において、レーザビーム４の複数の反射は、第１に再帰反射ラマンビーム１２を取得できるが、またピラミッド反射器７が形成するボリューム内に原子を捕捉できることが理解されるであろう。これは、複数の反射が、捕捉を保証する反対に伝播するビームを生成するためである。
【００６９】
ここで本発明に従う干渉センサの変形を説明する。
【００７０】
図４に示すように、本発明に係る１つの実施形態に従う干渉センサ１は、構造的に異なる反射器７とともに、図１を参照して説明される技術的要素を全て有する。
【００７１】
図４において、干渉センサ１は、切頂したピラミッド形状を備える反射器１３を上部に有する。したがって、反射器の上部１４は、反射器の中央において平坦であり、反射器の側面壁は、この中央部分１４に対応して傾斜する。
【００７２】
この実施形態において、反射部分の上部１４は、ラマンビームがこの部分に反射するときに、偏光の調整が可能なように４つからの１つのラムダ刃（lambda blade）、又は金属処理によって処理される。
【００７３】
図１〜３を参照して説明された反射器７と同様に、反射器１３は、原子を冷却するために原子を捕捉する機能を果たすとともに、干渉測定のために必要な第２のラマンビームを生成するために第１のラマンビームを反射する機能を果たす。
【００７４】
図５に示されるように、この実施形態において、上部１４などのような切頂ピラミッド１３の形の反射器の平坦部分の１つ、又は２つ以上に原子チップ１５を配置することが可能である。この原子チップは、原子とトラップし、かつボーズ・アインシュタイン凝縮体を作り出すように配置される。
【００７５】
ここで、図６を参照して、上述の干渉センサを有する複数軸システムの実施形態を説明する。
【００７６】
図６に示すように、本発明に係る実施形態に従うシステム１６は、垂直に配置され、かつ結合される２つの干渉センサ１ａ、及び１ｂを有する。干渉センサは、図１を参照して説明したようにできるが、図４に説明したように上部を切頂した反射器にもできる。
【００７７】
このように、具体的には加速度、及び回転であるいくつかの慣性の大きさへのアクセスを提示するレーザパルスシーケンスを確立することが可能になる。
【００７８】
本発明に従うシステム１６は、干渉センサ１ｂに結合する干渉センサ１ａを有する。好適には、２つのセンサは、垂直に配置される。
【００７９】
干渉センサ１ａは、トラップ１０ａに原子をトラップし、かつ干渉測定するために第２のラマンビームを生成するために、ラマンビーム４ａを複数の反射で反射することができる反射器７ａを有する。
【００８０】
同様に、干渉センサ１ｂは、トラップ１０ｂに原子をトラップし、かつ干渉測定するために第２のラマンビームを生成するために、ラマンビーム４ｂを複数の反射で反射することができる反射器７ｂを有する。
【００８１】
干渉測定は、レーザビーム４ａ、及び４ｂの経路の交点に配置される検出手段９によって、実行される。
【００８２】
システム１は、捕捉帯１０ａ、及び１０ｂにおいて原子を捕捉する勾配部分、並びに一定部分を有する磁界を生成するように配置されるコイル８によって囲まれる。
【００８３】
動作中、レーザ４ａ、及び捕捉帯１０ａから生じる低温原子による測定は、干渉計１ａの方向ｘにおける加速度へのアクセスが可能であり、レーザ４ｂ、及び捕捉帯１０ｂから生じる低温原子による測定は、干渉計１ｂの方向ｙにおける加速度へのアクセスが可能である。
【００８４】
さらに、レーザ４ａ、及び捕捉帯１０ｂから生じる低温原子による測定は、干渉計１ａの軸ｚに沿った回転速度へのアクセスが可能である。同様に、レーザ４ｂ、及び捕捉帯１０ａから生じる低温原子による測定は、干渉計１ａの軸ｚに沿った回転速度へのアクセスが可能である。
【００８５】
他の実施形態では、空間で垂直な３方向に搭載される上述の３つのセンサによる干渉システムを作り出すことが可能になる。この場合、慣性ベースで測定される、３つの回転、及び３つの加速度に対応する６つの慣性の大きさを作り出す。
【００８６】
上述の干渉センサを使用して、物質波重力計、加速度計、又はジャイロ計を形成できる。したがって、取得される装置は、いくつかの反射器及び／又はいくつかのレーザ源を省くことにより小型化されるという利点を有する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温原子干渉センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導ラマン遷移を使用する低温原子干渉センサ（cold-atom interferometry sensor）の動作概念は、米国特許第５２７４２３２号に詳細に説明される。これらの低温原子干渉センサは、良好な感度を有することが知られる。
【０００３】
このセンサにおいて、低温原子ソース（cold-atom source）の放射からの原子干渉フリンジを取得するために、異なる方向に伝播し、かつ異なる周波数を有する２つのレーザビームを取得する必要がある。
【０００４】
ラマンパルスに必要なこれら２つのレーザビームを取得するためには、反対に伝播するなどの別個の２つのレーザ源を使用するか、又は第１の二周波数レーザビーム（dual-frequency laser beam）を生成する単一源と、第２の二周波数ビームを生成するためにレーザビームを反射するように配置される反射器とを使用するかのいずれかが、可能である。
【０００５】
２つのラマンビームの間の相対的な収差が減少するので、２つのラマンパルスレーザビームを生成するために単一レーザ源、及び反射器を使用する第２の型のセンサは、良好な性能を有する利点がある。第２のラマン二周波数ビームを生成する反射器を使用するこの干渉センサは、仏国特許出願第２８４８２９６号などで説明される。
【０００６】
干渉センサが提供する測定の安定性を向上させるためには、低温原子を取得するための原子の冷却による速度の観点から、原子ソースの分散を低減する必要がある。このためには、低温原子を取得するために原子ソースから生じる原子を捕捉するように配置される捕捉手段が使用される。
