CN107592112A - 量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体 - Google Patents

Abstract

本发明提供量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。该量子干涉装置包含：原子室模块，其包含封入有碱金属的原子室、射出对所述碱金属进行激励的光的光源、对所述原子室和所述光源进行加热的加热器；封装，其收纳所述原子室模块；以及控制部，其对所述加热器的驱动进行控制，使得所述光源成为设定温度，当设所述原子室模块与所述封装之间的热阻为R[℃/W]、所述设定温度为Tv[℃]、设定为比所述设定温度低的值的使用环境温度的上限值为Tout[℃]、所述光源的发热量为Qv[W]时，满足R≤(Tv‑Tout)/Qv。

Description

量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体

技术领域

本发明涉及量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。

背景技术

长期以来，作为具有高精度的振荡特性的振荡器，公知有基于铷、铯等碱金属的原子的能量跃迁而进行振荡的原子振荡器。通常，原子振荡器的工作原理大致分为利用光与微波的双重共振现象的方式、和利用基于波长不同的两种光的量子干涉效应(CPT：Coherent Population Trapping(相干布居俘获))的方式。其中，特别地，利用了CPT的方式的原子振荡器容易实现小型化以及低功耗化，因此，近年来，期待将该利用了CPT的方式的原子振荡器搭载于各种各样的设备。

例如，日本特开2014-157987号公报的原子振荡器具有：单元部，其包含光源、原子室、加热器等并且产生量子干涉效应；封装，其收纳单元部；以及支承部件，其在封装内将单元部支承于封装。在该原子振荡器中，通过抑制热从单元部经由支承部件传递到封装，实现了节电化。

但是，以往，当仅采用了像日本特开2014-157987号公报的原子振荡器那样尽可能提高了绝热性的封装构造时，存在当外部环境温度变高时，频率稳定度下降的问题。在利用了CPT的方式的原子振荡器中，一般情况下，使用Vcsel(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser：垂直空腔表面发射激光器)作为光源，但产生该问题是由于：因光源本身的发热而导致光源的温度上升，伴随于此，光源的波长变动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够发挥良好的频率特性的量子干涉装置以及原子振荡器，此外，提供具有该量子干涉装置的电子设备以及移动体。

上述目的通过下述本应用例来达成。

本应用例的量子干涉装置具有：原子室模块，其包含封入有碱金属的原子室、射出对所述碱金属进行激励的光的光源、对所述原子室和所述光源进行加热的加热器；封装，其收纳所述原子室模块；以及控制部，其对所述加热器的驱动进行控制，使得所述光源成为设定温度，当设所述原子室模块与所述封装之间的热阻为R[℃/W]、所述设定温度为Tv[℃]、设定为比所述设定温度低的值的使用环境温度的上限值为Tout[℃]、所述光源的发热量为Qv[W]时，满足R≤(Tv-Tout)/Qv的关系。

根据这样的量子干涉装置，即使使用环境温度(封装的外部的温度)为接近光源的设定温度的高温，也使因光源的发热而产生的热释放到封装，降低光源的伴随着温度上升的波长变动，其结果，能够发挥良好的频率特性。

在本应用例的量子干涉装置中，优选的是，所述原子室模块具有：支承部件，其配置于所述原子室与所述封装之间；以及挠性的布线基板，其包含将所述光源与所述封装电连接的布线，所述支承部件的热阻比所述布线基板的热阻。

相比于布线基板，支承部件容易相对于光源对称配置。因此，通过使支承部件的热阻比布线基板的热阻小，与使支承部件的热阻比布线基板的热阻大的情况相比，能够使因光源的发热而产生的热均匀地释放到封装。其结果，能够可靠地降低量子干涉装置的特性劣化。

在本应用例的量子干涉装置中，优选的是，当设所述原子室模块与所述封装之间的基于固体热传导的热阻为R1[℃/W]、所述原子室模块与所述封装之间的基于辐射的热阻为R2[℃/W]时，R1/R2为0.5以上2.0以下。

由此，能够实现原子室模块内的温度分布的均匀化。

在本应用例的量子干涉装置中，优选的是，所述R1比所述R2小。

由此，能够使因光源的发热而产生的热容易并且适度地释放到封装。

在本应用例的量子干涉装置中，优选的是，所述R1比所述R2大。

由此，例如，通过使原子室的一部分的温度降低，能够有意地使液体状或者固体的碱金属贮存于这一部分。

在本应用例的量子干涉装置中，优选的是，所述原子室模块具有：挠性的第1布线基板，其包含将所述光源与所述封装电连接的第1布线；光检测部，其对所述光进行检测；以及挠性的第2布线基板，其包含将所述光检测部与所述封装电连接的第2布线，所述第1布线的热阻比所述第2布线的热阻小。

