JP2012195351A - 原子発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命化を図ることができる原子発振器を提供すること。
【解決手段】本発明の原子発振器１は、ガス状のアルカリ金属原子が封入されたガスセル２１と、ガスセル２１を介して対向し、通電により発熱するヒーター２２、２３とを有し、ヒーター２２、２３は、互いに放熱性が異なるように設置され、ヒーター２２、２３の放熱性の差を相殺するように、ヒーター２２、２３を互いに異なる発熱量で発熱させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子発振器に関するものである。

ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の原子のエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器は、一般に、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用したもの（例えば、特許文献１参照）と、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用したもの（例えば、特許文献２参照）とに大別される。
いずれの原子発振器においても、アルカリ金属をガスセル内に緩衝ガスとともに封入し、そのアルカリ金属をガス状に保つために、ガスセルを所定温度に加熱する必要がある。

例えば、特許文献３に記載の原子発振器では、ガス状の金属原子を封入したガスセルの外表面上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ（スズドープ酸化インジウム））で構成された膜状の発熱体が設けられ、この発熱体を通電により発熱させる。これにより、ガスセルを加熱して、ガスセル内の金属原子をガス状に保つことができる。また、ＩＴＯで構成された発熱体はガスセル内の金属原子を励起する励起光を透過可能であるため、ガスセルの励起光の入射面および出射面に発熱体を設けることができる。これにより、ガスセル内の励起光の光路に存在するアルカリ金属原子をガス状に維持することができる。
また、入射面に設けられた発熱体と、出射面に設けられた発熱体とは互いに同じ厚さおよび面積で形成され、これらの発熱抵抗体には同じ電圧および電流で通電がなされる。これにより、２つの発熱体の発熱量を同じにすることができる。

しかし、通常、ガスセルユニット全体の構造がガスセルを介して一方の発熱体側と他方の発熱体側とで非対称となるように構成されるため、一方の発熱体と他方の発熱体とで放熱性が異なることとなる。そのため、２つの発熱体の発熱量が同じであると、ガスセルの一方の発熱体側と他方の発熱体側とで温度差が生じることとなる。かかる温度差が大きくなると、ガスセルの内壁面の温度の低い側でアルカリ金属が析出（結露）して付着しやすくなる。その結果、ガスセルに対する励起光の透過量の減少により、ガスセルユニットの寿命が短くなってしまう問題があった。

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

本発明の目的は、長寿命化を図ることができる原子発振器を提供することにある。

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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の原子発振器は、ガスセルと、
前記ガスセルの一方側を加熱する第１ヒーターと、
前記ガスセルの一方側と対向する他方側を加熱する第２ヒーターと、
前記第１ヒーターから前記ガスセルの前記一方側への放熱性と、前記第２ヒーターから前記ガスセルの前記他方側への放熱性とが異なる構成と、を有し、
前記ガスセルの一方側の温度と前記ガスセルの他方側の温度との温度差が小さくなるように、前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターを互いに異なる発熱量で発熱させることを特徴とする。

このような本発明の原子発振器によれば、ガスセルの第１ヒーター側の温度と第２ヒーター側の温度とを互いに等しくすることができる。或いは、ガスセルの第１ヒーター側の温度と第２ヒーター側の温度の差を極めて小さくすることができる。そのため、ガスセル内でのアルカリ金属原子の不本意な析出（結露）を防止することができる。その結果、原子発振器の長寿命化を図ることができる。

［適用例２］
本発明の原子発振器では、前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターは互いに抵抗値が異なり、且つ前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量が互いに等しくなるように構成されていることが好ましい。
これにより、第１ヒーターおよび第２ヒーターの放熱性の差を相殺するように、第１ヒーターおよび第２ヒーターを互いに異なる発熱量で発熱させることができる。
［適用例３］
本発明の原子発振器では、前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量が互いに異なるように構成されていることが好ましい。
これにより、第１ヒーターおよび第２ヒーターの抵抗値が互いに等しくても、第１ヒーターおよび第２ヒーターの放熱性の差を相殺するように、第１ヒーターおよび第２ヒーターを互いに異なる発熱量で発熱させることができる。そのため、第１ヒーターおよび第２ヒーターの構成を同じものとし、装置構成を簡単化することができる。

