JP2008206001A - Lamp exciter and atomic oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ランプ励振器及び原子発振器に関し、さらに詳しくは、ルビジウムランプを安定的に励振するためのランプ励振器の構成に関するものである。 The present invention relates to a lamp exciter and an atomic oscillator, and more particularly to a configuration of a lamp exciter for stably exciting a rubidium lamp.
近年、通信網や放送網等のディジタルネットワーク化が進み、これに伴い、伝送装置のクロック信号や放送局の基準周波数の生成に使用されるクロック源等として、高精度・高安定な発振器が必要不可欠なものとなっている。そのような要請を満たす発振器として、発振周波数の精度・安定度が高いルビジウム原子発振器が多く用いられている。また、近年、原子発振器の小型化への要求が高まり、光マイクロ波ユニット(OMU部)も含めて全体を小型化する必要性に迫られている。 In recent years, digital networks such as communication networks and broadcasting networks have been developed, and accordingly, a highly accurate and highly stable oscillator is required as a clock source used for generating clock signals for transmission devices and reference frequencies for broadcasting stations. It has become indispensable. As an oscillator that satisfies such a demand, a rubidium atomic oscillator having high oscillation frequency accuracy and stability is often used. In recent years, the demand for miniaturization of atomic oscillators has increased, and there is an urgent need to miniaturize the whole including the optical microwave unit (OMU unit).
図10(a)は従来のランプ励振器の模式図である。ルビジウムランプ5には、図のようにルビジウムランプ本体内で気化し切れないルビジウム金属を貯留するために、ルビジウムランプ本体適所から金属溜まり部5aを外部に突出させている。発振器を小型に設計するために、ルビジウムランプ5の側面に金属溜まり部5aを配置して、軸方向が水平となるようにコイルLをルビジウムランプの外周に巻き回していた。その結果、ルビジウムランプ5から出射されるルビジウム光の光路14は水平方向に沿って形成される。また、金属溜まり部5aは点灯エネルギ供給用のコイルLから発生する交流電磁界を阻害しないように、極力コイルL内に入り込まないように配置し、可能な限りコイルの内部に金属が存在しないように配置される。
従来技術として特許文献1には、金属ルビジウムが凝縮してランプの励振光取出し側に付着することに起因する励振光出射強度の低下を防止するルビジウム原子発振器用ランプ励振器について開示されている。
As a conventional technique,
しかしながら、図10(a)に示す従来の構成では、発光している間、長期的な変化として金属の重力方向〈鉛直下方向)へのルビジウム金属の付着が進行する。そのため、ルビジウム金属がコイルの内側に入ってきてしまうため、点灯エネルギ供給用のコイルから発生する交流電磁界を阻害し、発光強度の変動、点灯の持続性、及び点灯再始動の特性を悪化させるといった問題がある。
また、それを防止するために、図10(b)のように金属溜まり部5aを重力方向〈鉛直下方向)側に配置してコイルLをルビジウムランプ5の上側に配置すると、コイルLが鉛直方向で幅をとるため、発振器の小型化を阻害するといった問題がある。
また、特許文献1に開示されている従来技術は、図10(a)と同様の課題を抱えている。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、金属溜まり部が下方に位置するようにルビジウムランプを配置し、金属溜まり部を通る縦の直線に対して交差する横方向にルビジウムランプの光路を形成するようにコイルを配置することにより、発光強度の変動、点灯の持続性、及び点灯再始動の特性を向上させると共に、発振器の小型化の阻害要因を極力少なくしたランプ励振器を提供することを目的とする。
However, in the conventional configuration shown in FIG. 10 (a), the rubidium metal adheres in the metal gravity direction <vertical downward direction] as a long-term change during light emission. Therefore, since rubidium metal enters the inside of the coil, the AC electromagnetic field generated from the coil for supplying the lighting energy is obstructed, and the fluctuation of the emission intensity, the persistence of the lighting, and the characteristics of the lighting restart are deteriorated. There is a problem.