由此，能够使因光源的发热而产生的热容易并且适度地释放到封装。

在本应用例的量子干涉装置中，优选的是，所述R在3000[℃/W]以上。

由此，能够使功耗变得极小(例如100mW以下)。

在本应用例的量子干涉装置中，优选的是，所述封装内的压力为1Pa以下。

由此，能够使原子室模块与封装之间的基于对流的热传导实质上消失，有效降低功耗，并且能够在关系式的计算上忽略原子室模块与封装之间的基于对流的热阻。

本应用例的原子振荡器具有：原子室模块，其包含封入有碱金属的原子室、射出对所述碱金属进行激励的光的光源、对所述原子室和所述光源进行加热的加热器；封装，其收纳所述原子室模块；以及控制部，其对所述加热器的驱动进行控制，使得所述光源成为设定温度，当设所述原子室模块与所述封装之间的热阻为R[℃/W]、所述设定温度为Tv[℃]、设定为比所述设定温度低的值的使用环境温度的上限值为Tout[℃]、所述光源的发热量为Qv[W]时，满足R≤(Tv-Tout)/Qv的关系。

根据这样的原子振荡器，即使使用环境温度(封装的外部的温度)为接近光源的设定温度的高温，也使因光源的发热而产生的热释放到封装，降低光源的伴随着温度上升的波长变动，其结果，能够发挥良好的频率特性。

本应用例的电子设备具有上述应用例的量子干涉装置。

根据这样的电子设备，由于包含了具有良好的频率特性的量子干涉装置，因此，能够发挥优异的可靠性。

本应用例的移动体具有上述应用例的量子干涉装置。

根据这样的移动体，由于包含了具有良好的频率特性的量子干涉装置，因此，能够发挥优异的可靠性。

附图说明

图1是示出第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。

图2是示出图1所示的原子振荡器所具有的封装部的剖视图。

图3是说明图2所示的原子室模块的图。

图4是示出将图3所示的第1布线基板展开成平面状的状态的图。

图5是示出将图3所示的第2布线基板展开成平面状的状态的图。

图6是说明第2实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)中的原子室模块的图。

图7是示出在利用了GPS卫星的定位系统中使用原子振荡器的情况下的概略结构的图。

图8是示出移动体的一例的图。

具体实施方式

以下，根据附图所示的优选的实施方式，对本发明的量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体进行详细说明。

1.原子振荡器(量子干涉装置)

首先，对作为本发明的量子干涉装置的一种的原子振荡器进行说明。此外，以下说明将本发明的量子干涉装置应用于原子振荡器的例子，但本发明的量子干涉装置不限于此，除了原子振荡器以外，例如也可以应用于磁传感器、量子存储器等。

＜第1实施方式＞

图1是示出本发明第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。

图1所示的原子振荡器1是利用了量子干涉效应(CPT：Coherent PopulationTrapping)的原子振荡器，该量子干涉效应是指产生了如下现象：当对碱金属原子同时照射特定的不同波长的2种共振光时，这2种共振光未被碱金属吸收而透过。另外，基于该量子干涉效应的现象也称为电磁感应透明(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)现象。

如图1所示，该原子振荡器1具有产生量子干涉效应的封装部10以及控制封装部10的控制部6。这里，封装部10具有原子室21、光源22、光学部件231、232(光学系统23)、光检测部24、加热器25、温度传感器26以及线圈27。此外，控制部6具有光源控制部61、温度控制部62以及磁场控制部63。首先，在以下对原子振荡器1的概略进行说明。

在该原子振荡器1中，光源22使光LL沿着光轴a经由光学部件231、232照射到原子室21，光检测部24检测透过了原子室21的光LL。

原子室21具有透光性，在原子室21内封入有碱金属(金属原子)。碱金属具有由互相不同的2个基态能级和激发能级构成的3能级系统的能级。此外，原子室21内的碱金属被加热器25加热，成为气体状态。此外，原子室21内的碱金属被从线圈27施加了期望的方向的磁场，进行塞曼分裂。

从光源22射出的光LL包含频率不同的2种光。当这2种光是频率差与相当于原子室21内的碱金属的2个基态能级间的能量差的频率一致的共振光对时，产生EIT现象。

光源控制部61根据光检测部24的检测结果，对从上述光源22射出的光LL所包含的2种光的频率进行控制，使得产生EIT现象。此外，光源控制部61具有根据光检测部24的检测结果来控制振荡频率的压控型石英振荡器(未图示)。而且，该压控型石英振荡器(VCXO)的输出信号被作为原子振荡器1的时钟信号而输出。

此外，温度控制部62根据温度传感器26的检测结果对加热器25的驱动进行控制，使得光源22成为设定温度。伴随于此，原子室21内也被控制为期望的温度。并且，磁场控制部63控制对线圈27的通电，使得线圈27产生的磁场恒定。

这样的控制部6优选设置于封装部10的外部，例如设置于未图示的在安装有封装部10的基板上安装的IC芯片上，使得光源控制部61、温度控制部62以及磁场控制部63分别避开热的影响，确保更正常的动作。另外，控制部6可以设置于封装部10。

