JP2010028794A - 原子発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスセルの加熱効率の低下を抑えられるとともに、小型化が可能な原子発振器を提供する。
【解決手段】ガスセル１０は、円筒部１と、その円筒部１の両端の開口部を封鎖する窓部２，３とにより、密閉されたキャビティＴ１が形成され、このキャビティＴ１内にアルカリ金属を気化させた多数の金属原子が封入される。二つの窓部２，３それぞれの外側の面には、ＩＴＯなどの透明電極膜からなる第１の加熱ヒーター１２、および第２の加熱ヒーター１３がそれぞれ積層されて設けられている。第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３の一端部分からは第１のヒーター配線２２および第２のヒーター配線２３が引き出されている。第１のヒーター配線２２および第２のヒーター配線２３は温度制御回路を有する制御回路基板に接続され、第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３は、第３のヒーター配線１５により接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子発振器に関し、さらに詳しくは、ガスセルの加熱効率の低下が抑えられ、高精度で小型化が可能な原子発振器に関するものである。

ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属を用いた原子発振器は、原子のエネルギー遷移を利用する際に、ガスセル内に、緩衝ガスとともにアルカリ金属原子を蒸気状態に保つ必要があるため、原子を気密封止したガスセルを所定の高温に保って動作させている。原子発振器の動作原理は、アルカリ金属原子を励起する光およびマイクロ波を利用した二重共鳴法（例えば特許文献１を参照）と、２種類の干渉光により量子干渉効果（以下ＣＰＴ：Coherent Population Trappingと記す）を利用する方法（例えば特許文献２を参照）とに大別される。

図６（ａ）に、ＣＰＴを利用した従来技術にかかる原子発振器の構成を模式的に示す。
図６（ａ）に示す原子発振器２５０は、光源としての半導体レーザー２３０、ガスセル２１０、および光検出手段としての光検出器２４０を含む構成にて光学系を形成している（特許文献２を参照）。ガスセル２１０の内部には、ルビジウム原子やセシウム原子などの量子吸収体となるアルカリ金属原子（図示せず）が封入されている。半導体レーザー２３０は、波長の異なる２種類のレーザー光（カップリング光とプローブ光）を生成してガスセル２１０に出力している。原子発振器２５０は、ガスセル２１０に入射したレーザー光が、金属原子ガスにどれだけ吸収されたかを、ガスセル２１０に対して半導体レーザー２３０の反対側に配置された光検出器２４０で検出することにより、原子共鳴を検知して周波数制御回路２２０などの制御系にて水晶発振器などの基準信号をその原子共鳴に同期させて出力を得ている。

図６（ｂ）には、量子吸収体のエネルギー準位を示す。量子吸収体のエネルギー準位は、２つの基底準位（第１基底準位、第２基底順位）と、励起準位を有する３準位系（例えばΛ型準位系）とにより構成される。ここで、同時に照射される２つの共鳴光（第１共鳴光、第２共鳴光）の周波数（ω１、ω２）の差が、第１基底準位と第２基底準位とのエネルギー差に正確に一致すると、３準位系は２つの基底準位の重ね合わせの状態となり、励起準位への励起が停止する。
すなわち、図６（ｃ）に示す光吸収スペクトルのように、ガスセル２１０内の量子吸収体は半導体レーザー２３０から発せられたレーザー光を吸収し、２種類の光の周波数差に応じて光吸収特性（光の透過率）が変化するが、カップリング光とプローブ光との周波数差が特定の値のときに、２種類の光のいずれも吸収せずに透過する現象（電磁誘起透明化現象、ＥＩＴ（Electromagnetically Induced Transparency）現象）として知られている。ＣＰＴはこのＥＩＴ現象を利用して、２つの共鳴光（第１共鳴光、第２共鳴光）が一方あるいは両方の波長を変化させたときに、ガスセルでの光吸収が停止する現象をδ関数的な形状を持つＥＩＴ信号として検出して利用するものである。

