JP2017073623A - 原子発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法バラツキがあってもガスセルの損傷を防止し、且つ、加熱部からのガスセルへの熱伝達の効率を損なわず、高い動作安定性を備える原子発振器を提供する。
【解決手段】金属原子が封入されているガスセルと、前記ガスセルを加熱する加熱部と、前記ガスセルと前記加熱部との間に位置し、前記ガスセルに熱的に接続され、前記加熱部から発生する熱を前記ガスセルに伝達する伝熱部と、前記伝熱部と離間して前記ガスセルに熱的に接続され、前記ガスセルの熱を吸熱する吸熱部と、を備えている原子発振器であって、前記伝熱部は、前記ガスセルの外側に配置される一対のガスセル収納壁を少なくとも備えるガスセル収納部有し、と、前記伝熱部の前記ガスセル収納壁と、によって形成される間隙に挟持される熱伝導性弾性部材を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、原子発振器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。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。

いずれの方式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、ガスセルをヒーターにより所定温度に加熱する必要がある。ここで、一般に、ガスセル内のアルカリ金属は、そのすべてがガス化するのではなく、一部が余剰分として液体となる。このような余剰分のアルカリ金属原子は、ガスセルの温度の低い部分に析出（結露）することにより液体となるが、励起光の通過領域に存在すると、励起光を遮ってしまい、その結果、原子発振器の発振特性の低下を招くこととなる。

そこで、特許文献１に係るガスセルでは、アルカリ金属を析出させるための凹部が励起光の光軸からずれた位置に設けられている。そして、ヒーターでガスセルの凹部から離間した部分を加熱することで、凹部の温度を周辺部よりも低下した状態とする。これにより、アルカリ金属の余剰分は液体として凹部に貯留され、余剰分が励起光を遮るのを防止している。

しかしながら、特許文献１に記載の原子発振器を小型化した場合、その大きさによっては、ヒーターから発生した熱が原子発振器の全体に伝達されることとなる。このため、凹部の温度まで上昇してしまう。その結果、アルカリ金属の余剰分が液体として凹部に貯留されず、余剰分が励起光を遮る可能性がある。このように、小型化された原子発振器のガスセルの温度を部分的に変化させるのは困難である。

特許文献２には、原子発振器に備えられる量子干渉装置が開示されている。特許部文献２に開示された量子干渉装置は、加熱部から供給される熱をガスセルに伝達する加熱部と、ガスセルに低温部を形成させる放熱部と、を備えることで、アルカリ金属の余剰分が励起光の通過経路に結露することを防止することがでる。従って、信頼性の高い量子干渉装置を得ることができるとしている。

特開２００７−３２４８１８号公報 特開２０１５−１２２５９７号公報

特許文献２に記載の量子干渉装置では、ガスセルに接続される加熱部、あるいは放熱部は、ガスセルとの接続部が密着していることで、熱移動（熱伝達）が行われる。しかし、周知の通り、部品製作には、いわゆる「寸法バラツキ」が発生する。この寸法バラツキによって、ガスセルと加熱部、あるいはガスセルと放熱部、との間の隙間にもばらつきが生じてしまう。例えば、隙間が大きくなると、隙間にある空気層が断熱層となって、ガスセルの加熱、あるいは放熱の効率を著しく低下させることとなる。特に、加熱部において熱伝達の効率が低下することによって、ガスセルの温度が不安定となり、信頼性の低い量子干渉装置となってしまう。あるいは、隙間ではなく互いの部品が重なり合い、干渉し合うような状態となると、ガラス製のガスセルに大きな負荷が掛り、ガスセルを損傷、もしくは破壊させてしまう虞があった。

そこで、本発明の目的は、寸法バラツキがあってもガスセルの損傷を防止し、且つ、加熱部からのガスセルへの熱伝達の効率を損なわず、高い動作安定性を備える原子発振器を提供する。