［適用例４］
本発明の原子発振器では、前記ガスセルの温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量をそれぞれ制御する制御手段とを有することが好ましい。
これにより、第１ヒーターおよび第２ヒーターをそれぞれ所望の温度範囲内に維持することができる。

［適用例５］
本発明の原子発振器では、前記温度検知手段は、前記第１ヒーターの温度を検知する第１温度センサーと、前記第２ヒーターの温度を検知する第２温度センサーとを有し、
前記制御手段は、前記第１温度センサーの検知結果に基づいて前記第１ヒーターへの通電量を制御する第１温度制御回路と、前記第２温度センサーの検知結果に基づいて前記第２ヒーターへの通電量を制御する第２温度制御回路とを有することが好ましい。
これにより、第１ヒーターおよび第２ヒーターの発熱量をそれぞれ所望の温度範囲内により高精度に維持することができる。

［適用例６］
本発明の原子発振器では、前記温度検知手段は、前記第１ヒーターまたは前記第２ヒーターの温度を検知する温度センサーを有し、
前記制御手段は、前記温度センサーの検知結果に基づいて前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量を制御することが好ましい。
これにより、温度センサーの数が１つで済むため、装置構成を簡単化することができる。

［適用例７］
本発明の原子発振器では、前記制御手段は、前記第１ヒーターまたは前記第２ヒーターへの通電量を増幅または減衰させる調整回路と、前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターのうちの一方のヒーターに前記調整回路を介して接続されるとともに他方のヒーターに前記調整回路を介さずに接続され、前記温度センサーの検知結果に基づいて前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量を制御する温度制御回路とを有することが好ましい。
これにより、温度制御回路の数が１つで済むため、装置構成を簡単化することができる。

［適用例８］
本発明の原子発振器では、前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターは、前記ガスセルの外表面上に設けられた膜状の発熱抵抗体を有することが好ましい。
これにより、第１ヒーターおよび第２ヒーターを簡単化および小型化することができる。また、ガスセルが直接的に加熱される。そのため、ガスセルを効率的に加熱することができる。

本発明の第１実施形態に係る原子発振器の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す原子発振器に備えられたガスセル内のアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図である。 図１に示す原子発振器に備えられた光出射部および光検出部について、光出射部からの２つの光の周波数差と、光検出部の検出強度との関係を示すグラフである。 図１に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットおよび周辺の構成を示す断面図である。 図１に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットの概略構成を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る原子発振器の概略構成を示すブロック図である。 図６に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットおよび周辺の構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る原子発振器の概略構成を示すブロック図である。 図８に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットおよび周辺の構成を示す断面図である。

以下、本発明のガスセルユニットおよび原子発振器を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器の概略構成を示すブロック図、図２は、図１に示す原子発振器に備えられたガスセル内のアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図３は、図１に示す原子発振器に備えられた光出射部および光検出部について、光出射部からの２つの光の周波数差と、光検出部の検出強度との関係を示すグラフ、図４は、図１に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットおよび周辺の構成を示す断面図、図５は、図１に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットの概略構成を示す斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、図４、５中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図４、５では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向（上下方向）を「Ｚ軸方向」と言う。

（原子発振器）
まず、本実施形態に係る原子発振器の全体構成を簡単に説明する。
なお、以下では、量子干渉効果を利用した原子発振器に本発明を適用した場合を一例として説明するが、本発明は、これに限定されるものでななく、二重共鳴現象を利用した原子発振器にも適用可能である。

図１に示す原子発振器１は、ガスセルユニット２と、光出射部３と、光検出部４と、制御部５とを有している。
また、ガスセルユニット２は、ガス状のアルカリ金属を封入したガスセル２１と、ガスセル２１を加熱するヒーター２２、２３と、ガスセル２１の温度を検出する温度センサー２４と、ガスセル２１に作用する磁場を発生させるコイル２６とを有している。