ところで、原子発振器において、ガスセル中の原子密度が変化すると、原子ガスへの光の吸収度合いが変化して原子共鳴の検知に誤差を生じたり、検知できなくなるといった問題が起こる。このため、実用化されている原子発振器は、ガスセル内の原子の蒸気を一定の温度（例えば８０℃）に保つための加熱手段およびそれを制御する温度制御系を備えている。一方、原子発振器を搭載する電子機器の小型の要求が高まるのに伴い、原子発振器の小型化が必須となるため、ガスセルの加熱手段にも、ガスセルの温度を一定に保って且つ小型であることが要求される。
このような小型化の要求にこたえるものとして、例えば、光源からの光の光路の入射面および出射面を形成するガスセルの窓部に、光透過性を有する透明発熱体からなる膜状の加熱ヒーターを設けた構成の原子発振器が提案されている（例えば特許文献３を参照）。

図７に、特許文献３に記載の原子発振器（原子周波数基準）１５０の模式断面を示す。
原子発振器１５０は、ガス状の金属原子を封入したガスセル１１０と、ガスセル１１０を所定の温度に加熱する加熱手段としての第１の加熱ヒーター１１２および第２の加熱ヒーター１１３と、ガスセル１１０中の金属原子を励起する励起光の光源としての半導体レーザー１３０と、ガスセル１１０を透過した励起光を検出する光検出手段としての光検出器１４０と、を備えている。
ガスセル１１０は、筒状（チューブ状）の密閉容器であって、第１のレイヤーとしての筒部１０１と、該筒部の両端の開口部をそれぞれ封鎖して励起光（図中矢印）の光路の入射面および出射面を形成する第２のレイヤーとしての窓部１０２第３のレイヤーとしての窓部１０３とにより構成され、内部に密閉されたキャビティＴ２が形成されている。また、各窓部１０２，１０３それぞれの外側の面には、第１の加熱ヒーター１１２および第２の加熱ヒーター１１３が設けられている。そして、ガスセル１１０の光路の入射面となる窓部１０２の外側に配置された半導体レーザー１３０から入射された光が、筒部１０１内のキャビティＴ２を通過しながら金属原子を励起し、その励起光が出射面となる窓部１０３の外側に配置された光検出器１４０に向けて出射されるように配置されている。
励起光の入射面および出射面を形成する各窓部１０２，１０３はガラスなどの光透過性を有する材料からなり、それらの窓部１０２，１０３に設けられる第１の加熱ヒーター１１２および第２の加熱ヒーター１１３にも光透過性を有する透明発熱体を用いる必要がある。光透過性を有する発熱体としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極膜を用いることができる。このような膜状の加熱ヒーター１１２，１１３を加熱手段としていることにより、ガスセル１１０およびそれを用いた原子発振器１５０の小型化を可能としている。

特開平１０−２８４７７２号公報 米国特許第６８０６７８４号明細書Ｂ２ 米国特許出願公開第２００６／００２２７６号明細書Ａ１

ところで、特許文献３には、原子発振器１５０においては、第１の加熱ヒーター１１２および第２の加熱ヒーター１１３と、それらを制御する温度制御回路を含む制御回路基板とを接続するヒーター配線について特に記載がないが、第１の加熱ヒーター１１２および第２の加熱ヒーター１１３は、各窓部１０２，１０３上にそれぞれ独立させて設けられているので、各々の加熱ヒーターを別制御することになり、各加熱ヒーターごとに二つずつ、合計四つのヒーター配線が必要となる。すなわち、図７に発明者が図示したように、第１の加熱ヒーター１１２にはヒーター配線１２２ａ，１２２ｂが必要であり、第２の加熱ヒーター１１３にはヒーター配線１２３ａ，１２３ｂが必要になる。
ヒーター配線は各加熱ヒーターからの熱漏出の経路になり得るので、ヒーター配線が多いほどにガスセルの加熱効率の低下を招いて消費電力を増大させたり、ガスセルに温度分布が生じて原子発振器の精度の劣化を招いたりする虞がある。このため、ガスセルに設けられる加熱ヒーターのヒーター配線はなるべく減らしたい。
また、ヒーター配線が多いほど、配線スペースが大きくなるため原子発振器の小型化の障壁になるとともに、制御回路基板の回路構成が複雑になるという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