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、前記ガスセルを加熱する加熱部と、前記ガスセルと前記加熱部との間に位置し、前記ガスセルに熱的に接続され、前記加熱部から発生する熱を前記ガスセルに伝達する伝熱部と、前記伝熱部と離間して前記ガスセルに熱的に接続され、前記ガスセルの熱を吸熱する吸熱部と、を備えている原子発振器であって、前記ガスセルの外側に配置されるガスセル収納壁を備えるガスセル収納部を有し、前記ガスセルと、前記加熱部の前記ガスセル収納壁と、によって形成される間隙に挟持される熱伝導性弾性部材を備えていることを特徴とする。

本適用例の原子発振器によれば、小型化されたガスセルであっても、周辺部よりも温度が低い低温度部を効果的に形成することができる。よって、低温度部に金属原子を結露させ、余剰分を液体として貯留することができる。このように、余剰分を容易に制御することができるため、余剰分が励起光の光路を遮るのを容易に防止することができ、よって、量子干渉装置の信頼性を高めることができる。

更に、ガスセルの小型化は、ガスセルを構成する材料の薄型化となり、ガスセル収納壁とガスセルの製造バラツキによる部品干渉が原因とするガスセル損傷を回避させるために、伝熱部のガスセル収納壁と、ガスセルと、の間に隙間を設ける必要があった。しかし、ガスセル収納壁と、ガスセルと、の間の隙間は、空気などの気体が存在する領域となって、ガスセル収納壁からガスセルへの熱伝達性を低下させる。そこで、ガスセル収納壁と、ガスセルと、の間の隙間に、熱伝導性弾性部材を配設させることにより、ガスセル収納壁からガスセルへの熱伝達経路を確保し、更に、熱伝導性弾性部材の弾性によって、ガスセル収納壁間にガスセルを安定して固定させることができる。

〔適用例２〕上述の適用例において、前記熱伝導性弾性部材は、ゴム系の接着剤、パッキン、もしくはシート片であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、ガスセル収納壁内にガスセルを配設した後に、ガスセル収納壁と、ガスセルと、の間に生じる隙間に熱伝導性弾性部材を容易に配設することができる。

〔適用例３〕上述の適用例において、前記熱伝導弾性部材は、ゴム系充填剤であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、ガスセル収納壁内にガスセルを配設した後に、ガスセル収納壁と、ガスセルと、の間に生じる隙間にばらつきが生じても、充填可能な熱伝導性弾性部材をその隙間に充填することで、容易に配設することができる。

〔適用例４〕上述の適用例において、前記ガスセル内を透過する磁場を発生させるコイルを備え、前記ガスセルと、前記伝熱部と、前記吸熱部と、前記コイルと、を内部に収納する磁気遮蔽体を備え、前記伝熱部と、前記吸熱部と、が前記磁気遮蔽体と熱的に接続され、前記加熱部は、前記磁気遮蔽体の外部と熱的に接続されていることを特徴とする。

上述の適用例によれば、コイルに通電することにより、ガスセル内を透過する磁場を発生させ、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ゼーマン分裂によって拡げて分解能を向上させ、ＥＩＴ（電磁誘起透明化現象：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）信号の線幅を小さくすることができる。コイルから発生される磁場を安定させるために、コイル以外の、外部からの磁力線のガスセルへの侵入を防止するため、磁気遮蔽体を備える。

また、外気と繋がる磁気遮蔽体に加熱部、伝熱部および吸熱部が熱的に接続されることにより、加熱部で生じさせた熱を、加熱部と磁気遮蔽体との接続部から磁気遮蔽体の形状に沿って広い範囲へ拡散させ、より多くの熱を伝熱部へ伝達させることができる。一方、吸熱部を磁気遮蔽体と熱的に接続させることにより、磁気遮蔽体に広い外気への放熱領域を形成させることができ、吸熱部に伝達された熱を効率的に放熱させることができる。

