CN108377149A - 原子振荡器和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及原子振荡器和电子设备，该原子振荡器具有：原子室，其封入有碱金属；发光元件，其射出向所述碱金属照射的光；受光元件，其接收透过了所述原子室的所述光，输出与所述光的受光强度对应的信号；以及透镜，其配置在所述发光元件与所述原子室之间，所述透镜的焦点与所述发光元件的射出所述光的部分的位置错开。
Description
技术领域
本发明涉及原子振荡器和电子设备等。
背景技术
作为具有较高的长期频率稳定度的振荡器，公知有根据铷、铯等碱金属原子的能量迁移而进行振荡的原子振荡器。
作为这样的原子振荡器，在日本特开2011-237401号公报中公开了包含垂直共振器面发光激光器、1/4波长板、气相室以及检测器的原子时钟。这里，1/4波长板、气相室以及检测器分别相对于垂直共振器面发光激光器的放射面倾斜地配置。由此，降低来自垂直共振器面发光激光器的光被1/4波长板、气相室和检测器反射而返回到垂直共振器面发光激光器的程度。
专利文献1：日本特开2011-237401号公报
但是，日本特开2011-237401号公报中记载的原子时钟存在如下的问题：1/4波长板、气相室和检测器的上述那样的倾斜的组装很难，其结果为，导致高成本化。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够实现低成本化并且提高振荡特性的原子振荡器，并且提供具有该原子振荡器的电子设备和移动体。
本应用例的原子振荡器具有：原子室，其封入有碱金属；发光元件，其射出向所述碱金属照射的光；受光元件，其接收透过了所述原子室的所述光，输出与其受光强度对应的信号；以及透镜，其配置在所述发光元件与所述原子室之间，所述透镜使所述光朝向所述原子室发散或会聚地射出。
根据这样的原子振荡器，由于配置在发光元件与原子室之间的透镜使来自发光元件的光朝向原子室发散或会聚地射出，因此即使该光被原子室、受光元件等反射，也能够使其反射光集聚在与发光元件(特别是射出光的部分)不同的位置。因此，能够减少该反射光作为返回光入射到发光元件的量，降低因返回光引起的发光元件的输出变动(波长变动、强度变动)。其结果为，能够提高原子振荡器的频率特性。并且，由于不需要使原子室、受光元件和透镜像专利文献1那样倾斜地配置，因此它们的组装变得容易，其结果为，也能够实现原子振荡器的低成本化。
本应用例的原子振荡器具有：原子室，其封入有碱金属；发光元件，其射出向所述碱金属照射的光；受光元件，其接收透过了所述原子室的所述光，输出与其受光强度对应的信号；以及透镜，其配置在所述发光元件与所述原子室之间，所述透镜的焦点相对于所述发光元件的射出所述光的部分在光轴方向上错开。
根据这样的原子振荡器，由于配置在发光元件与原子室之间的透镜在相对于发光元件的射出光的部分在光轴方向上错开的位置处具有焦点，因此即使该光被原子室、受光元件等反射，也能够使其反射光集聚在与发光元件(特别是射出光的部分)不同的位置。因此，能够减少该反射光作为返回光入射到发光元件的量，降低因返回光引起的发光元件的输出变动(波长变动、强度变动)。其结果为，能够提高原子振荡器的频率特性。并且，由于不需要使原子室、受光元件和透镜像专利文献1那样倾斜地配置，因此它们的组装变得容易，其结果为，也能够实现原子振荡器的低成本化。
在本应用例的原子振荡器中，所述透镜优选使所述光朝向所述原子室发散。
由此，与透镜使光朝向原子室会聚的情况相比，能够容易地降低返回光向发光元件入射的量。
本应用例的原子振荡器具有：原子室，其封入有碱金属；发光元件，其射出向所述碱金属照射的光；受光元件，其接收透过了所述原子室的所述光，输出与其受光强度对应的信号；以及透镜，其配置在所述发光元件与所述原子室之间，所述透镜使所述光朝向所述原子室沿着相对于所述透镜的光轴倾斜的方向射出。
根据这样的原子振荡器，由于配置在发光元件与原子室之间的透镜使来自发光元件的光朝向原子室沿着相对于透镜的光轴倾斜的方向射出，因此即使该光被原子室、受光元件等反射，也能够使其反射光集聚在与发光元件(特别是射出光的部分)不同的位置(在与透镜的光轴垂直的方向上错开的位置)。因此，能够减少该反射光作为返回光入射到发光元件的量，降低因返回光引起的发光元件的输出变动(波长变动、强度变动)。其结果为，能够提高原子振荡器的频率特性。
本应用例的原子振荡器具有：原子室，其封入有碱金属；发光元件，其射出向所述碱金属照射的光；受光元件，其接收透过了所述原子室的所述光，输出与其受光强度对应的信号；以及透镜，其配置在所述发光元件与所述原子室之间，所述发光元件的射出所述光的部分与所述透镜的光轴及其延长线分开。
根据这样的原子振荡器，由于使发光元件的射出光的部分与透镜的光轴及其延长线分开，因此即使该光被原子室、受光元件等反射，也能够使其反射光集聚在与发光元件(特别是射出光的部分)不同的位置(在与透镜的光轴垂直的方向上错开的位置)。因此，能够减少该反射光作为返回光入射到发光元件的量，降低因返回光引起的发光元件的输出变动(波长变动、强度变动)。其结果为，能够提高原子振荡器的频率特性。
在本应用例的原子振荡器中，优选具有配置在所述发光元件与所述透镜之间的减光滤光器。
由此，能够容易地实现照射到碱金属的光的强度的最优化。并且，返回光也穿过减光滤光器，因此能够进一步降低返回光向发光元件入射的量。
在本应用例的原子振荡器中，所述减光滤光器优选含有吸收所述光的物质。
由此，能够降低来自发光元件的光被减光滤光器反射而成为返回光的程度。
在本应用例的原子振荡器中，优选具有反射降低层，该反射降低层配置在所述减光滤光器上，降低所述光的反射。
由此，能够降低来自发光元件的光被减光滤光器表面反射而成为返回光的程度。
在本应用例的原子振荡器中，经过所述透镜的焦点且以所述光轴或其延长线为法线的面与所述发光元件的射出所述光的部分之间的距离优选为所述透镜的焦点深度以下。
由此，能够使发光元件与透镜之间的距离比较小，并且有效地降低返回光向发光元件入射的量。
在本应用例的原子振荡器中，优选具有收纳所述发光元件的封装体，所述封装体具有供所述光透过的窗部。
由此，能够与原子室独立地对发光元件进行温度调节，其结果为，能够容易地降低因发光元件的温度变动而引起的输出变动。
在本应用例的原子振荡器中，优选具有反射降低层，该反射降低层配置在所述窗部的靠所述发光元件侧的面上，降低所述光的反射。
由此，能够降低来自发光元件的光被窗部反射而成为返回光的程度。这里，收纳发光元件的封装体的窗部位于极其接近发光元件的位置，因此来自发光元件的光被该窗部反射时容易作为返回光入射到发光元件。因此，降低该窗部处的反射光是在降低返回光向发光元件入射的量的方面特别有效的。
在本应用例的原子振荡器中，所述窗部优选为减光滤光器。
由此，能够降低来自发光元件的光被减光滤光器反射而成为返回光的程度。并且，能够省略设置在封装体的外部的减光滤光器，也能够使原子振荡器的结构简化。
本应用例的电子设备具有上述应用例的原子振荡器。
根据这样的电子设备，能够获得原子振荡器的效果(例如优异的频率特性)而发挥优异的特性。
本应用例的移动体具有上述应用例的原子振荡器。