In order to prevent this, if the
Moreover, the prior art currently disclosed by
This invention is made | formed in view of this subject, arrange | positions a rubidium lamp so that a metal reservoir part may be located below, and is a horizontal direction of a rubidium lamp crossing with respect to the vertical straight line which passes along a metal reservoir part. Providing a lamp exciter that improves the emission intensity fluctuation, lighting sustainability, and lighting restart characteristics by arranging the coils so as to form an optical path, while minimizing the obstruction of miniaturization of the oscillator The purpose is to do.
本発明はかかる課題を解決するために、ルビジウム金属を封入するランプ本体及び該ランプ本体内で気化し切れないルビジウム金属を貯留するために前記ランプ本体適所から外部に突出した金属溜まり部を備え、且つルビジウム光をガスセルに向けて出射するルビジウムランプと、該ルビジウムランプに高周波電磁界を供給する励振コイルと、該励振コイルに直列に接続して共振回路を形成する容量素子と、前記共振回路に高周波信号を供給する発振部と、を備えたランプ励振器であって、前記金属溜まり部が下方を向くように前記ルビジウムランプを配置すると共に、前記金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と交差する方向に前記ルビジウム光の光路が形成されるように前記励振コイルを配置することを特徴とする。 In order to solve this problem, the present invention includes a lamp body enclosing rubidium metal, and a metal reservoir portion protruding outward from a proper position of the lamp body in order to store rubidium metal that cannot be vaporized in the lamp body. In addition, a rubidium lamp that emits rubidium light toward the gas cell, an excitation coil that supplies a high-frequency electromagnetic field to the rubidium lamp, a capacitive element that is connected in series to the excitation coil to form a resonance circuit, and the resonance circuit An oscillator for supplying a high-frequency signal, wherein the rubidium lamp is arranged so that the metal reservoir faces downward, and intersects with a straight line penetrating the metal reservoir vertically. The excitation coil is arranged so that an optical path of the rubidium light is formed in a direction in which the light is emitted.
ランプ励振器はルビジウムランプに高周波電磁界を供給するコイルと、このコイルに直列に接続した容量素子により共振回路を形成している。従って、この共振回路の共振周波数に同調する周波数の信号を発振器から供給することにより、ルビジウムランプに封入されたルビジウム金属を励振してルビジウム光を出射する。また、ルビジウムランプには、気化し切れないルビジウム金属を貯留するための金属溜まり部という突起部が存在する。しかし、この金属溜まり部の配置位置としてランプ本体の側面を選定すると、発光している間、長期的な変化として金属の重力方向へのルビジウム金属の付着が進行する。そのため、ルビジウム金属がコイルの内側に入ってきてしまうため、点灯エネルギ供給用のコイルから発生する交流電磁界を阻害し、発光強度の変動、点灯の持続性、及び点灯再始動の特性を悪化させるといった課題がある。そこで本発明では、金属溜まり部が下方を向くようにルビジウムランプを配置すると共に、金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と交差する方向に光路が形成されるように励振コイルを配置するものである。これにより、発光強度の変動、点灯の持続性、及び点灯再始動の特性を向上させると共に、発振器の小型化の阻害要因を極力少なくすることができる。 The lamp exciter forms a resonance circuit with a coil that supplies a high-frequency electromagnetic field to a rubidium lamp and a capacitive element connected in series with the coil. Therefore, by supplying a signal having a frequency tuned to the resonance frequency of the resonance circuit from the oscillator, the rubidium metal enclosed in the rubidium lamp is excited to emit rubidium light. In addition, the rubidium lamp has a protrusion called a metal reservoir for storing rubidium metal that cannot be completely vaporized. However, if the side surface of the lamp body is selected as the position of the metal reservoir, the rubidium metal adheres in the direction of gravity of the metal as a long-term change during light emission. Therefore, since rubidium metal enters the inside of the coil, the AC electromagnetic field generated from the coil for supplying the lighting energy is obstructed, and the fluctuation of the emission intensity, the persistence of the lighting, and the characteristics of the lighting restart are deteriorated. There is a problem. Therefore, in the present invention, the rubidium lamp is disposed so that the metal reservoir portion faces downward, and the excitation coil is disposed so that an optical path is formed in a direction intersecting with a straight line penetrating the metal reservoir portion in the vertical direction. is there. As a result, fluctuations in emission intensity, lighting sustainability, and lighting restart characteristics can be improved, and the obstruction factors for downsizing of the oscillator can be reduced as much as possible.
