CN110417410A - 原子振荡器以及频率信号生成系统 - Google Patents

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CN110417410A CN201910342780.0A CN201910342780A CN110417410A CN 110417410 A CN110417410 A CN 110417410A CN 201910342780 A CN201910342780 A CN 201910342780A CN 110417410 A CN110417410 A CN 110417410A
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珎道幸治
林畅仁
矢岛英明
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Abstract

原子振荡器以及频率信号生成系统。该原子振荡器包含：发光元件，其射出光；原子室；以及受光元件，其接收通过了所述原子室的光，所述原子室具有：第1室，其收纳气态的碱金属原子，从所述发光元件射出的光通过该第1室，该第1室具有第1壁；第2室，其收纳液态的碱金属原子，具有第2壁；通道，其将所述第1室与所述第2室连接；以及配置在所述第1室与所述第2室之间的部分，该部分的导热率低于构成所述第1壁的材料的导热率和构成所述第2壁的材料的导热率。

Description

原子振荡器以及频率信号生成系统
技术领域
本发明涉及原子振荡器以及频率信号生成系统。
背景技术
作为长期具有高精度的振荡特性的振荡器，公知有基于铯等碱金属原子的能量跃迁来进行振荡的原子振荡器。原子振荡器包含：光源；原子室，其封入了铯等碱金属原子；以及受光素子，其接收通过了原子室的光。
例如，在专利文献1中记载了包含原子室的原子振荡器，该原子室具有：气体收纳部，其收纳了气态的金属原子；以及金属储存部，其收纳了液态或固态的金属原子。一般而言，金属储存部的温度低于气体收纳部的温度。
专利文献1：日本特开2015-53304号公报
但是，在专利文献1的原子振荡器中，气体收纳部和金属储存部通过在由玻璃材料或硅材料等构成的主体部上形成贯通孔来形成。因此，在构成主体部的材料的导热率较高时，气体收纳部和金属储存部的一方的温度受到另一方的影响，例如，有时在气体收纳部中碱金属原子析出，原子振荡器的振荡频率发生变动。
另一方面，在构成主体部的材料的导热率较低时，在气体收纳部中，温度分布难以变得均匀。因此，具有各种温度依赖性的光被受光元件接收，振荡频率有时会发生偏差。
发明内容
本发明的原子振荡器的一个方式包含：发光元件，其射出光；原子室；以及受光元件，其接收通过了所述原子室的光；所述原子室具有：第1室，其收纳气态的碱金属原子，从所述发光元件射出的光通过该第1室，该第1室具有第1壁；第2室，其收纳液态的碱金属原子，具有第2壁；通道，其将所述第1室与所述第2室连接；以及配置在所述第1室与所述第2室之间的部分，该部分的导热率低于构成所述第1壁的材料的导热率和构成所述第2壁的材料的导热率。
在所述原子振荡器的一个方式中，也可以是，所述部分为缝隙构造或中空构造。
在所述原子振荡器的一个方式中，也可以是，所述部分具有：壁；以及低导热率部件，其配置于所述壁，该低导热率部件的导热率低于构成所述第1壁的材料的导热率和构成所述第2壁的材料的导热率。
在所述原子振荡器的一个方式中，也可以是，在所述第1壁的外表面配置有高导热率部件，该高导热率部件的导热率高于构成所述第1壁的材料的导热率。
在所述原子振荡器的一个方式中，也可以是，所述部分为缝隙构造或中空构造，所述高导热率部件配置于所述部分的所述第1室侧的壁。
在所述原子振荡器的一个方式中，也可以是，所述第1壁具有窗，从所述发光元件射出的光通过所述窗，所述高导热率部件配置于所述窗的外表面，在所述高导热率部件上设置有贯通孔，从所述发光元件射出的光通过该贯通孔。
在所述原子振荡器的一个方式中，也可以是，所述部分是缝隙构造，所述部分的壁具有：第1部分，其将所述第1室与所述第2室连接；第2部分，其在所述第1部分的一侧构成所述缝隙构造；以及第3部分，其在所述第1部分的另一侧构成所述缝隙构造。
在所述原子振荡器的一个方式中，也可以是，所述第2壁具有：第4部分；第5部分，其温度低于所述第4部分的温度；以及第6部分，其构成所述第4部分与所述第5部分之间的缝隙构造。
本发明的频率信号生成系统的一个方式是一种频率信号生成系统，其包含原子振荡器，所述原子振荡器包含：发光元件，其射出光；原子室；以及受光元件，其接收通过了所述原子室的光；所述原子室具有：第1室，其收纳气态的碱金属原子，从所述发光元件射出的光通过该第1室，该第1室具有第1壁；第2室，其收纳液态的碱金属原子，具有第2壁；通道，其将所述第1室与所述第2室连接；以及配置在所述第1室与所述第2室之间的部分，该部分的导热率低于构成所述第1壁的材料的导热率和构成所述第2壁的材料的导热率。
附图说明
图1是示出第1实施方式的原子振荡器的概略图。
图2是示意性地示出第1实施方式的原子振荡器的剖视图。
图3是示意性地示出第1实施方式的原子振荡器的剖视图。
图4是示意性地示出第1实施方式的原子振荡器的原子室的剖视图。
图5是示意性地示出第1实施方式的原子振荡器的原子室的立体图。
图6是示意性地示出原子室的位置与温度的关系的曲线图。
图7是示意性地示出第1实施方式的第1变形例的原子振荡器的原子室的剖视图。
图8是示意性地示出第1实施方式的第2变形例的原子振荡器的原子室的剖视图。
图9是示意性地示出第1实施方式的第3变形例的原子振荡器的原子室的剖视图。
图10是示意性地示出第2实施方式的原子振荡器的原子室的俯视图。
图11是示意性地示出第2实施方式的原子振荡器的原子室的侧视图。
图12是示意性地示出原子室的位置与温度的关系的曲线图。
图13是示意性地示出第2实施方式的第1变形例的原子振荡器的原子室的俯视图。
图14是示意性地示出第2实施方式的第2变形例的原子振荡器的原子室的俯视图。
图15是示意性地示出第2实施方式的第2变形例的原子振荡器的原子室的侧视图。
图16是示意性地示出第2实施方式的第3变形例的原子振荡器的原子室的俯视图。
