JP2014192799A - Atomic oscillator, electronic apparatus and mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to an atomic oscillator, an electronic device, and a moving object.
長期的に高精度な発振特性を有する発振器として、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が知られている。
一般に、原子発振器の動作原理は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した方式と、波長の異なる2種類の光による量子干渉効果(CPT:Coherent Population Trapping)を利用した方式とに大別される。
As an oscillator having long-term highly accurate oscillation characteristics, an atomic oscillator that oscillates based on energy transition of an alkali metal atom such as rubidium or cesium is known.
In general, the operating principles of atomic oscillators are broadly divided into methods that use the double resonance phenomenon of light and microwaves, and methods that use the quantum interference effect (CPT: Coherent Population Trapping) of two types of light with different wavelengths. Is done.
これらの方式の原子発振器は、いずれも、例えば、特許文献1に開示されているように、アルカリ金属を緩衝ガスとともに封入したガスセルと、ガスセル内のアルカリ金属を励起する光を出射する光出射部と、ガスセルを透過した光を検出する光検出部と、ガスセルを加熱するヒーターとを備える。
このような原子発振器では、通常、ガスセル内の温度が一定となるように、ヒーターへ供給される電流が制御される。
In any of these types of atomic oscillators, for example, as disclosed in
In such an atomic oscillator, the current supplied to the heater is normally controlled so that the temperature in the gas cell is constant.
従来の原子発振器では、外気温度の変化に伴って、ヒーターに流れる電流が変動すると、ヒーターから生じる磁場の変動により、ガスセル内の磁場の強度が変動し、ガスセル中のアルカリ金属原子の基底準位間のエネルギー差に相当する周波数が変動してしまう。
このような周波数の変動は、原子発振器の周波数温度特性(温度変化に対する発振周波数の変化)に影響する。
In the conventional atomic oscillator, when the current flowing through the heater fluctuates as the outside air temperature changes, the strength of the magnetic field in the gas cell fluctuates due to the fluctuation of the magnetic field generated from the heater, and the ground level of the alkali metal atoms in the gas cell. The frequency corresponding to the energy difference between them fluctuates.
Such frequency fluctuation affects the frequency temperature characteristics of the atomic oscillator (change in oscillation frequency with respect to temperature change).
そこで、ガスセル内の磁場の強度の変動を小さくすることが考えられる。
しかし、前述したガスセル内の磁場の強度変化のほかに、ガスセル内の緩衝ガスの種類や量や、原子発振器を構成する回路の温度特性等も、原子発振器の周波数温度特性に対して影響を与える。そのため、ガスセル内の磁場の強度の変動を単に小さくしても、原子発振器の周波数温度特性の周波数の変動幅を小さくすることはできない。
特に、近年、原子発振器の小型化に伴い、原子発振器を構成する各部が外気温度の変化の影響を受けやすく、ガスセル内の緩衝ガスの種類や量や、原子発振器を構成する回路の温度特性等が原子発振器の周波数温度特性に与える影響が大きくなるため、原子発振器の周波数温度特性の周波数の変動幅を小さくすることは難しい。
Therefore, it is conceivable to reduce fluctuations in the strength of the magnetic field in the gas cell.
However, in addition to the above-described change in the magnetic field strength in the gas cell, the type and amount of buffer gas in the gas cell, the temperature characteristics of the circuits constituting the atomic oscillator, etc. also affect the frequency temperature characteristics of the atomic oscillator. . Therefore, the frequency fluctuation range of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator cannot be reduced by simply reducing the fluctuation of the magnetic field strength in the gas cell.
In particular, in recent years, with the miniaturization of atomic oscillators, each part constituting the atomic oscillator is easily affected by changes in the outside air temperature, the type and amount of buffer gas in the gas cell, the temperature characteristics of the circuit constituting the atomic oscillator, etc. Therefore, it is difficult to reduce the frequency fluctuation range of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator.
本発明の目的は、簡易な構成で、優れた周波数温度特性を有する原子発振器を提供すること、また、かかる原子発振器を備える信頼性に優れた電子機器および移動体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an atomic oscillator having an excellent frequency-temperature characteristic with a simple configuration, and to provide an electronic apparatus and a moving body having such an atomic oscillator and having excellent reliability.
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]
本適用例の原子発振器は、金属原子が封入されているガスセルと、
前記金属原子を励起する光を出射する光出射部と、
前記金属原子を通過した前記光を検出する光検出部と、
前記ガスセルを加熱する加熱部と、
前記加熱部と電気的に直列に接続され、磁場を発生させる磁場発生部と、
を備えることを特徴とする。
このような原子発振器によれば、磁場発生部の磁場の強度が温度変化に伴って変動するので、その磁場の温度変化に伴う強度変化を原子発振器の周波数温度特性の調整に利用することができる。また、加熱部への通電のための配線を磁場発生部として有効利用することができるので、構成を簡易なものとすることができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1]
The atomic oscillator of this application example includes a gas cell in which metal atoms are enclosed,
A light emitting portion that emits light that excites the metal atoms;
A light detection unit for detecting the light that has passed through the metal atom;
A heating unit for heating the gas cell;
A magnetic field generation unit that is electrically connected in series with the heating unit and generates a magnetic field;
It is characterized by providing.
According to such an atomic oscillator, the intensity of the magnetic field of the magnetic field generator varies with a temperature change, so that the intensity change accompanying the temperature change of the magnetic field can be used for adjusting the frequency temperature characteristics of the atomic oscillator. . In addition, since the wiring for energizing the heating unit can be effectively used as the magnetic field generation unit, the configuration can be simplified.
[適用例2]
本適用例の原子発振器では、前記加熱部は周波数温度特性における周波数の変動幅が小さくなる方向に通電していることが好ましい。
これにより、加熱部から生じる磁場の温度変化に伴う強度変化を原子発振器の周波数温度特性の調整に有効利用して、原子発振器の周波数温度特性を優れたものとすることができる。したがって、簡易な構成で、優れた周波数温度特性を有する原子発振器を提供することができる。
[Application Example 2]
In the atomic oscillator of this application example, it is preferable that the heating unit is energized in a direction in which the frequency fluctuation range in the frequency-temperature characteristic is reduced.
Thereby, the frequency change of the atomic oscillator can be made excellent by effectively utilizing the intensity change accompanying the temperature change of the magnetic field generated from the heating unit for adjusting the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator. Therefore, it is possible to provide an atomic oscillator having an excellent frequency temperature characteristic with a simple configuration.
[適用例3]
本適用例の原子発振器では、前記ガスセルは、前記光を通過する1対の窓部を有し、
前記加熱部は前記1対の窓部にそれぞれ配置され、
前記1対の加熱部から生じる磁場は、前記ガスセル内で互いに弱め合うことが好ましい。
これにより、ガスセルの窓部に金属原子が結露するのを防止することができる。その結果、原子発振器の特性を長期にわたり優れたものとすることができる。また、このようにガスセルの窓部に加熱部が設けられた構成では、加熱部やその加熱部への通電のための配線とガスセル内の金属原子との距離が短い。そのため、ガスセル内の金属原子は、通電により加熱部や配線から生じた磁場の影響を受けやすい。すなわち、加熱部から生じた磁場の強度変化が原子発振器の周波数温度特性に与える影響が大きい。したがって、加熱部から生じる磁場を周波数温度特性の調整に効率的に利用することができる。
[Application Example 3]
In the atomic oscillator of this application example, the gas cell has a pair of windows that pass the light,
The heating portions are respectively disposed on the pair of window portions,
It is preferable that the magnetic fields generated from the pair of heating units weaken each other in the gas cell.
Thereby, it can prevent that a metal atom condenses on the window part of a gas cell. As a result, the characteristics of the atomic oscillator can be improved over a long period of time. Further, in such a configuration in which the heating unit is provided in the window portion of the gas cell, the distance between the heating unit and the wiring for energizing the heating unit and the metal atom in the gas cell is short. Therefore, the metal atoms in the gas cell are easily affected by the magnetic field generated from the heating unit and the wiring by energization. That is, the influence of the change in the strength of the magnetic field generated from the heating unit on the frequency temperature characteristics of the atomic oscillator is large. Therefore, the magnetic field generated from the heating unit can be efficiently used for adjusting the frequency temperature characteristics.
また、1対の加熱部から生じる磁場がガスセル内で互いに弱め合うことにより、加熱部から生じる磁場の温度変化に伴う強度変化の幅を小さくすることができる。そのため、加熱部から生じる磁場による原子発振器の周波数温度特性の調整幅(調整量)を小さくすることができる。したがって、ガスセル内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の周波数の変動幅が小さい場合、原子発振器の周波数温度特性の周波数の変動幅を小さくすることができる。 In addition, since the magnetic fields generated from the pair of heating units weaken each other in the gas cell, the width of the intensity change accompanying the temperature change of the magnetic field generated from the heating unit can be reduced. Therefore, the adjustment width (adjustment amount) of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator due to the magnetic field generated from the heating unit can be reduced. Therefore, when the frequency fluctuation range of the frequency temperature characteristic due to factors other than the fluctuation of the magnetic field strength acting on the alkali metal in the gas cell is small, the frequency fluctuation range of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator can be reduced.