第１実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す模式図。 アルカリ金属のエネルギー状態を説明するための状態図。 光射出部から出射される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。 第１実施形態に係る原子発振器を模式的に示す斜視図。 第１実施形態に係る原子発振器が備える第２ユニットの断面図。 図５に示す伝熱部の斜視図。 図５に示すＡ−Ａ´部の断面図。 図５に示す吸熱部の斜視図。 図５に示すＢ−Ｂ´部の断面図。 第１実施形態に係る原子発振器に備えるガスセルの内部温度分布を説明する模式図。 第１実施形態に係る原子発振器の伝熱部材のその他の形態を示す断面図。 第１実施形態に係る原子発振器の伝熱部材のその他の形態を示す断面図。 第１実施形態に係る原子発振器の伝熱部材のその他の形態を示す断面図。 第１実施形態に係る原子発振器の伝熱部材のその他の形態を示す断面図。 第２実施形態に係る電子機器の一例としてＧＰＳ衛星を利用した測位システムの概略構成を示す図。 第３実施形態に係る電子機器の一例としてのクロック伝送システムを示す概略構成図。 第４実施形態に係る移動体の一例としての自動車の構成を示す斜視図。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す構成図である。また、図２は、アルカリ金属のエネルギー状態を説明する説明図、図３は、光射出部から出射される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１００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１００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２００と、光検出側のユニットである第２ユニット３００と、第１ユニット２００および第２ユニット３００を制御する制御部４００と、を備える。

第１ユニット２００は、光射出部２１１と、光射出部２１１を収納し、光を透過する窓部２１３を有する第１パッケージ２１２とを備える光射出装置２１０と、光学部品群２２０と、を備えている。また、第２ユニット３００は、ガスセル３１０と、光検出部３２０と、コイル３５０と、加熱部としてのヒーター３３０と、温度センサー３４０と、後述する伝熱部と、吸熱部と、これらを収納する磁気シールドと、を備える。

まず、原子発振器１００の原理を簡単に説明する。図１に示すように、原子発振器１００では、光射出部２１１がガスセル３１０に向けて励起光ＬＬを出射し、ガスセル３１０を透過した励起光ＬＬを光検出部３２０が検出する。ガスセル３１０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。

光射出部２１１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、光射出部２１１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３２０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１００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１００を模式的に示す斜視図、図５は、図１に示す原子発振器１００が備える第２ユニット３００の断面図である。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「＋（プラス）」、基端側を「−（マイナス）」という。また、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ軸方向」ともいう。

原子発振器１００は、図４に示すように、第１ユニット２００と、第２ユニット３００と、制御部４００（図４には図示せず。図１参照。）と、を備える。そして、第１ユニット２００および第２ユニット３００は、配線およびコネクター（図示せず）介して制御部４００に電気的に接続され、制御部４００により駆動制御される。

第１ユニット２００は、光射出部２１１と、光射出部２１１を収納する第１パッケージ２１２と、窓部２１３と、を備える光射出装置２１０と、光学部品群２２０と、を備える。

光射出部２１１は、ガスセル３１０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。具体的には、光射出部２１１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３１０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３１０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。

この光射出部２１１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、このような光射出部２１１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２１２は、前述した光射出部２１１を収納する。第１パッケージ２１２は、例えば、図４に示すように、外形形状がブロック状をなす筐体で構成されている。また、第１パッケージ２１２からは、例えば、複数のリード（図示せず）が突出しており、これらは、配線を介して光射出部２１１に電気的に接続されている。そして、各リードは、図示しないコネクター等で配線基板と電気的に接続されている。このコネクターとしては、例えば、フレキシブル基板や、ソケット状をなすもの等を用いることができる。また、第１パッケージ２１２の第２ユニット３００側の壁部には、窓部２１３が設けられている。この窓部２１３は、ガスセル３１０と光射出部２１１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２１３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２１３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３１０へ照射することができる。また、窓部２１３は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。すなわち、窓部２１３はコリメートレンズであり、後述するガスセル３１０の内部空間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、光射出部２１１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２１３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、後述する光学部品群２２０を構成する光学部品２２１，２２２，２２３と同様、第１パッケージ２１２および後述する磁気遮蔽体３８０との間に設けられていてもよい。このような第１パッケージ２１２の窓部２１３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。