图17是示意性地示出第2实施方式的第3变形例的原子振荡器的原子室的侧视图。
图18是示意性地示出第2实施方式的第3变形例的原子振荡器的原子室的侧视图。
图19是示意性地示出第3实施方式的原子振荡器的原子室的立体图。
图20是示意性地示出第3实施方式的原子振荡器的原子室的俯视图。
图21是示意性地示出第3实施方式的原子振荡器的原子室的侧视图。
图22是示意性地示出第3实施方式的变形例的原子振荡器的原子室的立体图。
图23是示意性地示出第3实施方式的变形例的原子振荡器的原子室的俯视图。
图24是示出第4实施方式的频率信号生成系统的概略结构图。
标号说明
10：光源单元；11：珀耳帖元件；12：发光元件；13：温度传感器；14：光源容器；15：光源基板；20：光学系统单元；21：减光滤光器；22：透镜；23：1/4波长板；24：保持器；25：贯通孔；30：原子室单元；31：原子室；32：受光元件；33：第1保持部件；34：第2保持部件；35：第1原子室容器；35a：贯通孔；36：第2原子室容器；36a：贯通孔；37a：第1温度控制元件；37b：第2温度控制元件；38a：第1温度检测元件；38b：第2温度检测元件；39：线圈；40：支承部件；42：贯通孔；44：分隔件；50：控制单元；51a：第1温度控制部；51b：第2温度控制部；52：光源控制部；53：磁场控制部；54：第3温度控制部；55：电路基板；56：贯通孔；59：引脚；60：外容器；62：基体；62a：内面；63：基座部；64：蓋体；100、110：原子振荡器；102：第1空间；104：第2空间；106：第3空间；108：第4空间；108a：第5空间；108b：第6空间；112：第1室；114：第2室；116：通道；118：低导热率部；119：低导热率部件；120：原子振荡器；122：第1壁；122a：第1窗；122b：第2窗；124：第2壁；124a：第4部分；124b：第5部分；124c：第6部分；126：第3壁；128：第4壁；128a：第1部分；128b：第2部分；128c：第3部分；130：原子振荡器；200：原子振荡器；202：高导热率部件；202a：贯通孔；210、220：原子振荡器；222：角；230、300、310：原子振荡器；312：第7空间；314：第8空间；316：缝隙构造；900：时钟传输系统；901：时钟供给装置；902：SDH装置；903：时钟供给装置；904：SDH装置；905：时钟供给装置；906、907：SDH装置；908、909：主时钟。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式并不对权利要求书中记载的本发明的内容进行不恰当的限定。此外，以下说明的所有结构并非都是本发明必需的结构要件。
1.第1实施方式
1.1.原子振荡器
1.1.1.概略
首先，参照附图对第1实施方式的原子振荡器进行说明。图1是示出第1实施方式的原子振荡器100的概略图。
原子振荡器100是利用了量子干涉效应(CPT：Coherent Population Trapping)的原子振荡器，该量子干涉效应是指，当同时向碱金属原子照射特定的不同波长的两个共振光时，发生这两个共振光没有被碱金属原子吸收而透过的现象。另外，该量子干涉效应所引起的现象也称为电磁感应透明(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)现象。并且，本发明的原子振荡器也可以是利用基于光和微波的双共振现象的原子振荡器。
如图1所示，原子振荡器100包含光源单元10、光学系统单元20、原子室单元30、对光源单元10和原子室单元30进行控制的控制单元50。以下，首先，对原子振荡器100的概略进行说明。
光源单元10具有珀耳帖元件11、发光元件12和温度传感器13。
发光元件12射出包括频率不同的两种光的线偏振的光LL。发光元件12例如是垂直谐振器表面发光激光器(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等。温度传感器13检测发光元件12的温度。珀耳帖元件11控制发光元件12的温度。
光学系统单元20配置在光源单元10与原子室单元30之间。光学系统单元20具有减光滤光器21、透镜22和1/4波长板23。
减光滤光器21使从发光元件12射出的光LL的强度减小。透镜22对光LL的发射角度进行调整。具体来说，透镜22使光LL成为平行光。1/4波长板23将光LL所包含的频率不同的两种光从线偏振光转换为圆偏振光。
原子室单元30具有原子室31、受光元件32、第1温度控制元件37a、第2温度控制元件37b、第1温度检测元件38a、第2温度检测元件38b和线圈39。
在原子室31中收纳有碱金属原子。碱金属原子具有由相互不同的两个基态能级和激发能级构成的三能级系统的能级。从发光元件12射出的光LL经由减光滤光器21、透镜22和1/4波长板23入射到原子室31。
受光元件32接收并检测经过了原子室31的光LL。受光元件32例如是光电二极管。
第1温度控制元件37a对收纳在原子室31中的碱金属原子进行加热，使碱金属原子中的至少一部分成为气态。第1温度控制元件37a例如为加热器。第1温度检测元件38a检测原子室31的温度。第2温度控制元件37b例如将原子室31加热到比第1温度控制元件37a低的温度。第2温度控制元件37b例如为珀耳帖元件。第2温度检测元件38b检测原子室31的温度。温度检测元件38a、38b和温度传感器13例如为热敏电阻。
线圈39对收纳在原子室31中的碱金属原子施加规定方向的磁场，使碱金属原子的能级进行塞曼分裂。在碱金属原子进行了塞曼分裂的状态下，当向碱金属原子照射圆偏振的共振光对时，能够使碱金属原子进行塞曼分裂后的多个能级中的、期望能级的碱金属原子的数量相对于其他能级的碱金属原子的数量相对地变多。因此，显现期望的EIT现象的原子数增加，期望的EIT信号变大。其结果是，可以提高原子振荡器100的振荡特性。