根据这样的移动体，能够获得原子振荡器的效果(例如优异的频率特性)而发挥优异的特性。
附图说明
图1是示出实施方式的原子振荡器的概略图。
图2是图1所示的原子振荡器的剖视图。
图3是图2所示的原子振荡器所具有的发光元件模块的剖视图。
图4是用于说明在聚光透镜的焦点上配置了发光元件的情况下的光路的示意图。
图5是用于说明图2所示的原子振荡器的光路的示意图。
图6是示出图4和图5所示的与光轴相距的距离(位置)与返回光的强度之间的关系的图表。
图7是示出减光滤光器的透过率为2％的情况下的各种条件(A～M)与返回光的强度之间的关系的图表。
图8是示出减光滤光器的透过率为10％的情况下的各种条件(A～M)与返回光的强度之间的关系的图表。
图9是示出聚光透镜的折射率为1.51的情况下的各种条件(A～M)与返回光的强度之间的关系的图表。
图10是用于说明图2所示的原子振荡器的光路的示意图。
图11是示出图4和图10所示的与光轴相距的距离(位置)与返回光的强度之间的关系的图表。
图12是示出各种条件(样品S1～S8)与返回光的强度之间的关系的图表。
图13是示出图5所示的原子振荡器的变形例的示意图。
图14是示出图10所示的原子振荡器的变形例的示意图。
图15是示出在利用了GPS卫星的定位系统中使用上述实施方式的原子振荡器的情况下的概略结构的图。
图16是示出移动体的实施方式的图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的实施方式对原子振荡器、电子设备和移动体进行详细说明。
1.原子振荡器
首先，对原子振荡器的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
对本实施方式的原子振荡器1进行说明。
图1是示出实施方式的原子振荡器的概略图。
图1所示的原子振荡器1是利用量子干涉效果(CPT：Coherent PopulationTrapping)的原子振荡器，该量子干涉效果是指产生在向碱金属原子同时照射特定的不同波长的2个共振光时该2个共振光没有被碱金属原子吸收而透过的现象。另外，该量子干涉效果所引起的现象也称为电磁感应透明化(EIT：Electromagnetically InducedTransparency)现象。
如图1所示，该原子振荡器1具有发光元件模块10、原子室单元20、设置在发光元件模块10与原子室单元20之间的光学系统单元30、对发光元件模块10和原子室单元20的动作进行控制的控制单元50。以下，首先，对原子振荡器1的概况进行说明。
发光元件模块10具有帕尔贴元件2、发光元件3以及温度传感器4。发光元件3射出包含频率不同的2种光在内的直线偏振光的光LL。并且，温度传感器4对发光元件3的温度进行检测。并且，帕尔贴元件2对发光元件3的温度进行调节(对发光元件3进行加热或冷却)。
光学系统单元30具有减光滤光器301、聚光透镜302(透镜)以及1/4波长板303。减光滤光器301使来自上述发光元件3的光LL的强度降低。并且，聚光透镜302对光LL的放射角度进行调整(例如使光LL接近平行光)。并且，1/4波长板303将包含在光LL中的频率不同的2种光从直线偏振光转换成圆偏振光(右圆偏振光或左圆偏振光)。
原子室单元20具有原子室201、受光元件202、加热器203、温度传感器204以及线圈205。
原子室201具有透光性，在原子室201内封入有碱金属。碱金属原子具有由彼此不同的2个基态能级和激励能级构成的三能级系统的能级。来自发光元件3的光LL经由减光滤光器301、聚光透镜302和1/4波长板303入射到原子室201。并且，受光元件202接收穿过了原子室201的光LL，输出与其受光强度对应的信号。
加热器203对原子室201内的碱金属进行加热，使该碱金属的至少一部分处于期望浓度的气体状态。并且，温度传感器204对原子室201的温度进行检测。线圈205对原子室201内的碱金属施加规定的方向的磁场，使该碱金属原子的能级进行塞曼分裂。当在像这样碱金属原子进行塞曼分裂的状态下上述圆偏振光的共振光对被照射到碱金属原子时，能够使得在碱金属原子进行了塞曼分裂的多个能级中的期望的能级的碱金属原子的数量比其他能级的碱金属原子的数量相对多。因此，发现期望的EIT现象的原子数增大，期望的EIT信号(伴随着EIT现象而在受光元件202的输出信号中表现的信号)变大，其结果为，能够提高原子振荡器1的振荡特性(特别是短期频率稳定度)。
控制单元50具有温度控制部501、光源控制部502、磁场控制部503以及温度控制部504。温度控制部501根据温度传感器204的检测结果而控制对加热器203的通电，以使得原子室201内成为期望的温度。并且，磁场控制部503控制对线圈205的通电，以使得线圈205所产生的磁场恒定。并且，温度控制部504根据温度传感器4的检测结果而控制对帕尔贴元件2的通电，以使得发光元件3的温度成为期望的温度(温度区域内)。
光源控制部502根据受光元件202的检测结果而控制来自发光元件3的光LL所包含的2种光的频率以产生EIT现象。这里，在这些2种光成为与原子室201内的碱金属原子的2个基态能级间的能量差相当的频率差的共振光对时，产生EIT现象。并且，光源控制部502具有电压控制型水晶振荡器(未图示)，输出该电压控制型水晶振荡器(VCXO)的输出信号作为原子振荡器1的输出信号(时钟信号)，其中该电压控制型水晶振荡器以与上述2种光的频率的控制同步而变得稳定的方式控制振荡频率。
以上，对原子振荡器1的概况进行了说明。以下，根据图2和图3对原子振荡器1的更具体的结构进行说明。
图2是图1所示的原子振荡器的剖视图。图3是图2所示的原子振荡器所具有的发光元件模块的剖视图。另外，以下，为了方便说明，将图2中的上侧也称为“上”，将下侧也称为“下”。
如图2所示，原子振荡器1具有发光元件模块10、原子室单元20、对发光元件模块10进行保持的光学系统单元30、一并支承原子室单元20和光学系统单元30的支承部件40、与发光元件模块10和原子室单元20电连接的控制单元50以及对它们进行收纳的封装体60。
(发光元件模块)
如图3所示，发光元件模块10具有帕尔贴元件2、发光元件3、温度传感器4以及对它们进行收纳的封装体5。
封装体5具备具有凹部511的基底51以及封堵凹部511的开口的盖子52，在基底51与盖子52之间形成有作为对帕尔贴元件2、发光元件3以及温度传感器4进行收纳的气密空间的内部空间S。这样的封装体5的内部空间S优选处于减压(真空)状态。由此，能够降低封装体5的外部的温度变化对收纳在内部空间S的发光元件3或温度传感器4等带来的影响，降低发光元件3或温度传感器4等的温度变动。另外，封装体5的内部空间S可以不处于减压状态，并且也可以封入有氮气、氦气、氩气等惰性气体。
作为基底51的构成材料，没有特别限定，可以使用具有绝缘性且适合使内部空间S为气密空间的材料(例如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆等氧化物系陶瓷、氮化硅、氮化铝、氮化钛等氮化物系陶瓷、碳化硅等碳化物系陶瓷等各种陶瓷等)。