【０００７】
より詳細には、本発明は、
原子ソースと、
第１のラマン二周波数レーザビームを生成できる二周波数レーザと、
第２のラマン二周波数レーザビームを生成するために、第１のラマン二周波数レーザビームを反射するように配置される反射器と、
を有し、第１のレーザビーム、及び第２のレーザビームは、原子ソースから取得する低温原子の放射からの原子干渉フランジを取得するために、異なる方向に伝播する低温原子干渉センサに関する。
【０００８】
このような低温原子干渉センサは、Florence YVER LEDUCによる名称を「低温原子慣性センサの特性（Characterisation of a cold-atom inertial sensor）」という２００４年の博士論文、又はB. Canuel、F.Leduc、D. Holleville、A. Gauguet、J.Fils、A. Virdis、A. Clairon、N. Dimarcq、Ch. J. Borde、A. Landragin、及びP. Bouyerによる「低温原子干渉を使用する６軸慣性センサ（Six-Axis Inertial Sensor Using Cold-Atom Interferometry）」（Phys. Rev. Lett. 97, 010402(2006)）などで説明される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この文献、及び従来において、センサは、低温原子を取得するために、原子ソースから生じる原子を捕捉するように配置される捕捉手段を有する。また公知のように、これらの捕捉手段は、空間で３つの方向に反対に伝播する６つのレーザで構成されるトラップを有する。
【００１０】
したがって、この低温原子干渉センサは、原子干渉を測定するために少なくとも１つのラマンレーザが必要となり、かつ良好な干渉測定値を利用可能にする低温原子を取得するために原子の捕捉をもたらすいくつかのレーザが必要となるという欠点を有する。
【００１１】
このため、従来の低温原子干渉センサは、複雑かつ大型である。
【００１２】
本発明が解決する課題は、上述のようにより小型化するようにより少ないレーザを必要する一方で、十分な測定値が可能である１つ、又は複数の低温原子センサを提供することである。
【００１３】
本発明に従うと、この課題は、もはや第２のラマンビームを生成する機能のみでなく、反射器の表面に第１のラマンビームの複数の反射することによって、低温原子を取得することを可能にする捕捉手段を形成する反射器を使用することによって、解決する。
【００１４】
より詳細には、上述の課題は、第１のビーム、及び第１のビームの複数の反射によって、低温原子を取得するために原子ソースから生じる原子を捕捉することが可能となるように、反射器の表面で第１のビームの複数の反射が可能になるようにも配置されるという事実によって、解決される。
【００１５】
このように本発明によると、反射器での複数の反射によって、第１のレーザビームが捕捉を提供するので、公知の装置で反対に伝播するレーザを形成する捕捉手段は、もはや必要ではない。その結果として、本発明に従う低温原子干渉センサは、ラマン遷移による干渉測定、及び低温原子を取得するための原子の捕捉の双方を実行するただ１つのレーザ源のみを必要とする。
【００１６】
低温原子を取得するトラップの分野において、Leeらによる刊行物「ピラミッド空洞ミラー、及び円錐空洞ミラーにおける単一ビーム原子トラップ（Single-beam atom trap in a pyramidal and conical hollow mirror）」（Optics Letters August 1996）が公知である。ここでは、ただ１つのレーザを使用して、反射器で原子をトラップし、冷却することが可能であることが教示される。しかしながら、この刊行物は、低温原子干渉センサには関連せず、特に、刊行物に記載された特定の原子トラップを形成する反射器が、低温原子干渉センサのラマンビームを反射する反射器として使用できることは、どこにも説明されていない。一方、本発明に従うと、原子の捕捉と、ラマンレーザビームの反射とをもたらすために使用される反射器は、実際には同一の反射器である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
ここで本発明の有利な実施形態を説明する。
【００１８】
上述の反射器の有利な特徴が、第１に説明される。
【００１９】
この反射器は、第１のビーム、及び反射器の表面における第１のビームの反射が、低温原子を取得するために、原子を捕捉するビーム対であって、反対に伝播するビーム対を構成するように配置できる。この場合、反射器は、第１のビーム、及び反射器の表面における第１のビームの反射が、反対に伝播する３対のビームを構成するように配置できる。この特徴によって、低温原子を取得するために、原子ソースから生じる原子の十分な捕捉が可能になる。
【００２０】
第１のビーム、及び反射器での第１のビームの反射によって、反射器のボリューム内に原子を捕捉できるように、反射器は、凸型反射器にすることができる。反射器のこの特徴によって、良好な捕捉を保証するために、第１のビームの反射を反射器の内部に向かわすことが可能になる。
【００２１】
具体的には、第１のビーム、及び反射器での第１のビームの反射によって、反射器が形成するボリュームにおいて原子を捕捉することが可能なように、反射器は、円錐形状（a conical or frutoconical shape）を有することができる。
【００２２】
具体的には、第１のビーム、及び反射器での第１のビームの反射によって、反射器が形成するボリュームにおいて原子を捕捉する反対に伝播する３対のビームを構成するように、反射器は、方形の横断面、又は切頂ピラミッド横断面を有するピラミッドを有することができる。反射器のこの具体的な形状は、良好な捕捉を保証する。