〔適用例１〕 本適用例にかかる原子発振器は、ガス状の金属原子を封入したガスセルと、前記ガスセルを所定の温度に加熱する加熱手段と、前記ガスセル中の前記金属原子を励起する励起光の光源と、前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する光検出手段と、前記加熱手段の温度制御回路を少なくとも有する基板と、を備えた原子発振器であって、前記ガスセルは、筒部と、該筒部の両端の開口部をそれぞれ封鎖して前記励起光の光路の入射面および出射面を形成する窓部と、を有し、前記加熱手段は、前記入射面側および前記出射面側の前記窓部にそれぞれ形成された透明発熱体からなる第１の加熱ヒーターおよび第２の加熱ヒーターであり、前記第１の加熱ヒーターと前記基板とを接続する第１のヒーター配線、前記第２の加熱ヒーターと前記基板とを接続する第２のヒーター配線、および前記第１の加熱ヒーターと前記第２の加熱ヒーターを接続する第３のヒーター配線、を有することを特徴とする。

この構成によれば、ガスセルの窓部に設けられた二つの加熱手段としての第１の加熱ヒーターおよび第２の加熱ヒーターが第３のヒーター配線により接続されているので、第１のヒーター配線および第２のヒーター配線により基板と直列に接続して駆動させることができる。これにより、第１の加熱ヒーターと第２の加熱ヒーターとのそれぞれを独立させて基板に接続する場合に比してヒーター配線の数が少なくて済むので、ヒーター配線からの熱エネルギーの漏出による加熱ヒーターの熱効率の低下が抑えられるとともに、ヒーター配線の配線スペースが低減される。したがって、安定した発振特性を備えた、小型で、低消費電力の原子発振器を提供することができる。

〔適用例２〕 上記適用例にかかる原子発振器において、前記第３のヒーター配線が、前記第１の加熱ヒーターおよび前記第２の加熱ヒーターと同じ材料により形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、ガスセルに第１の加熱ヒーターおよび第２の加熱ヒーターの形成する工程と同じ設備にて、第３のヒーター配線を効率よく形成することができる。

［適用例３］ 前記磁場制御回路は、前記磁場の強度が段階的に漸増するように構成されていることを特徴とする。

例えば、一定の抵抗値を示す体積および形状の第３のヒーター配線を形成することにより、その第３のヒーター配線を加熱ヒーター（第３の加熱ヒーター）として用いることができる。これにより、ガスセルの加熱効率および温度の安定性をより向上させることができる。

〔適用例４〕 上記適用例にかかる原子発振器において、前記第３のヒーター配線が、前記第１の加熱ヒーターの電流の向きと、前記第２の加熱ヒーターの電流の向きとが逆になるように配置されて設けられていることを特徴とする。

対向する第１の加熱ヒーターおよび第２の加熱ヒーターの電流の向きが同じになるように配置された場合には、ガスセル内部に磁界が生じ、その磁力によって共鳴周波数が変化する虞がある。上記構成によれば、ガスセル内に磁界が生じにくいので、原子発振器の精度の劣化を防止することができる。

〔適用例５〕 上記適用例にかかる原子発振器において、前記光源がコヒーレント光を照射するコヒーレント光源が用いられ、前記光源から波長が異なる２種類の励起光としての前記コヒーレント光を入射したときの量子干渉効果による光吸収特性を利用して発振周波数を制御することを特徴とする。

上記構成の原子発振器は、２種類の波長が異なるコヒーレント光による量子干渉効果による所謂ＣＰＴを利用した原子発振器であり、二重共鳴法による原子発振器に比してガスセルの励起光の進行方向の長さを短くできるため小型化に適している。したがって、ヒーター配線の数を少なくできることにより第１の加熱ヒーターおよび第２の加熱ヒーターの熱効率の低下を抑える本発明の効果を特に顕著に奏し、より小型で低消費電力の原子発振器を提供することができる。

（ａ）は、本実施形態にかかる原子発振器のガスセルを上側からみた平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ方向からみた模式側面図。 （ａ）は、原子発振器の一実施形態を説明する模式断面図、（ｂ）は、上側からみた模式平面図。 ガスセルの変形例１を説明する模式側面図。 ガスセルの変形例２を説明する模式側面図。 ガスセルの変形例３を説明する模式側面図。 （ａ）は、原子発振器の従来例を説明する模式図、（ｂ）は、原子発振器のエネルギー準位の説明図、（ｃ）は、原子発振器の光吸収スペクトルの説明図。 原子発振器の従来例を説明する模式断面図。