また、前記金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と前記高周波電磁界とが交差するように前記励振コイルを配置する場合、該励振コイルの一方の軸方向端部を前記ランプ本体の側面に当接するように配置することを特徴とする。
励振コイルはルビジウムランプの外側から電磁界を内部のルビジウム金属に供給することにより原子を励振させて発光させる。従って、ルビジウムランプにコイルを巻き回す必要はなく、コイルをルビジウムランプ本体に近接することにより発光させることができる。本発明では、コイルの一方の軸方向端部をランプ本体に当接することにより電磁界を供給するものである。これにより、コイルを別体で構成しておき、組み立て時にランプの適所に配置することでランプ励振器を構成することができ、製造工数を削減することができる。
Further, when the excitation coil is arranged so that a straight line passing through the metal reservoir portion in the vertical direction intersects the high-frequency electromagnetic field, one axial end of the excitation coil is brought into contact with a side surface of the lamp body. It arrange | positions so that it may contact | connect.
The excitation coil excites atoms to emit light by supplying an electromagnetic field to the internal rubidium metal from the outside of the rubidium lamp. Therefore, it is not necessary to wind a coil around the rubidium lamp, and light can be emitted by bringing the coil close to the rubidium lamp body. In the present invention, an electromagnetic field is supplied by bringing one axial end of the coil into contact with the lamp body. Thereby, a coil is comprised by another body, a lamp exciter can be comprised by arrange | positioning in the suitable place of a lamp | ramp at the time of an assembly, and a manufacturing man-hour can be reduced.
また、前記容量素子を前記励振コイルの一方の軸方向端部側に接続したことを特徴とする。
容量素子と励振コイルにより共振回路を形成した場合、容量素子と励振コイルを接続した接点はホットエンドといって最も共振電圧が高くなり、その部分の発光強度が大きくなる。また、励振コイルをランプ本体に当接すると、ルビジウムランプから光が出射されるので、当接面に近い励振コイルの一方の軸方向端部側に容量素子を接続することが好ましい。これにより、出射された光を最大限に活用することができる。
The capacitive element may be connected to one axial end of the excitation coil.
When a resonance circuit is formed by a capacitive element and an excitation coil, a contact point connecting the capacitive element and the excitation coil has a highest resonance voltage called a hot end, and the light emission intensity at that portion is increased. Further, when the excitation coil is brought into contact with the lamp body, light is emitted from the rubidium lamp. Therefore, it is preferable to connect the capacitive element to one axial end portion of the excitation coil close to the contact surface. Thereby, the emitted light can be utilized to the maximum extent.
また、前記金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と前記高周波電磁界とが並行となるように前記励振コイルを前記ランプ本体に巻き回すと共に、前記金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と交差する方向に前記光路が形成されるように前記励振コイルの一部を粗巻きとすることを特徴とする。
最も効率よくルビジウム原子を励振させるには、励振コイルをランプ本体に均一に巻き回すことが有効である。しかし、金属溜まり部を下方に配置した場合は、このままでは光が出射される方向は上方となる。本発明では、光路を金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と交差する方向に形成する必要があるが、励振コイルが光路を妨げてしまう。そこで本発明では、光路となる部分のコイルを粗巻きにして、その隙間を光路とするものである。これにより、最も効率よくルビジウム原子を励振させると共に、小型化を実現することができる。
In addition, the excitation coil is wound around the lamp body so that the straight line penetrating the metal reservoir portion in the vertical direction and the high-frequency electromagnetic field are parallel to each other, and intersects the straight line penetrating the metal reservoir portion in the vertical direction. A part of the excitation coil is coarsely wound so that the optical path is formed in the direction of the rotation.
In order to excite rubidium atoms most efficiently, it is effective to uniformly wind the excitation coil around the lamp body. However, in the case where the metal reservoir portion is disposed below, the direction in which light is emitted is upward as it is. In the present invention, it is necessary to form the optical path in a direction intersecting with a straight line penetrating the metal reservoir in the vertical direction, but the excitation coil obstructs the optical path. Therefore, in the present invention, the coil of the portion that becomes the optical path is roughly wound, and the gap is used as the optical path. This makes it possible to excite rubidium atoms most efficiently and to achieve miniaturization.