【００２３】
反射器は、第２のレーザビームが、第１のビームの伝播方向と反対の方向に伝播するように配置できる。好適には、反射器は、第２のビームは、第１のビームの偏光と同一の偏光を有するように配置できる。これによって、原子干渉フランジの取得が容易になる。
【００２４】
このために、反射器は、第１のビームの方向に垂直な平坦面を有する円錐形状、又は切頂形状を有することができる。平坦面は、平坦面で反射するビームが、第１のビームの偏光と同一の偏光を有するように処理される。
【００２５】
ここで、本発明に従うセンサの他の有利な特徴を説明する。
【００２６】
原子ソースは、磁気的にトラップされる超低温クラウド（ultra-cold１cloud）を作り出すために、反射器の平坦面の一方に提供される原子チップを有する。原子ソースのこの特徴によって、原子のトラップ、及び原子の冷却を改善する。
【００２７】
またセンサは、低温原子を光磁気的にトラップするように配置される磁気手段を有する。磁気手段は、低温原子が反射器のボリューム内にトラップされるように反射器に対して配置される。
【００２８】
また磁気手段は、原子干渉フランジを取得するために、低温原子を放射するように一定磁界を生成するように配置できる。
【００２９】
原子干渉フランジを取得するための低温原子の放射は、重力などによって実行できる。
【００３０】
原子ソースは、
加熱による脱離と、
光と、
冷却スポットの温度の制御と、
の方法の少なくとも１つによって、原子蒸気を生成できる。
【００３１】
この方法によって、原子蒸気の十分な生成が可能である。
【００３２】
好適には、センサは、真空チャンバと、真空チャンバ内に配置される反射器と、第１のレーサビームを真空チャンバに入力するように配置される伝播手段とを備えるセンサとを有する。
【００３３】
この場合、伝播手段は、第１のレーザに透明な窓を有することができる。
【００３４】
またセンサは、原子干渉フランジを検出するように配置される検出手段を有する。
【００３５】
これらの検出手段は、低温原子が放射する共鳴蛍光（resonance fluorescence）を検出するように配置される光検出セルなどを有する。
【００３６】
また本発明は、上述の第１の干渉センサと、上述の第２の干渉センサとを有するシステムに関する。第１のセンサは、第１のラマン二周波数レーザを有し、第２のセンサは、第２のラマン二周波数レーザを有する。第１のセンサの第１のレーザが生成するレーザビームは、第２のセンサの第２のレーザが生成するレーザビームの伝播方向と異なる伝播方向を有し、またこのシステムは、第１のレーザが生成するレーザビームの伝播方向、及び第２のレーザが生成するレーザビームの伝播方向の交点に配置される検出手段を有する。
【００３７】
またこのシステムは、上述の第３の干渉センサを有し、第３の干渉センサは、第３のラマン二周波数レーザを有し、第３のセンサが第３のレーザが生成するレーザビームは、第２のレーザが生成するレーザビームの伝播方向、及び第２のレーザが生成するレーザビームの伝播方向と異なる伝播方向を有する。検出手段は、第１のレーザが生成するビームの伝播方向、第２のレーザが生成するビームの伝播方向、及び第３レーザが生成するビームの伝播方向の交点に配置される。
【発明の効果】
【００３８】
このように、具体的には加速、及び回転である慣性の大きさへのアクセスを連続的に提示するレーザパルスシーケンスを確立することが可能である。
【００３９】
ここで本発明に係る詳細な実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態に従う低温原子干渉センサの横断面を示す図である。
【図２】本発明に従うセンサにおいて、ラマンビームを反射するように配置される反射器の詳細な横断面を示す図である。
【図３】本発明に従うセンサにおいて、ラマンビームを反射するように配置される反射器の透視図である。
【図４】本発明に係る実施形態に従う低温原子干渉センサの横断面を示す図である。
【図５】本発明に係る実施形態に従う低温原子干渉センサの実施形態において使用される原子チップとともに提供される切頂ピラミッド形の反射器を示す図である。
【図６】本発明に従って直交して結合される２つの干渉センサを有する複数軸システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図面において、反対のことが示さなれない限り、同一の参照は、類似する技術要素に関連する。
【００４２】
図１に示すように、本発明に従う干渉センサ１は、加熱され、かつ温度が制御されるソリッド貯蔵（solid reservoir）、すなわちディスペンサ（dispenser）の形式の原子ソース１１を有する。原子ソースは、ディスペンサ手段による熱の脱離、ＬＩＡＤ型の技術による光、又は冷却スポットの温度制御のいずれかによって、真空チャンバ６内に原子蒸気を取得することができるように配置される。真空チャンバ６は、横断面が正方形、又は円形にできるガラス管を有する。真空チャンバ６は、一端において窓５に近接し、他端において凸型反射器７に近接する。これは、以下でより詳細に説明される。好適には、反射器７は、基部が１センチメートルと５センチメートルの間であるピラミッド形状を有する。センサ１が被る可能性がある振動の影響を低減するために、反射器７は、ノイズを読み出す低レベル加速度計などを有する安定化システムに随意的に固定できる。
【００４３】
また干渉センサ１は、二周波数レーザ源２と、レーザ源２が生成するレーザ信号を成形するシステム３とを有する。二周波数レーザ源２、及び成形システム３は、要求される大きさ、及び偏光特性を有し、窓５を介して入力する第１のレーザビーム４を生成するために、公知の形式で互いに対向して配置される。具体的には、第１のレーザビームは、上述のピラミッド反射器７に適合するように１センチメートルと５センチメートルの間の大きさを有することができる。二周波数レーザ２が放射する２つの周波数は、ルビジウム８７の６８００ＭＨｚなどセンサ１に使用される原子の超微細構造の周波数によって分離される。