ガスセル２１の内部には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。
アルカリ金属は、図２に示すように、３準位系のエネルギー準位を有しており、エネルギー準位の異なる２つの基底状態（基底状態１、２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態１は、基底状態２よりも低いエネルギー状態である。

このようなガス状のアルカリ金属に対して周波数の異なる２種の共鳴光１、２を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射すると、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光１、２のアルカリ金属における光吸収率（光透過率）が変化する。
そして、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態１、２から励起状態への励起がそれぞれ停止する。このとき、共鳴光１、２は、いずれも、アルカリ金属に吸収されずに透過する。このような現象をＣＰＴ現象または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）と呼ぶ。

光出射部３は、ガスセル２１中のアルカリ金属原子を励起する励起光を出射するものである。
より具体的には、光出射部３は、周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射するものである。
共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル２１中のアルカリ金属を前述した基底状態１から励起状態に励起し得るものである。
また、共鳴光２の周波数ω２は、ガスセル２１中のアルカリ金属を前述した基底状態２から励起状態に励起し得るものである。

光検出部４は、ガスセル２１を透過した共鳴光１、２の強度を検出するものである。
例えば、前述した光出射部３が共鳴光１の周波数ω１を固定し、共鳴光２の周波数ω２を変化させていくと、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数ω０に一致したとき、光検出部４の検出強度は、図３に示すように、急峻に上昇する。このような急峻な信号をＥＩＴ信号として検出する。このＥＩＴ信号は、アルカリ金属の種類によって決まった固有値をもっている。したがって、このようなＥＩＴ信号を用いることにより、発振器を構成することができる。

制御部５は、ヒーター２２、２３、コイル２６および光出射部３を制御する機能を有する。
このような制御部５は、光出射部３の共鳴光１、２の周波数を制御する周波数制御回路５１と、ガスセル２１中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御回路５２と、ガスセル２１に印加する磁場を制御する磁場制御回路５３とを有する。

周波数制御回路５１は、前述した光検出部４の検出結果に基づいて、光出射部３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。より具体的には、周波数制御回路５１は、前述した光検出部４によって検出された（ω１−ω２）が前述したアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、光出射部３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。
また、温度制御回路５２は、温度センサー２４の検出結果に基づいて、ヒーター２２、２３への通電を制御する。これにより、ガスセル２１を所望の温度範囲内に維持することができる。ここで、温度センサー２４は、ガスセル２１の温度を検知する温度検知手段を構成する。
また、磁場制御回路５３は、コイル２６が発生する磁場が一定となるように、コイル２６への通電を制御する。

このような原子発振器１は、図４に示すように、ガスセルユニット２の下側は、スペーサー６２を介して支持基板６１に支持されている。また、ガスセルユニット２の下側には、取付部材６３を介して前述した光出射部３が取り付けられている。
一方、ガスセルユニット２の上側には、前述した光検出部４が設けられている。
このような原子発振器１は、ガスセル２１を介してヒーター２２側（上側）とヒーター２３側（下側）とで非対称となるように構成されている。より具体的には、ガスセル２１を介してヒーター２２側（上側）とヒーター２３側（下側）とで異なる部材がガスセル２１に対して接触している。そのため、ヒーター２２およびヒーター２３の放熱性が互いに異なることとなる。なお、図４に示すガスセルユニット２の周辺の構成は一例であり、これに限定されるものではない。

（ガスセルユニットおよびガスセルの温度制御）
ここで、ガスセルユニット２およびガスセル２１の温度制御について詳述する。
ガスセルユニット２は、図４および図５に示すように、ガスセル２１と、ガスセル２１を介して対向する１対のヒーター２２、２３とを有している。

［ガスセル］
ガスセル２１は、１対の板状部２１１、２１２と、これらの間に設けられたスペーサー２１３とを有している。
板状部２１１、２１２は、それぞれ、前述した光出射部３からの励起光に対する透過性を有している。本実施形態では、板状部２１２は、ガスセル２１内へ入射する励起光が透過するものであり、板状部２１１は、ガスセル２１内から出射した励起光が透過するものである。