控制单元50具有第1温度控制部51a、第2温度控制部51b、光源控制部52、磁场控制部53和第3温度控制部54。第1温度控制部51a根据第1温度检测元件38a的检测结果，控制对第1温度控制元件37a的通电，使得原子室31的内部成为期望的温度。第2温度控制部51b根据第2温度检测元件38b的检测结果，控制对第2温度控制元件37b的通电，使得原子室31的内部成为期望的温度。磁场控制部53控制对线圈39的通电，使得线圈39产生的磁场恒定。第3温度控制部54根据温度传感器13的检测结果，控制对珀耳帖元件11的通电，使得发光元件12的温度成为期望的温度。
光源控制部52根据受光元件32的检测结果，对从发光元件12射出的光LL中包含的两种光的频率进行控制，以使得产生EIT现象。这里，当这两种光成为频率差与收纳在原子室31中的碱金属原子的两个基态能级间的能量差对应的共振光对时，产生EIT现象。光源控制部52具有未图示的压控型振荡器，该压控型振荡器的振荡频率与两种光的频率控制同步地被控制成稳定，光源控制部52输出该压控型振荡器(VCO：Voltage ControlledOscillator)的输出信号作为原子振荡器100的输出信号(时钟信号)。
1.1.2.具体结构
接着，对原子振荡器100的具体结构进行说明。图2和图3是示意性地示出原子振荡器100的剖视图。另外，图2是图3的II-II线剖视图。并且，在图2、3和后述的图4、图5中，作为相互垂直的3个轴，图示了X轴、Y轴和Z轴。
如图2和图3所示，原子振荡器100包含光源单元10、光学系统单元20、原子室单元30、支承部件40、控制单元50和外容器60。
这里，Z轴是沿着外容器60的基体62的内表面62a的垂线P的轴，Z轴+方向是从内表面62a朝向配置在内表面62a上的部件的方向。X轴是沿着从光源单元10射出的光的轴，X轴+方向是从光源单元10射出的光的行进方向。Y轴是与X轴以及Z轴垂直的轴，Y轴+方向是使Z轴+方向朝上、X轴+方向朝右时从近前侧朝向深处的方向。
光源单元10配置于支承部件40。光源单元10具有珀耳帖元件11、发光元件12、温度传感器13、收纳这些元件的光源容器14和配置有光源容器14的光源基板15。光源基板15例如固定于支承部件40。珀耳帖元件11、发光元件12、温度传感器13与控制单元50电连接。
光学系统单元20配置于支承部件40。光学系统单元20具有减光滤光器21、透镜22、1/4波长板23和保持有这些部件的保持器24。保持器24例如固定于支承部件40。
在保持器24上设置有贯通孔25。贯通孔25是光LL的通过区域。在贯通孔25中从光源单元10侧依次配置有减光滤光器21、透镜22和1/4波长板23。
原子室单元30具有原子室31、受光元件32、第1保持部件33、第2保持部件34、第1原子室容器35、第2原子室容器36、第1温度控制元件37a、第2温度控制元件37b、第1温度检测元件38a和第2温度检测元件38b。
这里，图4是示意性地示出原子室单元30的原子室31的剖视图。图5是示意性地示出原子室单元30的原子室31的立体图。如图4和图5所示，原子室31具有供从发光元件12射出的光通过的第1室112、第2室114、通道116和低导热率部118。
第1室112收纳有气态的碱金属原子。第1室112具有第1空间102和规定了第1空间102的第1壁122。气态的碱金属原子存在于第1空间102。第1壁122具有供从发光元件12射出的光通过的第1窗122a和第2窗122b。从发光元件12射出的光从第1窗122a入射到第1室112，从第2窗122b射出。在图示的例子中，第1窗122a是第1壁122的X轴-侧的部分。第2窗122b是第1壁122的X轴+侧的部分。另外，虽然未图示，但第2窗122b也可以与第1壁122的除了第1窗122a以外的部分一体地设置。
第2室114收纳有液态的碱金属原子M。因此，在收纳在第1室112中的气态的碱金属原子因与第1壁122反应等而减少的情况下，液态的碱金属原子M气化，从而能够将第1室112中存在的气态的碱金属原子的浓度保持为恒定。第2室114具有第2空间104和规定了第2空间104的第2壁124。在图示的例子中，液态的碱金属原子M以与第2壁124接触的方式存在于第2空间104的与第1室112侧相反的一侧的角部。第2室114的第2空间104的沿着X轴的长度例如与第1室112的第1空间102的沿着X轴的长度相同。
通道116将第1室112与第2室114连接起来。通道116配置于第1室112与第2室114之间。通道116具有第3空间106和规定了第3空间106的第3壁126。第3空间106将第1空间102与第2空间104连接起来。第3壁126将第1壁122与第2壁124连接起来。通道116的沿着X轴的长度例如小于室112、114的沿着X轴的长度。
第1室112、第2室114和通道116的内壁面的形状例如为圆柱。第1壁122、第2壁124和第3壁126的外形形状例如为长方体。壁122、124、126的材质例如为玻璃，更具体而言，为铝硅酸盐玻璃。另外，壁122、124、126中的除了窗122a、122b以外的部分也可以为硅。
低导热率部118配置于第1室112与第2室114之间。在图示的例子中，低导热率部118具有第4空间108和限定第4空间108的第4壁128的缝隙构造。在图示的例子中，低导热率部118为空间108的-X轴方向侧、+Z轴方向侧和-Z轴方向侧敞开的缝隙构造。在图示的例子中，第4壁128的-Y轴方向侧的部分为第1壁122的一部分。第4壁128的+Y轴方向侧的部分为第2壁124的一部分。第4壁128的+X轴方向侧的部分为第3壁126的一部分。
低导热率部118为导热率比构成第1壁122的材料的导热率和构成第2壁124的材料的导热率低的部分。低导热率部118中的至少一部分的导热率低于构成壁122、124的材料的导热率即可。在图示的例子中，空间108的导热率低于构成壁122、124、126的材料的导热率。在空间108中可以存在氮。在空间108中也可以存在空气。空间108也可以为真空、即压力低于大气压的状态。在空间108中存在气体的情况下，该气体的导热率为空间108的导热率。
另外，导热率的大小例如可以通过确定材料并对作为材料的导热率而公知的值进行比较来判断，也可以通过热线法等测量导热率并对测量结果进行比较来判断。