【００４４】
また干渉センサ１は、原子信号を検出するために共鳴蛍光を収集することができるように真空チャンバ６に配置される光検出セル９を有する。
【００４５】
真空チャンバ６は、８で示されるソレノイドに全体的に取り囲まれる。ソレノイド８は、部分的に励起できる。２つのコイルから成るソレノイド８の第１の部分８ａは、磁界勾配を作り出す。この磁界勾配によって、反射器７が形成するボリューム内部の捕捉帯において、原子の磁気的なトラップが可能になる。ソレノイド８の第２の部分８ｂは、真空チャンバ６内に均一な磁界を形成するために、ソレノイド８を補完する。
【００４６】
ここで本発明に従う干渉センサ１の機能を説明する。
【００４７】
動作中、本発明に従う干渉センサ１は、原子トラップ段階、原子放射段階、及び干渉を測定する干渉測定段階を作り出す。
【００４８】
原子ソース１１は、反射器７の真空チャンバ６の上部において、原子を解放する。
【００４９】
トラップ段階において、二周波数レーザビーム４は、窓５を通過し、真空チャンバ６に入力する。二周波数レーザビーム４は、ピラミッド反射器７において複数の反射を受ける。反射器の表面における複数の反射により、ピラミッド反射器７のために、原子は、原子ソースが解放した原子を冷却する空間で３つの方向に反対に伝播するする３つのビームに対応する６つのレーザビームの均等物によって捕捉される。したがって、６つのビームの均等物が捕捉する原子はまた、ソレノイド８の部分８ａが生成する勾配磁界によってトラップされる。その結果として、本発明に従って、反射器７自体は、次の立ち上げ段階（launch phase）で使用できる低温原子を生成するために原子の捕捉、及びトラップが可能である。
【００５０】
トラップ段階において、レーザビーム４は、２ｍＷ／ｃｍ2の流束などを有する。すなわち、ピラミッド反射器７の構造に従い１〜２５ｍＷの電力を有する。
【００５１】
レーザビーム４は、原子線に一致するように正確に働く（slaved、asservies）２つの周波数を有する二周波数である。２つの周波数は、同一の偏光、又は直角の偏光によって混合でき、問題の原子の超微細構造の周波数の差に近い値で分離される。
【００５２】
ソレノイド８の部分８ａが生成する磁界勾配は、トラップ段階において１０、及び２０ガウス／ｃｍの間である。
【００５３】
放射段階において、レーザ源は、立ち上げを支援するためにスイッチオン、又はスイッチオフできる。図１に示す垂直構造において、重力は、レーザ源２がスイッチオフのときに放射力の役割を果たす。他の構成では、レーザ源２がスイッチオンで維持される間、ソレノイド８の部分８ｂが生成する一定磁界は、放射力を作り出す。この場合、一定磁界は、１ガウス程度である。
【００５４】
放射段階において原子が放射されると、本発明に従う干渉センサは、干渉段階において、干渉測定を実行する。この段階では、レーザの調整は、放射段階における調整と異なる。レーザビーム４の大きさは、原子サンプルの大きさよりも大きく、レーザのエネルギ流束は、１００ｍＷ／ｃｍ程度である。ラマン二周波数レーザビーム４の２つの周波数は、垂直などの偏光によって混合され、問題の原子の超微細構造の周波数差に近い値で分離される。しかしながら、具体的には重力測定モードにおいて、垂直でない偏光を使用できる。２つの周波数は、段階で働く。すなわち、測定時間内に生じる段階のエラーは、１ラジアンよりも小さいようになる。
【００５５】
生成される磁界勾配は、反射器７の捕捉帯１０で原子をもはやトラップしないために、０である。ソレノイド８の部分８ｂが生成する一定磁界は、原子の経路において１００ｍガウス程度である。
【００５６】
原子干渉の分野においてそれ自体公知である方法において、異なる方向に伝播する第１のラマン二周波数レーザ、及び第２のラマン二周波数レーザビームは、低温原子の放射から原子干渉フリンジを取得することが可能である。原子干渉のこの概念は、米国特許第５２７４２３２号、Florence YVER LEDUCによる名称を「低温原子慣性センサの特性（Characterisation of a cold-atom inertial sensor）」という２００４年の上述の論文、又は上述の参照刊行物「低温原子干渉を使用する６軸慣性センサ（Six-Axis Inertial Sensor Using Cold-Atom Interferometry）」において説明される。
【００５７】
一般的に言えば、本発明に従うと、ラマン二周波数レーザビーム４は、反対方向に伝播する第２のラマン二周波数レーザビームを取得するために、反射器７で再帰反射される。次いで、干渉フリンジは、本発明に従う干渉センサ１によって、干渉段階において取得される。光検出セル９は、原子信号を検出するために使用される原子の共鳴蛍光を収集することができる。
【００５８】
その結果として、本発明に従って、反射器７のピラミッド形状は、第１に、反射器の表面の複数の反射によって、トラップ段階、及び原子冷却段階の間に、原子を捕捉することを可能にする。第２に、干渉段階の間に再帰反射構造において使用される第２のラマン二周波数レーザビームを生成するために、ラマン二周波数レーザビーム４を反射することを可能にする。
【００５９】
その結果、干渉センサのこれら２つの機能を果たす同一の反射器を使用することは、干渉センサの小型化を改良するという利点を有する。
【００６０】
原子検出の概念は、以下でより詳細に説明される。
【００６１】
尋問ののちに（after interrogation）、原子を検出するとき、レーザビームの第１の周波数は、Ｆ＝２の状態において蛍光によって原子を検出するために、ルビジウム８７のＦ＝２からＦ＝３などのサイクリング遷移に同調する。原子信号を標準化する必要がある場合、原子をリポンプ（repump）するために調整されたレーザビームの第２の周波数を使用することによって、Ｆ＝１において原子を最初に検出することが可能になる。したがって、これは検出するためにＦ＝２においてリポンプされる。