以下、原子発振器の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態にかかる原子発振器のガスセルを説明するものであり、（ａ）は上側からみた平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ方向からみた模式側面図である。なお、（ｃ）において施されたハッチングは、ヒーター配線を識別しやすくするためのものであり断面を示すものではない。
また、図２は、本実施形態の原子発振器を説明するものであり、（ａ）は模式断面図、（ｂ）は上側からみた模式平面図である。

（ガスセル）
まず、本実施形態の原子発振器の主要部であるガスセルについて説明する。
図１において、ガスセル１０は、筒部としての円筒部１と、その円筒部１の両端の開口部を封鎖する窓部２，３とにより、密閉されたキャビティＴ１が形成されている。このキャビティＴ１内には、ルビジウムやセシウムなどのアルカリ金属を気化させた多数の金属原子が封入される（図示せず）。
なお、キャビティＴ１内に金属原子ガスが封入されたガスセル１０において、金属原子ガスを励起する励起光の光路の入射面および出射面を形成する各窓部２，３は、例えばガラスなどの光透過性を有する材料からなる。一方、円筒部１は光透過性を必要としないので、金属や樹脂などにより形成されていてもよく、また、窓部２，３と同じガラスなどの光透過性材料により形成されていてもよい。

二つの窓部２，３それぞれの外側の面には、ガスセル１０の加熱手段であってＩＴＯなどの透明電極膜からなる第１の加熱ヒーター１２、および第２の加熱ヒーター１３がそれぞれ積層されて設けられている。本実施形態のガスセル１０においては、励起光の入射面側の窓部２の外側の面に第１の加熱ヒーター１２が設けられ、励起光の出射面側の窓部３の外側の面に第２の加熱ヒーター１３が設けられている。
第１の加熱ヒーター１２の一端部分からは第１のヒーター配線２２が引き出されている。また、第２の加熱ヒーター１３の一端部分からは第２のヒーター配線２３が引き出されている。第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３は、第１のヒーター配線２２および第２のヒーター配線２３を介して温度制御回路を有する後述する制御回路基板に接続されている。

また、第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３は、各窓部２，３の側面と円筒部１の一部に設けられた第３のヒーター配線１５により接続されている。すなわち、上記の回路基板に第１のヒーター配線２２を介して接続された第１の加熱ヒーター１２と、回路基板に第２のヒーター配線２３を介して接続された第２の加熱ヒーター１３とが、第３のヒーター配線１５により直列に接続されて一つの回路が形成されている。
なお、本実施形態の第３のヒーター配線１５は、第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３と同じＩＴＯなどの透明電極膜からなり、ガスセル１０上に同一プロセスで形成することが可能である。

（原子発振器）
次に、上記したガスセル１０を備えた原子発振器について説明する。
図２に示すように、原子発振器５０は、上記のガスセル１０と、温度制御回路を含む原子発振器５０の各種制御回路を有する制御回路基板５と、励起光の光源としての光源ランプ３０と、光検出手段としてのフォトセンサー４０と、光学素子層３５および光反射層４５とを有している。本実施形態では、ガスセル１０の励起光の入射面側である窓部２の外側に光学素子層３５が配置され、さらにその外側に光源ランプ３０およびフォトセンサー４０が配置され、励起光の出射面側である窓部３の外側に光反射層４５が設けられている。そして、図２（ａ）の矢印に示すように、光源ランプ３０から出射された励起光は、光学素子層３５を介して窓部２から窓部３の方向にガスセル１０内を通過してから、光反射層４５により反射されて再び窓部３から窓部２の方向に戻り、窓部２を通過した励起光がさらに光学素子層３５を通過してフォトセンサー４０に入射するようになっている。これにより、ガスセル１０内での励起光の光路を長くすることが可能になり、金属原子ガス中を通過する距離を確保できるので、原子発振器５０の精度を落とさずに小型化を図ることを可能にしている。

