JP2015115886A - 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減しつつ、加熱部への通電により発生する磁場を小さくすることができる量子干渉装置および原子発振器を提供すること、また、かかる量子干渉装置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。【解決手段】本発明の原子発振器は、金属原子が封入されている内部空間を有するガスセルと、電力の供給により駆動され、前記ガスセルを加熱する加熱部と、電源端子と、前記電源端子から出力され、前記加熱部に印加される電圧を昇圧する昇圧回路とを備える。前記昇圧回路は、スイッチングレギュレータ機能を有し、前記昇圧回路のスイッチング周波数は、１０ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。

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（例えば、特許文献１参照）。
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が、量子干渉効果を利用した原子発振器は、二重共鳴現象を利用した原子発振器よりも小型化できることから、近年、様々な機器への搭載が期待されている。

量子干渉効果を利用した原子発振器は、例えば、特許文献１に開示されているように、ガス状の金属原子を封入したガスセルと、ガスセル中の金属原子に周波数の異なる２種の共鳴光を含むレーザー光を照射する半導体レーザーと、ガスセルを透過したレーザー光を検出する光検出器と、を備えている。そして、このような原子発振器では、２種類の共鳴光の周波数差が特定の値のときに２種類の共鳴光の双方がガスセル内の金属原子に吸収されずに透過する電磁誘起透明化（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparensy）現象を生じるが、そのＥＩＴ現象に伴って発生する急峻な信号であるＥＩＴ信号を光検出器で検出する。

また、原子発振器は、ガスセルを加熱するヒーターと、ガスセル内にレーザー光の軸に沿った方向の磁場を発生させるコイルとを有している。前記ヒーターによりガスセルを加熱することで、ガスセル内のアルカリ金属を所望濃度のガス状に維持する。また、前記磁場によりゼーマン分裂が生じ、これにより、ガスセル内に存在するアルカリ金属の原子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、その結果、原子発振器の発振周波数の精度を高めることができる。

ところで、原子発振器の消費電力を低減するためには、電源電圧を小さくする必要がある。但し、ヒーターについては、そのヒーターに供給する電力が換わらないように、電圧が低下した分、電流を増大させる。このため、ヒーターへの通電により発生する磁場が大きくなり、その磁場がガスセル内に作用することで、原子発振器の発振周波数の精度が低下する等の悪影響を及ぼす。なお、このような問題は、前記光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した原子発振器においても同様である。

特開２００１−３３９３０２号公報

本発明の目的は、消費電力を低減しつつ、加熱部への通電により発生する磁場を小さくすることができる量子干渉装置および原子発振器を提供すること、また、かかる量子干渉装置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。

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］
本発明の量子干渉装置は、金属原子が封入されている内部空間を有するガスセルと、
電力の供給を受けて前記ガスセルを加熱する加熱部と、
電源端子と、
前記電源端子から出力される電圧を昇圧して前記加熱部に印加する昇圧回路と、
を備えることを特徴とする。

これにより、まず、電源電圧を小さくすることで消費電力を低減することができる。そして、昇圧回路で加熱部に印加される電圧を昇圧することにより、加熱部に供給する電力を一定に保持しつつ、加熱部を流れる電流を減少させることができ、これにより、加熱部への通電によりその加熱部で発生する磁場を小さくすることができる。これによって、加熱部で発生する磁場がガスセル内に悪影響を及ぼすことを防止または抑制することができ、ガスセルの内部空間に発生させる磁場を安定させることができ、原子発振器の発振周波数の精度を向上させることができる。また、磁気シールドを簡素化することが可能になる。

［適用例２］
本発明の量子干渉装置では、前記昇圧回路は、スイッチングレギュレータ機能を有することが好ましい。
これにより、高効率かつ低コストとすることができる。
［適用例３］
本発明の量子干渉装置では、前記昇圧回路のスイッチング周波数は、１０ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下の範囲内にあることが好ましい。
これにより、原子共鳴への影響を防止または低減することができる。

［適用例４］
本発明の量子干渉装置では、前記昇圧回路の電圧の増幅率は、２倍以上、５倍以下の範囲内にあることが好ましい。
これにより、加熱部への通電により発生する磁場を小さくすることができる。
［適用例５］
本発明の量子干渉装置では、光を前記ガスセルに向けて出射する光出射部と、
前記ガスセル内を透過した前記光の強度を検出する光検出部と、
前記光出射部の駆動を制御する光出射部制御部と、
前記加熱部の駆動を制御する温度制御部と、
を備え、
前記昇圧回路は、前記光出射部、前記光検出部、前記光出射部制御部および前記温度制御部には接続されていないことが好ましい。
これにより、前記昇圧回路を加熱部専用のものとすることができ、その昇圧回路の各パラメーターを加熱部に対して最適になるように自在に設定することができる。

［適用例６］
本発明の量子干渉装置では、前記加熱部は、発熱抵抗体を有するヒーターを備え、
前記ヒーターの駆動を制御する温度制御部を有することが好ましい。
これにより、ガスセル内のアルカリ金属を所望濃度のガス状に維持することができる。
［適用例７］
本発明の量子干渉装置では、前記ヒーターを収納し、磁気シールド性を有する容器を備えていることが好ましい。
これにより、ヒーターで発生する磁場がガスセル内に作用することを防止または抑制することができる。

［適用例８］
本発明の量子干渉装置では、磁気シールド性を有する遮蔽部を備えていることが好ましい。
これにより、不要な磁場がガスセル内に作用することを防止または抑制することができる。
［適用例９］
本発明の原子発振器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、消費電力を低減しつつ、加熱部への通電により発生する磁場を小さくすることができ、これによって、ガスセルの内部空間に発生させる磁場を安定させることができ、原子発振器の発振周波数の精度を向上させることができ、また、磁気シールドを簡素化することが可能になる。

［適用例１０］
本発明の電子機器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、低消費電力で、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
［適用例１１］
本発明の移動体は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、低消費電力で、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。

本発明の実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す模式図である。 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。 光出射部から出射される２つの光の周波数差と、光検出部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。 図１に示す原子発振器の分解斜視図である。 図１に示す原子発振器の縦断面図である。 図１に示す原子発振器が備える光出射部およびガスセルを説明するための模式図である。 図１に示す原子発振器が備えるヒーターを収納するケーシング（容器）を示す模式図（断面図）である。 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システム構成概要図である。 本発明の移動体の一例を示す図である。