【００６２】
２つの方法を使用できる。
【００６３】
第１は、２つのクラウドＦ＝１、及びＦ＝２に空間的に分離することから成る。この場合、第１のレーザパルスは、Ｆ＝２において原子を停止し、Ｆ＝１に原子を残して、原子は落下し続ける。２つのクラウドが空間的に分離されるとき、レーザをリポンプする第２のレーザパルスは、異なる２つの検出器で２つのクラウドを画像化することによって、２つのクラウドの蛍光を同時に検出することが可能になる。
【００６４】
第２の方法は、同一の検出器による検出であるが、時間的に分離した検出である。この場合、第１のパルスは、Ｆ＝＋２で原子の蛍光を検出することが可能になる。次いでリポンプレーザを付加することによって、２つのレベルの蛍光の合計を測定することが可能になる。その結果、検出帯の高さは、１０ミリメートルに低減できる。
【００６５】
図２、及び図３を参照して、干渉原子の捕捉、及び測定を実行するための再帰反射ラマンビームの生成の双方を可能にする反射器７の複数の反射の概念をより詳細に説明する。
【００６６】
図２において、ピラミッド反射器７は、断面で示される。このようなピラミッド反射器７は、立方のくさびなどである。幾何学的には、全体的に符号４で示されるレーザビームが反射器７に到達するとき、反射器７からの出口において反射ビームＲが衝突ビームと反対の方向を有するように、衝突ビームＩは、第１時に面７ｂに反射し、第２時に反対の面７ａに反射する。したがって、衝突ビームＩが右円方法（right circular fashion）で偏光する場合、反射ビームＲは、右円方法で偏光するが、反対方向に伝播する。
【００６７】
このように、符号１２で全体的に参照される反射ビームは、衝突ビーム４の偏光と同一の偏光を有する。これによって、干渉センサにおいて原子干渉フリンジを取得することができる。
【００６８】
図３は、図２の対向面（opposite faces）７ａ、及び７ｂ、並びに他の２つの対向面７ｃ、及び７ｄが記載される反射器７の透視図である。図３において、レーザビーム４の複数の反射は、第１に再帰反射ラマンビーム１２を取得できるが、またピラミッド反射器７が形成するボリューム内に原子を捕捉できることが理解されるであろう。これは、複数の反射が、捕捉を保証する反対に伝播するビームを生成するためである。
【００６９】
ここで本発明に従う干渉センサの変形を説明する。
【００７０】
図４に示すように、本発明に係る１つの実施形態に従う干渉センサ１は、構造的に異なる反射器７とともに、図１を参照して説明される技術的要素を全て有する。
【００７１】
図４において、干渉センサ１は、切頂したピラミッド形状を備える反射器１３を上部に有する。したがって、反射器の上部１４は、反射器の中央において平坦であり、反射器の側面壁は、この中央部分１４に対応して傾斜する。
【００７２】
この実施形態において、反射部分の上部１４は、ラマンビームがこの部分に反射するときに、偏光の調整が可能なように４つからの１つのラムダ刃（lambda blade）、又は金属処理によって処理される。
【００７３】
図１〜３を参照して説明された反射器７と同様に、反射器１３は、原子を冷却するために原子を捕捉する機能を果たすとともに、干渉測定のために必要な第２のラマンビームを生成するために第１のラマンビームを反射する機能を果たす。
【００７４】
図５に示されるように、この実施形態において、上部１４などのような切頂ピラミッド１３の形の反射器の平坦部分の１つ、又は２つ以上に原子チップ１５を配置することが可能である。この原子チップは、原子とトラップし、かつボーズ・アインシュタイン凝縮体を作り出すように配置される。
【００７５】
ここで、図６を参照して、上述の干渉センサを有する複数軸システムの実施形態を説明する。
【００７６】
図６に示すように、本発明に係る実施形態に従うシステム１６は、垂直に配置され、かつ結合される２つの干渉センサ１ａ、及び１ｂを有する。干渉センサは、図１を参照して説明したようにできるが、図４に説明したように上部を切頂した反射器にもできる。
【００７７】
このように、具体的には加速度、及び回転であるいくつかの慣性の大きさへのアクセスを提示するレーザパルスシーケンスを確立することが可能になる。
【００７８】
本発明に従うシステム１６は、干渉センサ１ｂに結合する干渉センサ１ａを有する。好適には、２つのセンサは、垂直に配置される。
【００７９】
干渉センサ１ａは、トラップ１０ａに原子をトラップし、かつ干渉測定するために第２のラマンビームを生成するために、ラマンビーム４ａを複数の反射で反射することができる反射器７ａを有する。
【００８０】
同様に、干渉センサ１ｂは、トラップ１０ｂに原子をトラップし、かつ干渉測定するために第２のラマンビームを生成するために、ラマンビーム４ｂを複数の反射で反射することができる反射器７ｂを有する。
【００８１】
干渉測定は、レーザビーム４ａ、及び４ｂの経路の交点に配置される検出手段９によって、実行される。
【００８２】
システム１は、捕捉帯１０ａ、及び１０ｂにおいて原子を捕捉する勾配部分、並びに一定部分を有する磁界を生成するように配置されるコイル８によって囲まれる。
【００８３】
動作中、レーザ４ａ、及び捕捉帯１０ａから生じる低温原子による測定は、干渉計１ａの方向ｘにおける加速度へのアクセスが可能であり、レーザ４ｂ、及び捕捉帯１０ｂから生じる低温原子による測定は、干渉計１ｂの方向ｙにおける加速度へのアクセスが可能である。
【００８４】
さらに、レーザ４ａ、及び捕捉帯１０ｂから生じる低温原子による測定は、干渉計１ａの軸ｚに沿った回転速度へのアクセスが可能である。同様に、レーザ４ｂ、及び捕捉帯１０ａから生じる低温原子による測定は、干渉計１ａの軸ｚに沿った回転速度へのアクセスが可能である。
【００８５】