本実施形態では、板状部２１１、２１２は、それぞれ、板状をなしている。また、板状部２１１、２１２は、平面視にて四角形をなしている。なお、板状部２１１、２１２の形状は、前述したものに限定されず、例えば、平面視にて円形をなしていてもよい。
このような板状部２１１、２１２を構成する材料は、前述したような励起光に対する透過性を有していれば、特に限定されないが、ガラス材料、水晶等が挙げられる。

また、スペーサー２１３は、前述した１対の板状部２１１、２１２間に空間Ｓを形成するものである。
本実施形態では、スペーサー２１３は、枠状または筒状をなし、平面視にて外周および内周がそれぞれ四角形をなしている。なお、スペーサー２１３の形状は、前述したものに限定されず、例えば、平面視にて外周および内周がそれぞれ円形をなしていてもよい。

また、スペーサー２１３は、各板状部２１１、２１２に対して気密的に接合されている。これにより、１対の板状部２１１、２１２間の空間Ｓを気密空間とすることができる。スペーサー２１３と各板状部２１１、２１２との接合方法としては、スペーサー２１３や各板状部２１１、２１２の構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
このようなスペーサー２１３を構成する材料は、特に限定されず、金属材料、樹脂材料等であってもよく、板状部２１１、２１２と同様にガラス材料、水晶等であってもよい。

［ヒーター］
ヒーター２２、２３は、それぞれ、前述したガスセル２１（より具体的にはガスセル２１中のアルカリ金属）を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル２１中のアルカリ金属をガス状に維持することができる。
ヒーター２２、２３は、それぞれ、ガスセル２１の外表面上に設けられている。
本実施形態では、ヒーター（第１ヒーター）２２は、ガスセル２１に対して上側に設けられ、一方、ヒーター（第２ヒーター）２３は、ガスセル２１に対して下側に設けられている。これにより、ヒーター２２、２３は、ガスセル２１を挟むように設けられている。

このヒーター２２、２３は、前述したように互いに放熱性が異なるように設置されている。
そして、このヒーター２２、２３は、互いの放熱性の差を相殺するように、互いに異なる発熱量で発熱するように構成されている。
これにより、ガスセル２１のヒーター２２側の温度とヒーター２３側の温度とを互いに等しくすることができる。そのため、ガスセル２１内でのアルカリ金属原子の不本意な析出（結露）を防止することができる。その結果、原子発振器１の長寿命化を図ることができる。

特に、本実施形態では、ヒーター２２およびヒーター２３は、互いに抵抗値が異なる。これにより、ヒーター２２、２３への通電量（電圧および電流）が同じであっても、ヒーター２２およびヒーター２３の放熱性の差を相殺するように、ヒーター２２およびヒーター２３を互いに異なる発熱量で発熱させることができる。例えば、ヒーター２２の放熱性がヒーター２３の放熱性よりも高い場合、ヒーター２２の抵抗値をヒーター２３の抵抗値よりも高くする。これにより、同じ通電量であっても、ヒーター２２の発熱量をヒーター２３の発熱量よりも大きくすることができる。なお、ヒーター２２の放熱性がヒーター２３の放熱性よりも低い場合、ヒーター２２の抵抗値をヒーター２３の抵抗値よりも低くする。

このようなヒーター２２、２３は、ガスセル２１中のアルカリ金属原子を励起する励起光の光路に配置されている。これにより、ガスセル２１の内壁面の励起光の光路となる部分を効率的に加熱することができる。そして、前述したように、ガスセル２１のヒーター２２側（出射側）の温度とヒーター２３側（入射側）の温度とを互いに等しくすることにより、アルカリ金属原子が不本意に析出（結露）するのを防止することができる。すなわち、ガスセル２１の内壁面の励起光の光路となる部分にアルカリ金属原子が析出（結露）するのを防止することができる。その結果、原子発振器１の長寿命化を図ることができる。
より具体的に説明すると、ヒーター２２は、ガスセル２１の板状部２１１の上面上に設けられた発熱抵抗体２２１を有している。