また、第１パッケージ２１２の窓部２１３以外の部分が励起光ＬＬに対して透過性を有する材料で構成されている場合、第１パッケージ２１２の窓部２１３以外の部分と窓部２１３と一体的に形成することができる。なお、第１パッケージ２１２の窓部２１３以外の部分が励起光ＬＬに対して透過性を有しない材料で構成されている場合、第１パッケージ２１２の窓部２１３以外の部分と窓部２１３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、第１パッケージ２１２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２１２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１００の特性を向上させることができる。また、第１パッケージ２１２内には、光射出部２１１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る（図示せず）。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。このような第１パッケージ２１２によれば、光射出部２１１から第１パッケージ２１２外への励起光ＬＬの出射を許容しつつ、光射出部２１１を第１パッケージ２１２内に収納することができる。

第２ユニット３００は、上述したガスセル３１０と、光検出部３２０と、コイル３５０と、伝熱部３６０と、吸熱部３７０と、を内部に収納する磁気遮蔽体３８０と、ヒーター３３０と、温度センサー３４０とを備える。

ガスセル３１０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３１０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。

本実施形態に係る原子発振器１００に備えるガスセル３１０は、図５に示すように、貫通孔３１１ａを有する本体部３１１と、その貫通孔３１１ａの両側の開口を封鎖し、励起光ＬＬが透過可能となる透過領域を備える光透過部としての一対の窓部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。また、本体部３１１の一部は、外側に向って突出した突出部３１１ｂが形成されており、突出部３１１ｂの内側は、液だまり部３１１ｃとして機能する。この液だまり部３１１ｃは、アルカリ金属の一部が余剰分として液状で貯留される部分である。後述するように、この液だまり部３１１ｃの温度を、周辺部よりも低下させることで、液だまり部３１１ｃ内にアルカリ金属の余剰分を結露させて貯留することができる。

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３１０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、本体部３１１との接合の観点から、例えば、シリコン材料、ガラス材料、水晶等が挙げられ、本体部３１１と同じ材料であることがなお好ましい。

各窓部３１２，３１３は、前述した光射出装置２１０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３１０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３１０内から出射した励起光ＬＬが透過するものである。そして、ガスセル３１０は、ヒーター３３０により加熱され、所定温度に温度調節される。

光検出部３２０は、ガスセル３１０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３２０としては、上述したような励起光ＬＬ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。また、光検出部３２０は、本実施形態では、磁気遮蔽体３８０内に収納されているが、磁気遮蔽体３８０の外側に設けられていてもよい。この場合、磁気遮蔽体３８０には、ガスセル３１０を通過した励起光ＬＬが通過する窓部が形成されている。

コイル３５０は、通電により、内部空間Ｓに励起光ＬＬの光軸ａに沿った方向の磁場を発生させ、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ゼーマン分裂によって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。なお、コイル３５０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く、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。コイル３５０としては、特に限定されず、例えば、ソレノイド型を構成するようにガスセル３１０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３１０を介して対向させてもよい。本実施形態では、コイル３５０は、ソレノイド型で構成され、伝熱部３６０、ガスセル３１０および吸熱部３７０の外側に巻かれている。このコイル３５０は、図示しない配線を介して、後述する制御部４００の磁場制御部４３０に電気的に接続され、コイル３５０に通電が行なわれている。

磁気遮蔽体３８０は、外形形状がブロック状をなす筐体で構成されており、内部にコイル３５０、伝熱部３６０、ガスセル３１０および吸熱部３７０を収納する。この磁気遮蔽体３８０は、磁気シールド性を有し、ガスセル３１０を外部磁界から遮蔽する機能を有している。これにより、磁気遮蔽体３８０内でコイル３５０が発生する磁場を安定させることができる。よって、原子発振器１００の発振特性の向上を図ることができる。