以下、本発明の量子干渉装置、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（量子干渉装置）
まず、本発明の原子発振器（本発明の量子干渉装置を備える原子発振器）について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す模式図である。また、図２は、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、光出射部から出射される２つの光の周波数差と、光検出部で検出される光の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１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。
この原子発振器１は、図１に示すように、光出射側のユニットである第１ユニット２と、光検出側のユニットである第２ユニット３と、ユニット２、３間に設けられた光学部品４１、４２、４３と、第１ユニット２および第２ユニット３を制御する制御部６と、を備える。

ここで、第１ユニット２は、光出射部２１と、光出射部２１を収納する第１パッケージ２２とを備える。
また、第２ユニット３は、ガスセル３１と、光検出部３２と、ヒーター（加熱部）３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、これらを収納する第２パッケージ３６とを備える。

まず、原子発振器１の原理を簡単に説明する。
図１に示すように、原子発振器１では、光出射部２１がガスセル３１に向けて励起光ＬＬを出射し、ガスセル３１を透過した励起光ＬＬを光検出部３２が検出する。
ガスセル３１内には、ガス状のアルカリ金属（金属原子）が封入されており、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、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。

光出射部２１から出射された励起光ＬＬは、周波数の異なる２種の共鳴光１、２を含んでおり、この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したとき、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。

例えば、光出射部２１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３２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。

以下、本実施形態の原子発振器１の具体的な構成について説明する。
図４は、図１に示す原子発振器の分解斜視図、図５は、図１に示す原子発振器の縦断面図、図６は、図１に示す原子発振器が備える光出射部およびガスセルを説明するための模式図、図７は、図１に示す原子発振器が備えるヒーターを収納するケーシング（容器）を示す模式図（断面図）である。

なお、図４および図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、その図示された各矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」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」といい、また、＋Ｚ方向側（図５の上側）を「上」、−Ｚ方向側（図５の下側）を「下」という。

原子発振器１は、図４に示すように、制御部６が実装され、第１ユニット２、第２ユニット３および光学部品４１、４２、４３を保持する配線基板５（保持部材）と、第１ユニット２および第２ユニット３と配線基板５とを電気的に接続するコネクター７１、７２とを備える。
そして、第１ユニット２および第２ユニット３は、配線基板５の配線（図示せず）およびコネクター７１、７２を介して制御部６に電気的に接続され、制御部６により駆動制御される。

以下、原子発振器１の各部を順次詳細に説明する。
（第１ユニット）
前述したように、第１ユニット２は、光出射部２１と、光出射部２１を収納する第１パッケージ２２とを備える。
［光出射部］
光出射部２１は、ガスセル３１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２１は、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）を含む光を励起光ＬＬとして出射するものである。
共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル３１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（共鳴）し得るものである。
また、共鳴光２の周波数ω２は、ガスセル３１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（共鳴）し得るものである。

この光出射部２１としては、前述したような励起光ＬＬ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。
また、このような光出射部２１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、所定温度に温度調節される。

［第１パッケージ］
第１パッケージ２２は、前述した光出射部２１を収納する。
この第１パッケージ２２は、図５に示すように、基体２２１（第１基体）と、蓋体２２２（第１蓋体）とを備える。
基体２２１は、光出射部２１を直接的または間接的に支持する。本実施形態では、基体２２１は、板状をなし、平面視で円形をなしている。

そして、この基体２２１の一方の面（実装面）には、光出射部２１（実装部品）が設置（実装）される。また、基体２２１の他方の面には、図５に示すように、複数のリード２２３が突出している。この複数のリード２２３は、図示しない配線を介して光出射部２１に電気的に接続されている。
このような基体２２１には、基体２２１上の光出射部２１を覆う蓋体２２２が接合されている。

蓋体２２２は、一端部が開口した有底筒状をなしている。本実施形態では、蓋体２２２の筒状部は、円筒状をなす。
この蓋体２２２の一端部の開口は、前述した基体２２１により塞がれている。
そして、蓋体２２２の他端部、すなわち蓋体２２２の開口とは反対側の底部には、窓部２３が設けられている。

この窓部２３は、ガスセル３１と光出射部２１との間の光軸（励起光ＬＬの軸ａ）上に設けられている。
そして、窓部２３は、前述した励起光ＬＬに対して透過性を有する。
本実施形態では、窓部２３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３１へ照射することができる。

また、窓部２３は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。すなわち、窓部２３はコリメートレンズであり、内部空間Ｓにおける励起光ＬＬは平行光である。これにより、内部空間Ｓに存在するアルカリ金属の原子のうち、光出射部２１から出射した励起光ＬＬにより共鳴するアルカリ金属の原子の数を多くすることができる。その結果、ＥＩＴ信号の強度を高めることができる。

なお、窓部２３は、励起光ＬＬに対する透過性を有するものであれば、レンズに限定されず、例えば、レンズ以外の光学部品であってもよいし、単なる光透過性の板状部材であってもよい。この場合、前述したような機能を有するレンズは、例えば、後述する光学部品４１、４２、４３と同様、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６との間に設けられていてもよい。
このような蓋体２２２の窓部２３以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。

ここで、蓋体２２２の窓部２３以外の部分が励起光に対して透過性を有する材料で構成されている場合、蓋体２２２の窓部２３以外の部分と窓部２３とを一体的に形成することができる。また、蓋体２２２の窓部２３以外の部分が励起光に対して透過性を有しない材料で構成されている場合、蓋体２２２の窓部２３以外の部分と窓部２３とを別体で形成し、これらを公知の接合方法により接合すればよい。

また、基体２２１と蓋体２２２とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、第１パッケージ２２内が気密空間であることが好ましい。これにより、第１パッケージ２２内を減圧状態または不活性ガス封入状態とすることができ、その結果、原子発振器１の特性を向上させることができる。
また、基体２２１と蓋体２２２との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接（レーザー溶接、電子線溶接等）等を用いることができる。

なお、基体２２１と蓋体２２２との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。
また、第１パッケージ２２内には、前述した光出射部２１以外の部品が収納されていてもよい。
例えば、第１パッケージ２２内には、光出射部２１の温度を調節する温度調節素子や温度センサー等が収納されていてもよい。かかる温度調節素子としては、例えば、発熱抵抗体（ヒーター）、ペルチェ素子等が挙げられる。