[適用例4]
本適用例の原子発振器では、前記磁場発生部は、コイルを含んでいることが好ましい。
これにより、磁場発生部の磁場を大きくすることができる。そのため、かかる磁場による原子発振器の周波数温度特性の調整幅を大きくすることができる。
[適用例5]
本適用例の原子発振器では、前記金属をゼーマン分裂させる磁場を発生させるゼーマン分裂用磁場発生部を備え、
前記磁場発生部が発生する磁場の方向は、前記ガスセル内で、前記ゼーマン分裂をさせる磁場の方向に対して平行な方向成分を含んでいることが好ましい。
これにより、量子干渉装置の周波数精度を高めることができる。また、磁場発生部の磁場による原子発振器の周波数温度特性の調整幅を大きくすることができる。
[Application Example 4]
In the atomic oscillator of this application example, it is preferable that the magnetic field generation unit includes a coil.
Thereby, the magnetic field of a magnetic field generation part can be enlarged. Therefore, the adjustment range of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator by such a magnetic field can be increased.
[Application Example 5]
The atomic oscillator of this application example includes a Zeeman splitting magnetic field generator that generates a Zeeman splitting magnetic field of the metal,
It is preferable that the direction of the magnetic field generated by the magnetic field generator includes a direction component parallel to the direction of the magnetic field causing the Zeeman split in the gas cell.
Thereby, the frequency accuracy of a quantum interference device can be raised. In addition, the adjustment range of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator by the magnetic field of the magnetic field generator can be increased.
[適用例6]
本適用例の原子発振器では、前記ゼーマン分裂をさせる磁場と、前記加熱部が発生する磁場とは、前記ガスセル内で互いに強め合うことが好ましい。
これにより、加熱部から生じる磁場および磁場発生部の磁場の温度変化に伴う強度変化の幅を大きくすることができる。そのため、加熱部から生じる磁場および磁場発生部の磁場による原子発振器の周波数温度特性の調整幅(調整量)を大きくすることができる。したがって、ガスセル内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の周波数の変動幅が大きい場合、原子発振器の周波数温度特性の周波数の変動幅を小さくすることができる。
[Application Example 6]
In the atomic oscillator of this application example, it is preferable that the magnetic field causing the Zeeman splitting and the magnetic field generated by the heating unit strengthen each other in the gas cell.
Thereby, the width | variety of the intensity | strength change accompanying the temperature change of the magnetic field generated from a heating part and the magnetic field of a magnetic field generation | occurrence | production part can be enlarged. Therefore, the adjustment width (adjustment amount) of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator by the magnetic field generated from the heating unit and the magnetic field of the magnetic field generation unit can be increased. Therefore, when the frequency fluctuation range of the frequency temperature characteristic due to factors other than the fluctuation of the magnetic field strength acting on the alkali metal in the gas cell is large, the frequency fluctuation range of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator can be reduced.
[適用例7]
本適用例の原子発振器では、前記ゼーマン分裂をさせる磁場と、前記加熱部が発生する磁場とは、前記ガスセル内で互いに弱め合うことが好ましい。
これにより、加熱部から生じる磁場および磁場発生部の磁場の温度変化に伴う強度変化の幅を小さくすることができる。そのため、加熱部から生じる磁場および磁場発生部の磁場による原子発振器の周波数温度特性の調整幅(調整量)を小さくすることができる。したがって、ガスセル内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の周波数の変動幅が小さい場合、原子発振器の周波数温度特性の周波数の変動幅を小さくすることができる。
[Application Example 7]
In the atomic oscillator of this application example, it is preferable that the magnetic field causing the Zeeman splitting and the magnetic field generated by the heating unit weaken each other in the gas cell.
Thereby, the width | variety of the intensity | strength change accompanying the temperature change of the magnetic field produced from a heating part and the magnetic field of a magnetic field generation | occurrence | production part can be made small. Therefore, the adjustment width (adjustment amount) of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator by the magnetic field generated from the heating unit and the magnetic field of the magnetic field generation unit can be reduced. Therefore, when the frequency fluctuation range of the frequency temperature characteristic due to factors other than the fluctuation of the magnetic field strength acting on the alkali metal in the gas cell is small, the frequency fluctuation range of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator can be reduced.
[適用例8]
本適用例の電子機器は、本適用例の原子発振器を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
[適用例9]
本適用例の移動体は、本適用例の原子発振器を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた移動体を提供することができる。
[Application Example 8]
An electronic apparatus according to this application example includes the atomic oscillator according to this application example.
Thereby, an electronic device with excellent reliability can be provided.
[Application Example 9]
The moving body of this application example includes the atomic oscillator of this application example.
Thereby, the moving body excellent in reliability can be provided.
以下、本発明の原子発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
1.原子発振器
まず、本発明の原子発振器について説明する。
<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(量子干渉装置)を示す概略図である。また、図2は、図1に示す原子発振器のガスセル内における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に示す原子発振器の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、光検出部での検出強度との関係を示すグラフである。また、図4は、図1に示す原子発振器のガスセル、ヒーター、第1磁場発生部および第2磁場発生部を示す縦断面図、図5は、図1に示す原子発振器のガスセル、ヒーター、第1磁場発生部および第2磁場発生部を示す横断面図である。
Hereinafter, an atomic oscillator, an electronic apparatus, and a moving body of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
1. Atomic Oscillator First, the atomic oscillator of the present invention will be described.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing an atomic oscillator (quantum interference device) according to a first embodiment of the present invention. 2 is a diagram for explaining the energy state of the alkali metal in the gas cell of the atomic oscillator shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows the light emission for the light emitting part and the light detecting part of the atomic oscillator shown in FIG. It is a graph which shows the relationship between the frequency difference of the two lights from a part, and the detection intensity in a photon detection part. 4 is a longitudinal sectional view showing the gas cell, heater, first magnetic field generator and second magnetic field generator of the atomic oscillator shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a gas cell of the atomic oscillator shown in FIG. It is a cross-sectional view showing a first magnetic field generator and a second magnetic field generator.
なお、図4〜図7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、その図示された各矢印の先端側を「+(プラス)」、基端側を「−(マイナス)」とする。また、以下では、説明の便宜上、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軸に平行な方向を「Z軸方向」という。
図1に示す原子発振器1は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。
4 to 7, for convenience of explanation, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and the tip side of each illustrated arrow is indicated by “+ (plus)”. ", The base end side is"-(minus) ". Hereinafter, for convenience of explanation, a direction parallel to the X axis is referred to as an “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as a “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as a “Z axis direction”.
An
この原子発振器1は、図1に示すように、ガスセル2と、光出射部3と、光学部品41、42、43、44と、光検出部5と、ヒーター6と、温度センサー7と、第1磁場発生部8(ゼーマン分裂用磁場発生部)と、第2磁場発生部9(磁場発生部)と、制御部10とを備える。
また、原子発振器1は、シールド20を備える(図4および図5参照)。
As shown in FIG. 1, the
In addition, the
まず、原子発振器1の原理を簡単に説明する。
原子発振器1では、ガスセル2内に、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(金属原子)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。
First, the principle of the
In the
As shown in FIG. 2, the alkali metal has a three-level energy level, and has three ground states (ground states 1 and 2) having different energy levels and an excited state. Can take. Here, the
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2に向けて、前述したような周波数の異なる2種の光(共鳴光1および共鳴光2)を出射する。
When two types of
When the difference (ω1−ω2) between the frequency ω1 of the
The light emitting unit 3 emits two types of light (
ここで、例えば、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5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信号と呼ぶ。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信号を基準として用いることにより、高精度な発振器を実現することができる。
また、前述した周波数ω0は、アルカリ金属に作用する磁場の強度によって変化する(図9参照)。なお、この点については、後述する原子発振器1の周波数温度特性の説明とともに、後に詳述する。
Here, for example, when the frequency ω1 of the
Further, the above-described frequency ω0 varies depending on the strength of the magnetic field acting on the alkali metal (see FIG. 9). This point will be described in detail later together with the frequency temperature characteristics of the
以下、原子発振器1の各部を順次詳細に説明する。
[ガスセル]
ガスセル2内には、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。
図4に示すように、ガスセル2は、柱状の貫通孔を有する本体部21と、その貫通孔の両開口を封鎖する1対の窓部22、23とを有する。これにより、前述したようなアルカリ金属が封入される内部空間Sが形成される。
Hereinafter, each part of the
[Gas cell]
The
As shown in FIG. 4, the
ここで、ガスセル2の各窓部22、23は、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。そして、一方の窓部22は、ガスセル2内へ励起光LLが入射する入射側窓部であり、他方の窓部23は、ガスセル2内から励起光LLが出射する出射側窓部である。
また、窓部22、23は、それぞれ、板状をなし、その板面が励起光LLの軸aに対して垂直となるように設置されている。
Here, each
Further, each of the
このようなガスセル2の窓部22、23を構成する材料としては、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、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。
また、ガスセル2の本体部21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、窓部22、23と同様にガラス材料、水晶等であってもよい。
The material constituting the
Moreover, the material which comprises the main-
そして、各窓部22、23は、本体部21に対して気密的に接合されている。これにより、ガスセル2の内部空間Sを気密空間とすることができる。
ガスセル2の本体部21と窓部22、23との接合方法としては、これら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。
また、このようなガスセル2は、ヒーター6により、例えば、70℃程度に温度調節される。
The
The joining method of the
Further, the temperature of the
[光源]
光出射部3は、ガスセル2中のアルカリ金属原子を励起する励起光LLを出射する機能を有する。
より具体的には、光出射部3は、励起光LLとして、前述したような周波数の異なる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。
[light source]
The light emitting unit 3 has a function of emitting excitation light LL that excites alkali metal atoms in the
More specifically, the light emitting unit 3 emits two types of light (
共鳴光1は、ガスセル2内のアルカリ金属を前述した基底状態1から励起状態へ励起し得るものである。一方、共鳴光2は、ガスセル2内のアルカリ金属を前述した基底状態2から励起状態へ励起し得るものである。
また、励起光LLの軸aは、ガスセル2内においてY軸方向に平行である。
この光出射部3としては、前述したような励起光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)等の半導体レーザー等を用いることができる。
このような光出射部3は、後述する制御部10の励起光制御部12に接続され、光検出部5の検出結果に基づいて駆動制御される(図1参照)。
また、このような光出射部3は、図示しない温度調節素子(発熱抵抗体、ペルチェ素子等)により、例えば、30℃程度に温度調節される。
The
Further, the axis a of the excitation light LL is parallel to the Y-axis direction in the
The light emitting unit 3 is not particularly limited as long as it can emit the excitation light as described above. For example, a semiconductor laser such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) can be used.