并且，基底51具有阶梯部512，该阶梯部512形成为在比凹部511的底面靠开口侧且包围凹部511的底面的外周。在该阶梯部512上设置有未图示的多个连接电极(内部电极)。这些连接电极经由贯穿基底51的未图示的贯穿电极而与设置在基底51的外表面(图中下侧的面)上的多个外部安装电极61电连接。
作为外部安装电极61等的构成材料，没有特别限定，例如列举出金(Au)、金合金、铂(Pt)、铝(Al)、铝合金、银(Ag)、银合金、铬(Cr)、铬合金、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)、铌(Nb)、钨(W)、铁(Fe)、钛(Ti)、钴(Co)、锌(Zn)、锆(Zr)等金属材料。
并且，在基底51的盖子52侧的端面设置有框状(环状)的密封环53。该密封环53例如由科瓦铁镍钴合金等金属材料构成，通过钎焊等而与基底51接合。盖子52通过缝焊等经由这样的密封环53而与基底51接合。
盖子52具有呈板状的主体部54、设置在主体部54上的筒状的突出部55以及封堵形成在突出部55的内侧的孔551(开口)的窗部56。
作为主体部54的构成材料，没有特别限定，优选使用金属材料，其中，更优选使用线膨胀系数与基底51的构成材料近似的金属材料。因此，例如在使基底51为陶瓷基板的情况下，作为主体部54的构成材料优选使用科瓦铁镍钴合金等合金。
突出部55在其内侧具有与上述主体部54的孔541连通的孔551以及相对于孔551位于孔541的相反侧且与孔551连通的孔552。这些孔551、552分别使来自发光元件3的光LL的至少一部分穿过。这里，孔552的宽度(直径)比孔551的宽度(直径)大，由此，在孔551与孔552之间形成阶梯部553。该阶梯部553与上述主体部54的板面540平行。另外，阶梯部553也可以相对于主体部54的板面540倾斜。
作为这样的突出部55的构成材料，可以与主体部54的构成材料不同，但优选使用线膨胀系数与主体部54的构成材料近似的金属材料，更优选为与主体部54的构成材料相同。并且，突出部55与主体部54分体形成，可以通过公知的接合方法来接合(固定)，也可以使用模具等而与主体部54一体(共同)形成。
在这样的封装体5中，在孔552的内部设置有供光LL透过的由板状的部件构成的窗部56。该窗部56通过公知的接合法而接合在上述阶梯部553上，封堵上述突出部55的孔551在孔552侧的开口。这里，由于像上述那样阶梯部553与主体部54的板面540平行，因此，与之相伴，窗部56的发光元件3侧的面56a也与主体部54的板面540平行。另外，窗部56也可以与上述阶梯部553同样地相对于主体部54的板面540倾斜。
作为这样的窗部56的构成材料，没有特别限定，例如列举出玻璃材料等。另外，窗部56可以是透镜、减光滤光器等光学构件，在窗部56的面56a上例如也可以具有后述的反射降低层57这样的功能性膜。
这样的盖子52使主体部54及突出部55卡合于后述的光学系统单元30的保持器304而被定位。更具体地说，通过使主体部54的板面540与保持器304的定位面306抵接，而实现盖子52在光LL的射出方向上的定位。并且，在突出部55被插入到保持器304的贯穿孔305内的状态下，突出部55的侧面与贯穿孔305的内壁面抵接，由此实现盖子52在光LL的射出方向上的定位。并且，像这样使主体部54和突出部55与保持器304接触，由此，也能够通过由金属材料构成的具有散热性的保持器304的散热来降低盖子52的温度。
在这样的封装体5的基底51的凹部511的底面上配置有帕尔贴元件2。帕尔贴元件2通过例如粘接剂而固定于基底51。帕尔贴元件2具有：一对基板21、22以及设置在这些基板21、22间的接合体23。基板21、22分别由金属材料、陶瓷材料等在热传导性上优异的材料构成。并且，根据需要，在基板21、22的表面上分别设置有绝缘膜。
这样的帕尔贴元件2经由未图示的布线(包含键合线的布线)而与设置于封装体5中的连接电极(未图示)电连接。并且，在帕尔贴元件2中，根据因通电而由接合体23产生的帕尔贴效果，使基板21、22中的一方的基板为发热侧，使另一方的基板为吸热侧。这里，帕尔贴元件2能够根据所供给的电流的朝向而切换基板21为发热侧且基板22为吸热侧的状态以及基板21为吸热侧且基板22为发热侧的状态。因此，即使环境温度的范围宽，也能够将发光元件3等的温度调节成期望的温度(目标温度)。由此，能够进一步降低因温度变化带来的不良影响(例如光LL的波长变动)。这里，发光元件3的目标温度是根据发光元件3的特性而决定的，没有特别限定，例如为30℃以上40℃以下的程度。
发光元件3例如为垂直共振器面发光激光器(VCSEL)等半导体激光器。半导体激光器通过在直流偏置电流中叠加高频信号(进行调制)而使用，能够射出波长不同的2种光。在本实施方式中，从发光元件3射出的光为直线偏振光。该发光元件3经由未图示的布线(包含键合线的布线)而与设置于封装体5的连接电极(未图示)电连接。
温度传感器4例如是热敏电阻、热电偶等温度检测元件。该温度传感器4经由未图示的布线(包含键合线的布线)而与设置于封装体5的连接电极(未图示)电连接。
(光学系统单元)
如图2所示，光学系统单元30具有减光滤光器301、聚光透镜302、1/4波长板303以及对它们进行保持的保持器304。这里，保持器304具有两端开口的贯穿孔305。该贯穿孔305是光LL的穿过区域，在贯穿孔305内依次配置有减光滤光器301、聚光透镜302以及1/4波长板303。减光滤光器301、聚光透镜302以及1/4波长板303分别通过未图示的粘接剂等而固定于保持器304。这样的保持器304例如由铝等金属材料构成，具有散热性。
如上所述，减光滤光器301具有降低来自发光元件3的光LL的强度的功能。作为减光滤光器301，没有特别限定，可以是吸收型或反射型中的任意一种。并且，聚光透镜302具有对光LL的放射角度进行调整的(例如使光LL接近平行光)功能。由此，能够降低在原子室201内光LL的功率密度按照行进方向变化的程度，抑制EIT信号的线宽的扩展。其结果为，能够提高原子振荡器1的振荡特性(特别是短期频率稳定度)。并且，1/4波长板303具有将光LL所包含的频率不同的2种光从直线偏振光转换成圆偏振光(右圆偏振光或左圆偏振光)的功能。由此，能够通过与来自线圈205的磁场的相互作用而增大EIT信号的强度。
另外，光学系统单元30能够根据来自发光元件3的光LL的强度等而省略减光滤光器301。并且，光学系统单元30也可以具有减光滤光器301、聚光透镜302以及1/4波长板303以外的光学元件。并且，减光滤光器301、聚光透镜302以及1/4波长板303的配置顺序没有限定于图示的顺序，是任意的。并且，减光滤光器301、聚光透镜302以及1/4波长板303各自的姿势是任意的。
(原子室单元)
原子室单元20具有原子室201、受光元件202、加热器203、温度传感器204、线圈205以及对它们进行收纳的封装体206。
在原子室201内封入有气体状的铷、铯、钠等碱金属。并且，也可以根据需要，将氩气、氖气等稀有气体、氮气等惰性气体作为缓冲气体而与碱金属气体一同被封入在原子室201内。