このような基体２２１および蓋体２２２を有して構成された第１パッケージ２２によれば、光出射部２１から第１パッケージ２２外への励起光の出射を許容しつつ、光出射部２１を第１パッケージ２２内に収納することができる。
また、第１パッケージ２２は、基体２２１が第２パッケージ３６とは反対側に配置されるように、後述する配線基板５に保持されている。

（第２ユニット）
前述したように、第２ユニット３は、ガスセル３１と、光検出部３２と、ヒーター３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、これらを収納する第２パッケージ３６とを備える。
［ガスセル］
ガスセル３１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。また、ガスセル３１内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。

例えば、ガスセル３１は、図６に示すように、柱状の貫通孔３１１ａを有する本体部３１１と、その貫通孔３１１ａの両開口を封鎖する１対の窓部３１２、３１３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が形成されている。
本体部３１１を構成する材料としては、特に限定されず、金属材料、樹脂材料、ガラス材料、シリコン材料、水晶等が挙げられるが、加工性や窓部３１２、３１３との接合の観点から、ガラス材料、シリコン材料を用いるのが好ましい。
このような本体部３１１には、窓部３１２、３１３が気密的に接合されている。これにより、ガスセル３１の内部空間Ｓを気密空間とすることができる。

本体部３１１と窓部３１２、３１３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、窓部３１２、３１３を構成する材料としては、前述したような励起光ＬＬ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、シリコン材料、ガラス材料、水晶等が挙げられる。

このような各窓部３１２、３１３は、前述した光出射部２１からの励起光ＬＬに対する透過性を有している。そして、一方の窓部３１２は、ガスセル３１内へ入射する励起光ＬＬが透過するものであり、他方の窓部３１３は、ガスセル３１内から出射した励起光ＬＬが透過するものである。
このようなガスセル３１は、ヒーター３３により加熱され、所定温度に温度調節される。

［光検出部］
光検出部３２は、ガスセル３１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３２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。

［ヒーター］
ヒーター３３は、前述したガスセル３１（より具体的にはガスセル３１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３１中のアルカリ金属を所望濃度のガス状に維持することができる。
このヒーター３３は、電力の供給を受けて駆動される、すなわち、通電により発熱するものであり、例えば、ガスセル３１の外表面上に設けられた発熱抵抗体で構成されている。このような発熱抵抗体は、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される。

ここで、かかる発熱抵抗体は、ガスセル３１の励起光ＬＬの入射部または出射部に設けられる場合、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）、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で構成される。
なお、ヒーター３３は、ガスセル３１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３１に対して非接触であってもよい。また、ヒーター３３に代えて、または、ヒーター３３と併用して、ペルチェ素子やセラミックヒーターを用いて、ガスセル３１を加熱してもよい。
このようなヒーター３３は、後述する制御部６の温度制御部６２に電気的に接続され、通電制御される。

また、図７に示すように、ヒーター３３は、磁気シールド性を有し、ヒーター３３で発生する磁場（磁界）を外部に対して遮蔽するケーシング（遮蔽部）（容器）３３１に収納されている。これにより、ヒーター３３への通電によりそのヒーター３３で発生する磁場がガスセル３１内に作用することを防止または抑制することができる。
このようなケーシング３３１の構成材料としては、磁気シールド性を有する材料が用いられ、例えば、Ｆｅ、各種鉄系合金（ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト、コバール）等の軟磁性材料が挙げられ、中でも、磁気シールド性が優れるという観点から、コバール、パーマロイ等のＦｅ−Ｎｉ系合金を用いることが好ましく、パーマロイを用いることがより好ましい。なお、前記ケーシング３３１が省略されていてもよいことは、言うまでもない。

［温度センサー］
温度センサー３４は、ヒーター３３またはガスセル３１の温度を検出するものである。そして、この温度センサー３４の検出結果に基づいて、前述したヒーター３３の発熱量が制御される。これにより、ガスセル３１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３４の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター３３上であってもよいし、ガスセル３１の外表面上であってもよい。
温度センサー３４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３４は、図示しない配線を介して、後述する制御部６の温度制御部６２に電気的に接続されている。

［コイル］
コイル３５は、通電により、内部空間Ｓに励起光ＬＬの軸ａに沿った方向（平行な方向）の磁場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、内部空間Ｓに存在するアルカリ金属の原子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、ＥＩＴ信号の線幅を小さくすることができる。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。

なお、コイル３５が発生する磁場は、直流磁場または交流磁場のいずれかの磁場であってもよいし、直流磁場と交流磁場とを重畳させた磁場であってもよい。
このコイル３５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３１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３１を介して対向させてもよい。
このコイル３５は、図示しない配線を介して、後述する制御部６の磁場制御部６３に電気的に接続されている。これにより、コイル３５に通電を行うことができる。

［第２パッケージ］
第２パッケージ３６は、前述したガスセル３１、光検出部３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を収納する。
この第２パッケージ３６は、磁気シールド性を有し、ガスセル３１内のアルカリ金属を外部磁場から遮蔽する「遮蔽部（磁気シールドケース）」を構成する。これにより、不要な磁場がガスセル３１内に作用することを防止または抑制することができる。なお、さらに、磁気シールド性を有する図示しないパッケージを有し、そのパッケージに、第２パッケージ３６等が収納されていてもよい。

この第２パッケージ３６は、前述した第１ユニット２の第１パッケージ２２と同様に、構成されている。
具体的には、第２パッケージ３６は、図５に示すように、基体３６１（第２基体）と、蓋体３６２（第２蓋体）とを備える。
基体３６１は、ガスセル３１、光検出部３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を直接的または間接的に支持する。本実施形態では、基体３６１は、板状をなし、平面視で円形をなしている。

そして、この基体３６１の一方の面（実装面）には、ガスセル３１、光検出部３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５（複数の実装部品）が設置（実装）される。また、基体３６１の他方の面には、図５に示すように、複数のリード３６３が突出している。この複数のリード３６３は、図示しない配線を介して光検出部３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５に電気的に接続されている。

このような基体３６１の構成材料としては、磁気シールド性を有する材料が用いられ、例えば、Ｆｅ、各種鉄系合金（ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト、コバール）等の軟磁性材料が挙げられ、中でも、磁気シールド性が優れるという観点から、コバール、パーマロイ等のＦｅ−Ｎｉ系合金を用いることが好ましく、例えば基体３６１と蓋体３６２との気密接合を必要とせずに、より磁気シールド性に優れるという観点から、パーマロイを用いることがより好ましい。また基体３６１と蓋体３６２との気密接合が溶接により簡単かつ確実に行えるという観点からは、コバールを用いることがより好ましい。なお、第２パッケージ３６は、磁気シールド性を有していなくてもよく、その場合は、基体３６１の構成材料としては、前記以外のものを用いてもよい。