Such a light emission part 3 is connected to the excitation
In addition, the temperature of the light emitting unit 3 is adjusted to, for example, about 30 ° C. by a temperature adjusting element (a heating resistor, a Peltier element, etc.) (not shown).
[光学部品]
複数の光学部品41、42、43、44は、それぞれ、前述した光出射部3とガスセル2との間における励起光LLの軸a上に設けられている。
また、光出射部3側からガスセル2側へ、光学部品41、光学部品42、光学部品43、光学部品44の順に配置されている。
[Optical parts]
The plurality of
Further, the
光学部品41は、レンズである。これにより、励起光LLを無駄なくガスセル2へ照射することができる。
また、光学部品41は、励起光LLを平行光とする機能を有する。これにより、励起光LLがガスセル2の内壁で反射するのを簡単かつ確実に防止することができる。そのため、ガスセル2内での励起光の共鳴を好適に生じさせ、その結果、原子発振器1の発振特性を高めることができる。
The
The
光学部品42は、偏光板である。これにより、光出射部3からの励起光LLの偏光を所定方向に調整することができる。
光学部品43は、減光フィルター(NDフィルター)である。これにより、ガスセル2に入射する励起光LLの強度を調整(減少)させることができる。そのため、光出射部3の出力が大きい場合でも、ガスセル2に入射する励起光を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品42を通過した所定方向の偏光を有する励起光LLの強度を光学部品43により調整する。
光学部品44は、λ/4波長板である。これにより、光出射部3からの励起光LLを直線偏光から円偏光(右円偏光または左円偏光)に変換することができる。
The
The
The
後述するように第1磁場発生部8の磁場によりガスセル2内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、仮に直線偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位に均等に分散して存在することとなる。その結果、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数が他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に少なくなるため、所望のEIT現象を発現する原子数が減少し、所望のEIT信号の強度が小さくなり、その結果、原子発振器1の発振特性の低下をもたらす。
As will be described later, in the state where the alkali metal atoms in the
これに対し、後述するように第1磁場発生部8の磁場によりガスセル2内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のEIT現象を発現する原子数が増大し、所望のEIT信号の強度が大きくなり、その結果、原子発振器1の発振特性を向上させることができる。
On the other hand, when the alkali metal atoms are irradiated with circularly polarized excitation light in a state where the alkali metal atoms in the
[光検出部]
光検出部5は、ガスセル2内を透過した励起光LL(共鳴光1、2)の強度を検出する機能を有する。
この光検出部5としては、上述したような励起光を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器(受光素子)を用いることができる。
このような光検出部5は、後述する制御部10の励起光制御部12に接続されている(図1参照)。
[Photodetection section]
The
The
Such a
[ヒーター]
ヒーター6(加熱部)は、前述したガスセル2(より具体的にはガスセル2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2中のアルカリ金属を適切な濃度のガス状に維持することができる。
このヒーター6は、通電(直流)により発熱するものであり、図4に示すように、ガスセル2の外表面上に設けられた発熱抵抗体61、62で構成されている。
[heater]
The heater 6 (heating unit) has a function of heating the above-described gas cell 2 (more specifically, an alkali metal in the gas cell 2). Thereby, the alkali metal in the
The
ここで、発熱抵抗体61は、ガスセル2の窓部22(入射側窓部)に設けられ、発熱抵抗体62は、ガスセル2の窓部23(出射側窓部)上に設けられている。各窓部22、23に発熱抵抗体61、62を配置することにより、ガスセル2の窓部22、23にアルカリ金属原子が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の特性(発振特性)を長期にわたり優れたものとすることができる。
これにより、窓部22、23にアルカリ金属原子が結露するのを防止することができる。その結果、長期にわたり優れた発振特性を発揮することができる。
Here, the
Thereby, it is possible to prevent the alkali metal atoms from condensing on the
このような発熱抵抗体61、62は、励起光に対する透過性を有する材料、具体的には、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In3O3、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnO等の酸化物等の透明電極材料で構成される。
また、発熱抵抗体61、62は、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。
The
このようなヒーター6は、後に詳述するように、通電により発熱する際に磁場を発生させるが、かかる磁場は、外気温度の変化に伴って変化するため、ガスセル2内のアルカリ金属に作用する磁場の強度の変化をもたらす。後に詳述するように、ガスセル2内の磁場強度(すなわち、アルカリ金属に作用する磁場の強度)が変動すると、EIT信号を発現させる励起光LLの周波数差ω0が変動し、原子発振器1の周波数温度特性に影響を与える。
As will be described in detail later, such a
特に、前述したようにガスセル2の窓部22、23に発熱抵抗体61、62が設けられた構成では、発熱抵抗体61、62やその発熱抵抗体61、62への通電のための配線(第2磁場発生部9を含む)とガスセル2内のアルカリ金属原子との距離が短い。そのため、ガスセル2内の金属原子は、通電により発熱抵抗体61、62や配線から生じた磁場の影響を受けやすい。すなわち、ヒーター6から生じた磁場の強度変化が原子発振器1の周波数温度特性に与える影響が大きい。したがって、ヒーター6から生じる磁場を周波数温度特性の調整に効率的に利用することができる。
In particular, in the configuration in which the
そこで、ヒーター6に流す電流の方向(向き)は、周波数温度特性における周波数の変動幅が小さくなる方向となっている。なお、ヒーター6に流す電流の方向およびヒーター6からの磁場の作用については、後述する原子発振器1の周波数温度特性の説明とともに、後に詳述する。
なお、ヒーター6は、ガスセル2を加熱することができるものであれば、特に限定されず、ガスセル2に対して非接触であってもよい。また、ヒーター6に代えて、または、ヒーター6と併用して、ペルチェ素子を用いて、ガスセル2を加熱してもよい。
このようなヒーター6は、後述する制御部10の温度制御部11に電気的に接続され、通電される(図1参照)。また、ヒーター6は、第2磁場発生部9に直列に電気的に接続されている。
Therefore, the direction (direction) of the current flowing through the
The
Such a
[温度センサー]
温度センサー7は、ヒーター6またはガスセル2の温度を検出するものである。そして、この温度センサー7の検出結果に基づいて、前述したヒーター6の発熱量が制御される。これにより、ガスセル2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。
なお、温度センサー7の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター6上であってもよいし、ガスセル2の外表面上であってもよい。
温度センサー7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7は、図示しない配線を介して、後述する制御部10の温度制御部11に電気的に接続されている(図1参照)。
[Temperature sensor]
The temperature sensor 7 detects the temperature of the
The installation position of the temperature sensor 7 is not particularly limited, and may be on the
The temperature sensor 7 is not particularly limited, and various known temperature sensors such as a thermistor and a thermocouple can be used.