作为原子室31的制造方法，例如，首先，准备作为壁122、124、126的长方体部件，通过切削、蚀刻等形成空间108。接着，从长方体部件的一侧起利用钻头等形成贯通孔，从而形成第1空间102和第2空间104。接着，从长方体部件的另一侧形成孔，从而形成第3空间106。接着，将窗122a、122b与长方体部件连接。由此，能够制造原子室31。
如图2和图3所示，受光元件32接收通过了第1室112的光。受光元件32相对于第1室112配置于与发光元件12相反的一侧。在图示的例子中，受光元件32配置于第1原子室容器35。受光元件32与控制单元50电连接。
第1保持部件33和第2保持部件34保持原子室31。保持部件33、34配置于原子室31的外表面。构成保持部件33、34的材料的导热率高于构成壁122、124、126的材料的导热率和构成第1原子室容器35的材料的导热率。保持部件33、34的材质例如是铝、钛、铜、黄铜等。
第1保持部件33将第1温度控制元件37a的热传递到收纳在第1室112中的气态的碱金属原子。第1保持部件33配置于第1壁122。第1保持部件33例如配置成包围第1室112。第1保持部件33例如还配置于第3壁126和第2壁124的一部分。
第2保持部件34将第2温度控制元件37b的热传递到收纳在第2室114中的液态的碱金属原子M。第2保持部件34例如配置成包围液态的碱金属原子M。第2保持部件34的温度低于第1保持部件33的温度。第2保持部件34配置成与第1保持部件33隔开。保持部件33、34具有使从发光元件12射出的光通过的构造。
第1原子室容器35收纳原子室31、受光元件32和保持部件33、34。第1原子室容器35具有大致长方体的外形形状。在第1原子室容器35上设置有贯通孔35a，该贯通孔35a供从发光元件12射出的光通过。第1原子室容器35的材质例如是坡莫合金、硅铁等。通过使用这样的材料，第1原子室容器35能够屏蔽来自外部的磁场。由此，能够抑制原子室31内的碱金属原子因来自外部的磁场而受到影响，从而能够实现原子振荡器100的振荡特性的稳定化。
第1温度控制元件37a和第1温度检测元件38a例如配置于第1原子室容器35的外表面。在图示的例子中，第1温度控制元件37a和第1温度检测元件38a配置于第1原子室容器35的与第1保持部件33接触的部分的外表面。第1温度控制元件37a经由第1原子室容器35和第1保持部件33对第1室112进行加热。
第2温度控制元件37b和第2温度检测元件38b配置于第1原子室容器35的外表面。具体而言，第2温度控制元件37b和第2温度检测元件38b配置于第1原子室容器35的与第2保持部件34接触的部分的外表面。第2温度控制元件37b例如经由第1原子室容器35和第2保持部件34对第2室114进行加热。或者，第2温度控制元件37b例如经由第1原子室容器35和第2保持部件34使第2室114的热散出到外部，对第2室114进行冷却。
第2原子室容器36收纳第1原子室容器35、温度控制元件37a、37b和温度检测元件38a、38b。在第2原子室容器36上设置有贯通孔36a，该贯通孔35a供从发光元件12射出的光通过。第2原子室容器36的材质例如与第1原子室容器35相同。第2原子室容器36能够屏蔽来自外部的磁场。第1原子室容器35和第2原子室容器36例如配置成彼此隔开。因此，例如，相比于第1原子室容器35与第2原子室容器36接触的情况，能够提高屏蔽来自外部的磁场的功能。
另外，虽然在图2和图3中未图示，但线圈39例如是沿着原子室31的外周卷绕设置的螺线管型线圈或隔着原子室31而对置的亥姆霍兹型的1对线圈。线圈39在原子室31内产生沿着光的光轴A的方向的磁场。由此，通过塞曼分裂来扩大收纳在原子室31中的碱金属原子简并的不同能级间的能隙，从而能够提高分辨率，缩小EIT信号的线宽。
如图2所示，支承部件40被悬臂固定于外容器60的基体62。在图示的例子中，支承部件40固定于基体62的基座部63。支承部件40的材质例如是铝、铜。支承部件40也可以是使用了碳纤维的碳片。
在支承部件40上设置有贯通孔42。贯通孔42在Z轴方向上贯穿支承部件40。在从Z轴方向观察时，原子室单元30配置成与贯通孔42重叠。原子室单元30被支承于支承部件40。在图示的例子中，第1原子室容器35经由分隔件44而被支承于支承部件40。分隔件44的材质例如是工程塑料、液晶聚合物(LCP：Liquid Crystal Polymer)树脂、聚醚醚酮(PEEK)等的树脂。
控制单元50具有电路基板55。电路基板55经由多个引脚59而被固定于外容器60的基体62。电路基板55配置有未图示的IC(Integrated Circuit：集成电路)芯片，IC芯片作为温度控制部51a、51b、54、光源控制部52、磁场控制部53发挥功能。IC芯片与光源单元10以及原子室单元30电连接。在电路基板55上设置有供支承部件40贯穿插入的贯通孔56。
外容器60收纳有光源单元10、光学系统单元20、原子室单元30、支承部件40和控制单元50。外容器60具有基体62和独立于基体62的盖体64。外容器60的材质例如与第1原子室容器35相同。因此，外容器60能够屏蔽来自外部的磁场，能够抑制原子室31内的碱金属原子因来自外部的磁场而受到影响。外容器60的内部可以是氮环境，也可以是真空。
原子振荡器100例如具有以下的效果。
在原子振荡器100中，原子室31具有低导热率部118，该低导热率部118配置于第1室112与第2室114之间，该低导热率部118的导热率低于构成第1壁122的材料的导热率和构成第2壁124的材料的导热率。因此，在原子振荡器100中，相比于由第4壁限定的部分的导热率与第1壁以及第2壁的导热率相同的情况，第1室112不易受到第2室114的温度的影响。因此，在原子振荡器100中，例如，在第1室112中，碱金属原子不易由于第2室114的温度而析出，原子振荡器100的振荡频率不易发生变动。或者，由于第2室114不易受到第1室112的温度的影响，所以，容易使收纳在第1室112中的气态的碱金属原子的浓度成为期望的值，原子振荡器100的振荡频率不易发生变动。
并且，构成壁122、124的材料的导热率高于低导热率部118的导热率，因此，例如，与由导热率较低的材料构成原子室31的壁整体的情况相比，容易将温度控制元件37a、37b的热分别传递到室112、114。因此，室112、114中的温度分布的均匀性较好，室112、114的温度控制性较好。因此，原子振荡器100的振荡频率不易发生偏差。