このような基体３６１には、基体３６１上のガスセル３１、光検出部３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を覆う蓋体３６２が接合されている。
蓋体３６２は、一端部が開口した有底筒状をなしている。本実施形態では、蓋体３６２の筒状部は、円筒状をなす。
この蓋体３６２の一端部の開口は、前述した基体３６１により塞がれている。

そして、蓋体３６２の他端部、すなわち蓋体３６２の開口とは反対側の底部には、窓部３７が設けられている。
この窓部３７は、ガスセル３１と光出射部２１との間の光軸（軸ａ）上に設けられている。
そして、窓部３７は、前述した励起光に対して透過性を有する。

本実施形態では、窓部３７は、光透過性を有する板状部材で構成されている。
なお、窓部３７は、励起光に対する透過性を有するものであれば、光透過性を有する板状部材に限定されず、例えば、レンズ、偏光板、λ／４波長板等の光学部品であってもよい。
このような蓋体３６２の窓部３７以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。

ここで、蓋体３６２の窓部３７以外の部分が励起光に対して透過性を有する材料で構成されている場合、蓋体３６２の窓部３７以外の部分と窓部３７と一体的に形成することができる。また、蓋体３６２の窓部３７以外の部分が励起光に対して透過性を有しない材料で構成されている場合、蓋体３６２の窓部３７以外の部分と窓部３７とを別体で形成し、これらを公知の接合方法により接合すればよい。

また、基体３６１と蓋体３６２とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、第２パッケージ３６内が気密空間であることが好ましい。これにより、第２パッケージ３６内を減圧状態または不活性ガス封入状態とすることができ、その結果、原子発振器１の特性を向上させることができる。
また、基体３６１と蓋体３６２との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接（レーザー溶接、電子線溶接等）等を用いることができる。

なお、基体３６１と蓋体３６２との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。
また、第２パッケージ３６内には、少なくともガスセル３１および光検出部３２が収納されていればよく、また、前述したガスセル３１、光検出部３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５以外の部品が収納されていてもよい。

このような基体３６１および蓋体３６２を有して構成された第２パッケージ３６によれば、光出射部２１からの励起光の第２パッケージ３６内への入射を許容しつつ、ガスセル３１および光検出部３２を第２パッケージ３６内に収納することができる。したがって、前述したような第１パッケージ２２と組み合わせて第２パッケージ３６を用いることにより、光出射部２１からガスセル３１を介して光検出部３２への励起光の光路を確保しつつ、光出射部２１およびガスセル３１を互いに非接触の別々のパッケージに収納することができる。
また、第２パッケージ３６は、基体３６１が第１パッケージ２２とは反対側に配置されるように、後述する配線基板５に保持されている。

（光学部品）
前述したような第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間には、複数の光学部品４１、４２、４３が配置されている。この複数の光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、前述した第１パッケージ２２内の光出射部２１と、前述した第２パッケージ３６内のガスセル３１との間の光軸（軸ａ）上に設けられている。
また、本実施形態では、第１パッケージ２２側から第２パッケージ３６側へ、光学部品４１、光学部品４２、光学部品４３の順に配置されている。

光学部品４１は、λ／４波長板である。これにより、例えば、光出射部２１からの励起光が直線偏光である場合、その励起光を円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換することができる。
前述したようにコイル３５の磁場によりガスセル３１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。

これに対し、前述したようにコイル３５の磁場によりガスセル３１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。

本実施形態では、光学部品４１は、円板状をなしている。そのため、後述するような形状の貫通孔５３に係合した状態で光軸（軸ａ）に平行な軸線周りに光学部品４１を回転させることができる。なお、光学部品４１の平面視形状は、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。
このような光学部品４１に対して第２ユニット３側には、光学部品４２、４３が配置されている。

光学部品４２、４３は、それぞれ、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３１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２１の出力が大きい場合でも、ガスセル３１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４１により円偏光に変換された励起光の強度を光学部品４２、４３により調整する。

本実施形態では、光学部品４２、４３は、それぞれ、板状をなしている。また、光学部品４２、４３の平面視形状は、それぞれ、円形をなしている。そのため、後述するような形状の貫通孔５３に係合した状態で光軸（軸ａ）に平行な軸線周りに光学部品４２、４３をそれぞれ回転させることができる。
なお、光学部品４２、４３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。

また、光学部品４２および光学部品４３は、互いに減光率が等しくてもよいし異なっていてもよい。
また、光学部品４２、４３は、それぞれ、上側と下側とで連続的または段階的に減光率の異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を配線基板５に対して上下方向での位置を調整することにより、励起光の減光率を調整することができる。

また、光学部品４２、４３は、それぞれ、周方向で連続的または断続的に減光率が異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を回転させることにより、励起光の減光率を調整することができる。なお、この場合、光学部品４２、４３の回転中心が軸ａに対してずれていればよい。
なお、この光学部品４２、４３のうちのいずれか一方の光学部品を省略してもよい。また、光出射部２１の出力が適度である場合、光学部品４２、４３の双方を省略することができる。
また、光学部品４１、４２、４３は、前述した種類、配置順、数等に限定されない。例えば、光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、λ／４波長板または減光フィルターに限定されず、レンズ、偏光板等であってもよい。

（配線基板）
配線基板５は、図示しない配線を有し、かかる配線を介して、配線基板５に搭載された制御部６等の電子部品と、コネクター７１、７２とを電気的に接続する機能を有する。
また、配線基板５は、前述した第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および複数の光学部品４１、４２、４３を保持する機能を有する。

この配線基板５は、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６が空間を介して互いに非接触な状態でこれらを保持する。これにより、光出射部２１とガスセル３１との間の熱干渉を防止または抑制し、光出射部２１とガスセル３１とを独立して高精度に温度制御することができる。
具体的に説明すると、図４に示すように、配線基板５は、その厚さ方向に貫通する貫通孔５１、５２、５３、５４、５５が形成されている。