原子室201具有：具有贯穿孔的柱状的躯体部2011、形成将该躯体部2011的贯穿孔的两开口封锁而进行气密密封的内部空间的一对窗部2012、2013。这里，入射到原子室201内的光LL透过一方的窗部2012，从原子室201内射出的光LL透过另一方的窗部2013。因此，作为各窗部2012、2013的构成材料，只要对于光LL具有透过性即可，没有特别限定，例如列举出玻璃材料、水晶等。另一方面，作为躯体部2011的构成材料，没有特别限定，列举出金属材料、玻璃材料、硅材料、水晶等，但根据加工性和与各窗部2012、2013的接合的观点来看，优选使用玻璃材料、硅材料。并且，躯体部2011与各窗部2012、2013的接合方法是根据这些构成材料而决定的，没有特别限定，例如能够使用直接接合法、阳极接合法、熔融接合法、光学接合法等。
受光元件202相对于原子室201配置在发光元件模块10的相反侧。作为该受光元件202，只要能够对透过了原子室201内的光LL(共振光对)的强度进行检测，就没有特别限定，例如列举出光电二极管等光检测器(受光元件)。
虽然未图示，加热器203例如配置在上述原子室201上，或者经由金属等热传导性部件而与原子室201连接。作为该加热器203，只要能够对原子室201(更具体而言为原子室201内的碱金属)进行加热，就没有特别限定，例如列举出具有发热电阻体的各种加热器、帕尔贴元件等。
虽然未图示，温度传感器204例如配置在原子室201或加热器203的附近。作为该温度传感器204，只要能够对原子室201或加热器203的温度进行检测，就没有特别限定，例如列举出热敏电阻、热电偶等公知的各种温度传感器。
虽然未图示，线圈205例如是沿着原子室201的外周卷绕设置的螺线管型的线圈、或者经由原子室201而对置的赫尔姆霍茨型的一对线圈。该线圈205在原子室201内产生沿着光LL的光轴的方向(平行的方向)的磁场。由此，能够通过塞曼分裂对原子室201内的碱金属原子退化的不同的能级间的间隙进行扩展，而提高分辨率，减小EIT信号的线宽。另外，线圈205所产生的磁场可以是直流磁场或交流磁场中的任意的磁场，也可以是使直流磁场与交流磁场叠加的磁场。
虽然未图示，封装体206例如具有板状的基体以及与该基体接合的盖体，在它们之间形成有对上述原子室201、受光元件202、加热器203、温度传感器204以及线圈205进行收纳的气密空间。这里，基体直接或间接地支承原子室201、受光元件202、加热器203、温度传感器204以及线圈205。并且，在基体的外表面上设置有与受光元件202、加热器203、温度传感器204以及线圈205电连接的多个端子。另一方面，盖体呈一端部开口的有底筒状，该开口被基体封堵。并且，在盖体的另一端部(底部)设置有对于光LL具有透过性的窗部207。
作为这样的封装体206的基体和盖体的窗部207以外的部分的构成材料，没有特别限定，例如列举出陶瓷、金属等。并且，作为窗部207的构成材料，例如列举出玻璃材料等。并且，作为基体与盖体的接合方法，没有特别限定，例如列举出钎焊、缝焊、能量线焊接(激光器焊接、电子线焊接等)等。并且，优选为封装体206内比大气压进一步被减压。由此，能够简单且高精度地控制原子室201的温度。其结果为，能够提高原子振荡器1的特性。另外，在没有使封装体206内成为气密空间的情况下，窗部207可以省略。
(支承部件)
支承部件40呈板状，在其一方的面上载置有上述原子室单元20和光学系统单元30。该支承部件40具有按照光学系统单元30的保持器304的下表面的形状的设置面401。在该设置面401上形成有阶梯部402。该阶梯部402与保持器304的下表面的阶梯部卡合，限制保持器304向原子室单元20侧(图2中右侧)移动。同样，支承部件40具有按照原子室单元20的封装体206的下表面的形状的设置面403。在该设置面403上形成有阶梯部404。该阶梯部404与封装体206的端面(图2中左侧的端面)卡合，限制封装体206向光学系统单元30侧(图2中左侧)移动。
这样，能够通过支承部件40来限定原子室单元20和光学系统单元30的相对的位置关系。并且，由于发光元件模块10固定于保持器304，因此发光元件模块10相对于原子室单元20和光学系统单元30的相对的位置关系也被限定。这里，封装体206和保持器304分别通过未图示的螺钉等固定部件而固定于支承部件40。并且，支承部件40通过未图示的螺钉等固定部件而固定于封装体60。并且，支承部件40例如由铝等金属材料构成，具有散热性。由此，能够有效地进行发光元件模块10的散热。
(控制单元)
如图2所示，控制单元50与发光元件模块10及原子室单元20相邻设置。该控制单元50具有电路基板505、设置在电路基板505上的2个连接器506a、506b、与发光元件模块10连接的刚性布线基板507a、与原子室单元20连接的刚性布线基板507b、将连接器506a和刚性布线基板507a连接的柔性布线基板508a、将连接器506b和刚性布线基板507b连接的柔性布线基板508b以及贯穿电路基板505的多个引线引脚509。
这里，在电路基板505中设置有IC(Integrated Circuit：集成电路)芯片(未图示)，该IC芯片作为上述温度控制部501、光源控制部502、磁场控制部503和温度控制部504而发挥功能。并且，电路基板505具有供上述支承部件40贯穿插入的贯穿孔5051。并且，电路基板505经由多个引线引脚509而支承于封装体60。多个引线引脚509分别贯穿封装体60的内外，与电路基板505电连接。
另外，将电路基板505和发光元件模块10电连接的结构以及将电路基板505和原子室单元20电连接的结构不限于图示的连接器506a、506b、刚性布线基板507a、507b以及柔性布线基板508a、508b，也可以分别是其他公知的连接器和布线。
封装体60例如由科瓦铁镍钴合金等金属材料构成，具有磁屏蔽性。由此，能够降低外部磁场对原子振荡器1的特性带来不良影响的情况。另外，封装体60内可以被减压，也可以是大气压，但优选为气密空间。
在以上这样的原子振荡器1中，从发光元件3射出的光LL依次透过窗部56、减光滤光器301、聚光透镜302、1/4波长板303以及原子室201，而由受光元件202接收。此时，当光LL的一部分被窗部56、减光滤光器301、聚光透镜302、1/4波长板303、原子室201以及受光元件202中的至少1个反射而作为返回光高强度地入射到发光元件3时，有可能带来发光元件3的输出变动(波长变动、强度变动)。因此，原子振荡器1具有能够降低这样的返回光的强度的结构。以下，对该结构进行详细说明。
(发光元件的光路)
图4是用于说明在聚光透镜的焦点上配置发光元件的情况下的光路的示意图。图5是用于说明图2所示的原子振荡器1(在与聚光透镜的焦点错开的位置处配置发光元件的情况下)的光路的示意图。图6是示出图4和图5所示的与光轴相距的距离(位置)与返回光(仅考虑了由聚光透镜进行的聚光的返回光)的强度之间的关系的图表。
如上所述，聚光透镜302通过使光LL接近平行光，而降低在原子室201内光LL的功率密度按照行进方向变化的程度，有助于提高原子振荡器的振荡特性(特别是短期频率稳定度)。