综上所述，在原子振荡器100中，能够实现振荡频率的稳定化。
这里，图6是示意性地示出原子室31的沿着从第2室114朝向第1室112的方向上的位置与原子室31的温度的关系的曲线图。在图6中，实线表示原子振荡器100的原子室31，虚线表示由第4壁限定的部分的导热率与第1壁以及第2壁的导热率相同的情况下的原子室。在原子振荡器100中，如图6所示，第1室112与第2室114的温度差较大、并且第1室112和第2室114中的温度分布的均匀性较好。
另外，虽然未图示，但原子振荡器100也可以不具有第2温度控制元件37b和第2温度检测元件38b。在该情况下，能够通过自然冷却对第2室114进行冷却。在原子振荡器100中，第2壁124的导热率高于由第4壁128限定的部分的导热率，因此，例如，相比于第2壁的导热率与由第4壁限定的部分的导热率相同的情况，容易经由第2壁124而使第2室114的热散出，第2室114的温度控制性较好。
在原子振荡器100中，低导热率部118为缝隙构造。因此，在原子振荡器100中，例如，与低导热率部为中空构造的情况相比，更能够容易地形成低导热率部118。
1.2.原子振荡器的变形例
1.2.1.第1变形例
接着，参照附图说明第1实施方式的第1变形例的原子振荡器110。图7是示意性地示出第1实施方式的第1变形例的原子振荡器110的原子室31的剖视图。另外，在图7和后述的图8、9中，作为相互垂直的3个轴，图示了X轴、Y轴和Z轴。
以下，在第1实施方式的第1变形例的原子振荡器110中，对与上述的第1实施方式的原子振荡器100的例子的不同之处进行说明，省略相同之处的说明。这在后述的第1实施方式的第2、第3变形例的原子振荡器中也同样如此。
在上述的原子振荡器100中，如图4所示，低导热率部118为缝隙构造。|与此相对，在原子振荡器110中，如图7所示，低导热率部118为中空构造。在图示的例子中，第4壁128具有位于第4空间108的-X轴方向侧的部分，包围第4空间108。
在原子振荡器110中，低导热率部118为中空构造，因此，例如与低导热率部为缝隙构造的情况相比，原子室31更牢固。
1.2.2.第2变形例
接着，参照附图说明第1实施方式的第2变形例的原子振荡器120。图8是示意性地示出第1实施方式的第2变形例的原子振荡器120的原子室31的剖视图。
在上述的原子振荡器100中，如图4所示，低导热率部118具有第4空间108。与此相对，在原子振荡器120中，如图8所示，低导热率部118具有低导热率部件119，该低导热率部件119的导热率低于构成第1壁122的材料的导热率和构成第2壁124的材料的导热率。低导热率部件119配置于第4壁128。
具体而言，构成低导热率部件119的材料的导热率低于构成壁122、124、126的材料的导热率。在图示的例子中，低导热率部件119被填充到由第4壁128规定的空间。低导热率部件119的材质例如为聚四氟乙烯、聚醚醚酮(PEEK)等。
在原子振荡器120中，低导热率部118具有第4壁128和低导热率部件119，该低导热率部件119配置于第4壁128，该低导热率部件119的导热率低于构成第1壁122的材料的导热率和构成第2壁124的材料的导热率。因此，在原子振荡器120中，例如，与低导热率部118不具有低导热率部件119且第4壁128仅规定了空间的情况相比，原子室31更牢固。
1.2.3.第3变形例
接着，参照附图说明第1实施方式的第3变形例的原子振荡器130。图9是示意性地示出第1实施方式的第3变形例的原子振荡器130的原子室31的剖视图。
在上述的原子振荡器100中，如图4所示，第2室114的第2空间104的沿着X轴的长度与第1室112的第1空间102的沿着X轴的长度相同。与此相对，在原子振荡器130中，如图9所示，第2室114的第2空间104的沿着X轴的长度小于第1室112的第1空间102的沿着X轴的长度。
原子振荡器130不具有第2温度控制元件37b和第2温度检测元件38b。第2室114也可以不被图3所示的第2保持部件34包围。
在原子振荡器130中，第2室114的第2空间104的沿着X轴的长度小于第1室112的第1空间102的沿着X轴的长度。因此，在原子振荡器130中，相比于第2室114的第2空间104的沿着X轴的长度与第1室112的第1空间102的沿着X轴的长度相同的情况，第2室114容易通过对第1室112进行加热的第1温度控制元件37a保持为恒定的温度，不易受到原子振荡器130的外部的温度的影响。
2.第2实施方式
2.1.原子振荡器
接着，参照附图说明第2实施方式的原子振荡器200。图10是示意性地示出第2实施方式的原子振荡器200的原子室31的俯视图。图11是示意性地示出第2实施方式的原子振荡器200的原子室31的侧视图。另外，在图10和图11中，作为相互垂直的3个轴，图示了X轴、Y轴和Z轴。
以下，在第2实施方式的原子振荡器200中，对与上述的第1实施方式的原子振荡器100的例子的不同之处进行说明，省略相同之处的说明。
原子振荡器200与上述的原子振荡器100不同之处在于，在第1壁122的外表面123配置有导热率比构成第1壁122的材料的导热率高的高导热率部件202。
高导热率部件202例如配置成包围第1壁122。在图示的例子中，高导热率部件202配置于第1壁122的朝向+Z轴方向的外表面123、朝向+Y轴方向的外表面123、朝向-Z轴方向的外表面123和朝向-Y轴方向的外表面123。
高导热率部件202配置于第1室112侧的第4壁128。在图示的例子中，高导热率部件202配置于第4壁128的朝向+Y轴方向侧的面。高导热率部件202例如与图3所示的第1保持部件33接触。高导热率部件202例如配置于第1壁122与第1保持部件33之间。
高导热率部件202的材质例如为石墨、铜等。高导热率部件202也可以为石墨片。高导热率部件202还可以为铜线。高导热率部件202的透磁率优选较低，使得图1所示的线圈39的磁场被施加到收纳在第1室112中的碱金属原子。高导热率部件202例如相对于从发光元件12射出的光是不透明的。也可以在高导热率部件202上进行浓色的着色，以使从发光元件12射出的光不透过。
原子振荡器200例如具有以下的效果。