一方、ヒーター２３は、ガスセル２１の板状部２１２の下面上に設けられた発熱抵抗体２３１を有している。
発熱抵抗体２２１、２３１は、それぞれ、通電により発熱するものである。また、本実施形態では、発熱抵抗体２２１、２３１は、それぞれ、ガスセル２１中のアルカリ金属原子を励起する励起光に対する透過性を有する。これにより、ガスセル２１の励起光の入射部および出射部をそれぞれ効率的に加熱することができる。なお、本実施形態では、励起光は、ヒーター２３を介してガスセル２１内に入射され、ガスセル２１内からヒーター２２を介して出射される。

この発熱抵抗体２２１、２３１は、それぞれ、薄膜状をなしている。このような薄膜状の発熱抵抗体２２１、２３１は公知の成膜法を用いて簡単かつ高精度に形成することができる。また、ヒーター２２、２３を簡単化および小型化することができる。また、ガスセル２１が直接的に加熱される。そのため、ガスセル２１を効率的に加熱することができる。

そして、本実施形態では、ヒーター２２の発熱抵抗体２２１の厚さとヒーター２３の発熱抵抗体２３１の厚さとが互いに異なる。これにより、簡単に、ヒーター２２およびヒーター２３の抵抗値を互いに異ならせることができる。なお、発熱抵抗体２２１と発熱抵抗体２３１とで構成材料、面積、形成パターン等を異ならせることによっても、ヒーター２２およびヒーター２３の抵抗値を互いに異ならせることができる。
本実施形態では、発熱抵抗体２２１は、ガスセル２１の板状部２１１の上面の全域に亘って一様に形成され、発熱抵抗体２３１は、ガスセル２１の板状部２１２の下面の全域に亘って一様に形成されている。

このような発熱抵抗体２２１、２３１の構成材料としては、前述したように通電により発熱するとともに励起光に対する光透過性を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ_３Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｓｂ含有ＳｎＯ_２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等の透明電極材料を用いるのが好ましく、特にＩＴＯを用いるのが好ましい。

このような透明電極材料は、好適な光透過性を有するとともに、通電により効率的に発熱することができる。
また、発熱抵抗体２２１、２３１がそれぞれ透明電極材料で構成されていると、発熱抵抗体２２１、２３１をガスセル２１の外表面の励起光の光路となる部分に設けることができる。そのため、ガスセル２１の励起光の入射部および出射部をヒーター２２、２３により効率的に加熱することができる。

発熱抵抗体２２１、２３１の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上１ｍｍ以下程度である。
また、発熱抵抗体２２１、２３１の形成は、特に限定されないが、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成することができる。
このような発熱抵抗体２２１、２３１は、温度制御回路５２に電気的に接続され、それぞれ通電される。

［温度センサー］
また、ガスセルユニット２は、温度センサー２４を有する。前述したようなヒーター２２、２３の発熱量は、この温度センサー２４の検出結果に基づいて制御される。これにより、ガスセル２１内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
温度センサー２４は、ヒーター２２またはガスセル２１の板状部２１１の温度を検出するものである。

本実施形態では、温度センサー２４は、図５に示すように、発熱抵抗体２２１の上面上に設けられている。なお、温度センサー２４の設置位置は、これに限定されず、例えば、ガスセル２１の外表面の板状部２１１付近上であってもよい。
温度センサー２４としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
このような温度センサー２４、２５は、図示しない配線を介して、前述した温度制御回路５２に電気的に接続されている。

［温度制御回路］
そして、温度制御回路５２は、温度センサー２４の検知結果に基づいて、前述したヒーター２２、２３の通電量を制御する。これにより、温度センサーの数が１つで済むため、装置構成を簡単化することができる。ここで、温度制御回路５２は、温度センサー２４（温度検知手段）の検知結果に基づいてヒーター２２、２３への通電量をそれぞれ制御する制御手段を構成する。
本実施形態では、温度制御回路５２は、ヒーター２２、２３に互いに等しい通電量（電圧および電流）で通電を行う。このように、ヒーター２２およびヒーター２３への通電量が互いに等しくなるように構成されていると、温度制御回路５２（制御手段）の構成を簡単なものとすることができる。

［コイル］
また、ガスセルユニット２は、コイル２６を有する（図１参照）。
このようなコイル２６は、通電により、磁場を発生させる。これにより、ガスセル２１中のアルカリ金属に磁場を印加することにより、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー状態間のギャップを拡げて、分解能を向上させることができる。その結果、原子発振器１の発振周波数の精度を高めることができる。