また、前記金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と前記高周波電磁界が交差するように前記励振コイルを前記ランプ本体に巻き回すと共に、前記容量素子を前記励振コイルの巻き数の略2/1の位置に直列に接続し、且つ前記金属溜まり部の近傍に配置したことを特徴とする。
励振コイルをランプ本体に巻き回す場合、金属溜まり部が励振コイル内に入らないように巻く必要がある。そのためには、金属溜まり部を避けて金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線に対して左右対称に巻くことになる。その場合、金属溜まり部の部分はデッドスペースとなり、小型化のためにはこの部分も有効に利用することが重要である。そこで本発明では、左右対称に巻いた励振コイルの中心に容量素子を接続して、デッドスペースにそれを配置するものである。これにより、最も効率よくルビジウム原子を励振させると共に、容量素子を有効に配置して小型化を実現することができる。
In addition, the excitation coil is wound around the lamp body so that the straight line penetrating in the metal reservoir portion in the vertical direction intersects the high-frequency electromagnetic field, and the capacitive element is approximately 2/1 of the number of turns of the excitation coil. It is characterized in that it is connected in series at the position of and located in the vicinity of the metal reservoir.
When the excitation coil is wound around the lamp body, it is necessary to wind so that the metal reservoir does not enter the excitation coil. For this purpose, the metal pool portion is avoided and the metal pool portion is wound symmetrically with respect to a straight line penetrating in the vertical direction. In this case, the metal reservoir portion becomes a dead space, and it is important to effectively use this portion for miniaturization. Therefore, in the present invention, a capacitive element is connected to the center of the excitation coil wound symmetrically and disposed in the dead space. As a result, the rubidium atoms can be excited most efficiently, and the capacitive element can be effectively arranged to achieve downsizing.
また、前記金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と前記高周波電磁界が交差するように前記励振コイルを前記ランプ本体に巻き回すと共に、近接配置された前記ガスセルへのルビジウム光の出射側に前記容量素子を配置したことを特徴とする。
光路側をホットエンドとすることにより、より効率よく光を出射することができる。本発明の場合、励振コイルの一方の軸方向端部が光路となるため、その部分がホットエンドとなるように容量素子を配置するものである。これにより、最も効率よくルビジウム原子を励振させると共に、光路側の光を効率よく発光させることができる。
In addition, the excitation coil is wound around the lamp body so that the straight line penetrating in the vertical direction in the metal reservoir portion and the high-frequency electromagnetic field intersect, and the rubidium light is emitted to the gas cell disposed in the vicinity of the excitation coil. A capacitor element is arranged.
By making the optical path side a hot end, light can be emitted more efficiently. In the case of the present invention, since one axial end portion of the excitation coil serves as an optical path, the capacitive element is arranged so that that portion serves as a hot end. As a result, rubidium atoms can be excited most efficiently and light on the optical path side can be efficiently emitted.
また、前記励振コイルを前記金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線に対して所定の傾斜角度にて前記ランプ本体に巻き回すと共に、前記金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と交差する一方の方向に前記光路を形成することを特徴とする。
本発明は、励振コイルを金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線に対して斜めに巻きまわし、励振コイルが巻いてない方を光路として利用するものである。これにより、励振コイルの巻き回しが単純化されて組み立て工数を削減することができる。
The excitation coil is wound around the lamp body at a predetermined inclination angle with respect to a straight line penetrating the metal reservoir portion in the vertical direction, and one of the excitation coils intersects with a straight line penetrating the metal reservoir portion in the vertical direction. The optical path is formed in a direction.
In the present invention, the excitation coil is wound obliquely with respect to a straight line penetrating the metal reservoir in the vertical direction, and the direction where the excitation coil is not wound is used as the optical path. Thereby, winding of an excitation coil is simplified and an assembly man-hour can be reduced.