Such a temperature sensor 7 is electrically connected to a
[第1磁場発生部(ゼーマン分裂用磁場発生部)]
第1磁場発生部8は、ガスセル2内のアルカリ金属の縮退した複数のエネルギー準位をゼーマン分裂させる第1磁場(以下、単に「第1磁場」ともいう)を発生させる機能を有する。これにより、ゼーマン分裂により、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー準位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。また、第1磁場の強度を適宜設定することにより、後述するようなヒーター6および第2磁場発生部9から生じる磁場による原子発振器1の周波数温度特性の調整幅(調整量)を大きくすることができる。
[First magnetic field generator (Zeeman splitting magnetic field generator)]
The first
ここで、ガスセル2内における第1磁場の方向は、励起光LLの軸aに対して垂直な方向(具体的にはX軸方向)に沿っている。
この第1磁場発生部8は、図4および図5に示すように、X軸方向に並んで配置された1対のコイル81、82(第1コイル)を有する。
この1対のコイル81、82は、ガスセル2を挟むように配置されたヘルムホルツコイルを構成する。これにより、1対のコイル81、82間に均一な第1磁場を発生させることができる。そのため、ガスセル2内に均一な第1磁場を発生させることができる。また、ヘルムホルツコイルを構成する1対のコイル81、82間をZ軸方向に貫くように、励起光LLの光路を設定することができる。
Here, the direction of the first magnetic field in the
As shown in FIGS. 4 and 5, the first
The pair of
本実施形態では、1対のコイル81、82は、それぞれ、円環状をなす。そして、1対のコイル81、82は、同心的に配置され、かつ、これらの中心軸がガスセル2の中心を通るように、図示しない支持部材に支持されている。また、1対のコイル81、82の径は、互いに等しい。
なお、各コイル81、82は、それぞれ、円環状に限定されず、例えば、四角環状であってもよい。
In the present embodiment, the pair of
Each of the
このような1対のコイル81、82は、図示しない電源に電気的に接続され、通電により第1磁場を発生する。
また、第1磁場発生部8が発生する第1磁場は、定磁場(直流磁場)であるが、交流磁場が重畳されていてもよい。
また、ガスセル2内における第1磁場の強度は、コイル81、82の位置、形状、大きさ、巻き数、抵抗値、コイル81、82に流す電流の大きさ等によって適宜設定することができる。
このような第1磁場発生部8は、後述する制御部10の磁場制御部13に電気的に接続され、通電制御される(図1参照)。
Such a pair of
The first magnetic field generated by the first
Further, the strength of the first magnetic field in the
Such a 1st magnetic
[第2磁場発生部(磁場発生部)]
第2磁場発生部9は、ヒーター6に直列に電気的に接続され、ガスセル2内に作用する第2磁場(以下、単に「第2磁場」ともいう)を発生させる機能を有する。これにより、第2磁場の強度が温度変化に伴って変動するので、第2磁場の温度変化に伴う強度変化を原子発振器1の周波数温度特性の調整に利用することができる。また、ヒーター6への通電のための配線を第2磁場発生部9として有効利用することができるので、構成を簡易なものとすることができる。
[Second magnetic field generator (magnetic field generator)]
The second
ここで、ガスセル2内における第2磁場の方向は、励起光LLの軸aに対して垂直な方向(具体的にはX軸方向)に沿っている。
この第2磁場発生部9は、図4および図5に示すように、X軸方向に並んで配置された1対のコイル91、92(第2コイル)を有する。これにより、第2磁場を大きくすることができる。そのため、第2磁場による原子発振器1の周波数温度特性の調整幅を大きくすることができる。
Here, the direction of the second magnetic field in the
As shown in FIGS. 4 and 5, the second magnetic
この1対のコイル91、92は、ガスセル2を挟むように配置されたヘルムホルツコイルを構成する。これにより、1対のコイル91、92間に均一な第2磁場を発生させることができる。そのため、ガスセル2内に均一な第2磁場を発生させることができる。また、ヘルムホルツコイルを構成する1対のコイル91、92間をZ軸方向に貫くように、励起光LLの光路を設定することができる。
The pair of
また、1対のコイル91、92は、前述した1対のコイル81、82間に配置されている。これにより、1対のコイル91、92から生じる磁場を効率的にガスセル2内のアルカリ金属に作用させることができる。また、各コイル91、92とヒーター6との間の配線を短くし、かかる配線による不要な方向成分の磁場の発生を抑えることができる。
本実施形態では、1対のコイル91、92は、それぞれ、円環状をなす。そして、1対のコイル91、92は、同心的に配置され、かつ、これらの中心軸がガスセル2の中心を通るように、図示しない支持部材に支持されている。また、1対のコイル91、92の径は、互いに等しい。
The pair of
In the present embodiment, each of the pair of
なお、各コイル91、92は、それぞれ、円環状に限定されず、例えば、四角環状であってもよい。
このような1対のコイル91、92は、ヒーター6に直列に電気的に接続された状態で、図示しない電源に電気的に接続され、通電により第2磁場を発生する。
ここで、第2磁場発生部9は、ヒーター6と共通の通電制御が行われるため、第2磁場発生部9が発生する磁場(第2磁場)は、直流磁場となる。また、第2磁場の強度は、ヒーター6への通電量に応じて変化する。なお、第2磁場発生部9に流す電流の方向および第2磁場発生部9からの磁場の作用については、後述する原子発振器1の周波数温度特性の説明とともに、後に詳述する。
Each of the
Such a pair of
Here, since the second magnetic
また、ガスセル2内における第2磁場の強度は、コイル91、92の位置、形状、大きさ、巻き数、抵抗値等によって適宜設定することができる。また、コイル91、92は、それぞれ、ヒーター6への通電のための配線の途中に設けられるため、かかる配線を利用して形成することができる。
このような第2磁場発生部9は、後述する制御部10の温度制御部11に電気的に接続され、通電制御される(図1参照)。
Further, the intensity of the second magnetic field in the
Such a 2nd magnetic
[シールド]
シールド20は、前述したガスセル2、ヒーター6、第1磁場発生部8および第2磁場発生部9を囲むように設けられ、磁気シールド性を有する。これにより、ヒーター6からの磁場、第1磁場および第2磁場以外の磁場がガスセル2内のアルカリ金属原子に対して作用するのを防止することができる。そのため、ヒーター6からの磁場および第2磁場による周波数温度特性の調整がより簡単となる。
[shield]
The
本実施形態では、シールド20は、筒状をなす。
このシールド20は、ガスセル2、ヒーター6、第1磁場発生部8および第2磁場発生部9を収納するケーシングを兼ねていてもよい。
このシールド20の構成材料としては、磁気シールド性を有するものであればよく、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体材料を用いることができる。
In the present embodiment, the
The
As a constituent material of the
[制御部]
図1に示す制御部10は、光出射部3、ヒーター6、第1磁場発生部8および第2磁場発生部9をそれぞれ制御する機能を有する。
この制御部10は、光出射部3の共鳴光1、2の周波数を制御する励起光制御部12と、ガスセル2中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部11と、第1磁場発生部8からの第2磁場を制御する磁場制御部13とを有する。
[Control unit]
The
The
励起光制御部12は、前述した光検出部5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、励起光制御部12は、前述した光検出部5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、励起光制御部12は、光出射部3から出射される共鳴光1、2の中心周波数を制御する。
The excitation
また、励起光制御部12は、図示しないが、電圧制御型水晶発振器(発振回路)を備えており、その電圧制御型水晶発振器の発振周波数を光検出部5の検知結果に基づいて同期・調整しながら原子発振器1の出力信号として出力する。
また、温度制御部11は、温度センサー7の検出結果に基づいて、ヒーター6への通電を制御する。これにより、ガスセル2を所望の温度範囲内に維持することができる。
Although not shown, the excitation
Further, the
ここで、第2磁場発生部9は、ヒーター6に直列に電気的に接続されていることから、温度制御部11は、温度センサー7の検出結果に基づいて、第2磁場発生部9への通電も制御する。したがって、第2磁場発生部9への通電量は、ヒーター6への通電量に応じて変化する。
また、磁場制御部13は、第1磁場発生部8が発生する第1磁場が一定となるように、第1磁場発生部8(コイル81、82)への通電を制御する。
Here, since the second magnetic
The
また、磁場制御部13は、第2磁場発生部9(コイル91、92)への通電を制御する。ここで、磁場制御部13は、第2磁場発生部9が発生する磁場が一定となるように制御してもよいし、第2磁場発生部9が発生する磁場がヒーター6への通電量に応じて変化するように制御してもよい。
このような制御部10は、例えば、基板上に実装されたICチップに設けられている。
The
Such a
(原子発振器の周波数温度特性)
ここで、図6〜図12に基づいて、前述した原子発振器1の周波数温度特性について説明する。
図6は、図5に示すヒーター、第1磁場発生部および第2磁場発生部からの磁場(ヒーターに第1方向の電流を流した場合の磁場)を説明するための図、図7は、図5に示すヒーター、第1磁場発生部および第2磁場発生部からの磁場(ヒーターに第2方向の電流を流した場合の磁場)を説明するための図である。また、図8(a)は、外気温度とヒーター電流との関係を示すグラフ、図8(b)は、外気温度とガスセル内の磁場強度との関係を示すグラフである。また、図9は、ガスセル内の磁場強度と光出射部からの2つの光の周波数差との関係を示すグラフ、図10は、外気温度と光出射部からの2つの光の周波数差との関係を示すグラフである。また、図11は、図1に示す原子発振器の周波数温度特性の一例を示す図、図12は、図1に示す原子発振器の周波数温度特性の他の例を示す図である。
(Frequency temperature characteristics of atomic oscillator)
Here, the frequency-temperature characteristic of the
FIG. 6 is a diagram for explaining the magnetic fields from the heater, the first magnetic field generation unit, and the second magnetic field generation unit shown in FIG. 5 (magnetic field when a current in the first direction flows through the heater), and FIG. It is a figure for demonstrating the magnetic field (magnetic field at the time of flowing the electric current of a 2nd direction through a heater) from the heater shown in FIG. 5, a 1st magnetic field generation part, and a 2nd magnetic field generation part. FIG. 8A is a graph showing the relationship between the outside air temperature and the heater current, and FIG. 8B is a graph showing the relationship between the outside air temperature and the magnetic field strength in the gas cell. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the magnetic field intensity in the gas cell and the frequency difference between the two lights from the light emitting part, and FIG. 10 is the relationship between the outside temperature and the frequency difference between the two lights from the light emitting part. It is a graph which shows a relationship. 11 is a diagram showing an example of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator shown in FIG. 1, and FIG. 12 is a diagram showing another example of the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator shown in FIG.