以上，对原子振荡器1的概略进行了说明。以下，对封装部10进行详细叙述。

图2是示出图1所示的原子振荡器所具有的封装部的剖视图。图3是说明图2所示的原子室模块的图。图4是示出将图3所示的第1布线基板展开成平面状的状态的图。图5是示出将图3所示的第2布线基板展开成平面状的状态的图。此外，以下为了便于说明，将图2以及图3中的上侧称作“上”，将下侧称作“下”。

如图2以及图3所示，原子振荡器1所具有的封装部10具有原子室模块20以及收纳原子室模块20的封装3。这里，原子室模块20具有原子室单元2、将原子室单元2支承于封装3的支承部件5以及进行原子室单元2与封装3的电连接的布线部4。另外，可以在封装3的外侧根据需要来设置磁屏蔽件。此外，在图2以及图3中，为了便于说明，省略线圈27的图示。以下，依次说明封装部10的各部分。

〈原子室单元〉

原子室单元2包含原子室21、光源22、光学系统23、光检测部24、加热器25、温度传感器26、基板28、连接部件29以及盖部件30，并将它们单元化。具体而言，在基板28的上表面(一个面)上搭载有光源22、加热器25、温度传感器26以及连接部件29，原子室21、光学系统23以及光检测部24被保持于连接部件29上。此外，盖部件30被固定于连接部件29的外表面。

[原子室]

如图2以及图3所示，原子室21具有：主体部211，其具有柱状的贯通孔214；以及1对透光部212、213，它们封闭该贯通孔214的两侧的开口。由此，形成了封入有气体状的铷、铯、钠等碱金属的内部空间S。另外，可以根据需要，将氩、氖等的稀有气体、氮等的惰性气体作为缓冲气体与碱金属气体一起封入到内部空间S。另外，贯通孔214的横截面(与光轴a垂直的方向上的截面)、即内部空间S的横截面形状没有特别限定，例如可列举圆形、椭圆形、四边形等多边形等。

原子室21的各透光部212、213对来自光源22的光LL具有透过性。一个透光部212是供入射到原子室21内的光LL透过的“入射侧透光部”，另一个透光部213是供从原子室21内射出的光LL透过的“出射侧透光部”。

构成透光部212、213的材料只要对于所述光LL具有透过性，则没有特别限定，例如可举出玻璃材料、石英等。此外，构成主体部211的材料没有特别限定，可以是硅材料、陶瓷材料、金属材料、树脂材料等，也可以与透光部212、213同样地为玻璃材料、石英等。

而且，各透光部212、213与主体部211气密接合。由此，能够使原子室21的内部空间S成为气密空间。原子室21的主体部211与透光部212、213的接合方法可根据它们的构成材料来决定，没有特别限定，例如可以采用基于粘结剂的接合方法、直接接合法、阳极接合法等。

在以上说明的原子室21的周围设置有在图2以及图3中未图示的图1所示的线圈27。更具体而言，线圈27例如以构成螺线管型的方式由沿着原子室21的外周卷绕设置的线圈构成、或者以构成赫尔姆霍茨型的方式由隔着原子室21而相对设置的1对线圈构成。该线圈27具有对原子室21内的碱金属施加磁场的功能。由此，通过塞曼分裂，能够扩大原子室21内的碱金属原子正在简并的不同的多个能级间的间隙，提高分辨率。其结果，能够提高原子振荡器1的振荡频率的精度。

另外，线圈27产生的磁场可以是直流磁场或交流磁场中的任意一种磁场，也可以是叠加直流磁场和交流磁场而成的磁场。此外，线圈27可以设置于封装3内，也可以设置于封装的外部。

[光源]

光源22具有射出对原子室21中的碱金属原子进行激励的光LL的功能。该光源22只要能够射出包含上述那样的共振光对在内的光LL，则没有特别限定，例如，优选使用半导体激光器(垂直谐振器面发光激光器(VCSEL)等)等发光元件。

[光学系统]

光学系统23具有在上述光源22与原子室21之间的光LL的光路上设置的光学部件231、232。在本实施方式中，从光源22侧到原子室21侧依次配置有光学部件231、光学部件232。

光学部件231是减光滤光器(ND滤光器)。由此，能够调整(减少)入射到原子室21的光LL的强度。因此，即使在光源22的输出大的情况下，也能够使入射到原子室21的光LL成为期望的光量。

光学部件232是1/4波长板。由此，能够将来自光源22的光LL从线偏振光转换成圆偏振光(右圆偏振光或左圆偏振光)。通过使用成为圆偏振光的光LL，能够使实现期望的EIT现象的原子数增大，使期望的EIT信号的强度变大。其结果，能够提高原子振荡器1的振荡特性。

此外，在本实施方式中，在光源22与原子室21之间除了波长板和减光滤波器以外，还可以配置透镜、偏振光板等其它光学部件。此外，根据来自光源22的激励光的强度，也能够省略光学部件231。此外，光学部件231、232的排列顺序不限于上述顺序，是任意的。