ここで、貫通孔５１（第１貫通孔）は、配線基板５のＸ軸方向での一端部側に設けられ、貫通孔５２（第２貫通孔）は、配線基板５のＸ軸方向での他端部側に設けられている。そして、貫通孔５３、５４、５５（第３貫通孔）は、配線基板５の貫通孔５１と貫通孔５２との間に設けられている。
本実施形態では、貫通孔５１、５２、５３、５４、５５は、互いに独立して形成されている。そのため、配線基板５の剛性を優れたものとすることができる。

そして、貫通孔５１内には、第１パッケージ２２の一部が上側から挿入され、これにより、第１パッケージ２２は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。
本実施形態では、貫通孔５１のＹ軸方向での幅は、第１パッケージ２２のＹ軸方向での幅（円筒部の直径）よりも小さい。そのため、第１パッケージ２２は、その円筒部の中心軸が配線基板５に対して上側に位置した状態で、貫通孔５１の縁部に係合（当接）する。

また、第１パッケージ２２を貫通孔５１の縁部に当接させることにより、第１パッケージ２２と配線基板５との接触面積を小さくすることができる。これにより、第１パッケージ２２と配線基板５との間の熱の伝達を抑制することができる。
同様に、貫通孔５２内には、第２パッケージ３６の一部が挿入され、これにより、第２パッケージ３６は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。また、第１パッケージ２２と同様に、第２パッケージ３６を貫通孔５２の縁部に当接させることにより、第２パッケージ３６と配線基板５との接触面積を小さくすることができる。これにより、第２パッケージ３６と配線基板５との間の熱の伝達を抑制することができる。

このように、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の配線基板５を介した熱伝達を抑制することができるので、光出射部２１とガスセル３１との間の熱干渉を抑制することができる。
このような貫通孔５１、５２を有する配線基板５によれば、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を配線基板５に設置することにより、光出射部２１および光検出部３２を含む光学系の位置決めを行うことができる。そのため、配線基板５に対する第１パッケージ２２および第２パッケージ３６の設置を容易なものとすることができる。

また、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を保持する部材を配線基板５とは別途設ける場合に比し、部品点数を少なくすることができる。その結果、原子発振器１の低コスト化および小型化を図ることができる。
また、本実施形態では、前述したように、配線基板５には、第１パッケージ２２が挿入される貫通孔５１と、第２パッケージ３６が挿入される貫通孔５２とが個別に形成されているため、配線基板５の剛性を優れたものとしつつ、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を配線基板５で保持することができる。

また、貫通孔５３内には、光学部品４１の一部が挿入され、これにより、光学部品４１は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。
同様に、貫通孔５４内には、光学部品４２の一部が挿入され、これにより、光学部品４２は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。

また、貫通孔５５内には、光学部品４３の一部が挿入され、これにより、光学部品４３は、配線基板５に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向での位置決めがされている。
このような貫通孔５３、５４、５５を有する配線基板５によれば、光学部品４１、４２、４３をそれぞれ保持するので、原子発振器１の製造時に配線基板５の各部品を取り付ける際、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を配線基板５に保持させた状態で、光学部品４１、４２、４３をその位置または姿勢を調整しながら配線基板に設置することができる。

貫通孔５３は、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６とを結ぶ線分に沿った軸線（例えば、軸ａ）周りに光学部品４１を回転可能に保持し得る。これにより、光学部品４１を配線基板５の貫通孔５３に係合させて軸ａに平行な方向での位置決めを行った状態で、光学部品４１の軸ａ周りの姿勢を調整することができる。
同様に、貫通孔５４は、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６とを結ぶ線分に沿った軸線周りに光学部品４２を回転可能に保持し得る。また、貫通孔５５は、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６とを結ぶ線分に沿った軸線周りに光学部品４３を回転可能に保持し得る。

本実施形態では、貫通孔５３、５４、５５は、光学部品４１、４２、４３の板面が互いに平行となるように形成されている。また、貫通孔５３、５４、５５は、光学部品４１、４２、４３の板面がそれぞれ軸ａに対して垂直となるように形成されている。なお、貫通孔５３、５４、５５は、光学部品４１、４２、４３の板面が互いに非平行となるように形成されていてもよいし、光学部品４１、４２、４３の板面がそれぞれ軸ａに対して傾斜するように形成されていてもよい。
ここで、前述したように光学部品４１がλ／４波長板であるため、配線基板５に対する第１パッケージ２２の姿勢によらず、光学部品４１を回転により姿勢を調整することにより、光出射部２１からの励起光を直線偏光から円偏光へ変換することができる。

光学部品４１、４２、４３を配線基板５に設置するに際しては、例えば、まず、配線基板５に第１ユニット２および第２ユニット３を設置・固定する。その後、光学部品４１、４２、４３をそれぞれ対応する貫通孔５３、５４、５５に係合させた状態で、ＥＩＴ信号等を確認しながら、各光学部品４１、４２、４３の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を変化させる。そして、所望のＥＩＴ信号を確認したとき、その状態で、各光学部品４１、４２、４３を配線基板５に対して固定する。かかる固定は、特に限定されないが、例えば、光硬化性接着剤を用いるのが好適である。光硬化性接着剤は、硬化前であれば各貫通孔５３、５４、５５に供給しても各光学部品４１、４２、４３の位置または姿勢を変化させることができ、そして、所望時に短時間で硬化させて固定を行える。
このような配線基板５としては、各種プリント配線基板を用いることができるが、前述したように保持した第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および光学部品４１、４２、４３の位置関係を維持するのに必要な剛性を確保する観点から、リジット部を有する基板、例えば、リジット基板、リジットフレキシブル基板等を用いるのが好ましい。

なお、配線基板５として、リジット部を有しない配線基板（例えば、フレキシブル基板）を用いた場合であっても、例えば、かかる配線基板に、剛性を向上させるための補強部材を接合することにより、第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および光学部品４１、４２、４３の位置関係を維持することができる。
このような配線基板５の一方の面には、制御部６およびコネクター７１、７２が設置されている。なお、配線基板５には、制御部６以外の電子部品が搭載されていてもよい。

［制御部］
図１に示す制御部６は、ヒーター３３、コイル３５および光出射部２１をそれぞれ制御する機能を有する。
本実施形態では、制御部６は、配線基板５に搭載されたＩＣ（Integrated Circuit）チップで構成されている。
このような制御部６は、光出射部２１の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部（光出射部制御部）６１と、ガスセル３１中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部６２と、ガスセル３１に印加する磁場を制御する磁場制御部６３とを有する。