前述したように、ヒーター6に流れる電流の方向(向き)は、原子発振器1の周波数温度特性(温度変化に対する発振周波数(出力信号の周波数)の変化)における周波数の変動幅が小さくなる方向となっている。
原子発振器1の周波数温度特性(以下、単に「周波数温度特性」ともいう)は、原子発振器1を構成する各部の温度特性の影響により決まる。
As described above, the direction (direction) of the current flowing through the
The frequency-temperature characteristic of the atomic oscillator 1 (hereinafter, also simply referred to as “frequency-temperature characteristic”) is determined by the influence of the temperature characteristics of each part constituting the
原子発振器1を構成する各部の温度特性のうち、周波数温度特性に影響するものとして、ガスセル2内のアルカリ金属がEIT現象を起こす励起光LLの周波数差ω0の温度特性がある。また、そのほか、原子発振器1に含まれる回路(例えば制御部10を構成する回路)の温度特性等も周波数温度特性に影響する。
周波数差ω0の温度特性は、例えば、ガスセル2内にアルカリ金属とともに封入されている緩衝ガスの種類や量により異なる。
Among the temperature characteristics of each part constituting the
The temperature characteristic of the frequency difference ω0 varies depending on, for example, the type and amount of the buffer gas enclosed in the
具体的に説明すると、緩衝ガスの種類や量に起因する周波数差ω0の温度特性は、例えば、ガスセル2内に緩衝ガスとしてネオン(Ne)のみを封入した場合、温度の増加に対して正の傾きとなり、ガスセル2内に緩衝ガスとしてアルゴン(Ar)のみを封入した場合、温度の増加に対して負の傾きとなる。
理論的には、ネオン(Ne)とアルゴン(Ar)とを適切な割合で配合してガスセル2内に封入することにより、緩衝ガスの種類や量に起因する周波数差ω0の温度特性を温度の増加に対して平坦にすることができる。
More specifically, the temperature characteristic of the frequency difference ω0 due to the type and amount of the buffer gas is, for example, positive when the temperature increases when neon (Ne) is sealed as the buffer gas in the
Theoretically, neon (Ne) and argon (Ar) are blended at an appropriate ratio and sealed in the
しかし、実際には、ガスセル2内に封入する緩衝ガスの量の誤差等により、緩衝ガスの種類や量に起因する周波数差ω0の温度特性が温度の増加に対して僅かに傾きをもつこととなる。
また、原子発振器1に含まれる回路の温度特性等も温度の増加に対して正または負の傾きをもつ。
However, in actuality, due to an error in the amount of buffer gas sealed in the
Also, the temperature characteristics of the circuit included in the
ところで、ガスセル2内のアルカリ金属に作用する磁場の強度が変動すると、周波数差ω0が変動する。具体的には、図9に示すように、周波数差ω0は、ガスセル2内の磁場の強度がゼロとなるときに最小となり、かかる磁場の強度の絶対値が増加するに従い2次関数的に増加する。
したがって、ガスセル2内の磁場の強度を温度変化(外気温度の変化)に応じて変化させることにより、周波数差ω0の温度特性を調整することができる。
By the way, when the intensity of the magnetic field acting on the alkali metal in the
Therefore, the temperature characteristic of the frequency difference ω0 can be adjusted by changing the intensity of the magnetic field in the
一方、前述したように、ヒーター6および第2磁場発生部9からの磁場は、外気温度に応じて変化する。
そこで、原子発振器1では、ヒーター6および第2磁場発生部9から生じる磁場の温度変化に伴う強度変化を周波数温度特性の調整に有効利用する。これにより、簡易な構成で、優れた周波数温度特性を有する原子発振器1を実現することができる。
On the other hand, as described above, the magnetic fields from the
Therefore, in the
以下、周波数温度特性の調整について説明する。
前述したように、ガスセル2内には、第1磁場発生部8から生じる定常磁場と、ヒーター6および第2磁場発生部9から生じる変動磁場とが作用する。
第1磁場発生部8は、図6および図7に示す方向d13、d14の電流がコイル81、82に流れるように極性が設定されている。
Hereinafter, the adjustment of the frequency temperature characteristic will be described.
As described above, the stationary magnetic field generated from the first
The polarity of the first
ここで、方向d13、d14は、それぞれ、+X側からみたとき、反時計周りの方向である。
したがって、第1磁場発生部8から生じる定常磁場である第1磁場の方向は、ガスセル2内において、+X方向となる。以下、ガスセル2内の第1磁場を「第1磁場G1」という。
Here, the directions d13 and d14 are counterclockwise directions when viewed from the + X side.
Therefore, the direction of the first magnetic field, which is a stationary magnetic field generated from the first
一方、ヒーター6は、図6に示す発熱抵抗体61、62に流す電流の方向d11、d12(第1方向)と、図7に示す発熱抵抗体61、62に流す電流の方向d21、d22(第1方向と反対方向の第2方向)とのうち、周波数温度特性における周波数の変動幅が小さくなる方の方向に電流が流れるように極性が設定されている。
ここで、第2磁場発生部9は、図6に示すように、発熱抵抗体61、62に方向d11、d12の電流を流すとき、コイル91、92に方向d15、d16の電流が流れる。また、図7に示すように、発熱抵抗体61、62に方向d21、d22の電流を流すとき、コイル91、92に方向d15、d16と反対方向である方向d25、d26の電流が流れる。
On the other hand, the
Here, as shown in FIG. 6, in the second magnetic
以下、発熱抵抗体61、62に方向d11、d12の電流を流す第1状態(以下、単に「第1状態」ともいう)と、発熱抵抗体61、62に方向d21、d22の電流を流す第2状態(以下、単に「第2状態」ともいう)とをそれぞれ説明する。
(第1状態)
第1状態において、図6に示すように、発熱抵抗体61には、+Y方向となる方向d11に電流が流れる。一方、発熱抵抗体62には、−Y方向となる方向d12、すなわち、発熱抵抗体61に流れる電流の方向d11とは反対方向に電流が流れる。
Hereinafter, a first state in which currents in the directions d11 and d12 are passed through the
(First state)
In the first state, as shown in FIG. 6, a current flows through the
また、ヒーター6から生じる磁場の方向は、ガスセル2内において、+X方向となる。すなわち、ヒーター6から生じる磁場の方向は、ガスセル2内において、前述した第1磁場G1の方向と同方向(同じ向き)となる。以下、ガスセル2内におけるヒーター6からの磁場を「磁場G2」という。
また、第1状態において、図6に示すように、コイル91、92には、+X側からみたとき、反時計周りの方向d15、d16に電流が流れる。
The direction of the magnetic field generated from the
In the first state, as shown in FIG. 6, current flows through the
したがって、第1状態では、第2磁場発生部9から生じる変動磁場である第2磁場の方向は、ガスセル2内において、+X方向となる。すなわち、第2磁場の方向は、ガスセル2内において、前述した第1磁場G1および磁場G2の方向と同方向(同じ向き)となる。以下、ガスセル2内における第2磁場を「第2磁場G3」という。
このようなことから、第1状態では、ガスセル2内のアルカリ金属原子に対し、第1磁場G1とヒーター6からの磁場G2と第2磁場G3とを足し合わせた強度の磁場G(以下、単に「磁場G」ともいう)が作用する。
Therefore, in the first state, the direction of the second magnetic field, which is a variable magnetic field generated from the second
For this reason, in the first state, the magnetic field G (hereinafter simply referred to simply as the sum of the first magnetic field G1, the magnetic field G2 from the
ここで、ヒーター6への通電量は、外気温度の変化に伴って変化する。具体的には、図8(a)に示すように、外気温度がT1からT2へ上昇したとき、ヒーター6に流れる電流は、減少する。したがって、図8(b)に示すように、外気温度がT1からT2へ上昇したとき、磁場G2および第2磁場G3の強度も減少し、それに伴って、磁場Gの強度はH4からH3へ減少する。
Here, the energization amount to the
(第2状態)
第2状態において、図7に示すように、発熱抵抗体61には、−Y方向となる方向d21に電流が流れる。一方、発熱抵抗体62には、+Y方向となる方向d22、すなわち、発熱抵抗体61に流れる電流の方向d21とは反対方向に電流が流れる。
また、ヒーター6から生じる磁場G2の方向は、ガスセル2内において、−X方向となる。すなわち、ヒーター6から生じる磁場G2の方向は、ガスセル2内において、前述した第1磁場G1の方向と反対方向(反対の向き)となる。
(Second state)
In the second state, as shown in FIG. 7, a current flows through the
Further, the direction of the magnetic field G <b> 2 generated from the
また、第1状態において、図7に示すように、コイル91、92には、+X側からみたとき、時計周りの方向d25、d26に電流が流れる。
したがって、第2状態では、第2磁場発生部9から生じる変動磁場である第2磁場G3の方向は、ガスセル2内において、−X方向となる。すなわち、第2磁場G3の方向は、ガスセル2内において、前述した第1磁場G1の方向と反対方向(反対の向き)となる。
Further, in the first state, as shown in FIG. 7, when the
Therefore, in the second state, the direction of the second magnetic field G3, which is a variable magnetic field generated from the second magnetic
このようなことから、第2状態では、ガスセル2内のアルカリ金属原子に対し、第1磁場G1からヒーター6からの磁場G2と第2磁場G3とを差し引いた強度の磁場Gが作用する。
ここで、図8(b)に示すように、外気温度がT1からT2へ上昇したとき、磁場G2および第2磁場G3の強度が減少するが、磁場Gの強度はH1からH2へ増加する。
For this reason, in the second state, a magnetic field G having a strength obtained by subtracting the magnetic field G2 from the
Here, as shown in FIG. 8 (b), when the outside air temperature is increased from T 1 to T 2, the strength of the magnetic field G2 and the second magnetic field G3 decreases, the strength of the magnetic field G is H 2 from H 1 To increase.