また、ルビジウム光源からの入射光のマイクロ波周波数に応じた光吸収特性を利用して発振周波数を制御する原子発振器であって、請求項1乃至7の何れか一項に記載のランプ励振器と、ルビジウム原子の共鳴周波数付近で共振する空洞共振器と、前記ルビジウム原子を封入したガスセルと、を備えたことを特徴とする。
本発明のランプ励振器を使用することにより、金属溜まり部が下方に配置される。そして、ルビジウム光は金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線に対して略直交する方向を光路としてガスセルに入射される。これにより、発光強度の変動、点灯の持続性、及び点灯再始動の特性を向上させると共に、光マイクロ波ユニットの小型化を実現した原子発振器を提供することができる。
An atomic oscillator that controls an oscillation frequency by using a light absorption characteristic according to a microwave frequency of incident light from a rubidium light source, comprising: the lamp exciter according to any one of
By using the lamp exciter of the present invention, the metal reservoir is disposed below. The rubidium light is incident on the gas cell using a direction substantially orthogonal to a straight line penetrating the metal reservoir portion in the vertical direction. As a result, it is possible to provide an atomic oscillator that improves the emission intensity variation, lighting sustainability, and lighting restart characteristics, and realizes downsizing of the optical microwave unit.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1(a)は本発明の第1の実施形態に係るランプ励振器の模式図、図1(b)は本発明の第2の実施形態に係るランプ励振器の模式図である。このランプ励振器2A、2Bは、ルビジウム金属を封入するランプ本体5b及びランプ本体5b内で気化し切れないルビジウム金属を貯留するためにランプ本体5bの適所から外部に突出した金属溜まり部5aを備え、且つルビジウム光を図示しないガスセルに向けて出射するルビジウムランプ5と、ルビジウムランプ5に高周波電磁界を供給する励振コイルLと、励振コイルLに直列に接続して共振回路を形成する容量素子Cと、共振回路に高周波信号を供給する発振部1と、を備えて構成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
FIG. 1A is a schematic diagram of a lamp exciter according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic diagram of a lamp exciter according to the second embodiment of the present invention. The
そして金属溜まり部5a内を上下方向に貫通する直線16(以下、単に直線16と呼ぶ)と高周波電磁界17が交差するように励振コイルLを配置する場合、励振コイルLの一方の軸方向端部Laをランプ本体5bの側面に当接するように配置するものである。
即ち、ランプ励振器2A、2Bはルビジウムランプ5に高周波電磁界17を印加するコイルLと、このコイルLに直列に接続した容量素子Cにより共振回路を形成している。従って、この共振回路の共振周波数に同調する発振信号を発振器1から供給することにより、ルビジウムランプ5に封入されたルビジウム金属を励振して光を出射する。また、ルビジウムランプ5には、気化し切れないルビジウム金属を貯留するための金属溜まり部5aという突起部が存在する。しかし、この直線16が水平になるようにルビジウムランプ5を配置すると、発光している間、長期的な変化として金属の重力方向へのルビジウム金属の付着が進行する。そのため、ルビジウム金属が励振コイル5の内側に入ってきてしまうため、点灯エネルギ供給用の励振コイル5から発生する交流電磁界17を阻害し、発光強度の変動、点灯の持続性、及び点灯再始動の特性を悪化させるといった課題がある。そこで本実施形態では、金属溜まり部5aが下方を向くようにルビジウムランプ5を配置すると共に、直線16と交差する方向に光路14が形成されるように励振コイルLを配置するものである。これにより、発光強度の変動、点灯の持続性、及び点灯再始動の特性を向上させると共に、発振器の小型化の阻害要因を極力少なくすることができる。
When the excitation coil L is arranged so that the straight line 16 (hereinafter simply referred to as the straight line 16) that penetrates the
That is, the
尚、励振コイルLはルビジウムランプ5の外側から電磁界17を内部のルビジウム金属に供給することにより原子を励振させて発光させる。従って、ルビジウムランプ5に励振コイルLを巻き回す必要はなく、励振コイルLをランプ本体5bに近接することにより発光させることができる。また、励振コイルLの一方の軸方向端部Laをランプ本体5bに当接することにより電磁界17を供給するので、励振コイルLを別体で構成しておき、組み立て時にルビジウムランプ5の適所に配置することでランプ励振器2A、2Bを構成することができ、製造工数を削減することができる。
