国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部[研究部主任 Yasuhiro Nakamura] Hajime Kinoshita，高频标准研究组首席研究员，Masanori Ishii，电磁场标准研究组首席研究员铯原子的共振现象测量电磁波强度的技术。
当铯原子接收到频率为92GHz的电磁波时，两个原子与电磁波产生共振能量状态之间定期重复转换这个转变的重复是拉比振动，它的频率与它接收到的电磁波的强度成正比。利用这种现象，无需使用天线就可以根据拉比振动频率确定电磁波的强度。 AIST开发了一种新的电磁波强度测量技术，该技术通过将铯气体密封在玻璃池中，使用激光精确测量电磁波产生的铯原子的拉比振动。
利用本次开发的技术，可以将填充铯气体的玻璃池做得更小，因此可以测量比待测电磁波波长以下约1cm的局部强度。空间分辨率的高电磁波强度使用普通天线进行测量很难实现这一点。此外，由于拉比振动是使用激光测量的，因此可以远距离无线测量。通过利用新开发的技术精确测量电磁波的强度分布，电磁环境测量（EMC测试）的进步以及空间电磁场的可视化。它还有望为电动汽车和通信设备的安全做出贡献，这些设备预计将在未来变得更加流行。
该技术的详细信息将于2016年7月13日在加拿大举行精密电磁测量会议2016 年公布 (CPEM2016)。
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| 利用铯原子拉比振动的电磁波测量系统 |
近年来，随着电动汽车和通讯设备的普及，电子设备的数量不断增加。另一方面，这些电子设备发出不必要的电磁波并对彼此产生负面影响的可能性被认为是一个问题。因此，为了安全地使用大量电子设备，需要准确了解设备周围的电磁波环境，并采取措施避免不必要的电磁辐射，使其不易受到电磁波的影响。然而，传统电磁传感器天线的空间分辨率通常受到其形状和尺寸的限制，使得难以对局部电磁环境进行详细测量。
AIST 使用天线等传统方法制定、管理和提供电磁场强度国家标准。这次，为了成为世界上第一个在不使用天线的情况下以高分辨率测量电磁波强度的技术，我们开发了一种利用铯原子共振现象的新技术。
这项研究和开发得到了日本学术振兴会（JSPS）科学研究资助金“基于量子力学的高频磁场测量”（2014-2017）和“使用Cs原子的MHz波段量子磁场传感器的研究和开发”（2016-2016）的支持。
当原子接收到特定频率的电磁波时，它们会在与电磁波共振的两种能态之间反复转变。这种现象称为拉比振荡，其频率为拉比频率拉比频率与电磁波强度之间存在比例关系，而比例常数由原子结构和基本物理常数决定，因此不取决于测量的人或时间。利用这一特性，无需使用天线即可通过测量拉比频率来确定电磁波的强度。
图1所示为新开发的电磁波强度测量技术的原理。将激光施加到铯原子上，铯原子响应电磁波而经历拉比振动，并检测作为透射光的调制分量出现的拉比频率。根据该拉比频率计算电磁波强度。在实际测量中，将一个充满铯气体的小玻璃池放置在所需的测量位置，通过使用检测激光高精度测量拉比频率，可以计算出玻璃池所在位置的电磁波强度。
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| 图1 测量电磁场强度原理 |
图2显示了通过用已知强度的电磁波照射玻璃池来测量拉比频率的结果。根据量子力学的理论，证实电磁波的强度与拉比频率成正比，并且可以通过测量铯原子的拉比频率来测量电磁波的强度。
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| 图2 铯原子拉比频率与电磁波强度的关系 |
图3左侧显示了测量的电磁波源发射的电磁波的强度分布。将玻璃池放置在电磁波源前面，并在改变其位置的同时进行测量。使用半导体激光器作为检测激光器，并且从与玻璃池移动的方向平行的方向进行照射。测量的电磁波强度的空间分布如图3右侧所示。该测量的空间分辨率为1厘米。
利用新开发的测量技术，密封在玻璃池中的铯气体充当电磁波传感器，因此不需要像一般电磁波测量所使用的天线。此外，由于使用激光来测量拉比频率，因此不需要金属电缆或光纤，并且可以从远程位置进行无线测量。请注意，由于检测激光较弱，因此不会影响拉比频率的测量。此外，由于玻璃池可以做得很小，因此可以进行电磁波强度的普通天线测量所无法进行的局部测量，从而可以以高空间分辨率测量电磁波强度。
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| 图3电磁波源发射的电磁波强度分布的测量和测量结果 |
这次，我们展示了使用频率为92GHz的电磁波开发的测量技术，但未来我们将通过从铯原子中存在的多种能态中适当选择与电磁波共振的两种能态，大大增加可测量的电磁波的频率范围。我们还旨在进一步提高测量精度和空间分辨率。