このように、第1状態では、外気温度の上昇に伴って、磁場Gが減少するのに対し、第2状態では、外気温度の上昇に伴って、磁場Gが増加する。
そして、外気温度がT1からT2へ上昇したとき、図9に示すように、第1状態では、磁場Gの強度のH4からH3への減少により、周波数差ω0が例えばf4からf3へ減少する。一方、第2状態では、磁場Gの強度のH1からH2への増加により、周波数差ω0が例えばf1からf2へ増加する。
Thus, in the first state, the magnetic field G decreases as the outside air temperature increases, whereas in the second state, the magnetic field G increases as the outside air temperature increases.
When the outside air temperature rises from T 1 to T 2 , as shown in FIG. 9, in the first state, the frequency difference ω 0 is, for example, f 4 due to the decrease in the intensity of the magnetic field G from H 4 to H 3 . reduced to f 3 from. On the other hand, in the second state, the frequency difference ω 0 increases from, for example, f 1 to f 2 due to the increase in the intensity of the magnetic field G from H 1 to H 2 .
すなわち、図10に示すように、第1状態では、外気温度がT1からT2へ上昇したとき、周波数差ω0が例えばf4からf3へ線形的に減少する。一方、第2状態では、外気温度がT1からT2へ上昇したとき、周波数差ω0が例えばf1からf2へ線形的に増加する。
このように、ヒーター6および第2磁場発生部9に流す電流の方向の違いによって、周波数差ω0の温度特性が異なる。
That is, as shown in FIG. 10, in the first state, when the outside air temperature increases from T 1 to T 2 , the frequency difference ω 0 decreases linearly from, for example, f 4 to f 3 . On the other hand, in the second state, when the outside air temperature rises from T 1 to T 2 , the frequency difference ω 0 increases linearly from, for example, f 1 to f 2 .
Thus, the temperature characteristic of the frequency difference ω 0 varies depending on the difference in the direction of the current flowing through the
したがって、前述した第1状態および第2状態のうちのいずれかを選択することによって、簡単に、周波数温度特性を調整することができる。
特に、原子発振器1では、第2磁場の方向がガスセル2内で第1磁場の方向に対して平行な方向に沿っている。これにより、第2磁場による原子発振器1の周波数温度特性の調整幅を大きくすることができる。
Therefore, the frequency temperature characteristic can be easily adjusted by selecting one of the first state and the second state described above.
In particular, in the
なお、第2磁場の方向がガスセル2内で第1磁場の方向に対して平行な方向成分を含んでいれば、第2磁場による原子発振器1の周波数温度特性の調整を効果的に行うことができる。
本実施形態では、このように発熱抵抗体61、62に流れる電流の方向を反対方向とすることにより、発熱抵抗体61と発熱抵抗体62との間において、発熱抵抗体61から生じる磁場と、発熱抵抗体62から生じる磁場とが互いに強め合うこととなる。
If the direction of the second magnetic field includes a direction component parallel to the direction of the first magnetic field in the
In the present embodiment, the magnetic field generated from the
すなわち、1対の発熱抵抗体61、62から生じる磁場は、ガスセル2内で互いに強め合う。これにより、ヒーター6から生じる磁場の温度変化に伴う強度変化の幅を大きくすることができる。そのため、ヒーター6から生じる磁場による原子発振器1の周波数温度特性の調整幅(調整量)を大きくすることができる。したがって、ガスセル2内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の周波数の変動幅が大きい場合、原子発振器1の周波数温度特性の周波数の変動幅を小さくすることができる。
That is, the magnetic fields generated from the pair of
また、第2磁場と、ヒーター6から生じる磁場とは、ガスセル2内で互いに強め合う。これにより、ヒーター6から生じる磁場および第2磁場の温度変化に伴う強度変化の幅を大きくすることができる。そのため、ヒーター6から生じる磁場および第2磁場による原子発振器1の周波数温度特性の調整幅(調整量)を大きくすることができる。したがって、ガスセル2内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の周波数の変動幅が大きい場合、原子発振器1の周波数温度特性の周波数の変動幅を小さくすることができる。
Further, the second magnetic field and the magnetic field generated from the
以上説明したように構成された原子発振器1の製造方法は、周波数温度特性の調整工程を含む。
かかる周波数温度特性の調整工程では、まず、前述した原子発振器1を構成する各部をそれぞれ所定位置に配置する。
次いで、前述した第1状態と第2状態とのそれぞれの状態における周波数温度特性を測定する。
The manufacturing method of the
In the adjusting process of the frequency temperature characteristic, first, the respective parts constituting the
Next, frequency temperature characteristics in each of the first state and the second state described above are measured.
そして、その測定の結果に基づいて、第1方向(第1状態における電流の方向(向き))および第2方向(第2状態における電流の方向(向き))のうち、周波数温度特性における周波数の変動幅が小さくなる方の方向を選択し、その選択された方向となる極性にヒーター6および第2磁場発生部9の極性を設定する。
Based on the result of the measurement, the frequency of the frequency-temperature characteristic in the first direction (current direction (direction) in the first state) and the second direction (current direction (direction) in the second state). The direction in which the fluctuation range becomes smaller is selected, and the polarities of the
例えば、ガスセル2内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の周波数の変動幅がゼロである(外気温度が上昇しても周波数が変動しない)場合、図11に示すように、前述した周波数差ω0の温度特性(図10参照)の影響が直接的に現れる。したがって、第2状態における周波数温度特性の周波数の変動幅は、第1状態における周波数温度特性の周波数の変動幅よりも小さい。よって、この場合、第2方向となる極性にヒーター6および第2磁場発生部9の極性を設定する。
For example, when the frequency fluctuation range of the frequency temperature characteristic due to factors other than the fluctuation of the magnetic field strength acting on the alkali metal in the
また、ガスセル2内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の傾きが負である(外気温度の上昇に伴って周波数が減少する)場合も、図12(a)に示すように、第2状態における周波数温度特性の周波数の変動幅は、第1状態における周波数温度特性の周波数の変動幅よりも小さい。すなわち、この場合、周波数温度特性は、第1状態ではヒーター6および第2磁場発生部9からの磁場の影響により悪化するが、第2状態ではヒーター6および第2磁場発生部9からの磁場の影響により改善される。よって、この場合も、第2方向となる極性にヒーター6および第2磁場発生部9の極性を設定する。
Further, when the slope of the frequency temperature characteristic due to factors other than the fluctuation of the magnetic field strength acting on the alkali metal in the
また、ガスセル2内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の傾きが正である(外気温度の上昇に伴って周波数が増加する)場合、図12(b)に示すように、第1状態における周波数温度特性の周波数の変動幅が、第2状態における周波数温度特性の周波数の変動幅よりも小さくなる場合がある。すなわち、この場合、周波数温度特性は、第2状態ではヒーター6および第2磁場発生部9からの磁場の影響により悪化するが、第1状態ではヒーター6および第2磁場発生部9からの磁場の影響により改善される。よって、この場合は、第1方向となる極性にヒーター6および第2磁場発生部9の極性を設定する。
Further, when the slope of the frequency temperature characteristic due to factors other than the fluctuation of the magnetic field strength acting on the alkali metal in the
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、ヒーター6および第2磁場発生部9から生じる磁場の温度変化に伴う強度変化を原子発振器1の周波数温度特性の調整に有効利用して、原子発振器1の周波数温度特性を優れたものとすることができる。したがって、簡易な構成で、優れた周波数温度特性を有する原子発振器1を提供することができる。
なお、発熱抵抗体61、62およびコイル91、92に流す電流の方向の組み合わせは、前述したものに限定されず、例えば、以下のような変形例1〜3であってもよい。
According to the
In addition, the combination of the direction of the electric current sent through the
(変形例1)
図13は、図1に示す原子発振器の変形例1を説明するための図である。
第1実施形態の変形例1では、第1状態において、図13に示すように、コイル91、92には、+X側からみたとき、時計周りの方向d15、d16に電流が流れる。
したがって、変形例1の第1状態では、第2磁場発生部9から生じる変動磁場である第2磁場の方向は、ガスセル2内において、−X方向となる。すなわち、第2磁場の方向は、ガスセル2内において、前述した第1磁場G1および磁場G2の方向と反対方向(反対の向き)となる。
このようなことから、変形例1の第1状態では、ガスセル2内のアルカリ金属原子に対し、第1磁場G1とヒーター6からの磁場G2とを足し合わせた強度から第2磁場G3の強度を差し引いた強度の磁場Gが作用する。
(Modification 1)
FIG. 13 is a diagram for explaining a first modification of the atomic oscillator shown in FIG.
In the first modification of the first embodiment, in the first state, as shown in FIG. 13, when the
Therefore, in the first state of the first modification, the direction of the second magnetic field, which is the variable magnetic field generated from the second magnetic
For this reason, in the first state of the first modification, the strength of the second magnetic field G3 is determined from the strength obtained by adding the first magnetic field G1 and the magnetic field G2 from the
このような変形例1では、第2磁場と、ヒーター6から生じる磁場とがガスセル2内で互いに弱め合う。これにより、ヒーター6から生じる磁場および第2磁場の温度変化に伴う強度変化の幅を小さくすることができる。そのため、ヒーター6から生じる磁場および第2磁場による原子発振器1の周波数温度特性の調整幅(調整量)を小さくすることができる。したがって、ガスセル2内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の周波数の変動幅が小さい場合、原子発振器1の周波数温度特性の周波数の変動幅を小さくすることができる。
In the first modification, the second magnetic field and the magnetic field generated from the
(変形例2)
図14は、図1に示す原子発振器の変形例2を説明するための図である。
第1実施形態の変形例2では、第1状態において、図14に示すように、発熱抵抗体61には、+Y方向となる方向d11に電流が流れる。一方、発熱抵抗体62には、+Y方向となる方向d12、すなわち、発熱抵抗体61に流れる電流の方向d11と同方向に電流が流れる。
(Modification 2)
FIG. 14 is a diagram for explaining a second modification of the atomic oscillator shown in FIG.
