国立先进产业技术研究所 [院长：中钵良二]（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部 [研究主任：藤间一郎] 高频标准研究组 柳町真也 首席研究员 东京都立大学 [院长：上野淳]（以下简称“东京大学”）电子信息系统工学系系统设计学部副教授Shigeyoshi Goka，理光株式会社[代表董事山下义典]（以下简称“理光”）与原坂一宏、铃木伸、铃木良一郎合作，取得了非常稳定的长期业绩小原子钟
在小型原子钟中，相干布居捕获用于获取原子固有频率的信息(CPT：相干群体捕获)共振的共振现象，这种现象源于光与原子之间的相互作用。然而，长期时间和频率稳定性受到光移波动引起的频率波动的限制。这次，我们将介绍面发射激光器（VCSEL：垂直腔面发射激光器),光移高度稳定的原子钟有望有助于通过物联网网络进行无缝数据收集。该结果的详细内容发表在2020年3月10日的美国物理学会杂志上应用物理快报发布
该结果是新能源产业技术研究开发机构（以下简称“NEDO”）委托研究的结果。
带有模块实现的小型原子钟（左）以及放置在量子部分的 VCSEL 和 Cs 气室（右）
收集、分析和利用大数据以从海量数据中发现新知识的努力正在蓬勃发展。到目前为止，主要关注点是利用从人们那里获得的信息，例如客户的购买和搜索历史记录。近年来，由于低功耗广域网等低功耗通信技术的发展，我们正在迈向成熟的物联网时代，信息将从人类以外的各种物体传输，人们对从中获得的新知识抱有很高的期望。然而，如果信息附加的时间信息不准确，就会成为数据分析中的噪音，因此准确的时间信息变得越来越重要。到目前为止，时间信息是全球导航卫星系统一直被依赖，但有人指出，存在由于无线电波干扰和欺骗而伪造时间信息而导致的漏洞。如果物联网终端能够配备小型、稳定的原子钟，它们将能够自主诊断和纠正物联网终端使用时间的准确性，从而确保安全，这是全球导航卫星系统面临的问题。
AIST自1970年以来一直致力于铯原子钟的研发。目前，“1秒”是Cs原子的固有频率相关的持续时间，AIST正在为使用主要时间标准（AIST 新闻稿 2003 年 6 月 9 日、AIST 2011 年 8 月今日刊）。近年来，我们一直致力于小型原子钟的开发，以满足在实验室外不依赖全球导航卫星系统轻松、高精度同步时间信息的技术需求。 2015年，NEDO在“解决基础设施维护、管理和更新等社会问题的系统开发项目”下开始开发可安装在无线传感器终端上的紧凑型原子钟，迄今为止已经建立了降低功耗的技术。AIST 新闻稿 2019 年 2 月 19 日)。
通常，CPT 共振（一种量子干涉效应）用于驱动小型原子钟。 VCSEL半导体激光器采用频率调制，通过两个频率的输出激光与Cs原子相互作用产生CPT谐振。在此过程中，还发生了光移，导致Cs原子固有频率发生波动，阻碍了小型原子钟的长期稳定性。
这次，我们定量地阐明了VCSEL振荡波长的长期变化与光移的波动有关。然而，直接抑制光移波动会导致功耗增加。因此，基于半导体激光器的基本方程，我们开发了一种驱动方法，即使VCSEL振荡波长随时间变化，Cs原子的固有频率也不会改变。零交叉法并将其应用于小型原子钟（图1）。
图1光移波动抑制技术概述
11312_114216秒），我们成功实现了传统小型原子钟100倍的稳定性（图2）。
图2 传统产品与本次采用过零法开发的产品性能比较
未来，我们计划继续进行旨在使小型原子钟更加稳定的研究和开发。