在原子振荡器200中，在第1壁122的外表面123配置有高导热率部件202，该高导热率部件202的导热率高于构成第1壁122的材料的导热率。因此，在原子振荡器200中，与未配置有高导热率部件202的情况相比，第1室112的温度梯度较小，能够提高温度分布的均匀性。因此，在原子振荡器200中，例如，碱金属原子更不易由于第2室114的温度而在第1壁122的第1窗122a上析出。
这里，图12是示意性地示出原子室31的从第2室114朝向第1室112的方向上的位置与原子室31的温度的关系的曲线图。在图12中，实线表示原子振荡器200的原子室31，虚线表示未配置有高导热率部件202的原子室。在原子振荡器200中，如图12所示，第1室112中的温度梯度较小，第1室112的温度分布的均匀性较好。
在原子振荡器200中，高导热率部件202配置于第1室112侧的第4壁128。因此，在原子振荡器200中，与高导热率部件202未配置于第4壁128的情况相比，第1室112的温度分布的均匀性更好。
在原子振荡器200中，高导热率部件202相对于从发光元件12射出的光是不透明的。因此，在原子振荡器200中，从发光元件12射出的光作用于气态的碱金属原子的量不易变化。
例如，在未配置有高导热率部件的情况下，从发光元件射出的光在第1壁中进行散射。由受光元件检测出的散射光相对于直接照射到气态的碱金属原子的光成为噪声。在原子振荡器200中，高导热率部件202相对于从发光元件12射出的光是不透明的，因此，从发光元件12射出的光在第1壁122中不易进行散射，能够使得不易产生上述的问题。
另外，虽然未图示，但在原子振荡器200中，如上述的原子振荡器110那样，低导热率部118也可以是中空构造。此外，在原子振荡器200中，如上述的原子振荡器120那样，也可以包含低导热率部件119。此外，在原子振荡器200中，也可以如上述的原子振荡器130那样，第2室114的第2空间104的沿着X轴的长度小于第1室112的第1空间102的沿着X轴的长度。
2.2.原子振荡器的变形例
2.2.1.第1变形例
接着，参照附图说明第2实施方式的第1变形例的原子振荡器210。图13是示意性地示出第2实施方式的第1变形例的原子振荡器210的原子室31的俯视图。另外，在图13和后述的图14～图18中，作为相互垂直的3个轴，图示了X轴、Y轴和Z轴。
以下，在第2实施方式的第1变形例的原子振荡器210中，对与上述的第2实施方式的原子振荡器200的例子的不同之处进行说明，省略相同之处的说明。这在后述的第2实施方式的第2、第3变形例的原子振荡器中也同样如此。
在上述的原子振荡器200中，如图10所示，高导热率部件202仅配置于第1壁122。与此相对，在原子振荡器210中，如图13所示，高导热率部件202还配置于第2壁124的一部分。
在图示的例子中，高导热率部件202配置于第2壁124的与第3壁126连接的部分。并且，高导热率部件202还配置于第3壁126。
在原子振荡器210中，高导热率部件202配置于第2壁124的一部分。因此，在原子振荡器210中，与在第2壁124上未配置有高导热率部件202的情况相比，能够减小第2室114的温度低于第1室112的部分的容积，容易控制液态的碱金属原子M的位置。
2.2.2.第2变形例
接着，参照附图说明第2实施方式的第2变形例的原子振荡器220。图14是示意性地示出第2实施方式的第2变形例的原子振荡器220的原子室31的俯视图。图15是示意性地示出第2实施方式的第2变形例的原子振荡器220的原子室31的侧视图。
在上述的原子振荡器200中，如图10和图11所示，第1壁122的角被高导热率部件202覆盖。与此相对，在原子振荡器220中，如图14和图15所示，第1壁122的角222未被高导热率部件202覆盖。
高导热率部件202避开第1壁122的角222而配置于第1壁122。在图示的例子中，配置有4个高导热率部件202。高导热率部件202的形状例如为平板状。
在原子振荡器220中，高导热率部件202避开角222而配置于第1壁122，因此，例如与高导热率部件202覆盖角222的情况相比，能够抑制高导热率部件202的导热率随时间发生变化而使原子振荡器220的振荡频率发生变动。
例如，在高导热率部件202的材质为石墨的情况下，在使高导热率部件202弯曲以覆盖角222时，有时弯曲后的部分的构造破坏而使导热率下降，弯曲后的部分的导热率随时间发生变化。因此，原子振荡器的振荡频率有时发生变动。在原子振荡器220中，能够使得不易产生上述的问题。
2.2.3.第3变形例
接着，参照附图说明第2实施方式的第3变形例的原子振荡器230。图16是示意性地示出第2实施方式的第3变形例的原子振荡器230的原子室31的俯视图。图17是示意性地示出第2实施方式的第3变形例的原子振荡器230的原子室31的侧视图。
在上述的原子振荡器200中，如图10和图11所示，高导热率部件202未配置于第1壁122的第1窗122a。与此相对，在原子振荡器230中，如图16和图17所示，高导热率部件202配置于第1窗122a的外表面123a。在图示的例子中，外表面123a是朝向Z轴-方向的面。
如图17所示，在高导热率部件202上设置有贯通孔202a，该贯通孔202a供从发光元件12射出的光LL通过。在图示的例子中，规定贯通孔202a的壁面的形状为圆。在从X轴方向观察时，贯通孔202a的直径大于光LL的直径。光LL不被照射到高导热率部件202。
在原子振荡器230中，高导热率部件202配置于第1窗122a的外表面123a，在高导热率部件202上设置有贯通孔202a，该贯通孔202a供从发光元件12射出的光LL通过。因此，在原子振荡器230中，与高导热率部件202未配置于第1窗122a的外表面123a的情况相比，能够更提高第1室112中的温度分布的均匀性，例如，碱金属原子更不易由于第2室114的温度而在第1壁122的第1窗122a上析出。
另外，如图18所示，在从X轴方向观察时，贯通孔202a的直径也可以小于光LL的直径。高导热率部件202也可以对光LL的一部分进行遮光。在该情况下，例如，能够利用高导热率部件202减小通过第1室112的光LL的直径，能够使光LL从第1空间102的限定与X轴垂直的方向的第1壁122远离。因此，能够减小与气态的碱金属原子的两个基态能级间的能量差对应的频率差偏移的可能性。第1壁122附近的气态的碱金属原子可能不进行理想共振，与气态的碱金属原子的两个基态能级间的能量差对应的频率差发生偏移。