また、磁気遮蔽体３８０の第１ユニット２００側の壁部には、その厚さ方向に貫通する窓部３８０ａが設けられ、光射出装置２１０から出射した励起光ＬＬが窓部３８０ａを介してガスセル３１０内に入射される。なお、磁気遮蔽体３８０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い。また、磁気遮蔽体３８０からは、光検出部３２０、ヒーター３３０、温度センサー３４０（図示せず）およびコイル３５０に電気的に接続されている複数のリード（図示せず）が突出しており、これら複数のリードは、配線を介して図示しないコネクター等で配線基板と電気的に接続されている。このコネクターとしては、例えば、フレキシブル基板や、ソケット状をなすもの等を用いることができる。

ヒーター３３０は、前述したガスセル３１０内に気密封止されている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３１０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。ヒーター３３０は、通電により発熱するものであり、例えば、ガスセル３１０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。なお、発熱抵抗体が、ガスセル３１０の励起光ＬＬの入射部側または出射部側に設けられる場合には、励起光ＬＬに対する透過性を有する材料、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、ヒーター３３０は、磁気遮蔽体３８０の外側に、磁気遮蔽体３８０より熱伝導率が高い伝熱板３９０を介して磁気遮蔽体３８０に接続されている。前述したように、ヒーター３３０は、通電により発熱するため、発熱した際、磁場が生じる。しかし、ヒーター３３０は、磁気遮蔽体３８０の外側に設けることにより、ヒーター３３０から生じる磁場の磁気遮蔽体３８０内への侵入を防止しすることができ、コイル３５０から発生される磁場への影響を抑制することができる。

なお、ヒーター３３０は、ガスセル３１０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３１０に対して非接触であってもよい。また、ヒーター３３０に代えて、または、ヒーター３３０と併用して、ペルチェ素子を用いて、ガスセル３１０を加熱してもよい。このようなヒーター３３０は、後述する制御部４００の温度制御部４２０に電気的に接続され、通電制御される。

図５には図示されないが、原子発振器１００は温度センサー３４０を備えている。温度センサー３４０は、ヒーター３３０またはガスセル３１０の温度を検出するものである。そして、この温度センサー３４０の検出結果に基づいて、温度制御部４２０（図１参照）によってヒーター３３０への通電量が制御され、ヒーター３３０の温度が制御される。そして、ガスセル３１０が所望の温度に維持され、ガスセル３１０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３４０の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター３３０上であってもよいし、ガスセル３１０の外表面上であってもよい。温度センサー３４０としては特に限定されず、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。

第１ユニット２００は、複数の光学部品２２１，２２２，２２３によって構成される光学部品群２２０を備えている。光学部品群２２０は、第１パッケージ２１２内の光射出部２１１と、ガスセル３１０との間に、励起光ＬＬの光軸ａ上に設けられている。

本実施形態の光学部品群２２０は、光射出部２１１からガスセル３１０に向かって、光学部品２２１、光学部品２２２、光学部品２２３の順に配置されている。光学部品２２１は、λ／４波長板である。これにより、例えば、光射出部２１１からの線偏光である励起光ＬＬ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３５０の磁場によりガスセル３１０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ＬＬをアルカリ金属原子に照射すると、励起光ＬＬ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１００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３５０の磁場によりガスセル３１０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ＬＬをアルカリ金属原子に照射すると、励起光ＬＬ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１００の発振特性を向上させることができる。

なお、光学部品２２１の平面視形状は、特に限定されず、例えば、円形、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。また、光学部品群２２０は、光学部品２２１に加えて、第２ユニット３００側は、光学部品２２２，２２３が配置されている。光学部品２２２，２２３は、減光フィルター（ＮＤフィルター）であり、ガスセル３１０に入射する励起光ＬＬの強度を減少、調整することができる。従って、光射出部２１１の出力が大きい場合でも、ガスセル３１０に入射する励起光ＬＬを所望の光量とすることができる。なお、光学部品２２２，２２３は、それぞれ、板状をなしている。また、光学部品２２２，２２３の平面視形状は、特に限定されず、例えば、円形、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。また、光射出部２１１の出力の大きさによっては、光学部品２２２，２２３のうちのいずれか一方、あるいは両方の光学部品を省略してもよい。