なお、本実施形態の原子発振器５０は、金属原子ガスが封入されたガスセル１０に、干渉性を有するコヒーレント光としての波長の異なる２種類の光を入射したときの量子干渉効果による光吸収特性を利用して発振周波数を制御する所謂ＣＰＴを利用した原子発振器である。このため、光源ランプ３０には干渉性を有するコヒーレント光の光源である半導体レーザー光源などが用いられる。ここで、コヒーレント光とは、半導体レーザーによるレーザー光などのような干渉性を有した光をいう。
また、フォトセンサー４０は、例えば太陽電池あるいはフォトダイオードなどからなる。
また、光反射層４５は、例えば、ガラスにアルミニウムなどを蒸着して得られる全反射膜を有した所謂反射鏡である。
また、上記構成において、光学素子層３５は、励起光のうち不要な光成分を取り除いて必要な光成分のみ透過させる分光を行ったり、光の強度を調整したりする光学層であって、例えば、ＮＤ（Neutral Density）フィルターや波長板、あるいはそれらを積層させたものなどが用いられる。ここで、ＮＤフィルターは、光源ランプから出射される光のエネルギーの相対分光分布を変えることなく光の強さを減らす、何等の分光選択吸収も示さない中性濃度の光学フィルターである。なお、原子発振器５０に求められる精度によっては光学素子層３５を設けない構成としてもよい。

なお、ガスセル１０に対してより高精度の温度維持を行って原子発振器５０の性能に寄与させるために、ガスセル１０と、光源ランプ３０と、フォトセンサー４０とを、保温可能な容器内に収納して温度制御すると効果的である。

本実施形態の原子発振器５０は、レーザー光などのコヒーレント光の原子干渉を利用した所謂ＣＰＴを用いたものである。この方式では、二つの基底準位が励起光を受けて、共通の励起準位と励起結合しているΛ型準位系において、同時に照射される二つの励起光の周波数が正確に第１基底準位と第２基底準位のエネルギー差に一致すると、Λ型準位系は二つの基底状態の重ね合わせの状態になり、励起準位への励起が停止する。ＣＰＴはこの原理を利用して、二つの励起光の一方あるいは両方の波長を変化させたときに、ガスセル１０での光吸収が停止する状態を検出して利用するものである（図６（ｂ）を参照）。

上記実施形態の原子発振器５０によれば、ガスセル１０の各窓部２，３に設けられた二つの加熱手段である第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３が第３のヒーター配線１５により直列に接続されている。これにより、第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３と制御回路基板５とを、最小限の二つのヒーター配線である第１のヒーター配線２２および第２のヒーター配線２３によって接続することにより第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３を駆動・制御することができる。したがって、ヒーター配線からの熱エネルギーの漏出による第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３の熱効率の低下が抑えられるとともに、ヒーター配線の配線スペースが低減されるので、性能を劣化させることなく、小型で、低消費電力の原子発振器５０を提供することができる。

また、上記実施形態の原子発振器５０は、光源ランプ３０として半導体レーザーによるレーザー光などのコヒーレント光を照射するコヒーレント光源を用いて、２種類の波長が異なるコヒーレント光による量子干渉効果による所謂ＣＰＴを利用した原子発振器とした。
この構成によれば、二重共鳴法による原子発振器に比してガスセルの励起光の進行方向の長さを短くできるため小型化に適しているので、ヒーター配線の数を少なくできることにより第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３の熱効率の低下を抑える効果を特に顕著に奏する。

また、上記実施形態では、第３のヒーター配線１５が、第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３と同じ材料により形成されているので、第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３の形成工程と同じ設備にて、第３のヒーター配線１５を効率よく形成することができる。

また、上記実施形態では、ガスセル１０の対向する窓部２，３の外側の面にそれぞれ設けられた第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３に通電した際に、第１の加熱ヒーター１２と第２の加熱ヒーター１３との電流の向きが逆となるように第３のヒーター配線１５により直列に接続した。
これにより、ガスセル１０内部に磁界が生じにくくなるので、磁力によって共鳴周波数が変化することによる原子発振器５０の精度の劣化を防止することができる。