[光检测部]

光检测部24具有检测透过原子室21内的光LL的强度的功能。该光检测部24只要能够检测上述那样的光LL，则没有特别限定，例如，可以使用太阳能电池、光电二极管等光检测器(受光元件)。

[加热器]

加热器25具有因通电而发热的发热电阻体(加热部)。该加热器25设置于基板28上。而且，来自加热器25的热经由基板28以及连接部件29传递到原子室21。由此，能够加热原子室21(更具体而言是原子室21中的碱金属)，使原子室21中的碱金属维持为期望浓度的气体状。此外，来自加热器25的热还经由基板28传递到光源22。由此，能够高精度地进行光源22的温度控制。

此外，加热器25与原子室21分开。由此，能够抑制由于对加热器25的通电而产生的不必要磁场对原子室21内的金属原子造成不良影响。

另外，只要能够对原子室21以及光源22进行加热，则加热器25的设置位置不限于上述位置，是任意的。此外，加热器25可以由设置位置不同的多个发热电阻体构成。

[温度传感器]

温度传感器26检测光源22、加热器25或者原子室21的温度。该温度传感器26没有特别限定，可以使用热敏电阻、热电偶等公知的各种温度传感器。而且，根据该温度传感器26的检测结果对上述加热器25的发热量进行控制。由此，能够使原子室21内的碱金属原子维持在期望的温度。

该温度传感器26设置于基板28上。因此，温度传感器26经由基板28检测光源22或者加热器25的温度。或者，温度传感器26经由基板28以及连接部件29检测原子室21的温度。另外，温度传感器26的设置位置不限于此，例如，可以设置在连接部件29上，也可以设置在加热器25上，或者设置在原子室21的外表面上。

[连接部件]

如图2所示，连接部件29由设置成隔着原子室21的一对连接部件291、292构成。连接部件291、292分别以避开光LL的通过区域的方式形成。此外，连接部件291、292与各个透光部212、213接触、或者经由导热性优异的粘接剂与各个透光部212、213接合。另外，对于连接部件291、292的形状，只要能够至少固定原子室21、光源22以及光检测部24的相对的位置关系，则不限于图示的形状。此外，连接部件291、292可以一体化，连接部件291、292也可以分别由多个部件构成。

这样，连接部件29分别将加热器25与各透光部212、213热连接。由此，通过连接部件291、292的热传导将来自加热器25的热传递到各透光部212、213，能够对各透光部212、213进行加热。并且，能够分离加热器25和原子室21。因此，能够抑制由于对加热器25的通电而产生的不必要磁场给原子室21内的碱金属原子带来不良影响。并且，由于能够减少加热器25的数量，因此，例如能够减少用于对加热器25通电的布线的数量，结果，能够实现原子振荡器1的小型化。另外，这里，“热连接”是指2个部件能够在它们之间以5％以下的损耗进行固体热传导的状态，不仅包含这2个部件接触的情况，也包含在它们2个之间夹设其它部件的情况。

这样的连接部件29的构成材料优选使用导热性优异的材料，例如金属材料。此外，连接部件29的构成材料优选使用非磁性的材料，使得不阻碍来自线圈27的磁场。

[盖部件]

盖部件30由板状或者片状的1对盖部件305、306构成。盖部件305、306设置为覆盖从上述1对连接部件291、292露出的原子室21、光源22等的侧方，并通过粘接剂等与连接部件291、292接合。

盖部件305、306对波长4μm的电磁波(即远红外线)的反射率分别为50％以上。由此，能够抑制原子室21或光源22与封装3之间的基于辐射的热传递。这样的盖部件305、306的构成材料例如可列举非磁性的金属材料。

[基板]

如图2以及图3所示，基板28具有支承上述光源22、加热器25、温度传感器26以及连接部件29等的功能。

此外，基板28将加热器25与连接部件29热连接，具有将来自加热器25的热传递到连接部件29的功能。由此，即使加热器25与连接部件29分离，也能够将来自加热器25的热传递到连接部件29。此外，由于光源22搭载于基板28，因此，能够使来自加热器25的热经由基板28传递到光源22，能够高精度地进行光源22的温度控制。

此外，基板28具有与光源22、加热器25、温度传感器26电连接的布线(未图示)。该布线与设置于基体31的上表面的多个内部端子(未图示)电连接。

这样的基板28的构成材料没有特别限定，例如可列举陶瓷材料、金属材料等，可以单独使用它们中的1种或者将2种以上组合使用。此外，在利用金属材料来构成基板28的情况下，出于防止基板28具有的布线发生短路等的目的，可以根据需要在基板28的表面设置例如由树脂材料、金属氧化物、金属氮化物等构成的绝缘层。