他の実施形態では、空間で垂直な３方向に搭載される上述の３つのセンサによる干渉システムを作り出すことが可能になる。この場合、慣性ベースで測定される、３つの回転、及び３つの加速度に対応する６つの慣性の大きさを作り出す。
【００８６】
上述の干渉センサを使用して、物質波重力計、加速度計、又はジャイロ計を形成できる。したがって、取得される装置は、いくつかの反射器及び／又はいくつかのレーザ源を省くことにより小型化されるという利点を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子ソース（１１）と、
第１のラマン二周波数レーザビーム（４、４a、４ｂ）を生成できる二周波数レーザ（２）と、
第２のラマン二周波数レーザビーム（１２）を生成するために、前記第１のラマン二周波数レーザビームを反射するように配置される反射器（７、１３）であって、前記第１のレーザビーム、及び第２のレーザビームは、前記原子ソースから取得される低温原子の放射から原子干渉フリンジを取得するために、異なる方向に伝播する反射器と、
を有し、前記反射器（７、１３）はまた、前記低温原子を取得するために、前記第１のビーム、及び前記第１のビームの複数の反射が、前記原子ソースから生じる前記原子を捕捉できるように、前記反射器の表面（７a、７ｂ、７ｃ、７ｄ、１４）における前記第１のビーム（４）の複数の反射を可能にするように配置されることを特徴とする低温原子干渉センサ（１、１ａ、１ｂ）。
【請求項２】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器の表面における前記第１のビームの前記反射が、前記低温原子を取得するために、前記原子を捕捉する反対に伝播するビームの対を構成するように配置される請求項１に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項３】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器の表面における前記第１のビームの前記反射が、反対に伝播する３対のビームを構成するように配置される請求項２に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項４】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器の表面における前記第１のビームの前記反射が、前記反射器のボリューム内に前記原子を捕捉することができるように、凸型反射器である請求項１〜３のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項５】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器における前記第１のビームの前記反射が、前記反射器に形成されるボリューム内に前記原子を捕捉することができるように、円錐形状を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項６】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器の表面における前記第１のビームの前記反射が、前記反射器に形成されるボリューム内に前記原子を捕捉するために、反対に伝播する３対のビームを構成するように、方形の横断面、又は切頂ピラミッド横断面を有する円錐形状である請求項５に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項７】
前記反射器は、前記第２のビームが、前記第１のビームの伝播の方向と反対の方向に伝播するように配置される請求項１〜６のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項８】
前記反射器は、前記第２のビームが、前記第１のビームの偏光と同一の偏光を有するように配置される請求項７に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項９】
前記反射器は、前記第１のビームの方向に垂直な平坦面（１４）を有する円錐形状、又は切頂ピラミッド形状を有し、前記平坦面（１４）は、前記平坦面において反射するビームが前記第１のビームの偏光と同一の偏光を有するように処理される請求項８に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１０】
前記原子ソースは、磁気的にトラップされる超低温クラウドを作り出すために、前記反射器の前記平坦面（１４）の１つに提供される原子チップ（１５）を有する請求項９に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１１】
前記センサはまた、前記低温原子を光磁気的にトラップするように配置される磁気手段（８、８a、８ｂ）を有し、前記磁気手段は、前記低温原子が前記反射器のボリューム内にトラップされるように前記反射器に対して配置される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１２】
前記磁気手段はまた、前記原子干渉フランジを取得するために、前記低温原子の放射をもたらすための一定磁界を生成するように配置される請求項１１に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１３】
前記原子干渉フランジを取得するための前記低温原子の前記放射は、重力により達成されることが可能な請求項１〜１２のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１４】
前記原子ソースは、
加熱による脱離と、
光と、
冷却スポットの温度の制御と、
の方法の少なくとも１つによって、原子蒸気を生成できる請求項１〜１３のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１５】