上記実施形態で説明した原子発振器５０は、以下の変形例として実施することも可能である。

（変形例１）
上記実施形態では、ガスセル１０の第１の加熱ヒーター１２と第２の加熱ヒーター１３とを接続するヒーター配線として、図１に示すような形状の第３のヒーター配線１５を設けたが、ヒーター配線の形状はこれに限らない。第１の加熱ヒーター１２および第２の加熱ヒーター１３の一定の熱効率を確保しながら接続を図れるものであればヒーター配線の形状は特に問わない。
例えば、図３は、上記実施形態の第３のヒーター配線１５とは異なる形状のヒーター配線の一例を説明するものであり、図１（ｃ）と同じ方向からみた本変形例のガスセルの模式側面図である。なお、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。

図３に示すガスセル６０は、窓部２，３それぞれの外側に設けられたＩＴＯなどの透明電極膜からなる第１の加熱ヒーター６２と第２の加熱ヒーター６３とが、円筒部１に設けられた三本線状の第３のヒーター配線６５により接続されている。第３のヒーター配線６５は、第１の加熱ヒーター６２および第２の加熱ヒーター６３と同じ透明電極膜により形成されている。
なお、本変形例では、三本の第３のヒーター配線６５により第１の加熱ヒーター６２と第２の加熱ヒーター６３とを接続したが、ヒーター配線の本数および太さなどの形状については図３の第３のヒーター配線６５の本数や形状に特に限定されない。

（変形例２）
上記実施形態および変形例１では、第３のヒーター配線１５，６５を、第１の加熱ヒーター１２，６２と第２の加熱ヒーター１３，６３とを電気的に接続するヒーター配線としてのみ用いる構成について説明した。第３のヒーター配線は、その材質や形状によってガスセルの加熱に供する第３の加熱ヒーターとして用いることも可能である。
図４は、第３のヒーター配線を第３の加熱ヒーターとして用いるガスセルを説明するものであり、図１（ｃ）と同じ方向からみた模式側面図である。なお、上記実施形態および変形例と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。

図４に示すガスセル７０は、窓部２，３それぞれの外側に設けられたＩＴＯなどの透明電極膜からなる第１の加熱ヒーター７２と第２の加熱ヒーター７３とが、円筒部１に設けられた幅広の第３のヒーター配線７５により接続されている。本変形例の第３のヒーター配線７５は、第１の加熱ヒーター７２および第２の加熱ヒーター７３と同じ透明電極膜からなり、円筒部１の胴部の略半分を覆うように幅広に形成されている。なお、第３のヒーター配線７５の形状はこれに限らず、ガスセル７０の加熱に十分寄与する形状・大きさに形成すればよい。

本変形例のガスセル７０によれば、第３のヒーター配線７５が第３の加熱ヒーターとして機能するのでガスセル７０の加熱効率をより向上させることが可能となり、性能の安定した原子発振器に寄与できる。

（変形例３）
上記実施形態および変形例１、変形例２では、第３のヒーター配線１５，６５，７５を、第１の加熱ヒーター１２，６２と第２の加熱ヒーター１３，６３と同じ材料であるＩＴＯなどの透明電極膜により形成した。これに限らず、第３のヒーター配線は、第１の加熱ヒーターおよび第２の加熱ヒーターとは別の導電性材料により形成してもよい。
図５は、第３のヒーター配線を、第１の加熱ヒーターおよび第２の加熱ヒーターとは異なる材料により形成したガスセルを説明するものであり、図１（ｃ）と同じ方向からみた模式側面図である。なお、上記実施形態および変形例と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。

図５に示すガスセル８０は、窓部２，３それぞれの外側に設けられたＩＴＯなどの透明電極膜からなる第１の加熱ヒーター８２と第２の加熱ヒーター８３とを有している。また、円筒部１には、第１の加熱ヒーター８２と第２の加熱ヒーター８３とを接続する第３のヒーター配線８５が設けられている。第３のヒーター配線８５は、例えばアルミニウムなどの金属材料をスパッターあるいは蒸着したり、メッキ法あるいは導電性ペースト材料をインクジェット法により吐出させたり印刷したりすることにより形成することができる。