此外，与后述的封装3同样地，基板28的构成材料优选使用非磁性的材料，使得不阻碍来自线圈27的磁场。

另外，根据连接部件29的形状、加热器25的设置位置等，也可以省略基板28。该情况下，只要将加热器25设置在与连接部件29接触的位置即可。

〈封装〉

如图2以及图3所示，封装3具有收纳原子室模块20(即包含原子室单元2、布线部4以及支承部件5在内的构造体)的功能。另外，在封装3内可以收纳上述部件以外的部件。

该封装3具有板状的基体31(底座部)和有底筒状的盖体32(盖部)，盖体32的开口被基体31封闭。由此，形成了收纳原子室模块20的内部空间S1。这里，盖体32与原子室模块20分开。由此，能够降低原子室单元2与封装3之间的热干扰。

基体31经由支承部件5支承原子室单元2。此外，基体31构成刚性布线基板，在基体31的下表面设置有多个端子34。该多个端子34经由未图示的布线与设置于基体31的上表面的多个内部端子(未图示)电连接。

该基体31的构成材料没有特别限定，例如，可以使用树脂材料、陶瓷材料等，但优选使用陶瓷材料。由此，能够实现构成刚性布线基板的基体31，并且使内部空间S1的气密性优异。

这样的基体31与盖体32接合。基体31与盖体32的接合方法没有特别限定，例如可以使用钎焊、缝焊、能量束焊接(激光焊接、电子束焊接等)等。在本实施方式中，盖体32经由接缝环、低熔点玻璃、粘接剂等接合部件33与基体31接合。

此外，基体31与盖体32气密接合。即，内部空间S1是气密空间，相比大气压减压。特别地，在本实施方式中，内部空间S1是真空(1Pa以下)。由此，通过内部空间S1中的对流，能够降低原子室单元2、尤其是光源22的温度变化。此外，能够减小加热器25的功耗。

这种盖体32的构成材料没有特别限定，例如可以使用树脂材料、陶瓷材料、金属材料等。

另外，为了降低原子室模块20与封装3之间的辐射，可以在以上说明的封装3的内壁面上适当设置金属膜。作为该金属膜的构成材料，例如可列举铜(热反射率97.93％)、银(热反射率98.47％)、金(热反射率98.62％)、钛(热反射率78.04％)、铬(热反射率93.77％)、铁(热反射率87.09％)、钴(热反射率87.75％)、镍(热反射率92.38％)、铝(热反射率99.03％)、铱(热反射率98.73％)、铅(热反射率98.90％)等金属或包含它们中的至少1种的合金。

〈支承部件〉

支承部件5收纳于封装3内，具有将原子室单元2支承于封装3的基体31的功能。此外，支承部件5具有抑制原子室单元2与封装3之间的热传递的功能。由此，能够降低原子室单元2的各部分、尤其是原子室21或光源22与封装3之间的热传递，抑制原子室21或光源22与封装3的外部之间的热干扰。因此，能够高精度地进行原子室21或光源22等的温度控制。

如图2所示，该支承部件5具有竖立设置于基体31的上表面侧的多个脚部51、以及将多个脚部51的上端部彼此连结的板状的连结部52，连结部52的上表面与基板28连接。在图示的连结部52的上表面形成有凹部53或贯通孔(未图示)。由此，降低连结部52与基板28的接触面积并且提高支承部件5的热阻。

在这样构成的支承部件5中，能够使经由支承部件5的从原子室单元2朝向基体31的热的传递路径变长。因此，能够进一步降低原子室单元2、尤其是原子室21或光源22与封装3之间的热传递。

并且，支承部件5的构成材料只要是导热性较低、且能够确保支承部件5支承原子室单元2的刚性的材料，则没有特别限定，例如优选使用树脂材料、陶瓷材料等非金属，更加优选使用树脂材料。在主要利用树脂材料来构成支承部件5的情况下，能够提高支承部件5的热阻，此外，即使支承部件5的形状较复杂，也能够使用例如注塑成型等公知方法而容易地制造出支承部件5。尤其是，在主要利用树脂材料来构成支承部件5的情况下，能够容易地形成由热阻大的发泡体构成的支承部件5。此外，支承部件5的构成材料优选使用非磁性的材料，使得不阻碍来自线圈27的磁场。

这样，支承部件5配置于原子室单元2与封装3之间，将原子室21以及光源22一并地支承于封装3的基体31。因此，能够降低原子室21以及光源22与封装3之间的热传递。这里，支承部件5的从光源22侧朝向封装3侧的导热系数优选为0.1W·m-1·K-1以上40.0W·m-1·K-1以下，更优选为0.1W·m-1·K-1以上0.5W·m-1·K-1以下。由此，能够抑制原子室21以及光源22与封装3之间的经由支承部件5的热传导，能够减少原子室21以及光源22的温度变化的情况。

〈布线部〉

如图3所示，布线部4具有将基板28与基体31电连接的布线基板41、以及将光检测部24与基体31电连接的布线基板42。

布线基板41、42分别由挠性布线基板(FPC)构成。具体地说明，如图4所示，布线基板41具有基底膜411以及设置于基底膜411上的多个布线412。同样地，如图5所示，布线基板42具有基底膜421以及设置于基底膜421上的多个布线422。另外，虽未图示，但在布线基板41、42上设置有适当覆盖布线412、422的绝缘性的覆盖膜。此外，可以在布线基板41、42的层间设置粘接层。