このコイル２６の設置位置は、特に限定されず、図示しないが、例えば、ソレノイド型を構成するようにガスセル２１の外周に沿って巻回して設けられていてもよいし、ヘルムホルツ型を構成するように１対のコイルをガスセル２１を介して対向させてもよい。
このコイル２６は、図示しない配線を介して、前述した磁場制御回路５３に電気的に接続されている。これにより、コイル２６に通電を行うことができる。
このようなコイル２６の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、銀、銅、パラジウム、白金、金、または、これらの合金等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

以上説明したような本実施形態の原子発振器１によれば、ガスセル２１のヒーター２２側の温度とヒーター２３側の温度とを互いに等しくすることができる。そのため、ガスセル２１内でのアルカリ金属原子の不本意な析出（結露）を防止することができる。その結果、原子発振器１の長寿命化を図ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る原子発振器の概略構成を示すブロック図、図７は、図６に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットおよび周辺の構成を示す断面図である。

本実施形態にかかる原子発振器は、第１ヒーターおよび第２ヒーターの発熱抵抗体の厚さが異なるとともに、温度センサーおよび温度制御回路の数が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる原子発振器と同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態の原子発振器に関し、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図６、７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図６に示す原子発振器１Ａは、ガスセルユニット２Ａと、光出射部３と、光検出部４と、制御部５Ａとを有している。
ガスセルユニット２Ａは、ガスセル２１と、ガスセル２１を加熱するヒーター２２Ａ、２３Ａと、ガスセル２１の温度を検出する温度センサー２４、２５と、コイル２６とを有している。

ヒーター（第１ヒーター）２２Ａは、ガスセル２１の板状部２１１の上面上に設けられた発熱抵抗体２２１Ａを有している。一方、ヒーター（第２ヒーター）２３Ａは、ガスセル２１の板状部２１２の下面上に設けられた発熱抵抗体２３１Ａを有している。
本実施形態では、ヒーター２２Ａの発熱抵抗体２２１Ａの厚さとヒーター２３Ａの発熱抵抗体２３１Ａの厚さとが互いに等しい。これにより、ヒーター２２Ａおよびヒーター２３Ａは、互いに抵抗値が等しい。

このようなヒーター２２Ａ、２３Ａへの通電量は、互いに異なるように制御される。これにより、ヒーター２２Ａ、２３Ａの抵抗値が互いに等しくても、ヒーター２２Ａ、２３Ａの放熱性の差を相殺するように、ヒーター２２Ａ、２３Ａを互いに異なる発熱量で発熱させることができる。そのため、ヒーター２２Ａ、２３Ａの構成を同じものとし、装置構成を簡単化することができる。例えば、ヒーター２２Ａの放熱性がヒーター２３Ａの放熱性よりも高い場合、ヒーター２２Ａへの通電量をヒーター２３Ａへの通電量よりも大きくする。これにより、同じ抵抗値であっても、ヒーター２２Ａの発熱量をヒーター２３Ａの発熱量よりも大きくすることができる。なお、ヒーター２２Ａの放熱性がヒーター２３Ａの放熱性よりも低い場合、ヒーター２２Ａへの通電量をヒーター２３Ａへの通電量よりも小さくする。
より具体的には、ヒーター２２Ａ、２３Ａへの通電量は、温度センサー２４、２５の検知結果に基づいて制御部５Ａにより制御される。

このような制御部５Ａは、周波数制御回路５１と、ガスセル２１中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御回路５２Ａ、５４と、磁場制御回路５３とを有する。
温度制御回路（第１温度制御回路）５２Ａは、温度センサー２４の検知結果に基づいて、前述したヒーター２２Ａの通電量を制御する。
また、温度制御回路（第２温度制御回路）５４は、温度センサー２５の検知結果に基づいて、前述したヒーター２３Ａの通電量を制御する。