図１に示す制御部４００は、ヒーター３３０、コイル３５０および光射出部２１１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４００は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップで構成されている。このような制御部４００は、光射出部２１１の共鳴光１，２の周波数を制御する励起光制御部４１０と、ガスセル３１０中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部４２０と、ガスセル３１０に印加する磁場を制御する磁場制御部４３０とを有する。

励起光制御部４１０は、前述した光検出部３２０の検出結果に基づいて、光射出部２１１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４１０は、光検出部３２０の検出結果に基づいて、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、光射出部２１１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４１０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３２０の検知結果に基づいて同期・調整しながら原子発振器１００の出力信号として出力する。また、温度制御部４２０は、温度センサー３４０の検出結果に基づいて、ヒーター３３０への通電を制御する。これにより、ガスセル３１０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４３０は、コイル３５０が発生する磁場が一定となるように、コイル３５０への通電を制御する。

伝熱部３６０は、図５に示すように、ガスセル３１０の外側に配置されている。伝熱部３６０は、少なくとも磁気遮蔽体３８０より熱伝導率の高い材料で構成されており、ヒーター３３０から発生する熱を、ガスセル３１０に伝達する。なお、本明細書中では、各部材間で熱の移動が可能な状態を「熱的に接続」されている状態と言う。すなわち、各部材間で熱の移動が可能であれば、各部材が接触している状態であっても、非接触の状態（例えば、接着剤等を介して各部材が固定されている状態）であっても「熱的に接続」されている状態として説明する。

図６は、伝熱部３６０の外観斜視図である。図６に示すように、伝熱部３６０は、Ｙ軸方向を厚さ方向とし、Ｙ軸方向からみたとき四角形の板状をなす基部３６０ａと、基部３６０ａの縁部からＹ（＋）方向に立設した４つのガスセル収納壁としての壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅとで構成されている。壁部３６０ｂと壁部３６０ｄとは、Ｘ軸方向に対向しており、壁部３６０ｂがＸ（＋）側に位置し、壁部３６０ｄがＸ（−）側に位置している。また、壁部３６０ｃと壁部３６０ｅとは、Ｚ軸方向に対向しており、壁部３６０ｃがＺ（−）側に位置し、壁部３６０ｅがＺ（＋）側に位置している。そして、壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅの隣り合う壁部は互いに連結されており、全体として筒状をなしている。また、基部３６０ａと各壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅとで囲まれた部分は、ガスセル３１０の一部が挿入されるガスセル収納部としての第１凹部３６０ｆとなっている。

また、基部３６０ａは、Ｙ（−）側の端部に周回するように第２凹部３６０ｇが形成されている。第２凹部３６０ｇは図５にも示すように、伝熱部３６０と吸熱部３７０との外周に巻かれているコイル３５０が配設される部分である。第２凹部３６０ｇにコイル３５０の一部を配設させることにより、原子発振器１００の小型化を図ることができる。なお、本実施形態に係る伝熱部３６０では、壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅは枠状に形成されている形態を例示するが、これに限定されない。壁部はガスセル３１０が収容可能であれば、壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅが互いに接続されていなくてもよい。

また、壁部３６０ｂには、窓部３１２における励起光ＬＬの透過領域に対応した開口部としての貫通孔の窓部３６０ｈが設けられ、壁部３６０ｄには、窓部３１３における励起光ＬＬの透過領域に対応した開口部としての貫通孔の窓部３６０ｊが設けられている。各窓部３６０ｈ，３６０ｊは、励起光ＬＬが通過できるよう（図５参照）、Ｘ軸方向から見て、重なっている。よって、第１凹部３６０ｆ内にガスセル３１０を挿入した状態で、励起光ＬＬが、窓部３６０ｈ、ガスセル３１０の窓部３１２，３１３、窓部３６０ｊの順に通過あるいは透過し、光検出部３２０に励起光ＬＬを入射させることができる。