但是，在像图4所示的原子振荡器1X(比较例)那样，从聚光透镜302射出的光LL为平行光的情况下(实线所示的光路)，即发光元件3的光射出部(射出光LL的部分)的位置P与作为聚光透镜302的发光元件3侧的焦点的焦点F一致的情况下，当光LL被1/4波长板303、原子室201的窗部2012、2013或受光元件202反射时，作为其反射光的返回光LL1按照与原来的光路相同的光路(实线所示的光路)在焦点F处聚光。即，在该情况下，返回光LL1的聚光点P1(束腰)与焦点F一致。因此，在图4所示的情况下，返回光LL1以高强度入射到发光元件3的光射出部，存在产生发光元件3的输出变动这样的问题。
因此，如图5所示，原子振荡器1构成为从聚光透镜302射出的光LL不平行地入射到原子室201。即，原子振荡器1构成为使发光元件3的光射出部(射出光LL的部分)的位置P与作为聚光透镜302的发光元件3侧的焦点的焦点F不一致。更具体而言，位置P与焦点F在沿着聚光透镜302的光轴ax的方向上错开。
由此，即使光LL被1/4波长板303、原子室201的窗部2012、2013或受光元件202反射，作为其反射光的返回光LL1(双点划线所示)按照与射出的光LL不同的光路返回，相对于焦点F在位置P的相反侧的位置(聚光点P1)处聚光。
因此，发光元件3位于相对于返回光LL1的聚光点P1在光轴ax方向上错开的光量密度较低的区域内，如图6所示，原子振荡器1中的向发光元件3入射的返回光的强度(图6中双点划线所示的a)与上述原子振荡器1X的返回光的强度(图6中实线所示的b)相比，大幅变小。另外，“发光元件3的射出光LL的部分”是指发光元件3所具有的共振器的光LL射出侧的端面。另外，在图6的横轴中，以发光元件3的射出光LL的部分的中心为基准(0)。
如图5所示，在本实施方式中，发光元件3的位置P相对于聚光透镜302的焦点F位于聚光透镜302侧。因此，聚光点P1相对于发光元件3的位置P位于聚光透镜302的相反侧。由此，光LL从聚光透镜302朝向原子室201侧发散(不平行)地射出。另外，发光元件3的位置P也可以相对于聚光透镜302的焦点F位于聚光透镜302的相反侧。在该情况下，聚光点P1相对于发光元件3的位置P位于聚光透镜302侧。由此，光LL从聚光透镜302朝向原子室201侧会聚(不平行)地射出。这里，关于与光轴ax垂直且经过位置P的面h上的返回光LL1的光斑直径，发光元件3的位置P相对于聚光透镜302的焦点F位于聚光透镜302侧的情况下的返回光LL1的光斑直径与发光元件3的位置P相对于聚光透镜302的焦点F位于聚光透镜302的相反侧的情况下的返回光LL1的光斑直径相比较大。因此，发光元件3的位置P相对于聚光透镜302的焦点F位于聚光透镜302侧的情况与发光元件3的位置P相对于聚光透镜302的焦点F位于聚光透镜302的相反侧的情况相比，能够降低返回光LL1向发光元件3的入射量。
并且，在本实施方式中，发光元件3的位置P位于聚光透镜302的光轴ax上。由此，能够提高光LL相对于光轴ax的对称性。因此，容易实现原子室201内的光LL的功率密度的均匀化，其结果为，具有容易提高原子振荡器1的振荡特性(特别是短期频率稳定度)的优点。另外，发光元件3的位置P也可以与聚光透镜302的光轴ax错开(分开)。在该情况下，能够使返回光LL1的中心与发光元件3错开，因此，即使焦点F与位置P之间的距离比较小，也能够降低返回光LL1向发光元件3的入射量。
这样，返回光LL1的聚光点P1位于与相对于聚光透镜302的焦点F的发光元件3的位置P对应的位置。并且，根据相对于聚光透镜302的焦点F的发光元件3的位置P，从聚光透镜302射出的光LL的平行度不同。从这样的观点出发，聚光透镜302的焦点F与发光元件3的位置P之间的距离相对于聚光透镜302的焦距(聚光透镜302的中心与焦点F之间的距离)，优选为0.01倍以上且0.2倍以下，更优选为0.05倍以上且0.1倍以下。由此，能够最好地发挥通过上述聚光透镜302使光LL成为平行光的效果，并且降低返回光LL1向发光元件3的入射量。
从相同的观点出发，在聚光透镜302中射出的光LL在原子室201内相对于平行光，优选在±5°的范围内(除去0°)发散或会聚，更优选在±3°的范围内(除去0°)发散或会聚。由此，能够不阻碍通过上述聚光透镜302使光LL成为平行光的效果而在某种程度上发挥这样的效果，并且降低返回光LL1向发光元件3入射的强度(入射量)。
另外，能够通过变更发光元件3的设置位置和聚光透镜302的焦距中的至少一方而进行聚光透镜302的焦点F与发光元件3的位置P之间的位置关系的调整。这里，能够通过变更聚光透镜302的构成材料(折射率)和曲率而进行聚光透镜302的焦距的变更。
如上所述，通过使从聚光透镜302射出的光LL不平行、也就是使发光元件3的位置P与聚光透镜302的焦点F不一致，能够降低返回光LL1向发光元件3入射的强度(入射量)。为了确认这样的效果，通过模拟对向发光元件3入射的返回光的强度进行了测定。图7至图9中示出该结果。
图7是示出减光滤光器的透过率为2％的情况下的各种条件(A～M)与返回光(考虑了由聚光透镜进行的聚光和其他要素处的反射的返回光)的强度之间的关系的图表。图8是示出减光滤光器的透过率为10％的情况下的各种条件(A～M)与返回光(考虑了由聚光透镜进行的聚光和其他要素处的反射的返回光)的强度之间的关系的图表。图9是示出聚光透镜的折射率为1.51的情况下的各种条件(A～M)与返回光(考虑了由聚光透镜进行的聚光和其他要素处的反射的返回光)的强度之间的关系的图表。
这里，在图7至图9中，条件“A”示出在窗部56、减光滤光器301、聚光透镜302、1/4波长板303、原子室201和受光元件202的任意方都没有设置反射防止膜(AR涂层)的情况。条件“B”示出在窗部56的靠发光元件3侧的面上设置了反射防止膜的情况。条件“C”示出在减光滤光器301的靠发光元件3侧的面上设置了反射防止膜的情况。条件“D”示出在聚光透镜302的靠发光元件3侧的面上设置了反射防止膜的情况。条件“E”示出在1/4波长板303的靠发光元件3侧的面上设置了反射防止膜的情况。条件“F”示出在原子室201的窗部2012的靠发光元件3侧的面上设置了反射防止膜的情况。条件“G”示出在受光元件202的受光面上设置了反射防止膜的情况。条件“H”示出在窗部56的发光元件3侧的面和减光滤光器301的两面上分别设置了反射防止膜的情况。条件“I”示出在窗部56的发光元件3侧的面和减光滤光器301的靠发光元件3侧的面上分别设置了反射防止膜的情况。条件“J”示出在窗部56的发光元件3侧的面和聚光透镜302的靠发光元件3侧的面上分别设置了反射防止膜的情况。条件“K”示出在窗部56的发光元件3侧的面和1/4波长板303的靠发光元件3侧的面上分别设置了反射防止膜的情况。条件“L”示出在窗部56的发光元件3侧的面和原子室201的窗部2012的靠发光元件3侧的面上分别设置了反射防止膜的情况。条件“M”示出在窗部56的发光元件3侧的面和受光元件202的受光面上分别设置了反射防止膜的情况。另外，这里，各反射防止膜的反射率为0.05％。
如图7和图8所示，聚光透镜302的折射率为1.51的情况(图中的“透镜n1.51”)与聚光透镜302的折射率为1.63的情况(图中的“透镜n1.63”)相比，向发光元件3入射的返回光的强度较小。这里，在聚光透镜302的折射率为1.51的情况下，发光元件3的位置P相对于聚光透镜302的焦点F位于聚光透镜302侧。并且，在聚光透镜302的折射率为1.63的情况下，发光元件3的位置P与聚光透镜302的焦点F一致。