このような２つの温度センサー２４、２５および２つの温度制御回路５２Ａ、５４を用いてヒーター２２Ａ、２３Ａへの通電量を制御することにより、ヒーター２２Ａおよびヒーター２３Ａの発熱量をそれぞれ所望の温度範囲内により高精度に維持することができる。また、ガスセル２１内の温度のバラツキ（励起光の入射側と出射側との温度差）を防止することができる。
これにより、ヒーター２２Ａ、２３Ａを同じものとすることができるため、装置構成を簡単化することができる。
以上説明したような第２実施形態に係る原子発振器１Ａによっても、長寿命化を図ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図８は、本発明の第３実施形態に係る原子発振器の概略構成を示すブロック図、図９は、図８に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットおよび周辺の構成を示す断面図である。

本実施形態にかかる原子発振器は、第１ヒーターおよび第２ヒーターの発熱抵抗体の厚さが異なるとともに、温度センサーの配置、制御手段の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる原子発振器と同様である。また、本実施形態にかかる原子発振器は、温度センサーの数、制御手段の構成が異なる以外は、前述した第２実施形態にかかる原子発振器と同様である。
なお、以下の説明では、第３実施形態の原子発振器に関し、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８、９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図８に示す原子発振器１Ｂは、ガスセルユニット２Ｂと、光出射部３と、光検出部４と、制御部５Ｂとを有している。
ガスセルユニット２Ｂは、ガスセル２１と、ヒーター２２Ａ、２３Ａと、温度センサー２５と、コイル２６とを有している。
本実施形態では、ヒーター２２Ａの発熱抵抗体２２１Ａの厚さとヒーター２３Ａの発熱抵抗体２３１Ａの厚さとが互いに等しい。これにより、ヒーター２２Ａおよびヒーター２３Ａは、互いに抵抗値が等しい。

このようなヒーター２２Ａ、２３Ａへの通電量は、互いに異なるように制御される。これにより、ヒーター２２Ａ、２３Ａの抵抗値が互いに等しくても、ヒーター２２Ａ、２３Ａの放熱性の差を相殺するように、ヒーター２２Ａ、２３Ａを互いに異なる発熱量で発熱させることができる。そのため、ヒーター２２Ａ、２３Ａの構成を同じものとし、装置構成を簡単化することができる。

より具体的には、ヒーター２２Ａ、２３Ａへの通電量は、温度センサー２５の検知結果に基づいて制御部５Ｂにより制御される。これにより、温度センサーの数が１つで済むため、装置構成を簡単化することができる。ここで、制御部５Ｂ（より具体的には後述する温度制御回路５４Ｂおよび調整回路５５）は、温度センサー２５（温度検知手段）の検知結果に基づいてヒーター２２Ａ、２３Ａへの通電量をそれぞれ制御する制御手段を構成する。
このような制御部５Ｂは、周波数制御回路５１と、ガスセル２１中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御回路５４Ｂと、磁場制御回路５３と、調整回路５５とを有する。

本実施形態では、温度制御回路５４Ｂは、温度センサー２５の検知結果に基づいて、ヒーター２２Ａ、２３Ａへの通電量を制御する。
この温度制御回路５４Ｂは、ヒーター２２Ａには調整回路５５を介して電気的に接続され、一方、ヒーター２３Ａには調整回路５５を介さずに電気的に接続されている。
調整回路５５は、ヒーター２３Ａへの通電量を増幅または減衰させる機能を有する。これにより、ヒーター２２Ａ、２３Ａの抵抗値が互いに等しくても、ヒーター２２Ａ、２３Ａの放熱性の差を相殺するように、ヒーター２２Ａ、２３Ａを互いに異なる発熱量で発熱させることができる。そのため、ヒーター２２Ａ、２３Ａの構成を同じものとし、装置構成を簡単化することができる。例えば、ヒーター２２Ａの放熱性がヒーター２３Ａの放熱性よりも高い場合、調整回路５５は、ヒーター２２Ａへの通電量を増幅する。これにより、同じ抵抗値であっても、ヒーター２２Ａの発熱量をヒーター２３Ａの発熱量よりも大きくすることができる。なお、ヒーター２２Ａの放熱性がヒーター２３Ａの放熱性よりも低い場合、ヒーター２２Ａへの通電量を減衰させる。