The excitation coil L excites atoms to emit light by supplying an
図1(a)の第1の実施形態では、容量素子Cを励振コイルLの一方の軸方向端部La側に配置し、一方の軸方向端部La側と対向するランプ本体5bの側面を光路14とするものである。即ち、容量素子Cと励振コイルLにより共振回路を形成した場合、容量素子Cと励振コイルLの接続点hをホットエンドといって最も共振電圧が高くなり、その部分の発光が強くなる。また、励振コイルLをランプ本体5bに当接すると、ルビジウムランプ5から光が出射される。その光は、ルビジウムランプ5の全面から出射されるため、光路14側には障害物がない方が好ましい。そこで本実施形態では、励振コイルLを配置した反対側を光路14とするものである。これにより、出射された光を最大限に活用することができる。
また、図1(b)の第2の実施形態では、容量素子Cを励振コイルLの一方の軸方向端部La側に配置し、この一方の軸方向端部La側を光路14とするものである。即ち、光路14側には図示しないガスセルが配置され、ルビジウムランプ5から出射された光を受けて光を吸収する。また、ランプ励振器2Bを小型化するには、極力無駄なスペースを削減することが必要である。そこで本実施形態では、励振コイルLの中心部が空芯であることを利用して、その部分に光を通過させるものである。これにより、光マイクロ波ユニット全体を小型化することができる。
In the first embodiment shown in FIG. 1A, the capacitive element C is disposed on the one axial end portion La side of the excitation coil L, and the side surface of the
In the second embodiment shown in FIG. 1B, the capacitive element C is disposed on one axial end portion La side of the excitation coil L, and the one axial end portion La side is used as the
図2(a)は本発明の第3の実施形態に係るランプ励振器の模式図、図2(b)は本発明の第4の実施形態に係るランプ励振器の模式図である。このランプ励振器2C、2Dは、直線16と高周波電磁界17が並行となるように励振コイルLをランプ本体5bに巻き回すと共に、直線16と交差する方向に光路14が形成されるように励振コイルLの一部を粗巻きとするものである。図2(a)は、光路14側の励振コイルを角度θだけ開口して光路14を確保するものである。それに対して図2(b)は、光路14の部分の励振コイルの両側を粗巻きにして光路14を確保するものである。
即ち、最も効率よくルビジウム原子を励振させるには、励振コイルLをランプ本体5bに均一に巻き回すことである。しかし、金属溜まり部5aを下方に配置した場合は、このままでは光が出射される方向は上方となる。本実施形態では、光路14を直線16と交差する方向に形成する必要があるが、励振コイルLが光路を妨げてしまう。そこで、光路14となる部分のコイルを開口或いは粗巻きにして、その隙間を光路14とするものである。これにより、最も効率よくルビジウム原子を励振させると共に、小型化を実現することができる。
FIG. 2A is a schematic diagram of a lamp exciter according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic diagram of a lamp exciter according to the fourth embodiment of the present invention. The lamp exciters 2C and 2D are excited so that the excitation coil L is wound around the
That is, in order to excite rubidium atoms most efficiently, the excitation coil L is uniformly wound around the
図3(a)は本発明の第5の実施形態に係るランプ励振器の模式図である。このランプ励振器2Eは、直線16と高周波電磁界17が交差するように励振コイルLをランプ本体5bに巻き回すと共に、容量素子Cを励振コイルLの巻き数の略2/1の位置に直列に接続し、且つ金属溜まり部5aの近傍に配置するものである。
即ち、励振コイルLをランプ本体5bに巻き回す場合、金属溜まり部5aが励振コイルL内に入らないように巻く必要がある。そのためには、金属溜まり部5aを避けて直線16に対して左右対称に巻くことになる。その場合、金属溜まり部5aの部分はデッドスペースとなり、小型化のためにはこの部分も有効に利用することが重要である。そこで本実施形態では、左右対称に巻いた励振コイルLb、Lcの中心に容量素子Cを接続して、デッドスペースにそれを配置するものである。これにより、最も効率よくルビジウム原子を励振させると共に、容量素子Cを有効に配置して小型化を実現することができる。尚、このときの光路14は励振コイルLcの一方の軸方向端部である。
FIG. 3A is a schematic diagram of a lamp exciter according to the fifth embodiment of the present invention. In the
That is, when the excitation coil L is wound around the lamp
図3(b)は本発明の第6の実施形態に係るランプ励振器の模式図である。このランプ励振器2Fは、直線16と高周波電磁界17が交差するように励振コイルLをランプ本体5bに巻き回すと共に、光路14となる側の励振コイルの一方の軸方向端部La側に容量素子Cを配置するものである。