基底膜411、421分别是呈片状的绝缘性的膜。基底膜411、421的构成材料各自没有特别限定，例如，可以使用聚酰亚胺树脂那样的树脂材料。

在这样的基底膜411、421上配置有多个布线412、422。在各布线412的一端部设置有与基体31电连接的多个端子414，在各布线412的另一端部设置有与基板28电连接的端子413。而且，多个布线412将封装3与温度传感器26、光源22以及加热器25电连接。此外，在各布线422的一端部设置有与基体31电连接的多个端子424，在各布线422的另一端部设置有与光检测部24电连接的端子423。而且，多个布线422将封装3与光检测部24电连接。

在图示中，各布线412、422呈直线状地延伸的形状。另外，从提高布线412、422的热阻的观点考虑，布线412、422可以具有呈蛇行的形状的部分。

这里，各布线422的长度比各布线412的长度长。此外，在本实施方式中，各布线412的宽度W1比各布线422的宽度W2大。由此，各布线412的热阻比各布线422的热阻小。另外，只要能够满足后述的关系式1，则布线412、422的宽度W1、W2不限于上述情况，例如，可以互相相等。此外，布线412、422的厚度可以互相相等也可以不同。

这样的布线412、422的构成材料各自没有特别限定，但优选使用金属材料，具体而言，优选使用例如金、铂、铜或者它们的合金。

(原子室模块与封装之间的热阻)

在具有以上说明的结构的封装部10中，如上所述，通过使封装3内的内部空间S1为真空并且使用具有优异的绝热性的支承部件5，实现了低功耗化。在此基础上，在封装部10中，通过使原子室模块20与封装3之间的热阻(热阻值)最优化，即使在比较高温的使用环境温度下，也能够发挥良好的频率稳定度。以下，对原子室模块20与封装3之间的热阻进行详细叙述。

如上所述，作为量子干涉装置的一种的原子振荡器1具有：原子室模块20，其包含封入有碱金属的原子室21、射出对碱金属进行激励的光LL的光源22、对原子室21和光源22进行加热的加热器25；封装3，其收纳原子室模块20；以及作为“控制部”的温度控制部62，其控制加热器25的驱动，使得光源22成为设定温度。

在这样的原子振荡器1中，原子室模块20与封装3之间的热阻越大，越能够降低原子振荡器1的功耗。但是，在仅使该热阻过大的情况下，当外部环境温度变高时，无法使光源22本身的发热所产生的热释放到外部，光源22的温度上升，伴随于此，来自光源22的光LL的波长变动。其结果，产生了频率稳定度下降的问题。

因此，在原子振荡器1中，当设原子室模块20与封装3之间的热阻为R[℃/W]、温度控制部62中的光源22的设定温度为Tv[℃]、温度控制部62中的设定为比光源22的设定温度低的值的使用环境温度的上限值为Tout[℃]、光源22的发热量为Qv[W]时，

满足R≤(Tv-Tout)/Qv的关系(以下，也简称为“关系式1”)。

根据这样的原子振荡器1，即使使用环境温度(封装3的外部的温度)为接近光源22的设定温度的高温，也使因光源22的发热而产生的热释放到封装3，降低光源22的伴随着温度上升的波长变动，其结果，能够发挥良好的频率特性。

另外，“使用环境温度的上限值Tout”只要是比温度控制部62中的光源22的设定温度低的值即可，但从兼顾低功耗化的观点考虑，优选该“使用环境温度的上限值Tout”与该设定温度的差为5℃以上20℃以下，更优选为10℃以上15℃以下。此外，根据与温度控制部62中的光源22的设定温度和实际产品上的要求的关系，具体的“环境使用温度的上限值Tout”优选为40℃以上60℃以下，该温度控制部62中的光源22的设定温度和实际产品上的要求与光源22所使用的发光元件的规格对应。此外，从光源22的低功耗化和小型化的观点考虑，发热量Qv优选为1mW以上5mW以下。

这里，原子室模块20与封装3之间的热阻R[℃/W]由基于固体热传导的热阻R1[℃/W]、基于辐射的热阻R2[℃/W]以及基于对流的热阻R3[℃/W]组成，满足(1/R)＝(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)的关系(以下，也简称为“关系式2”)。即，R＝(R1×R2×R3)/{(R1×R2)+(R2×R3)+(R1×R3)}。

原子室模块20与封装3之间的基于固体热传导的热阻R1由基于支承部件5中的固体热传导的热阻R11以及基于布线部4中的固体热传导的热阻R12组成。即，(1/R1)＝(1/R11)+(1/R12)，R1＝R11×R12/(R11+R12)。