温度制御部６２は、温度センサー３４の検出結果に基づいて、ヒーター（加熱部）３３の駆動を制御する、すなわち、ヒーター３３への通電を制御する。これにより、ガスセル３１を所望の温度範囲内に維持することができる。
また、磁場制御部６３は、コイル３５が発生する磁場が一定となるように、コイル３５への通電を制御する。

また、励起光制御部６１は、前述した光検出部３２の検出結果に基づいて、光出射部２１の駆動を制御する、すなわち、光出射部２１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６１は、前述した光検出部３２の検出結果に基づいて、前述した周波数差（ω１−ω２）がアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、光出射部２１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６１は、水晶発振器（発振回路）１３と、水晶発振器の出力端子に電気的に接続された逓倍器６１１とを備えており、その水晶発振器１３の発振周波数（共振周波数）を光検出部３２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。水晶発振器１３としては、例えば、電圧制御型水晶発振器等を用いることができる。
ここで、前記水晶発振器１３の発振周波数の調整について、具体例として、アルカリ金属固有の周波数ω０が９．２ＧＨｚであり、水晶発振器１３の発振周波数を１０ｋＨｚに保持し、その１０ｋＨｚの信号を原子発振器１の出力信号として出力する場合を例に挙げて説明する。

まず、水晶発振器１３から出力された信号（周波数：１０ｋＨｚ）は、逓倍器６１１で４．６×１０^５倍（周波数：４．６ＧＨｚ）に逓倍され、所定の直流電流と合成され、周波数変調された後、光出射部２１に送出される。光出射部２１は、その信号で駆動され、前述した励起光ＬＬを出射し、ガスセル３１内を透過した励起光ＬＬは、光検出部３２で受光される。光検出部３２では、励起光ＬＬの強度が検出され、この光検出部３２の検出結果は、励起光制御部６１に入力される。励起光制御部６１では、ＥＩＴ信号の強度と、予め設定された閾値とを比較し、ＥＩＴ信号の強度が閾値以上であれば、水晶発振器１３が１０ｚＨｚで発振しているものと判定し、水晶発振器１３の発振周波数をロック（固定）する。

しかし、水晶発振器１３の水晶が経時的に劣化すること等の理由で、水晶発振器１３の発振周波数は、長期間の間には経時的に変化してしまう。そこで、水晶発振器１３の発振周波数の調整が行われる。
水晶発振器１３の発振周波数の調整の際は、水晶発振器１３の発振周波数を１０ｋＨｚ付近で変更しつつ、前記のようにして、ＥＩＴ信号の強度と閾値とを比較し、そのＥＩＴ信号の強度が閾値以上のときに、水晶発振器１３の発振周波数をロックする。これにより、水晶発振器１３が１０ｚＨｚで発振する状態が保持される。

［コネクター］
コネクター７１（第１コネクター）は、第１パッケージ２２に装着され、光出射部２１と配線基板５とを電気的に接続する機能を有する。これにより、コネクター７１を介して、第１パッケージ２２内の光出射部２１が制御部６に電気的に接続されている。
また、コネクター７２（第２コネクター）は、第２パッケージ３６に装着され、光検出部３２、ヒーター３３、温度センサー３４、コイル３５等と配線基板５とを電気的に接続する機能を有する。これにより、コネクター７２を介して、第２パッケージ３６内の光検出部３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５が制御部６に電気的に接続されている。

コネクター７１は、図４に示すように、第１パッケージ２２に装着されるコネクター部７１２と、配線基板５に固定される固定部７１３と、コネクター部７１２と固定部７１３とを接続するケーブル部７１４とを備える。
コネクター部７１２は、シート状をなし、その厚さ方向に貫通する複数の貫通孔７１１を有する。

この複数の貫通孔７１１は、第１パッケージ２２の複数のリード２２３に対応して設けられている。この複数の貫通孔７１１には、それぞれ対応して、複数のリード２２３が挿通されている。
このような複数のリード２２３は、それぞれ、例えば半田等により、図５に示すようにコネクター部７１２に対して固定されるとともに、コネクター部７１２に設けられた配線（図示せず）に電気的に接続されている。

一方、固定部７１３は、シート状をなし、例えば異方性導電接着剤（ＡＣＦ）等により、図５に示すように配線基板５に対して固定されるとともに、固定部７１３に設けられた配線（図示せず）が前述した配線基板５の配線（図示せず）に電気的に接続されている。
また、この固定部７１３の配線（図示せず）は、ケーブル部７１４に設けられた配線（図示せず）を介して、コネクター部７１２の配線（図示せず）に電気的に接続されている。

以上説明したようなコネクター７１と同様に、コネクター７２は、図４に示すように、第２パッケージ３６に装着されるコネクター部７２２と、配線基板５に固定される固定部７２３と、コネクター部７２２と固定部７２３とを接続するケーブル部７２４とを備える。
コネクター部７２２は、シート状をなし、その厚さ方向に貫通する複数の貫通孔７２１を有する。

この複数の貫通孔７２１は、第２パッケージ３６の複数のリード３６３に対応して設けられている。この複数の貫通孔７２１には、それぞれ対応して、複数のリード３６３が挿通されている。
このような複数のリード３６３は、それぞれ、例えば半田等により、図５に示すようにコネクター部７２２に対して固定されるとともに、コネクター部７２２に設けられた配線（図示せず）に電気的に接続されている。

一方、固定部７２３は、シート状をなし、例えば異方性導電接着剤（ＡＣＦ）等により、図５に示すように配線基板５に対して固定されるとともに、固定部７２３に設けられた配線（図示せず）が前述した配線基板５の配線（図示せず）に電気的に接続されている。
また、この固定部７２３の配線（図示せず）は、ケーブル部７２４に設けられた配線（図示せず）を介して、コネクター部７２２の配線（図示せず）に電気的に接続されている。

このようなコネクター７１、７２は、それぞれ、フレキシブル基板で構成されている。すなわち、コネクター７１にあっては、コネクター部７１２、固定部７１３およびケーブル部７１４がそれぞれフレキシブル基板で構成されているとともに、コネクター部７１２、固定部７１３およびケーブル部７１４が一体で構成されている。同様に、コネクター７２にあっては、コネクター部７２２、固定部７２３およびケーブル部７２４がそれぞれフレキシブル基板で構成されているとともに、コネクター部７２２、固定部７２３およびケーブル部７２４が一体で構成されている。
このようにフレキシブル基板で構成されたコネクター７１、７２を用いることにより、原子発振器１の小型化および低コスト化を図ることができる。