3.第3实施方式
3.1.原子振荡器
接着，参照附图说明第3实施方式的原子振荡器300。图19是示意性地示出第3实施方式的原子振荡器300的原子室31的立体图。图20是示意性地示出第3实施方式的原子振荡器300的原子室31的俯视图。图21是示意性地示出第3实施方式的原子振荡器300的原子室31的侧视图。另外，在图20和图21中，还示出了保持部件33、34。此外，在图19～图21中，作为相互垂直的3个轴，图示了X轴、Y轴和Z轴。
以下，在第3实施方式的原子振荡器300中，对与上述的第1实施方式的原子振荡器100的例子的不同之处进行说明，省略相同之处的说明。
在上述的原子振荡器100中，如图4和图5所示，低导热率部118具有1个第4空间108。与此相对，在原子振荡器300中，如图19～图21所示，低导热率部118具有相互分离的第5空间108a和第6空间108b。第4壁128规定了空间108a、108b。
第4壁128具有第1部分128a、第2部分128b和第3部分128c。第1部分128a将第1室112与第2室114连接起来。具体而言，第1部分128a将第1室112的第1壁122与第2室114的第2壁124连接起来。
第2部分128b在第1部分128a的一侧构成了缝隙构造的低导热率部118。在图示的例子中，第2部分128b在第1部分128a的Z轴-方向上构成了低导热率部118。第2部分128b规定了第5空间108a。
第3部分128c在第1部分128a的另一侧构成了缝隙构造的低导热率部118。在图示的例子中，第3部分128c在第1部分128a的Z轴+侧构成了低导热率部118。第3部分128c规定了第6空间108b。
在图示的例子中，第2部分128b和第3部分128c的Y轴-侧的部分为第1壁122的一部分。第2部分128b和第3部分128c的Y轴+侧的部分为第2壁124的一部分。第2部分128b和第3部分128c的X轴+侧的部分为第3壁126的一部分。第2部分128b的Z轴+侧的部分为第1部分128a。第3部分128c的Z轴-侧的部分为第1部分128a。
原子振荡器300例如具有以下的效果。
在原子振荡器300中，第4壁128具有：第1部分128a，其将第1室112与第2室114连接；第2部分128b，其在第1部分128a的一侧构成缝隙构造的低导热率部118；以及第3部分128c，其在第1部分128a的另一侧构成缝隙构造的低导热率部118。因此，在原子振荡器300中，与第4壁128不具有第1部分128a的情况相比，原子室31更牢固。
另外，虽然未图示，但也可以如上述的原子振荡器120那样，原子振荡器300包含低导热率部件119。此外，在原子振荡器300中，也可以如上述的原子振荡器130那样，第2室114的第2空间104的沿着X轴的长度小于第1室112的第1空间102的沿着X轴的长度。此外，也可以如上述的原子振荡器200、210、220、230，原子振荡器300那样包含高导热率部件202。
3.2.原子振荡器的变形例
接着，参照附图说明第3实施方式的变形例的原子振荡器310。图22是示意性地示出第3实施方式的变形例的原子振荡器310的原子室31的立体图。图23是示意性地示出第3实施方式的变形例的原子振荡器310的原子室31的俯视图。另外，在图23中，还示出了保持部件33、34。此外，在图22和图23中，作为相互垂直的3个轴，图示了X轴、Y轴和Z轴。
以下，在第3实施方式的变形例的原子振荡器310中，对与上述的第3实施方式的原子振荡器300的例子的不同之处进行说明，省略相同之处的说明。
如图22和图23所示，原子振荡器310与上述的原子振荡器300的不同之处在于，第2壁124规定了第7空间312和第8空间314。
在原子振荡器310中，第2壁124具有第4部分124a、第5部分124b和第6部分124c。第5部分124b的温度低于第4部分124a的温度。第4部分124a是图3所示的第1保持部件33覆盖的部分。第5部分124b是图3所示的第2保持部件34覆盖的部分。
第6部分124c规定了第4部分124a与第5部分124b之间的空间312、314。第6部分124c和空间312、314构成了缝隙构造316。在图示的例子中，第6部分124c的X轴+侧的部分是与第4部分124a共用的部分。第6部分124c的X轴-侧的部分是与第5部分124b共用的部分。第6部分124c具有将第4部分124a与第5部分124b连接的部分。在图示的例子中，缝隙构造316是第7空间312的Z轴-侧、第8空间314的Z轴+侧和空间312、314的Y轴+侧敞开的缝隙构造。
空间312、314设置在第4部分124a与第5部分124b之间。在图示的例子中，第7空间312与第5空间108a连续。第8空间314与第6空间108b连续。在图示的例子中，空间108a、108b从原子室31的X轴-侧朝向通道116侧，空间312、314从空间108a、108b沿着通道116朝向原子室31的Y轴+侧。
在原子振荡器310中，第2壁124具有第4部分124a、温度低于第4部分124a的第5部分124b、以及构成了第4部分124a与第5部分124b之间的缝隙构造316的第6部分124c。因此，在原子振荡器310中，与不具有构成了第4部分124a与第5部分124b之间的缝隙构造316的第6部分124c的情况相比，第1室112更不易受到第2室114的温度的影响。
4.第4实施方式
接着，参照附图说明第4实施方式的频率信号生成系统。以下的作为计时服务器的时钟传输系统是频率信号生成系统的一例。图24是示出时钟传输系统900的概略结构图。
本发明的时钟传输系统包含本发明的原子振荡器。以下，作为一例，对包含原子振荡器100的时钟传输系统900进行说明。
时钟传输系统900是如下的系统：用于使时分复用方式的网络内的各装置的时钟一致，具有N(Normal：正常)系统和E(Emergency：紧急)系统的冗余结构。