并且，如图7和图8所示，若比较聚光透镜302的折射率为1.51的情况下的条件“A”～“G”，可知在窗部56上设置了反射防止膜的情况(条件“B”)与其他条件相比，减小向发光元件3入射的返回光的强度的效果是显著的。并且，若比较聚光透镜302的折射率为1.51的情况下的条件“H”～“M”，可知在窗部56上设置了反射防止膜之后进一步在减光滤光器301上设置了反射防止膜的情况(条件“H”和条件“I”)与其他条件相比，减小向发光元件3入射的返回光的强度的效果是显著的。
如图9所示，在聚光透镜302的折射率为1.51的情况下，关于条件“A”～“G”和条件“J”～“M”，可知减光滤光器301的透过率为10％的情况(图中的“ND10％”)与减光滤光器301的透过率为2％的情况(图中的“ND2％”)相比，减小向发光元件3入射的返回光的强度的效果是显著的。与此相对，关于条件“H”和条件“I”，可知减光滤光器301的透过率为2％的情况(图中的“ND2％”)与减光滤光器301的透过率为10％的情况(图中的“ND10％”)相比，减小向发光元件3入射的返回光的强度的效果是显著的。
因此，当在窗部56上设置反射防止膜且不在减光滤光器301上设置反射防止膜的情况下(条件“B”)，要想有效地减小向发光元件3入射的返回光的强度，优选减小发光元件3的输出强度且增大减光滤光器301的透过率。换言之，在发光元件3的输出强度比较小且减光滤光器301的透过率比较大的情况下，优选在窗部56上设置反射防止膜且不在减光滤光器301上设置反射防止膜(条件“B”)，由此，能够有效地减小向发光元件3入射的返回光的强度。
与此相对，当在窗部56和减光滤光器301的双方上设置反射防止膜的情况下(条件“H”和条件“I”)，要想有效地减小向发光元件3入射的返回光的强度，优选增大发光元件3的输出强度且减小减光滤光器301的透过率。换言之，在发光元件3的输出强度比较大且减光滤光器301的透过率比较小的情况下，优选在窗部56和减光滤光器301的双方上设置反射防止膜(条件“H”和条件“I”)，由此能够有效地减小向发光元件3入射的返回光的强度。
并且，在条件“H”及条件“I”下，可知与其他条件相比，减小向发光元件3入射的返回光的强度的效果是显著的。这推测为基于下面的a.和b.的理由。
a.窗部56与其他光学要素(聚光透镜302、1/4波长板303、原子室201和受光元件202)相比极其接近发光元件3，因此窗部56处的反射光与其他光学要素处的反射光相比对于向发光元件3入射的返回光的影响较大。
b.透过了减光滤光器301的光LL的强度大幅衰减，因此位于比减光滤光器靠原子室201侧的其他光学要素处的反射光对于向发光元件3入射的返回光的影响较少。
如上所述，原子振荡器1具有：原子室201，其封入有碱金属；发光元件3，其射出向原子室201内的碱金属照射的光LL；受光元件202，其接收透过了原子室201的光LL，输出与其受光强度对应的信号；以及作为“透镜”的聚光透镜302，其配置在发光元件3与原子室201之间。特别是，聚光透镜302的焦点F相对于发光元件3的射出光LL的部分在光轴ax方向(光轴方向)上错开。由此，聚光透镜302使光LL朝向原子室201发散(或会聚)、即不平行地射出。
根据这样的原子振荡器1，由于配置在发光元件3与原子室201之间的聚光透镜302使来自发光元件3的光LL朝向原子室201发散(或会聚)而射出(换言之，在相对于发光元件3的射出光的部分在光轴ax方向上错开的位置处具有焦点)，该光LL被原子室201、受光元件202等反射，能够使其反射光集聚在与发光元件3(特别是射出光LL的部分)不同的位置。因此，能够减少该反射光作为返回光LL1而入射到发光元件3的量，减小因返回光LL1引起的发光元件3的输出变动(波长变动、强度变动)。其结果为，能够提高原子振荡器1的频率特性(特别是短期频率稳定度)。
这样，聚光透镜302使光LL朝向原子室201发散。由此，与聚光透镜302使光朝向原子室201会聚的情况相比，能够容易地降低返回光LL1向发光元件3入射的强度(入射量)。
(第二实施方式)
对本实施方式的原子振荡器100进行说明。以下，对于与第一实施方式相同的结构部件赋予相同的标号而省略说明，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明。
本实施方式的原子振荡器100与上述实施方式的原子振荡器1仅在发光元件的光路上不同。
(发光元件的光路)
图10是用于说明图2所示的原子振荡器100(在与聚光透镜的光轴ax错开的位置处配置发光元件的情况下)的光路的示意图。图11是示出图4和图10所示的与光轴相距的距离(位置)与返回光(仅考虑了由聚光透镜进行的聚光的返回光)的强度之间的关系的图表。
如图10所示，本实施方式的原子振荡器100构成为使从聚光透镜302朝向原子室201的光LL与聚光透镜302的光轴ax不平行。即，原子振荡器100构成为使发光元件3的光射出部(射出光LL的部分)的位置P与作为聚光透镜302的发光元件3侧的焦点的焦点F不一致。更具体而言，位置P与聚光透镜302的光轴ax错开(分开)。由此，即使光LL被1/4波长板303、原子室201的窗部2012、2013或受光元件202反射，作为该反射光的返回光LL1也会相对于焦点F在位置P的相反侧的位置(聚光点P1)处聚光。因此，如图10所示，发光元件3位于从返回光LL1的聚光点P1在与光轴ax垂直的方向上错开的区域(反射光的光量密度极低的区域)内，向原子振荡器100中的发光元件3入射的返回光的强度(图11中双点划线所示的c)与上述原子振荡器1X的返回光的强度(图11中实线所示的b)相比，能够大幅降低。
另外，“发光元件3的射出光LL的部分”是指发光元件3所具有的共振器的光LL射出侧的端面。另外，在图11的横轴中，以发光元件3的射出光LL的部分的中心为基准(0)。
这里，聚光点P1相对于聚光透镜302的光轴ax位于发光元件3的位置P的相反侧。并且，发光元件3的位置P位于以光轴ax为法线且经过焦点F的面h上。由此，聚光点P1位于该面h上，因此能够使该面h上的返回光LL1的光斑直径极其小。因此，仅仅在面h上使位置P与焦点F稍稍错开，就能够大幅降低返回光LL1向发光元件3的入射。
另外，即使发光元件3的位置P与面h在光轴ax方向上错开，也能够降低返回光LL1向发光元件3的入射，但为了使面h上的返回光LL1的光斑直径极其小，优选使位置P与面h之间的距离(光轴ax方向上的距离)成为聚光透镜302的焦点深度以下(返回光LL1的束腰的长度以下)。并且，来自发光元件3的光LL的射出方向(沿着光LL的中心轴的方向)可以对应于位置P与焦点F的距离L而相对于聚光透镜302的光轴ax倾斜，也可以与位置P与焦点F的距离无关地与聚光透镜302的光轴ax平行。