In the second modification of the first embodiment, in the first state, as shown in FIG. 14, a current flows through the
このような変形例2では、1対の発熱抵抗体61、62から生じる磁場は、ガスセル2内で互いに弱め合う。これにより、ヒーター6から生じる磁場の温度変化に伴う強度変化の幅を小さくすることができる。そのため、ヒーター6から生じる磁場による原子発振器1の周波数温度特性の調整幅(調整量)を小さくすることができる。したがって、ガスセル2内のアルカリ金属に作用する磁場強度の変動以外の要素に起因する周波数温度特性の周波数の変動幅が小さい場合、原子発振器1の周波数温度特性の周波数の変動幅を小さくすることができる。
図14では、1対の発熱抵抗体61、62から生じる磁場がガスセル2内で互いに相殺される場合を図示しており、この場合、変形例2の第1状態では、ガスセル2内のアルカリ金属原子に対し、第1磁場G1と第2磁場G3とを足し合わせた強度の磁場Gが作用する。
In the second modification, the magnetic fields generated from the pair of
FIG. 14 illustrates a case where the magnetic fields generated from the pair of
(変形例3)
図15は、図1に示す原子発振器の変形例3を説明するための図である。
第1実施形態の変形例3では、第1状態において、図15に示すように、+X側からみたとき、コイル91には、時計周りの方向d15に電流が流れ、一方、コイル91には、反時計周りの方向d16に電流が流れる。
(Modification 3)
FIG. 15 is a diagram for explaining a third modification of the atomic oscillator shown in FIG.
In Modification 3 of the first embodiment, in the first state, as shown in FIG. 15, when viewed from the + X side, a current flows through the
したがって、変形例3の第1状態では、1対のコイル91、92から生じる磁場は、ガスセル2内で互いに弱め合う。これにより、ヒーター6から生じる磁場の温度変化に伴う強度変化の幅を小さくすることができる。
図15では、1対のコイル91、92から生じる磁場がガスセル2内で互いに相殺される場合を図示しており、この場合、変形例3の第1状態では、ガスセル2内のアルカリ金属原子に対し、第1磁場G1とヒーター6からの磁場G2とを足し合わせた強度の磁場Gが作用する。
Therefore, in the first state of the third modification, the magnetic fields generated from the pair of
FIG. 15 shows a case where the magnetic fields generated from the pair of
<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16は、本発明の第2実施形態に係る原子発振器のガスセル、ヒーター、第1磁場発生部および第2磁場発生部を示す縦断面図である。
本実施形態に係る原子発振器は、第1磁場発生部および第2磁場発生部の配置が異なる以外は、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。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing a gas cell, a heater, a first magnetic field generator, and a second magnetic field generator of an atomic oscillator according to the second embodiment of the present invention.
The atomic oscillator according to the present embodiment is the same as the atomic oscillator according to the first embodiment described above except that the arrangement of the first magnetic field generator and the second magnetic field generator is different.
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16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16に示す原子発振器1Aは、第1磁場発生部8Aおよび第2磁場発生部9Aを備える。
In the following description, the atomic oscillator according to the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment, and description of similar matters will be omitted. In FIG. 16, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.
An
第1磁場発生部8Aは、ガスセル2内において励起光LLの軸aに対して平行な方向(具体的にはY軸方向)に沿った方向の第1磁場を発生する。これにより、ガスセル2内において量子干渉効果を好適に生じさせることができる。
この第1磁場発生部8Aは、Y軸方向に並んで配置された1対のコイル81A、82A(第1コイル)を有する。
The first
The first
この1対のコイル81A、82Aは、ガスセル2を挟むように配置されたヘルムホルツコイルを構成する。これにより、ガスセル2内に均一な第1磁場を発生させることができる。また、各コイル81A、82Aの内側をZ軸方向に貫くように、励起光LLの光路を設定することができる。
同様に、第2磁場発生部9Aは、Y軸方向に並んで配置された1対のコイル91A、92A(第2コイル)を有する。
The pair of
Similarly, the second
この1対のコイル91A、92Aは、ガスセル2を挟むように配置されたヘルムホルツコイルを構成する。これにより、ガスセル2内に均一な第2磁場を発生させることができる。また、各コイル91A、92Aの内側をZ軸方向に貫くように、励起光LLの光路を設定することができる。
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、簡易な構成で、優れた周波数温度特性を発揮することができる。
The pair of
The
<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17は、本発明の第3実施形態に係る原子発振器のガスセル、ヒーター、第1磁場発生部および第2磁場発生部を示す縦断面図、図18は、図17に示すヒーター、第1磁場発生部および第2磁場発生部からの磁場(ヒーターに第1方向の電流を流した場合の磁場)を説明するための図である。
本実施形態に係る原子発振器は、第2磁場発生部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。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
17 is a longitudinal sectional view showing a gas cell, a heater, a first magnetic field generator and a second magnetic field generator of an atomic oscillator according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 18 is a heater and a first magnetic field shown in FIG. It is a figure for demonstrating the magnetic field (magnetic field at the time of flowing the electric current of a 1st direction through a heater) from a generation part and a 2nd magnetic field generation part.
The atomic oscillator according to the present embodiment is the same as the atomic oscillator according to the first embodiment described above except that the configuration of the second magnetic field generator is different.
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17および図18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17に示す原子発振器1Bは、第2磁場発生部9Bを備える。
第2磁場発生部9Bは、ガスセル2内において励起光LLの軸aに対して平行な方向(具体的にはX軸方向)成分を含む第1磁場を発生する。
第2磁場発生部9Bは、発熱抵抗体61に電気的に接続された1対の配線93、94と、発熱抵抗体62に電気的に接続された1対の配線95、96とを有する。
In the following description, the atomic oscillator according to the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment, and description of similar matters will be omitted. In FIG. 17 and FIG. 18, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the above-described embodiment.
An
The second
The second
以下、1対の配線93、94について説明する。なお、1対の配線95、96については、1対の配線93、94と同様であるため、その説明を省略する。
図18に示すように、配線93は、発熱抵抗体61の+Y側の端部に接続され、配線94は、発熱抵抗体61の−Y側の端部に接続されている。
また、配線93、94は、それぞれ、−Z側からみたとき、Y軸方向にそって延びている。そして、第1状態において、配線93、94には、−Z側からみたとき、+Y方向となる方向d15、d16(発熱抵抗体61に流れる電流の方向d11と同方向)に電流が流れる。
したがって、第1状態では、第2磁場発生部9Bから生じる変動磁場である第2磁場の方向は、ガスセル2内において、+X方向の方向成分を含む。
Hereinafter, the pair of
As shown in FIG. 18, the
Further, the
Therefore, in the first state, the direction of the second magnetic field, which is a fluctuating magnetic field generated from the second magnetic
このような原子発振器1Bにおいても、ヒーター6および第2磁場発生部9Bに流す電流の方向の違いによって、周波数差ω0の温度特性が異なる。そのため、2つの電流の方向のうちの一方を選択することによって、簡単に、周波数温度特性を調整することができる。
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、簡易な構成で、優れた周波数温度特性を発揮することができる。
Also in such an
The
(変形例)
図19は、図17に示す原子発振器の変形例を説明するための図である。
第3実施形態の変形例では、配線93、94は、それぞれ、−Z側からみたときに、発熱抵抗体61のX軸方向での一方の端部にY軸方向に沿って延びる部分を有する。そして、第1状態において、配線93、94には、−Z側からみたとき、−Y方向となる方向d15、d16(発熱抵抗体61に流れる電流の方向d11と反対方向)に電流が流れる。
(Modification)
FIG. 19 is a diagram for explaining a modification of the atomic oscillator shown in FIG.
In the modification of the third embodiment, each of the
したがって、本変形例の第1状態では、第2磁場発生部9Bから生じる変動磁場である第2磁場の方向は、ガスセル2内において、−X方向の方向成分を含む。
このようなことから、本変形例の第1状態では、ガスセル2内のアルカリ金属原子に対し、第1磁場G1とヒーター6からの磁場G2とを足し合わせた強度から第2磁場G3の強度を差し引いた強度の磁場Gが作用する。
Therefore, in the first state of this modification, the direction of the second magnetic field, which is a fluctuating magnetic field generated from the second
For this reason, in the first state of this modification, the strength of the second magnetic field G3 is determined from the strength obtained by adding the first magnetic field G1 and the magnetic field G2 from the
2.電子機器
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、優れた信頼性を有する。
以下、本発明の電子機器について説明する。
図20は、GPS衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
図20に示す測位システム100は、GPS衛星200と、基地局装置300と、GPS受信装置400とで構成されている。
2. Electronic equipment The atomic oscillator described above can be incorporated into various electronic equipment. Such an electronic device has excellent reliability.
Hereinafter, the electronic apparatus of the present invention will be described.
FIG. 20 is a diagram showing a schematic configuration when the atomic oscillator of the present invention is used in a positioning system using a GPS satellite.