真空チャンバ（６）をも有し、前記反射器は、前記真空チャンバ内に配置され、前記第１のレーザビームを前記真空チャンバに入力するように配置される伝播手段（５）をも有する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１６】
前記伝播手段は、前記第１のレーザに透明な窓（５）を有する請求項１５に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１７】
前記原子干渉フリンジを検出するように配置される検出手段（９）をも有する請求項１〜１６のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１８】
前記検出手段は、前記低温原子が放射する共鳴蛍光を検出するように配置される光検出セルを有する請求項１７に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の第１の干渉センサ（１ａ）と、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の第２の干渉センサ（１ｂ）とを有し、前記第１のセンサは、ラマン二周波数レーザを有し、前記第２のセンサは、第２のラマン二周波数レーザを有するシステム（１６）であって、
前記第１のセンサの前記第１のレーザが生成するレーザビーム（４ａ）は、前記第２のセンサの前記第２のレーザが生成するレーザビーム（４ｂ）の伝播方向と異なる伝播方向を有し、前記第１のレーザが生成する前記レーザビーム（４ａ）の伝播方向、及び前記第２のレーザが生成する前記レーザビーム（４ｂ）の伝播方向の交点に配置される検出手段（９）をも有するシステム。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の第３の干渉センサをも有し、前記第３のセンサは、第３のラマン二周波数レーザを有し、前記第３のセンサの前記第３のレーザが生成するレーザビームは、前記第２のセンサの前記第２のレーザが生成するレーザビーム、及び前記第２のセンサの前記第２のレーザが生成するレーザビームと異なる伝播方向を有し、前記検出手段は、前記第１のレーザが生成する前記レーザビーム、前記第２のレーザが生成する前記レーザビーム、及び前記第３のレーザが生成する前記レーザビームの伝播方向の交点に配置される請求項１９に記載のシステム。
【請求項１】
原子ソース（１１）と、
第１のラマン二周波数レーザビーム（４、４a、４ｂ）を生成できる二周波数レーザ（２）と、
第２のラマン二周波数レーザビーム（１２）を生成するために、前記第１のラマン二周波数レーザビームを反射するように配置される反射器（７、１３）であって、前記第１のレーザビーム、及び第２のレーザビームは、前記原子ソースから取得される低温原子の放射から原子干渉フリンジを取得するために、異なる方向に伝播する反射器と、
を有し、前記反射器（７、１３）はまた、前記低温原子を取得するために、前記第１のビーム、及び前記第１のビームの複数の反射が、前記原子ソースから生じる前記原子を捕捉できるように、前記反射器の表面（７a、７ｂ、７ｃ、７ｄ、１４）における前記第１のビーム（４）の複数の反射を可能にするように配置されることを特徴とする低温原子干渉センサ（１、１ａ、１ｂ）。
【請求項２】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器の表面における前記第１のビームの前記反射が、前記低温原子を取得するために、前記原子を捕捉する反対に伝播するビームの対を構成するように配置される請求項１に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項３】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器の表面における前記第１のビームの前記反射が、反対に伝播する３対のビームを構成するように配置される請求項２に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項４】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器の表面における前記第１のビームの前記反射が、前記反射器のボリューム内に前記原子を捕捉することができるように、凸型反射器である請求項１〜３のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項５】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器における前記第１のビームの前記反射が、前記反射器に形成されるボリューム内に前記原子を捕捉することができるように、円錐形状を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項６】
前記反射器は、前記第１のビーム、及び前記反射器の表面における前記第１のビームの前記反射が、前記反射器に形成されるボリューム内に前記原子を捕捉するために、反対に伝播する３対のビームを構成するように、方形の横断面、又は切頂ピラミッド横断面を有する円錐形状である請求項５に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項７】
前記反射器は、前記第２のビームが、前記第１のビームの伝播の方向と反対の方向に伝播するように配置される請求項１〜６のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項８】
前記反射器は、前記第２のビームが、前記第１のビームの偏光と同一の偏光を有するように配置される請求項７に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項９】