并且，当位置P与焦点F的错开量较少时，能够使从聚光透镜302射出的光LL处于接近平行光的状态，能够显著地发挥上述该平行光所产生的效果。从使这样的效果与降低返回光LL1向发光元件3的入射的效果共存的观点出发，发光元件3的位置P与聚光透镜302的光轴ax之间的距离L优选为返回光LL1的宽度W1(参照图11)以上且发光元件3的宽度W2以下，更优选为发光元件3的射出光LL的部分的宽度W以上且发光元件3的宽度W2以下。另外，返回光LL1的宽度W1为返回光LL1的半峰全宽(FWHM：Full Width at Half Maximum)。
从相同的观点出发，从聚光透镜302射出的光LL在原子室201内优选在±5°的范围内相对于光轴ax倾斜，更优选在±3°的范围内相对于光轴ax倾斜。由此，能够最好地发挥通过上述聚光透镜302使光LL成为平行光的效果，并且降低返回光LL1向发光元件3的入射量。
如上所述，通过使从聚光透镜302射出的光LL与光轴ax不平行、也就是使发光元件3的位置P与聚光透镜302的光轴ax错开，能够降低返回光LL1向发光元件3的入射量。为了确认这样的效果，通过模拟对向发光元件3入射的返回光的强度进行测定。在图12中示出该结果。
图12是示出各种条件(样品S1～S8)与返回光(考虑了由聚光透镜进行的聚光和其他要素处的反射的返回光)的强度之间的关系的图表。
这里，图12中，“样品S1”示出使发光元件3与聚光透镜302的光轴ax错开(距离L＝0.3mm)，在窗部56的两面和减光滤光器301的靠发光元件3侧的面上分别设置了反射防止膜(反射率0.05％的AR涂层)的情况。“样品S2”示出除了省略减光滤光器301的反射防止膜之外与样品S1同样构成的情况。“样品S3”示出省略减光滤光器301，使窗部56具有与减光滤光器301相同的减光功能，从而除了将窗部56兼用作减光滤光器301以外与样品S1同样构成的情况。“样品S4”示出除了省略窗部56和减光滤光器301的反射防止膜以外与样品S1同样构成的情况。“样品S5”示出除了省略窗部56的反射防止膜以外与样品S1同样构成的情况。“样品S6”示出除了省略窗部56的反射防止膜以外与样品S3同样构成的情况。“样品S7”示出除了将发光元件3配置在聚光透镜的光轴ax上(焦点F上)并且省略窗部56和减光滤光器301的反射防止膜以外与样品S1同样构成的情况。“样品S8”示出除了将发光元件3配置在聚光透镜的光轴ax上(焦点F上)以外与样品S1同样构成的情况。
如图12所示，当比较仅仅在发光元件3是否与聚光透镜302的光轴ax错开的方面不同的样品S1、S8时，样品S1与样品S8相比向发光元件3入射的返回光的强度较小。同样，当比较仅仅在发光元件3是否与聚光透镜302的光轴ax错开的方面不同的样品S4、S7时，样品S4与样品S7相比向发光元件3入射的返回光的强度较小。这里，样品S4、S7间的向发光元件3入射的返回光的强度之差比样品S1、S8间的向发光元件3入射的返回光的强度之差小。这意味着通过在窗部56和减光滤光器301上设置反射防止膜来减少向发光元件3入射的返回光的效果与通过使发光元件3与聚光透镜302的光轴ax错开来减少向发光元件3入射的返回光的效果相比较大。
并且，当比较样品S2、S4、S5时，可知与在减光滤光器301上设置反射防止膜相比，在窗部56上设置反射防止膜的情况下减少向发光元件3入射的返回光的效果较大。并且，当像样品S3那样将窗部56兼用作减光滤光器301时，减少向发光元件3入射的返回光的效果最大。另外，关于在窗部56上设置反射防止膜而产生的效果，经过确认即使仅在窗部56的靠发光元件3侧的面上设置反射防止膜的情况下也能够得到相同的效果。
通过像这样在窗部56和减光滤光器301中的至少窗部56上设置反射防止膜，来减少向发光元件3入射的返回光的效果较大。这推测为基于下面的a.和b.的理由。
a.窗部56与其他光学要素(聚光透镜302、1/4波长板303、原子室201以及受光元件202)相比极其接近发光元件3，因此窗部56处的反射光与其他光学要素处的反射光相比对于向发光元件3入射的返回光的影响较大。
b.透过了减光滤光器301的光LL的强度大幅衰减，因此与减光滤光器相比位于原子室201侧的其他光学要素处的反射光对于向发光元件3入射的返回光的影响较少。
如上所述，原子振荡器100具有：原子室201，其封入有碱金属；发光元件3，其射出向原子室201内的碱金属照射的光LL；受光元件202，其接收透过了原子室201的光LL，输出与其受光强度对应的信号；以及作为“透镜”的聚光透镜302，其配置在发光元件3与原子室201之间。特别是发光元件3的射出光LL的部分相对于聚光透镜302的光轴ax及其延长线错开。或者，聚光透镜302构成为使光LL朝向原子室201沿着相对于聚光透镜302的光轴ax倾斜的方向射出。
根据这样的原子振荡器100，配置在发光元件3与原子室201之间的聚光透镜302将来自发光元件3的光LL朝向原子室201沿着相对于聚光透镜302的光轴ax倾斜的方向射出(或者，发光元件3的射出光LL的部分相对于聚光透镜302的光轴ax及其延长线错开)，因此即使该光LL被原子室201、受光元件202等反射，也能够使其反射光集聚在与发光元件3(特别是射出光LL的部分)不同的位置。因此，能够减少该反射光作为返回光LL1而入射到发光元件3的量，减小因返回光LL1引起的发光元件3的输出变动(波长变动、强度变动)。其结果为，能够提高原子振荡器100的频率特性(特别是短期频率稳定度)。
在本实施方式中，发光元件3的作为射出光LL的部分的位置P与经过聚光透镜302的焦点F且以光轴ax或其延长线为法线的面h之间的距离为聚光透镜302的焦点深度以下。由此，能够使发光元件3与聚光透镜302之间的距离比较小，并且有效地降低返回光LL1向发光元件3入射的量。
并且，上述第一、第二实施方式的原子振荡器1、100具有配置在发光元件3与聚光透镜302之间的减光滤光器301。由此，能够容易地实现向原子室201内的碱金属照射的光LL的强度的最优化。并且，返回光LL1也穿过减光滤光器301，因此能够进一步降低返回光LL1向发光元件3入射的强度(入射量)。
这里，减光滤光器301优选是含有吸收光的物质的、即所谓的吸收型的减光滤光器。由此，能够降低来自发光元件3的光LL被减光滤光器301反射而成为返回光的程度。
并且，在减光滤光器301上，优选像图13所示的原子振荡器1A和图14所示的原子振荡器100A那样，设置作为反射防止膜(光学薄膜等)的反射降低层307。即，原子振荡器1、100优选具有反射降低层307，该反射降低层307配置在减光滤光器301上(在图示中为靠发光元件3侧的面上)，降低光LL的反射。由此，能够降低来自发光元件3的光LL被减光滤光器301反射而成为返回光的程度。
并且，原子振荡器1、100具有对发光元件3进行收纳的封装体5，封装体5具有供光LL透过的窗部56。由此，能够与原子室201独立地对发光元件3进行温度调节，其结果为，能够容易地降低因发光元件3的温度变动而引起的输出变动。