また、このような調整回路５５を用いることにより、温度制御回路の数が１つで済むため、装置構成を簡単化することができる。
このような調整回路５５は、前述した機能を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、ヒーター２２Ａへの通電量を増幅させる場合、アンプ（増幅回路）で構成することができ、ヒーター２２Ａへの通電量を減衰させる場合、抵抗器で構成することができる。
以上説明したような第３実施形態に係る原子発振器１Ｂによっても、長寿命化を図ることができる。

以上、本発明の原子発振器について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、本発明の原子発振器では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本発明の原子発振器は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。

１‥‥原子発振器 １Ａ‥‥原子発振器 １Ｂ‥‥原子発振器 ２‥‥ガスセルユニット ２Ａ‥‥ガスセルユニット ２Ｂ‥‥ガスセルユニット ３‥‥光出射部 ４‥‥光検出部 ５‥‥制御部 ２１‥‥ガスセル ２２‥‥ヒーター ２２Ａ‥‥ヒーター ２３‥‥ヒーター ２３Ａ‥‥ヒーター ２４‥‥温度センサー ２５‥‥温度センサー ２６‥‥コイル ５１‥‥周波数制御回路 ５２‥‥温度制御回路 ５２Ａ‥‥温度制御回路 ５３‥‥磁場制御回路 ５４Ｂ‥‥温度制御回路 ５５‥‥調整回路 ６１‥‥支持基板 ６２‥‥スペーサー ６３‥‥取付部材 ２１１‥‥板状部 ２１２‥‥板状部 ２１３‥‥スペーサー ２２１‥‥発熱抵抗体 ２２１Ａ‥‥発熱抵抗体 ２３１‥‥発熱抵抗体 ２３１Ａ‥‥発熱抵抗体 Ｓ‥‥空間 ω０‥‥周波数 ω１‥‥周波数 ω２‥‥周波数

Claims (8)

1. ガスセルと、
   前記ガスセルの一方側を加熱する第１ヒーターと、
   前記ガスセルの一方側と対向する他方側を加熱する第２ヒーターと、
   前記第１ヒーターから前記ガスセルの前記一方側への放熱性と、前記第２ヒーターから前記ガスセルの前記他方側への放熱性とが異なる構成と、を有し、
   前記ガスセルの一方側の温度と前記ガスセルの他方側の温度との温度差が小さくなるように、前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターを互いに異なる発熱量で発熱させることを特徴とする原子発振器。
2. 前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターは互いに抵抗値が異なり、且つ前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量が互いに等しくなるように構成されている請求項１に記載の原子発振器。
3. 前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量が互いに異なるように構成されている請求項１に記載の原子発振器。
4. 前記ガスセルの温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知結果に基づいて前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量をそれぞれ制御する制御手段とを有する請求項３に記載の原子発振器。
5. 前記温度検知手段は、前記第１ヒーターの温度を検知する第１温度センサーと、前記第２ヒーターの温度を検知する第２温度センサーとを有し、
   前記制御手段は、前記第１温度センサーの検知結果に基づいて前記第１ヒーターへの通電量を制御する第１温度制御回路と、前記第２温度センサーの検知結果に基づいて前記第２ヒーターへの通電量を制御する第２温度制御回路とを有する請求項４に記載の原子発振器。
6. 前記温度検知手段は、前記第１ヒーターまたは前記第２ヒーターの温度を検知する温度センサーを有し、
   前記制御手段は、前記温度センサーの検知結果に基づいて前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量を制御する請求項４に記載の原子発振器。
7. 前記制御手段は、前記第１ヒーターまたは前記第２ヒーターへの通電量を増幅または減衰させる調整回路と、前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターのうちの一方のヒーターに前記調整回路を介して接続されるとともに他方のヒーターに前記調整回路を介さずに接続され、前記温度センサーの検知結果に基づいて前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターへの通電量を制御する温度制御回路とを有する請求項６に記載の原子発振器。
8. 前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターは、前記ガスセルの外表面上に設けられた膜状の発熱抵抗体を有する請求項１ないし７のいずれかに記載の原子発振器。

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