前記反射器は、前記第１のビームの方向に垂直な平坦面（１４）を有する円錐形状、又は切頂ピラミッド形状を有し、前記平坦面（１４）は、前記平坦面において反射するビームが前記第１のビームの偏光と同一の偏光を有するように処理される請求項８に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１０】
前記原子ソースは、磁気的にトラップされる超低温クラウドを作り出すために、前記反射器の前記平坦面（１４）の１つに提供される原子チップ（１５）を有する請求項９に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１１】
前記センサはまた、前記低温原子を光磁気的にトラップするように配置される磁気手段（８、８a、８ｂ）を有し、前記磁気手段は、前記低温原子が前記反射器のボリューム内にトラップされるように前記反射器に対して配置される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１２】
前記磁気手段はまた、前記原子干渉フランジを取得するために、前記低温原子の放射をもたらすための一定磁界を生成するように配置される請求項１１に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１３】
前記原子干渉フランジを取得するための前記低温原子の前記放射は、重力により達成されることが可能な請求項１〜１２のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１４】
前記原子ソースは、
加熱による脱離と、
光と、
冷却スポットの温度の制御と、
の方法の少なくとも１つによって、原子蒸気を生成できる請求項１〜１３のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１５】
真空チャンバ（６）をも有し、前記反射器は、前記真空チャンバ内に配置され、前記第１のレーザビームを前記真空チャンバに入力するように配置される伝播手段（５）をも有する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１６】
前記伝播手段は、前記第１のレーザに透明な窓（５）を有する請求項１５に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１７】
前記原子干渉フリンジを検出するように配置される検出手段（９）をも有する請求項１〜１６のいずれか一項に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１８】
前記検出手段は、前記低温原子が放射する共鳴蛍光を検出するように配置される光検出セルを有する請求項１７に記載の低温原子干渉センサ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の第１の干渉センサ（１ａ）と、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の第２の干渉センサ（１ｂ）とを有し、前記第１のセンサは、ラマン二周波数レーザを有し、前記第２のセンサは、第２のラマン二周波数レーザを有するシステム（１６）であって、
前記第１のセンサの前記第１のレーザが生成するレーザビーム（４ａ）は、前記第２のセンサの前記第２のレーザが生成するレーザビーム（４ｂ）の伝播方向と異なる伝播方向を有し、前記第１のレーザが生成する前記レーザビーム（４ａ）の伝播方向、及び前記第２のレーザが生成する前記レーザビーム（４ｂ）の伝播方向の交点に配置される検出手段（９）をも有するシステム。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の第３の干渉センサをも有し、前記第３のセンサは、第３のラマン二周波数レーザを有し、前記第３のセンサの前記第３のレーザが生成するレーザビームは、前記第２のセンサの前記第２のレーザが生成するレーザビーム、及び前記第２のセンサの前記第２のレーザが生成するレーザビームと異なる伝播方向を有し、前記検出手段は、前記第１のレーザが生成する前記レーザビーム、前記第２のレーザが生成する前記レーザビーム、及び前記第３のレーザが生成する前記レーザビームの伝播方向の交点に配置される請求項１９に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１１−５２００９３（Ｐ２０１１−５２００９３Ａ）
【公表日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５０２３１（Ｐ２０１０−５５０２３１）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００９／０００２５２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１１８４８８
【国際公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（５０１０８９８６３）サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） (173)
【出願人】（５１０２４４７８７）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００９／０００２５２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１１８４８８
【国際公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（５０１０８９８６３）サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） (173)
【出願人】（５１０２４４７８７）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]