或いは、第３のヒーター配線８５をアルミニウムなどの金属材料と導電性ペースト材料によって形成しても良い。また或いは、第３のヒーター配線８５をＩＴＯなどの透明電極膜と導電性ペースト材料によって形成しても良い。例えば、円筒部１の一部にＩＴＯなどの透明電極膜を形成しておき、この透明電極膜の両端（第１の加熱ヒーター８２との境界近辺、及び第２の加熱ヒーター８３との境界近辺）にそれぞれ導電性ペースト材料を塗布すれば、第１の加熱ヒーター８２及び第２の加熱ヒーター８３との接続が簡単にできる。

この構成によれば、第３のヒーター配線の材料の選択肢が広がるとともに、形成方法の選択によっては第３のヒーター配線の形成工程の簡略化が図れる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態および変形例では、開口部の形状が円形である円筒形の筒部である円筒部１を有するガスセル１０について説明した。これに限らず、筒部は開口部の形状が楕円形の円筒形であってよく、また、原子発振器に求める精度によっては多角柱状の筒部であってもよい。また、筒部の長手方向断面が、その中央を頂部として両端側に向けて幅が狭くなる所謂断面コンベックス状であってもよい。

また、上記実施形態の原子発振器５０では、ガスセル１０の光の入射面側の窓部２側に光源ランプ３０およびフォトセンサー４０を配置し、ガスセル１０の光の出射面側の窓部３側に配置させた光反射層４５を用いて、光源ランプ３０からの出射される励起光を反射させてフォトセンサー４０に入射させる構成とした。これに限らず、図７を用いて説明した従来例の原子発振器１５０のように、ガスセルの入射面側の窓部側に光源を配置し、出射面側の窓部側に光検出手段を配置する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、ＣＰＴを用いた原子発振器５０に用いるガスセル１０，６０，７０，８０について説明したが、本発明が、光源からの光とマイクロ波を利用した二重共鳴法による原子発振器にも適用できることはもちろんである。

１…筒部としての円筒部、２，３…窓部、５…制御回路基板、１０，６０，７０，８０…ガスセル、１２，６２，７２，８２…第１の加熱ヒーター、１３，６３，７３，８３…第２の加熱ヒーター、１５，６５，７５，８５…第３のヒーター配線、２２…第１のヒーター配線、２３…第２のヒーター配線、３０…光源としての光源ランプ、４０…光検出手段としてのフォトセンサー、５０…原子発振器、１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ…従来例のヒーター配線、Ｔ１，Ｔ２…ガスセルのキャビティ。

Claims (5)

1. ガス状の金属原子を封入したガスセルと、前記ガスセルを所定の温度に加熱する加熱手段と、前記ガスセル中の前記金属原子を励起する励起光の光源と、前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する光検出手段と、前記加熱手段の温度制御回路を少なくとも有する基板と、を備えた原子発振器であって、
   前記ガスセルは、筒部と、該筒部の両端の開口部をそれぞれ封鎖して前記励起光の光路の入射面および出射面を形成する窓部と、を有し、
   前記加熱手段は、前記入射面側および前記出射面側の前記窓部にそれぞれ形成された透明発熱体からなる第１の加熱ヒーターおよび第２の加熱ヒーターであり、
   前記第１の加熱ヒーターと前記基板とを接続する第１のヒーター配線、前記第２の加熱ヒーターと前記基板とを接続する第２のヒーター配線、および前記第１の加熱ヒーターと前記第２の加熱ヒーターを接続する第３のヒーター配線、を有することを特徴とする原子発振器。
2. 前記第３のヒーター配線が、前記第１の加熱ヒーターおよび前記第２の加熱ヒーターと同じ材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
3. 前記筒部に第３の加熱ヒーターが設けられ、該第３の加熱ヒーターが前記第３のヒーター配線を兼ねていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子発振器。
4. 前記第３のヒーター配線が、前記第１の加熱ヒーターの電流の向きと、前記第２の加熱ヒーターの電流の向きとが逆になるように配置されて設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の原子発振器。
5. 前記光源がコヒーレント光を照射するコヒーレント光源が用いられ、
   前記光源から波長が異なる２種類の励起光としての前記コヒーレント光を入射したときの量子干渉効果による光吸収特性を利用して発振周波数を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の原子発振器。

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