此外，原子室模块20与封装3之间的基于辐射的热阻R2主要由基于原子室单元2的表面上的辐射的热阻组成。此外，原子室模块20与封装3之间的基于对流的热阻R3是基于经由封装3内的气体的热传导的热阻。

这里，封装3内的压力优选为1Pa以下。由此，能够使原子室模块与封装之间的基于对流的热传导实质上消失(换言之，使热阻R3与热阻R1、R2相比极大)，有效降低功耗，并且能够在上述关系式的计算上忽略原子室模块20与封装3之间的基于对流的热阻R3。

此外，如上所述，原子室模块20具有：支承部件5，其配置于原子室21与封装3之间；挠性的布线基板41(第1布线基板)，其包含将光源22与封装3电连接的布线412(第1布线)；光检测部24，其对光LL进行检测；以及挠性的布线基板42(第2布线基板)，其包含将光检测部24与封装3电连接的布线422(第2布线)。而且，布线412的热阻比布线422的热阻小。由此，能够使因光源22的发热而产生的热容易并且适度地释放到封装3。此外，优选支承部件5的热阻比布线基板41的热阻小。相比于布线基板41，支承部件5更容易相对于光源22对称配置。因此，通过使支承部件5的热阻比布线基板41的热阻小，与使支承部件5的热阻比布线基板41的热阻大的情况相比，能够使因光源22的发热而产生的热均匀地释放到封装3。其结果，能够可靠降低原子振荡器1的特性劣化。

此外，当设原子室模块20与封装3之间的基于固体热传导的热阻为R1[℃/W]、原子室模块20与封装3之间的基于辐射的热阻为R2[℃/W]时，R1/R2优选为0.5以上2.0以下，更优选为0.8以上1.5以下。由此，能够实现原子室模块20内的温度分布的均匀化。

这里，在热阻R1比热阻R2小的情况下，能够使因光源22的发热而产生的热容易并且适度地释放到封装3。另一方面，在热阻R1比热阻R2大的情况下，例如，通过使原子室21的一部分的温度变低，能够有意地使液体状或者固体状的碱金属贮存于这一部分。由此，能够降低液体状或者固体状的碱金属所导致的原子室21的特性变动。

此外，热阻R只要满足上述关系式1即可，但优选为3000[℃/W]以上，更优选为4000[℃/W]以上。由此，能够使功耗变得极小(例如100mW以下)。即，能够实现如下原子振荡器1，其能够实现低功耗化并且发挥高温下的良好的频率特性。

在满足这样的热阻R的基础上，优选热阻R1为4000[℃/W]以上9000[℃/W]以下，并且，热阻R2为5000[℃/W]以上11000[℃/W]以下。由此，能够实现原子室模块20内的温度分布的均匀化。以下，列举满足上述关系式1的具体例作为一例。

(具体例1)

例如，当设定温度Tv为60[℃]，上限值Tout为45[℃]，光源22的发热量Qv为3[mW]时，上述关系式1的右边为5000[℃/W]。另一方面，当设基于固体热传导的热阻R1为8200[℃/W]、基于辐射的热阻R2为10000[℃/W]时，根据上述关系式2，热阻R(关系式1的左边)为4500[℃/W]，满足上述关系式1。

(具体例2)

在上述具体例1中，在设上限值Tout为50[℃]的情况下，上述关系式1的右边为3333[℃/W]。另一方面，当设基于固体热传导的热阻R1为5000[℃/W]、基于辐射的热阻R2为10000[℃/W]时，根据上述关系式2，热阻R(关系式1的左边)为3333[℃/W]，满足上述关系式1。

(具体例3)

在上述具体例1中，在设上限值Tout为50[℃]的情况下，上述关系式1的右边为3333[℃/W]。另一方面，当设基于固体热传导的热阻R1为8200[℃/W]、基于辐射的热阻R2为5600[℃/W]时，根据上述关系式2，热阻R(关系式1的左边)为3328[℃/W]，满足上述关系式1。

＜第2实施方式＞

接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。

图6是说明本发明第2实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)中的原子室模块的图。

本实施方式的原子振荡器除了盖部件的结构不同以外，与上述第1实施方式同样。

另外，在以下的说明中，关于第2实施方式，以与上述实施方式的差异点为中心进行说明，关于同样的事项，省略其说明。此外，在图6中，对与上述实施方式同样的结构赋予同一标号。

图6所示的原子振荡器1A所具有的封装部10A具有收纳于封装3的原子室模块20A。该原子室模块20A具有包含盖部件30A的原子室单元2A。盖部件30A由板状或者片状的1对盖部件305A、306构成。布线基板41侧的盖部件305A设置为上下方向的长度比布线基板42侧的盖部件306短，并且形成供光源22从1对连接部件291、292之间露出的开口部307。由此，与上述第1实施方式相比，能够减小光源22与封装3之间的基于辐射的热阻。因此，能够使来自光源22的热容易并且适度地释放到封装3。而且，即使使支承部件5的热阻极大，也能够将原子室模块20A与封装3之间的整体热阻设定为满足上述关系式1。