如图24所示，时钟传输系统900具有A站(上层(N系统))的时钟供给装置901和SDH(Synchronous Digital Hierarchy：同步数字系列)装置902、B站(上层(E系统))的时钟供给装置903和SDH装置904、C站(下层)的时钟供给装置905和SDH装置906、907。时钟供给装置901具有原子振荡器100，生成N系统的时钟信号。时钟供给装置901内的原子振荡器100与来自包含采用铯的原子振荡器的主时钟908、909的更高精度的时钟信号同步地生成时钟信号。
SDH装置902根据来自时钟供给装置901的时钟信号进行主信号的收发，并且将N系统的时钟信号叠加在主信号上而传输到下层的时钟供给装置905。时钟供给装置903具有原子振荡器100，生成E系统的时钟信号。时钟供给装置903内的原子振荡器100与来自包含采用铯的原子振荡器的主时钟908、909的更高精度的时钟信号同步地生成时钟信号。
SDH装置904根据来自时钟供给装置903的时钟信号进行主信号的收发，并且将E系统的时钟信号叠加在主信号上而传输到下层的时钟供给装置905。时钟供给装置905接收来自时钟供给装置901、903的时钟信号，与该接收到的时钟信号同步地生成时钟信号。
通常，时钟供给装置905与来自时钟供给装置901的N系统的时钟信号同步地生成时钟信号。然后，在N系统发生异常的情况下，时钟供给装置905与来自时钟供给装置903的E系统的时钟信号同步地生成时钟信号。通过这样从N系统切换到E系统，能够确保稳定的时钟提供并提高时钟路径网络的可靠性。SDH装置906根据来自时钟供给装置905的时钟信号进行主信号的收发。同样，SDH装置907根据来自时钟供给装置905的时钟信号进行主信号的收发。由此，能够使C站的装置与A站或B站的装置同步。
第4实施方式的频率信号生成系统不限于时钟传输系统。频率信号生成系统包含搭载有原子振荡器并且利用原子振荡器的频率信号的各种装置以及由多个装置构成的系统。频率信号生成系统包含输入来自原子振荡器的频率信号的端子和对原子振荡器进行控制的控制部。
第4实施方式的频率信号生成系统例如可以是智能手机、平板终端、钟表、移动电话、数字照相机、例如喷墨打印机等液体喷出装置、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、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、电子望远镜、POS(point of sales)终端、医疗设备、鱼群探测器、GNSS(Global Navigation Satellite System)频率标准器、各种测量设备、计量仪器类、飞行仿真器、地面数字广播系统、移动电话基站、移动体。
作为上述医疗设备，例如可举出电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜、心磁计。作为上述计量仪器类，例如可举出汽车、飞机、船舶等的计量仪器类。作为上述移动体，例如可举出汽车、飞机、船舶等。
本发明也可以在具有本申请所记载的特征和效果的范围内省略一部分结构，或者对各实施方式和变形例进行组合。
本发明包含与在实施方式中说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构、或目的和效果相同的结构)。并且，本发明包含将在实施方式中说明的结构的非本质性部分进行替换后的结构。并且，本发明包含能够起到与在实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或能够实现相同目的的结构。并且，本发明包含对在实施方式中说明的结构附加公知技术后的结构。

Claims (9)

1.一种原子振荡器，其包含：
发光元件，其射出光；
原子室；以及
受光元件，其接收通过了所述原子室的光；
所述原子室具有：
第1室，其收纳气态的碱金属原子，从所述发光元件射出的光通过该第1室，该第1室具有第1壁；
第2室，其收纳液态的碱金属原子，具有第2壁；
通道，其将所述第1室与所述第2室连接；以及
配置在所述第1室与所述第2室之间的部分，该部分的导热率低于构成所述第1壁的材料的导热率和构成所述第2壁的材料的导热率。
2.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中，
所述部分为缝隙构造或中空构造。
3.根据权利要求1所述的原子振荡器，其中，
所述部分具有：
壁；以及
低导热率部件，其配置于所述壁，该低导热率部件的导热率低于构成所述第1壁的材料的导热率和构成所述第2壁的材料的导热率。
4.根据权利要求1或3所述的原子振荡器，其特征在于，
在所述第1壁的外表面配置有高导热率部件，该高导热率部件的导热率高于构成所述第1壁的材料的导热率。
5.根据权利要求4所述的原子振荡器，其中，
所述部分为缝隙构造或中空构造，
所述高导热率部件配置于所述部分的所述第1室侧的壁。
6.根据权利要求4所述的原子振荡器，其中，
所述第1壁具有窗，从所述发光元件射出的光通过所述窗，
所述高导热率部件配置于所述窗的外表面，
在所述高导热率部件上设置有贯通孔，从所述发光元件射出的光通过该贯通孔。
7.根据权利要求1～3中的任意一项所述的原子振荡器，其特征在于，
所述部分是缝隙构造，
所述部分的壁具有：
第1部分，其将所述第1室与所述第2室连接；
第2部分，其在所述第1部分的一侧构成所述缝隙构造；以及
第3部分，其在所述第1部分的另一侧构成所述缝隙构造。
8.根据权利要求7所述的原子振荡器，其中，
所述第2壁具有：
第4部分；
第5部分，其温度低于所述第4部分的温度；以及
第6部分，其构成所述第4部分与所述第5部分之间的缝隙构造。
9.一种频率信号生成系统，其包含原子振荡器，
所述原子振荡器包含：
发光元件，其射出光；
原子室；以及
受光元件，其接收通过了所述原子室的光；
所述原子室具有：
第1室，其收纳气态的碱金属原子，从所述发光元件射出的光通过该第1室，该第1室具有第1壁；
第2室，其收纳液态的碱金属原子，具有第2壁；
通道，其将所述第1室与所述第2室连接；以及
配置在所述第1室与所述第2室之间的部分，该部分的导热率低于构成所述第1壁的材料的导热率和构成所述第2壁的材料的导热率。
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