なお、光出射部２１と配線基板５との電気的な接続、および、光検出部３２等と配線基板５との電気的な接続は、それぞれ、前述したコネクター７１、７２に限定されず、例えば、コネクター部がソケット状をなすものであってもよい。
以上説明した原子発振器１は、図１に示すように、配線基板５に設けられ、電源１６に電気的に接続された電源端子１５を有しており、電源１６から電源端子１５には、電源電圧が印加されている。なお、電源１６は、原子発振器１に内蔵または着脱自在でもよく、また、原子発振器１の外部の電源であってもよい。

電源端子１５の出力端子は、励起光制御部６１および温度制御部６２に電気的に接続されており、電源電圧は、電源端子１５を介して励起光制御部６１および温度制御部６２に印加されている。
また、原子発振器１は、配線基板５に設けられ、ヒーター３３に印加される電圧を昇圧する昇圧回路１４を有している。昇圧回路１４は、電源端子１５とヒーター３３との間に設けられており、その昇圧回路１４の入力端子は、電源端子１５に電気的に接続され、昇圧回路１４の出力端子は、ヒーター３３に電気的に接続されている。これにより、電源電圧は、昇圧回路１４で昇圧されてヒーター３３に印加される。これによって、ヒーター３３に供給する電力を一定に保持しつつ、ヒーター３３を流れる電流を小さくすることができる。これにより、ヒーター３３へ通電した際にヒーター３３を流れる電流により発生する磁場を小さくでき、その磁場がガスセル３１内に悪影響を及ぼすことを防止または抑制することができる。

昇圧回路１４としては、電圧を昇圧できるものであれば、特に限定されないが、例えば、スイッチングレギュレータ等のスイッチングレギュレータ機能を有するものが好ましい。スイッチングレギュレータ機能は直流電圧を異なる値の直流電圧に変換して出力する機能であり、スイッチングレギュレータ機能を有する昇圧回路を用いることにより、高効率かつ低コストとすることができる。

また、昇圧回路１４としてスイッチングレギュレータ機能を有する昇圧回路を用いる場合、スイッチング周波数は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、１０ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下であることが好ましく、１００ｋＨｚ以上、３ＭＨｚ以下であることがより好ましい。ここで、ヒーター３３への通電により発生する磁場は、昇圧回路１４のスイッチング周波数に依存する成分を有する。一方、光出射部２１は、低周波数（例えば、１００Ｈｚ程度）で周波数変調された信号で駆動され、励起光ＬＬを出射するので、原子共鳴は、その周波数変調の周波数付近の周波数成分を有する磁場の影響を受け易い。このため、スイッチング周波数は、前記周波数変調の周波数から離間させることが好ましい。したがって、スイッチング周波数が前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、そのヒーター３３への通電により発生する磁場が原子共鳴へ悪影響を及ぼすこととなる。また、スイッチング周波数が前記上限値よりも大きいと、他の条件によっては、出力周波数に近づくために、例えば出力信号にノイズが発生することになる。

また、昇圧回路１４の電圧の増幅率は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、２倍以上、５倍以下であることが好ましく、３倍以上、４．５倍以下であることがより好ましい。なお、前記電圧の増幅率とは、増幅後の電圧を増幅前の電圧で除した値である。電圧の増幅率が前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、ヒーター３３への通電により発生する磁場が大きくなり過ぎることがある。また、電圧の増幅率が前記上値よりも大きいと、他の条件によっては、高耐圧の部材が必要になり、装置の大型化、高コスト化を招くことや、ノイズが大きくなることがある。

また、ヒーター３３に供給する電流は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、１．５Ａ以下であることが好ましく、３００ｍＡ以下であることがより好ましく、１ｍＡ以上、３００ｍＡ以下であることがさらに好ましい。また、ヒーター３３に印加する電圧は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、６Ｖ以上、１５Ｖ以下であることが好ましく、８Ｖ以上、１４Ｖ以下であることがより好ましい。
また、昇圧回路１４の出力端子は、光出射部２１、光検出部３２、励起光制御部６１および温度制御部６２等の他の部位には電気的に接続されていない。すなわち、この昇圧回路１４は、ヒーター３３専用のものである。これにより、昇圧回路１４の各パラメーターをヒーター３３に対して最適になるように自在に設定することができる。

以上説明したように、原子発振器１によれば、まず、電源電圧を小さくすることで消費電力を低減することができる。そして、昇圧回路１４でヒーター３３に印加される電圧を昇圧することにより、ヒーター３３に供給する電力を一定に保持しつつ、ヒーター３３を流れる電流を減少させることができ、これにより、ヒーター３３への通電によりそのヒーター３３で発生する磁場を小さくすることができる。これによって、ヒーター３３で発生する磁場がガスセル３１内に悪影響を及ぼすことを防止または抑制することができ、ガスセル３１の内部空間Ｓに発生させる磁場を安定させることができ、原子発振器１の発振周波数の精度を向上させることができる。また、磁気シールドを簡素化することが可能になる。

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８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システム構成概要図である。
図８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。

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。

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。

３．移動体
図９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。

なお、本発明の原子発振器（本発明の量子干渉装置）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、地上デジタル放送、携帯電話基地局等に適用することができる。

以上、本発明の量子干渉装置、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、本発明の量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体では、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、本発明は、加熱部に印加される電圧を昇圧する昇圧回路を有していれば、原子発振器（量子干渉装置）の構造は、前述した実施形態の構成に限定されない。
例えば、前述した実施形態では、光出射部と光検出部との間にガスセルが配置されている構造を例に説明したが、光出射部および光検出部をガスセルに対して同じ側に配置し、ガスセルの光出射部および光検出部とは反対側の面、または、ガスセルの光出射部および光検出部とは反対側に設けられたミラーで反射した光を光検出部で検出してもよい。

また、前述した実施形態では、配線基板に形成された貫通孔に第１パッケージ、第２パッケージおよび光学部品をそれぞれ係合させた場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第１パッケージ、第２パッケージおよび光学部品を配線基板の一方の面上に配置してもよいし、第１パッケージ、第２パッケージおよび光学部品を一括して箱状またはブロック状のホルダーで保持し、そのホルダーを配線基板上に配置してもよい。また、１つのパッケージ内に、光出射部、ガスセル、光検出部等を含む複数の構成部品を収納してもよい。
また、前述した実施形態では、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果を利用した方式の原子発振器を例に説明したが、これに限定されず、例えば、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の原子発振器であってもよい。