The
GPS衛星200は、測位情報(GPS信号)を送信する。
基地局装置300は、例えば電子基準点(GPS連続観測局)に設置されたアンテナ301を介してGPS衛星200からの測位情報を高精度に受信する受信装置302と、この受信装置302で受信した測位情報をアンテナ303を介して送信する送信装置304とを備える。
The
The
ここで、受信装置302は、その基準周波数発振源として前述した本発明の原子発振器1を備える電子装置である。このような受信装置302は、優れた信頼性を有する。また、受信装置302で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置304により送信される。
GPS受信装置400は、GPS衛星200からの測位情報をアンテナ401を介して受信する衛星受信部402と、基地局装置300からの測位情報をアンテナ403を介して受信する基地局受信部404とを備える。
Here, the receiving
The
図21は、本発明の原子発振器を用いたクロック伝送システムの一例を示す概略構成図である。
図21に示すクロック伝送システム500は、時分割多重方式のネットワーク内の各装置のクロックを一致させるものであって、N(Normal)系およびE(Emergency)系の冗長構成を有するシステムである。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing an example of a clock transmission system using the atomic oscillator of the present invention.
A
このクロック伝送システム500は、A局(上位(N系))のクロック供給装置(CSM:Clock Supply Module)501およびSDH(Synchronous Digital Hierarchy)装置502と、B局(上位(E系))のクロック供給装置503およびSDH装置504と、C局(下位)のクロック供給装置505およびSDH装置506、507とを備える。
クロック供給装置501は、原子発振器1を有し、N系のクロック信号を生成する。このクロック供給装置501内の原子発振器1は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック508、509からのより高精度なクロック信号と同期して、クロック信号を生成する。
The
The
SDH装置502は、クロック供給装置501からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行うとともに、N系のクロック信号を主信号に重畳し、下位のクロック供給装置505に伝送する。
クロック供給装置503は、原子発振器1を有し、E系のクロック信号を生成する。このクロック供給装置503内の原子発振器1は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック508、509からのより高精度なクロック信号と同期して、クロック信号を生成する。
The
The
SDH装置504は、クロック供給装置503からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行うとともに、E系のクロック信号を主信号に重畳し、下位のクロック供給装置505に伝送する。
クロック供給装置505は、クロック供給装置501、503からのクロック信号を受信し、その受信したクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。
The
The
ここで、クロック供給装置505は、通常、クロック供給装置501からのN系のクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。そして、N系に異常が発生した場合、クロック供給装置505は、クロック供給装置503からのE系のクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。このようにN系からE系に切り換えることにより、安定したクロック供給を担保し、クロックパス網の信頼性を高めることができる。
SDH装置506は、クロック供給装置505からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行う。同様に、SDH装置507は、クロック供給装置505からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行う。これにより、C局の装置をA局またはB局の装置と同期させることができる。
Here, the
The
3.移動体
図22は、本発明の移動体の一例を示す図である。
この図において、移動体1500は、車体1501と、4つの車輪1502とを有しており、車体1501に設けられた図示しない動力源(エンジン)によって車輪1502を回転させるように構成されている。このような移動体1500には、原子発振器1が内蔵されている。
このような移動体によれば、優れた信頼性を発揮することができる。
3. Mobile Object FIG. 22 is a diagram showing an example of the mobile object of the present invention.
In this figure, a moving
According to such a moving body, excellent reliability can be exhibited.
なお、本発明の原子発振器を備える電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、パーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター)、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等に適用することができる。
以上、本発明の原子発振器、電子機器および移動体について、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、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の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。
The electronic device including the atomic oscillator of the present invention is not limited to the above-described ones. For example, a mobile phone, a digital still camera, an ink jet type ejection device (for example, an ink jet printer), a personal computer (mobile personal computer, laptop) Type personal computer), TV, camcorder, video tape recorder, car navigation device, pager, electronic notebook (including communication functions), electronic dictionary, calculator, electronic game device, word processor, workstation, video phone, crime prevention TV Monitors, electronic binoculars, POS terminals, medical devices (for example, electronic thermometers, blood pressure meters, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasonic diagnostic devices, electronic endoscopes), fish detectors, various measuring devices, instruments (for example, vehicles) ,aircraft, Instruments of 舶), can be applied to a flight simulator or the like.
As described above, the atomic oscillator, the electronic device, and the moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to these.
Moreover, the structure of each part of this invention can be substituted by the thing of the arbitrary structures which exhibit the same function of embodiment mentioned above, and arbitrary structures can also be added.
また、本発明は、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。
また、前述した実施形態では、第1磁場発生部に流す電流の方向を第1状態と第2状態とで同方向としたが、第1磁場発生部に流す電流の方向を第1状態と第2状態とで反対方向としてもよい。
Moreover, you may make it this invention combine arbitrary structures of each embodiment mentioned above.
In the above-described embodiment, the direction of the current flowing through the first magnetic field generation unit is the same in the first state and the second state, but the direction of the current flowing through the first magnetic field generation unit is the same as that in the first state and the second state. It is good also as an opposite direction in two states.
また、前述した実施形態では、ヘルムホルツ型コイルを用いて第1磁場発生部を構成した場合を例に説明したが、第1磁場発生部は、これに限定されず、例えば、ソレノイド型コイルを用いて構成してもよい。この場合、例えば、第1実施形態のシールドの内周面に沿って巻回されたコイルを配置し、そのコイルの内側にガスセルおよび第2磁場発生部を配置すればよい。 In the above-described embodiment, the case where the first magnetic field generation unit is configured by using the Helmholtz type coil has been described as an example. However, the first magnetic field generation unit is not limited to this, and for example, a solenoid type coil is used. May be configured. In this case, for example, a coil wound along the inner peripheral surface of the shield of the first embodiment may be disposed, and the gas cell and the second magnetic field generator may be disposed inside the coil.
1‥‥原子発振器 1A‥‥原子発振器 1B‥‥原子発振器 2‥‥ガスセル 3‥‥光出射部 5‥‥光検出部 6‥‥ヒーター 7‥‥温度センサー 8‥‥第1磁場発生部(ゼーマン分裂用磁場発生部) 8A‥‥第1磁場発生部(ゼーマン分裂用磁場発生部) 9‥‥第2磁場発生部(磁場発生部) 9A‥‥第2磁場発生部(磁場発生部) 9B‥‥第2磁場発生部(磁場発生部) 10‥‥制御部 11‥‥温度制御部 12‥‥励起光制御部 13‥‥磁場制御部 20‥‥シールド 21‥‥本体部 22‥‥窓部 23‥‥窓部 41‥‥光学部品 42‥‥光学部品 43‥‥光学部品 44‥‥光学部品 61‥‥発熱抵抗体 62‥‥発熱抵抗体 81‥‥コイル 82‥‥コイル 81A‥‥コイル 82A‥‥コイル 91‥‥コイル 92‥‥コイル 91A‥‥コイル 92A‥‥コイル 93‥‥配線 94‥‥配線 95‥‥配線 96‥‥配線 100‥‥測位システム 200‥‥衛星 300‥‥基地局装置 301‥‥アンテナ 302‥‥受信装置 303‥‥アンテナ 304‥‥送信装置 400‥‥受信装置 401‥‥アンテナ 402‥‥衛星受信部 403‥‥アンテナ 404‥‥基地局受信部 500‥‥クロック伝送システム 501‥‥クロック供給装置 502‥‥SDH装置 503‥‥クロック供給装置 504‥‥SDH装置 505‥‥クロック供給装置 506‥‥SDH装置 507‥‥SDH装置 508‥‥マスタークロック 1500‥‥移動体 1501‥‥車体 1502‥‥車輪 a‥‥軸 d11‥‥方向(第1方向) d12‥‥方向(第1方向) d13‥‥方向 d14‥‥方向 d15‥‥方向(第1方向) d16‥‥方向(第1方向) d21‥‥方向(第2方向) d22‥‥方向(第2方向) d23‥‥方向 d24‥‥方向 d25‥‥方向(第2方向) d26‥‥方向(第2方向) G‥‥磁場 G1‥‥第1磁場 G2‥‥磁場 G3‥‥第2磁場 LL‥‥励起光 S‥‥内部空間
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記金属原子を励起する光を出射する光出射部と、
前記金属原子を通過した前記光を検出する光検出部と、
前記ガスセルを加熱する加熱部と、
前記加熱部と電気的に直列に接続され、磁場を発生させる磁場発生部と、
を備えることを特徴とする原子発振器。 A gas cell in which metal atoms are enclosed;
A light emitting portion that emits light that excites the metal atoms;
A light detection unit for detecting the light that has passed through the metal atom;
A heating unit for heating the gas cell;
A magnetic field generation unit that is electrically connected in series with the heating unit and generates a magnetic field;
An atomic oscillator comprising:
前記加熱部は前記1対の窓部にそれぞれ配置され、
前記1対の加熱部から生じる磁場は、前記ガスセル内で互いに弱め合う請求項1または2に記載の原子発振器。 The gas cell has a pair of windows that pass the light,
The heating portions are respectively disposed on the pair of window portions,
The atomic oscillator according to claim 1, wherein magnetic fields generated from the pair of heating units weaken each other in the gas cell.
前記磁場発生部が発生する磁場の方向は、前記ガスセル内で、前記ゼーマン分裂をさせる磁場の方向に対して平行な方向成分を含んでいる請求項1ないし4のいずれか1項に記載の原子発振器。 A Zeeman splitting magnetic field generator for generating a magnetic field for splitting the metal with Zeeman splitting,
5. The atom according to claim 1, wherein a direction of a magnetic field generated by the magnetic field generation unit includes a direction component parallel to a direction of the magnetic field causing the Zeeman split in the gas cell. Oscillator.
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