图13是示出图5所示的原子振荡器的变形例的示意图，图14是示出图10所示的原子振荡器的变形例的示意图。如上述实施方式所示，在位于发光元件3与受光元件202之间的多个光学要素中的最接近发光元件3的窗部56的靠发光元件3侧的面上，优选像图13所示的原子振荡器1A和图14所示的原子振荡器100A那样，设置有作为反射防止膜(光学薄膜等)的反射降低层57。即，原子振荡器1、100优选具有反射降低层57，该反射降低层57配置在窗部56的靠发光元件3侧的面上，降低光LL的反射。由此，能够降低来自发光元件3的光LL被窗部56反射而成为返回光的程度。这里，由于收纳发光元件3的封装体5的窗部56位于极其接近发光元件3的位置，因此当来自发光元件3的光LL被该窗部56反射时容易作为返回光入射到发光元件3。因此，降低该窗部56处的反射光是在降低返回光向发光元件3入射的量的方面特别有效的。
并且，也可以使窗部56具有与减光滤光器301相同的减光功能。即，窗部56也可以是减光滤光器。在该情况下，能够降低来自发光元件3的光LL被减光滤光器反射而成为返回光的程度。并且，能够省略设置于封装体5的外部的减光滤光器301，能够实现原子振荡器1、100的结构的简单化和低成本化。
2.电子设备
上述原子振荡器1、100能够嵌入各种电子设备中。以下，对电子设备的实施方式进行说明。
图15是示出在利用了GPS(Global Positioning System：全球定位系统)卫星的定位系统中使用上述实施方式的原子振荡器的情况下的概略结构的图。
图15所示的定位系统1100由GPS卫星1200、基站装置1300和GPS接收装置1400构成。
GPS卫星1200发送定位信息(GPS信号)。
基站装置1300具有：接收装置1302，其经由设置于例如电子基准点(GPS连续观测站)的天线1301而高精度地接收来自GPS卫星1200的定位信息；以及发送装置1304，其经由天线1303而发送由该接收装置1302接收到的定位信息。
这里，接收装置1302是具有上述实施方式的原子振荡器1(发光元件模块10)作为其基准频率振荡源的电子设备。并且，由发送装置1304实时发送通过接收装置1302接收到的定位信息。
GPS接收装置1400具有：卫星接收部1402，其经由天线1401接收来自GPS卫星1200的定位信息；以及基站接收部1404，其经由天线1403接收来自基站装置1300的定位信息。
以上说明的定位系统1100所具有的作为“电子设备”的接收装置1302具有原子振荡器1。由此，能够获得原子振荡器1的效果(例如优异的频率特性)而发挥优异的特性。
另外，电子设备不限于上述结构，例如能够应用于智能手机、平板电脑终端、钟表、移动电话、数字静态照相机、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、膝上型个人计算机)、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼器、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、文字处理器、工作站、电视电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、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、各种测定设备、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
能够在各种移动体中具有上述原子振荡器1、100。以下，对移动体的实施方式进行说明。
图16是示出移动体的实施方式的图。
在该图中，移动体1500具有车体1501和4个车轮1502，构成为通过设置于车体1501的未图示的动力源(发动机)使车轮1502旋转。在这样的移动体1500中内置有原子振荡器1。
如上所述，移动体1500具有原子振荡器1。由此，能够获得原子振荡器1的效果(例如优异的频率特性)而发挥优异的特性。
以上，根据图示的实施方式对原子振荡器、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明不限于此。
并且，本发明的各部分的结构可以置换为发挥上述实施方式的相同功能的任意的结构，并且也可以添加任意的结构。
并且，在上述实施方式中，以使用波长不同的2种光所产生的量子干涉效果而使铯等共振迁移的原子振荡器为例进行了说明，但本发明不限于此，也可以应用于利用光和微波的双工共振现象而使铷等共振迁移的原子振荡器中。
并且，在上述实施方式中，以具有收纳发光元件的封装体以及收纳原子室和受光元件的封装体这2个封装体的情况为例进行了说明，但也可以将发光元件、原子室和受光元件收纳于1个共同的内部空间的封装体。
Claims (14)
1.一种原子振荡器，该原子振荡器具有：
原子室，其封入有碱金属；
发光元件，其射出向所述碱金属照射的光；
受光元件，其接收透过了所述原子室的所述光，输出与所述光的受光强度对应的信号；以及
透镜，其配置在所述发光元件与所述原子室之间，
所述透镜的焦点与所述发光元件的射出所述光的部分的位置错开。
2.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中，
所述焦点相对于所述发光元件的射出所述光的部分在光轴方向上错开。
3.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中，
所述透镜使所述光朝向所述原子室发散或会聚。
4.根据权利要求3所述的原子振荡器，其中，
所述透镜使所述光朝向所述原子室发散。
5.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中，
所述发光元件的射出所述光的部分相对于所述焦点在与所述透镜的光轴交叉的方向上错开。
6.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中，
所述透镜使所述光朝向所述原子室沿着相对于所述透镜的光轴倾斜的方向射出。
7.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中，
经过所述透镜的焦点且以所述透镜的光轴或其延长线为法线的面与所述发光元件的射出所述光的部分之间的距离是所述透镜的焦点深度以下。
8.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中，
该原子振荡器具有减光滤光器，该减光滤光器配置在所述发光元件与所述透镜之间。
9.根据权利要求8所述的原子振荡器，其中，
所述减光滤光器含有吸收所述光的物质。
10.根据权利要求8所述的原子振荡器，其中，
该原子振荡器具有反射降低层，该反射降低层配置在所述减光滤光器上，降低所述光的反射。
11.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中，
该原子振荡器具有封装体，该封装体收纳所述发光元件，
所述封装体具有供所述光透过的窗部。
12.根据权利要求11所述的原子振荡器，其中，
该原子振荡器具有反射降低层，该反射降低层配置在所述窗部的靠所述发光元件侧的面上，降低所述光的反射。
13.根据权利要求11所述的原子振荡器，其中，
所述窗部是减光滤光器。
14.一种电子设备，该电子设备具有权利要求1所述的原子振荡器。
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