１‥‥原子発振器 ２‥‥第１ユニット ３‥‥第２ユニット ５‥‥配線基板 ６‥‥制御部 １３‥‥水晶発振器 １４‥‥昇圧回路 １５‥‥電源端子 １６‥‥電源 ２１‥‥光出射部 ２２‥‥パッケージ ２３‥‥窓部 ３１‥‥ガスセル ３２‥‥光検出部 ３３‥‥ヒーター ３３１‥‥ケーシング ３４‥‥温度センサー ３５‥‥コイル ３６‥‥パッケージ ３７‥‥窓部 ４１‥‥光学部品 ４２‥‥光学部品 ４３‥‥光学部品 ５１‥‥貫通孔 ５２‥‥貫通孔 ５３‥‥貫通孔 ５４‥‥貫通孔 ５５‥‥貫通孔 ６１‥‥励起光制御部 ６２‥‥温度制御部 ６３‥‥磁場制御部 ７１‥‥コネクター ７２‥‥コネクター １００‥‥測位システム ２００‥‥ＧＰＳ衛星 ２２１‥‥基体 ２２２‥‥蓋体 ２２３‥‥リード 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 ３１１‥‥本体部 ３１１ａ‥‥貫通孔 ３１２‥‥窓部 ３１３‥‥窓部 ３６１‥‥基体 ３６２‥‥蓋体 ３６３‥‥リード ４００‥‥ＧＰＳ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 ６１１‥‥逓倍器 ７１１‥‥貫通孔 ７１２‥‥コネクター部 ７１３‥‥固定部 ７１４‥‥ケーブル部 ７２１‥‥貫通孔 ７２２‥‥コネクター部 ７２３‥‥固定部 ７２４‥‥ケーブル部 １５００‥‥移動体 １５０１‥‥車体 １５０２‥‥車輪 ａ‥‥軸 ＬＬ‥‥励起光 Ｓ‥‥内部空間

量子干渉効果を利用した原子発振器は、例えば、特許文献１に開示されているように、ガス状の金属原子を封入したガスセルと、ガスセル中の金属原子に周波数の異なる２種の共鳴光を含むレーザー光を照射する半導体レーザーと、ガスセルを透過したレーザー光を検出する光検出器と、を備えている。そして、このような原子発振器では、２種類の共鳴光の周波数差が特定の値のときに２種類の共鳴光の双方がガスセル内の金属原子に吸収されずに透過する電磁誘起透明化（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象を生じるが、そのＥＩＴ現象に伴って発生する急峻な信号であるＥＩＴ信号を光検出器で検出する。

まず、水晶発振器１３から出力された信号（周波数：１０ｋＨｚ）は、逓倍器６１１で４．６×１０５倍（周波数：４．６ＧＨｚ）に逓倍され、所定の直流電流と合成され、周波数変調された後、光出射部２１に送出される。光出射部２１は、その信号で駆動され、前述した励起光ＬＬを出射し、ガスセル３１内を透過した励起光ＬＬは、光検出部３２で受光される。光検出部３２では、励起光ＬＬの強度が検出され、この光検出部３２の検出結果は、励起光制御部６１に入力される。励起光制御部６１では、ＥＩＴ信号の強度と、予め設定された閾値とを比較し、ＥＩＴ信号の強度が閾値以上であれば、水晶発振器１３が１０ｋＨｚで発振しているものと判定し、水晶発振器１３の発振周波数をロック（固定）する。

しかし、水晶発振器１３の水晶が経時的に劣化すること等の理由で、水晶発振器１３の発振周波数は、長期間の間には経時的に変化してしまう。そこで、水晶発振器１３の発振周波数の調整が行われる。
水晶発振器１３の発振周波数の調整の際は、水晶発振器１３の発振周波数を１０ｋＨｚ付近で変更しつつ、前記のようにして、ＥＩＴ信号の強度と閾値とを比較し、そのＥＩＴ信号の強度が閾値以上のときに、水晶発振器１３の発振周波数をロックする。これにより、水晶発振器１３が１０ｋＨｚで発振する状態が保持される。

また、昇圧回路１４の電圧の増幅率は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、２倍以上、５倍以下であることが好ましく、３倍以上、４．５倍以下であることがより好ましい。なお、前記電圧の増幅率とは、増幅後の電圧を増幅前の電圧で除した値である。電圧の増幅率が前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、ヒーター３３への通電により発生する磁場が大きくなり過ぎることがある。また、電圧の増幅率が前記上限値よりも大きいと、他の条件によっては、高耐圧の部材が必要になり、装置の大型化、高コスト化を招くことや、ノイズが大きくなることがある。

Claims (11)

1. 金属原子が封入されている内部空間を有するガスセルと、
   電力の供給を受けて前記ガスセルを加熱する加熱部と、
   電源端子と、
   前記電源端子から出力される電圧を昇圧して前記加熱部に印加する昇圧回路と、
   を備えることを特徴とする量子干渉装置。
2. 前記昇圧回路は、スイッチングレギュレータ機能を有する請求項１に記載の量子干渉装置。
3. 前記昇圧回路のスイッチング周波数は、１０ｋＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下の範囲内にある請求項２に記載の量子干渉装置。
4. 前記昇圧回路の電圧の増幅率は、２倍以上、５倍以下の範囲内にある請求項１ないし３のいずれか１項に記載の量子干渉装置。
5. 光を前記ガスセルに向けて出射する光出射部と、
   前記ガスセル内を透過した前記光の強度を検出する光検出部と、
   前記光出射部の駆動を制御する光出射部制御部と、
   前記加熱部の駆動を制御する温度制御部と、
   を備え、
   前記昇圧回路は、前記光出射部、前記光検出部、前記光出射部制御部および前記温度制御部には接続されていない請求項１ないし４のいずれか１項に記載の量子干渉装置。
6. 前記加熱部は、発熱抵抗体を有するヒーターを備え、
   前記ヒーターの駆動を制御する温度制御部を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の量子干渉装置。
7. 前記ヒーターを収納し、磁気シールド性を有する容器を備えている請求項６に記載の量子干渉装置。
8. 磁気シールド性を有する遮蔽部を備えている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の量子干渉装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする原子発振器。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする電子機器。
11. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする移動体。

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