研究グループは、消費電力が極めて低い小型の原子時計[用語1]を開発した。cm3という極小サイズを実現している。測位、新たな衛星ネットワークの実現を大きく加速させる可能性がある。(NEDO)の委託業務の結果得られたものである。開発の背景1927年に正確な時を刻む水晶振動子を用いる時計が発明された。それ以来、この仕組みは腕時計などにも搭載されて普及し、人々がお互いに正確な時刻を共有することが当たり前という社会システムを支える技術的根幹の一つとなっている。得られるとして、汎用な小型原子時計の実現に対する期待が年々高まっている。米国のGPSに代表される衛星測位システムでは、衛星間で時刻同期が必要で、原子時計を用いる事で安定的かつ高精度な測位が可能となる。基地局などの様々な機器で利用できる。ビル屋内、海底、トンネル、橋梁などGPSの届かない場所での大型構造物のモニタリング(高精度計測)に用いる複数センサ間の時刻同期や、複数の人工衛星を使った低軌道衛星コンステレーション[用語4]による地球規模インターネットの実現、自動車や航空機等の移動体における安定的かつ高精度な測位、またそれによる自動運転技術の実現が期待される。従来の原子にマイクロ波を照射する共振器を持つタイプの原子時計では、共振器の大きさでサイズが決まり小型化できない問題点があった。そこで、コヒーレントポピュレーショントラッピング(CPT)[用語5]を用いて、マイクロ波で変調したレーザー光を原子に照射するだけで時間の基準となる正確なマイクロ波周波数の検出が可能となり、これまで数百cm3のサイズだった原子時計を一桁以上小型化することができた。Clock)の開発に成功した(図1)。開発した小型原子時計は、消費電力を大幅に削減しながら、大型の原子時計とほぼ同等の1日で300万分の1秒以下の精度を達成した。[用語6]、周波数シンセサイザ、レーザーのドライバ回路、制御回路、セシウム133原子[用語7]へのレーザー光照射を行う量子部パッケージ(図2)で構成される。量子部パッケージCPTを利用した原子時計では、セシウム133原子に2つの周波数のレーザー光を照射する。Hz)に一致したときに、検出される光強度が最大となる。校正し、原子時計の基準となる非常に安定した周波数を作りだしている。mW以上の大きな電力を占める構成部位だった。mWの消費電力を達成した。CMOS集積回路さらに、新たな量子部パッケージの構造を採用し、ヒーターによる温度制御の際に、外部の温度が伝わりにくくなるような隔離機構を設けるとともに、パッケージ内部を金でコーティングした。より長期間での周波数安定性も改善した。cm3と非常に小型である。今回、105秒(約1日)の平均化時間で2.2×10-12の長期周波数安定度を達成した。一般的な水晶発振器を搭載した時計と比べ、約10万倍も正確な時計を実現した。機器への組み込みが可能である。貢献すると期待できる。この開発品は、5年後を目途に販売開始を目指す。)」という題目で発表が行われる。原子と電磁波の共鳴現象と、一般的な時計に利用される水晶発振器の周波数をリンクさせている時計。そのため、一般的な時計より精度の高い時計装置の実現が可能である。マイクロ波領域の電磁波を利用した原子時計では、セシウム(Cs)原子やルビジウム(Rb)原子が装置内に封入される。1つの発振器デバイスの信号を基準として種々の異なる周波数をもつ信号を発生させる回路、あるいはその回路を含む装置。Laser)、偏光光学素子、セシウム原子を封入したガスセル、受光素子からなる原子時計の心臓部に当たるデバイスで、原子共鳴信号の検出機構を小型のパッケージに集積化した。小さい電力で一定温度の安定性を実現するために、外部へ熱が伝わる経路を可能な限り遮断する隔離機構と、パッケージ内部を高真空で封止した断熱構造となっている。低軌道衛星は数時間周期で地球を周回しており、全世界をカバーするために、多数の衛星を軌道投入し協調動作をさせる。そのようなシステムを衛星コンステレーションと呼ぶ。原子と電磁波の共鳴現象の一種。セシウム原子に光を照射すると、通常であれば吸収が起きて透過光量は減少する。そこに2種類の周波数をもつ光を照射するとセシウム内で特殊な状態が生成され光の吸収量が減少し、すなわち透過光量が増加、共鳴現象が観測される。cm)の直接相互作用となる共鳴現象を利用するしかなかった。nm)の領域でも、原子と電磁波の共鳴現象の発現が可能となる。制御電圧を変えることにより出力周波数を調整できる水晶発振器。セシウム原子の同位体の中で、放射線を出さず、自然界で唯一安定して存在する原子である。DOIを追記しました。教職員向け(学内限定)。