即ち、光路14側をホットエンドとすることにより、より効率よく光を出射することができる。本実施形態の場合、励振コイルLの一方の軸方向端部Laが光路14となるため、その部分がホットエンドとなるように容量素子Cを配置するものである。これにより、最も効率よくルビジウム原子を励振させると共に、光路14側の光を効率よく発光させることができる。
FIG. 3B is a schematic diagram of a lamp exciter according to the sixth embodiment of the present invention. The
That is, by making the
図4(a)、(b)は本発明の第7の実施形態に係るランプ励振器の模式図である。このランプ励振器2G、2Hは、励振コイルLを直線16に対して所定の角度βでランプ本体5bに巻き回すと共に、直線16と交差する一方の方向(この図では右側)に光路14を形成するものである。尚、励振コイルLは金属溜まり部5a側から巻きまわしてもよいし、金属溜まり部5aの反対側から巻きまわしても良い。
即ち、本実施形態は、励振コイルLを直線16に対して斜めに巻きまわし、励振コイルLが巻いてない方を光路として利用するものである。これにより、励振コイルLの巻き回しが単純化されて組み立て工数を削減することができる。
FIGS. 4A and 4B are schematic views of a lamp exciter according to the seventh embodiment of the present invention. The
That is, in the present embodiment, the excitation coil L is wound obliquely with respect to the
図5は本発明の第8の実施形態に係るランプ励振器の模式図である。このランプ励振器2Iは、ランプ本体5bを光路14に対して所定の角度θ傾斜させて配置するものである。特性を重視する意味では金属溜まり部5aを下方に向けて設置するのが理想である。しかし、高さ方向に制約がある場合は、本実施形態のように、ランプ本体5bを約45度傾けて設置するのも1つの方法である。これにより、高さ方向の制約条件を守りつつ、ルビジウム金属の下方への進行を遅らせることができる。
図6は本発明の第9の実施形態に係るランプ励振器の模式図である。このランプ励振器2Jは、従来のランプ励振器の配置方向を、金属溜まり部5aが下方になるように配置したものである。このときの光路14はランプ本体5bの上方となるので、ガスセルがルビジウムランプ5の上に配置される縦型の原子発振器の場合に有効である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a lamp exciter according to an eighth embodiment of the present invention. The lamp exciter 2I is arranged such that the
FIG. 6 is a schematic diagram of a lamp exciter according to the ninth embodiment of the present invention. In the lamp exciter 2J, the arrangement direction of the conventional lamp exciter is arranged so that the
図7は本発明の第10の実施形態に係るランプ励振器の模式図である。このランプ励振器2Kは、円筒型のルビジウムランプ30の金属溜まり部30aが下方になるように配置し、上下対称に巻いた励振コイルLa、Lbの中心に容量素子Cを接続して、ルビジウムランプ30の中心部分を光路14とするものである。この実施形態は、従来の筒型のルビジウムランプをそのまま使用して、性能を向上させる場合に有効である。
図8は本発明のランプ励振器を用いたルビジウム原子発振器の概略構成を示すブロック図である。このルビジウム原子発振器100は、ランプ励振器2に高周波信号を供給する発振部1と、ルビジウムランプ(以下、Rbランプと記す)5を点灯するためのランプ励振器2と、ルビジウムガスを充填したRbガスセル6と、Rbガスセル6中のルビジウム原子の共振周波数により励振するマイクロ波共振器3と、マイクロ波共振器3にマイクロ波を放射する放射用アンテナ4と、Rbガスセル6を透過した光の強度を検出するフォトセンサ7と、Amp9に現れる低周波振幅変調信号の位相を弁別する位相弁別器10と、マイクロ波の位相を低周波により変調する低周波位相信号発生器11と、電圧制御水晶発振器13の発振信号をマイクロ波に逓倍する周波数逓倍合成変調部12と、位相弁別器10の電圧に基づいて所定の周波数を発振する電圧制御水晶発振器13と、を備えて構成されている。尚、ランプ励振器2、マイクロ波共振器3及びフォトセンサ7により構成されるユニットを光マイクロ波ユニット8と呼ぶ。また、周波数逓倍合成変調部12の出力は放射用アンテナ4に接続されている。
FIG. 7 is a schematic view of a lamp exciter according to the tenth embodiment of the present invention. This
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a rubidium atomic oscillator using the lamp exciter of the present invention. The rubidium
次に、本発明のルビジウム原子発振器の動作については公知であるので、ここでは説明を省略するが、本発明の主たる構成要素であるマイクロ波共振器3について概略を説明する。
ルビジウム原子発振器の動作プロセスにおいて、定常状態にあるエネルギ順位(F=1)より高い順位(F=2)にある電子をF=1の順位に落とすためのマイクロ波の存在が原子発振器として動作させるに当たって非常に重要であり、そのマイクロ波の強度を十分高めるためにマイクロ波共振器が用いられる。そして、マイクロ波共振器3内に取り付けた放射用アンテナ4から6.83468・・GHzを送出し、この周波数に同調をとるようにマイクロ波共振器は設計されている。