通过以上说明的第2实施方式的原子振荡器1A，也能够发挥良好的频率特性。

2.电子设备

具有以上说明的本发明的量子干涉装置的原子振荡器1或者1A能够组入到各种电子设备中。

以下，对具有原子振荡器的电子设备的一例进行说明，该原子振荡器具有本发明的量子干涉装置。

图7是示出在利用了GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。

图7所示的定位系统100由GPS卫星200、基站装置300以及GPS接收装置400构成。

GPS卫星200发送定位信息(GPS信号)。

基站装置300具有：接收装置302，其经由例如设置在电子基准点(GPS连续观测站)的天线301，高精度地接收来自GPS卫星200的定位信息；以及发送装置304，其经由天线303发送由该接收装置302接收到的定位信息。

这里，接收装置302是具有上述本发明的原子振荡器1(或者原子振荡器1A)作为其基准频率振荡源的电子设备。这样的接收装置302由于包含了具有良好的频率特性的原子振荡器1(量子干涉装置的一种)，因此，能够发挥优异的可靠性。此外，由接收装置302接收到的定位信息被发送装置304实时地发送。

GPS接收装置400具有：卫星接收部402，其经由天线401接收来自GPS卫星200的定位信息；以及基站接收部404，其经由天线403接收来自基站装置300的定位信息。

另外，本发明的电子设备不限于上述设备，例如可以应用于智能电话、平板终端、时钟、移动电话、数字照相机、喷墨式喷出装置(例如喷墨打印机)、个人计算机(移动型个人计算机、笔记本型个人计算机)、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本(也包含带通信功能的)、电子词典、计算器、电子游戏设备、文字处理机、工作站、电视电话、防盗用电视监视器、电子望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、地面数字广播、移动电话基站等。

3.移动体

此外，具有上述那样的本发明的量子干涉装置的原子振荡器1或者1A能够组入到各种移动体中。

以下，对本发明的移动体的一例进行说明。

图8是示出本发明的移动体的一例的图。

图8所示的移动体1500具有车体1501和4个车轮1502，且构成为通过设于车体1501的未图示的动力源(发动机)而使车轮1502旋转。在这样的移动体1500中内置有原子振荡器1(或者原子振荡器1A)。而且，例如，未图示的控制部根据来自原子振荡器1的振荡信号对动力源的驱动进行控制。

这样的移动体由于包含了具有良好的频率特性的原子振荡器1或者1A(量子干涉装置的一种)，因此，能够发挥优异的可靠性。

以上，根据图示的实施方式，对本发明的量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明不限于此，例如，上述实施方式的各部分的结构可以置换为发挥相同功能的任意结构，此外，还可以附加任意结构。

此外，只要能够满足上述关系式1，则原子室模块只要至少包含原子室、光源以及加热器即可，此外，可以将各部分的结构置换为公知的结构。

Claims (10)

1.一种量子干涉装置，其中，该量子干涉装置包含：

原子室模块，其包含封入有碱金属的原子室、射出对所述碱金属进行激励的光的光源、对所述原子室和所述光源进行加热的加热器；

封装，其收纳所述原子室模块；以及

控制部，其对所述加热器的驱动进行控制，使得所述光源成为设定温度，

当设所述原子室模块与所述封装之间的热阻为R[℃/W]、所述设定温度为Tv[℃]、设定为比所述设定温度低的值的使用环境温度的上限值为Tout[℃]、所述光源的发热量为Qv[W]时，

满足R≤(Tv-Tout)/Qv。

2.根据权利要求1所述的量子干涉装置，其中，

所述原子室模块还包含：

支承部件，其配置于所述原子室与所述封装之间；以及

挠性的第1布线基板，其包含将所述光源与所述封装电连接的第1布线，

所述支承部件的热阻比所述第1布线基板的热阻小。

3.根据权利要求1或2所述的量子干涉装置，其中，

当设所述原子室模块与所述封装之间的基于固体热传导的热阻为R1[℃/W]、所述原子室模块与所述封装之间的基于辐射的热阻为R2[℃/W]时，

R1/R2为0.5以上2.0以下。

4.根据权利要求3所述的量子干涉装置，其中，

所述R1比所述R2小。

5.根据权利要求3所述的量子干涉装置，其中，

所述R1比所述R2大。

6.根据权利要求2所述的量子干涉装置，其中，

所述原子室模块还包含：

光检测部，其对所述光进行检测；以及

挠性的第2布线基板，其包含将所述光检测部与所述封装电连接的第2布线，

所述第1布线的热阻比所述第2布线的热阻小。

7.根据权利要求1或2所述的量子干涉装置，其中，

所述R为3000[℃/W]以上。

8.根据权利要求1或2所述的量子干涉装置，其中，

所述封装内的压力为1Pa以下。

9.一种电子设备，其中，该电子设备包含权利要求1所述的量子干涉装置。

10.一种移动体，其中，该移动体包含权利要求1所述的量子干涉装置。