図9は、ランプ励振器と発振部との接続関係を示す回路図の一例を示す図である。発振器1は基本的にどのようなものでも構わないが、一般的には、コルピッツ発振回路として構成される。また、ランプ励振器2は、励振コイルLと容量素子Cとの直列共振回路がコルピッツ発振器1の発振トランジスタTrのベース側に接続される。また、励振コイルLは前述したとおりルビジウムランプ5に巻き回され、そこからルビジウム光14が出射される。
Next, since the operation of the rubidium atomic oscillator of the present invention is known, the description thereof will be omitted here, but the outline of the
In the operation process of the rubidium atomic oscillator, the presence of microwaves for dropping the electrons in the higher order (F = 2) than the energy order (F = 1) in the steady state to the order of F = 1 operates as an atomic oscillator. In order to sufficiently increase the intensity of the microwave, a microwave resonator is used. The microwave resonator is designed to transmit 6.83468 ·· GHz from the radiation antenna 4 attached in the
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a circuit diagram illustrating a connection relationship between the lamp exciter and the oscillation unit. The
1 発振部、2 ランプ励振器、3 マイクロ波共振器、4 放射用アンテナ、5 ルビジウムランプ、6 ルビジウムガスセル、7 フォトセンサ、8 光マイクロ波ユニット、9 Amp、10 位相弁別器、11 低周波位相信号発生器、12 周波数逓倍合成変調部、13 電圧制御水晶発振器、14 光路、100 ルビジウム原子発振器、L 励振コイル、C 容量素子
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記金属溜まり部が下方を向くように前記ルビジウムランプを配置すると共に、前記金属溜まり部内を上下方向に貫通する直線と交差する方向に前記ルビジウム光の光路が形成されるように前記励振コイルを配置することを特徴とするランプ励振器。 A rubidium having a lamp body enclosing rubidium metal, and a metal reservoir portion protruding outward from a proper position of the lamp body to store rubidium metal that cannot be vaporized in the lamp body, and emitting rubidium light toward a gas cell A lamp, an excitation coil that supplies a high-frequency electromagnetic field to the rubidium lamp, a capacitive element that is connected in series to the excitation coil to form a resonance circuit, and an oscillation unit that supplies a high-frequency signal to the resonance circuit Lamp exciter,
The rubidium lamp is disposed so that the metal reservoir portion faces downward, and the excitation coil is disposed so that an optical path of the rubidium light is formed in a direction intersecting with a straight line penetrating the metal reservoir portion in the vertical direction. A lamp exciter characterized by:
請求項1乃至7の何れか一項に記載のランプ励振器と、ルビジウム原子の共鳴周波数付近で共振する空洞共振器と、前記ルビジウム原子を封入したガスセルと、を備えたことを特徴とする原子発振器。 An atomic oscillator that controls an oscillation frequency by utilizing a light absorption characteristic according to a microwave frequency of incident light from a rubidium light source,
An atom comprising: the lamp exciter according to any one of claims 1 to 7, a cavity resonator that resonates in the vicinity of a resonance frequency of a rubidium atom, and a gas cell in which the rubidium atom is sealed. Oscillator.
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