上述した伝熱部３６０を介して、ヒーター３３０からガスセル３１０への熱伝達について説明する。図５に示すように、ヒーター３３０において発生させた熱Ｑは、先ず伝熱板３９０に伝達される。伝熱板３９０は、高い熱伝導率を備えていることから、伝熱板３９０の全体に熱Ｑは伝達され、伝熱板３９０に接続された磁気遮蔽体３８０のヒーター３３０に対向する壁部３８０ｂに向かって、伝熱板３９０に伝達された熱Ｑが伝達、移動される。

続いて、磁気遮蔽体３８０の壁部３８０ｂに伝達された熱Ｑは、伝熱部３６０の基部３６０ａのＹ（−）側端部から伝達される熱Ｑ１、および基部３６０ａの外周面から伝達される熱Ｑ２となって伝熱部３６０に伝達される。基部３６０ａに伝達された熱Ｑ１，Ｑ２は、伝熱部３６０内を伝達し、一部は各壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅへ伝達、移動される。各壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅに到達した熱Ｑ１，Ｑ２は、次のようにガスセル３１０に伝達される。

まず、基部３６０ａから、第１凹部３６０ｆ（図６参照）の底部に接続されたガスセル３１０の本体部３１１に、熱Ｑ３として伝達される。ガスセル３１０に伝達された熱Ｑ３以外の熱は、各壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅに伝達され、熱Ｑ４，Ｑ５としてガスセル３１０の窓部３１２，３１３に伝達される。

上述したように、伝熱部３６０の第１凹部３６０ｆにガスセル３１０が挿入されている。この時、第１凹部３６０ｆの内部にガスセル３１０が挿入可能とするためには、製造の際のバラツキを考慮し、設計条件として第１凹部３６０ｆとガスセル３１０と、の間に隙間δｈ１を設けるようにする必要がある。仮に、設計上で隙間δｈ１を設けない場合、ガスセル３１０の外形が第１凹部３６０ｆ内形より僅かでも大きく製造されると、小型化が望まれる原子発振器１００では、ガスセル３１０自体の小型化が必須となり、その結果、ガスセル３１０の本体部３１１、あるいは窓部３１２，３１３は、より薄肉の材料から形成される。更に上述したように、本体部３１１、窓部３１２，３１３はガラスなどの、いわゆる脆性材料を用いていることから、わずかな応力で破損、破壊が生じ易くなってしまう。

従って、設計段階から隙間δｈ１を設けることが必要であった。ここでδｈ１は、図５に示すＸ軸方向の、壁部３６０ｂとガスセル３１０の窓部３１２との隙間δｈ１１、壁部３６０ｄとガスセル３１０の窓部３１３との隙間δｈ１２とすると、
δｈ１＝δｈ１１＋δｈ１２
で表され、
０≦δｈ１１≦δｈ１
０≦δｈ１２≦δｈ１
である。

図５に図示する熱Ｑ４の伝達経路の場合、壁部３６０ｂ，３６０ｄから隙間δｈ１１，δｈ１２を介してガスセル３１０の窓部３１２，３１３に熱Ｑ４が伝達されることとなる。この場合、隙間δｈ１１，δｈ１２は、空気などのガスセル３１０周囲の気体環境の気体が存在している。空気の場合には、周知の通り熱伝導率は極めて低く、むしろ断熱性を備えている。従って、伝熱部３６０から、ガスセル３１０へ、熱伝達ロスを抑制させながら熱を伝達させるために、熱伝導性弾性部材としての伝熱部材５１１，５１２が隙間δｈ１１，δｈ１２に装着されている。

図５に示すＡ−Ａ´部の断面を図７に示す。図７に示すように、上述した隙間δｈ１１，δｈ１２に加えて、Ｚ軸方向にも壁部３６０ｃとガスセル３１０との間に隙間δｈ２１と、壁部３６０ｅとガスセル３１０との間に隙間δｈ２２と、が設定されている。設計段階でのＺ軸方向の隙間δｈ２とすると、
δｈ２＝δｈ２１＋δｈ２２
０≦δｈ２１≦δｈ２
０≦δｈ２２≦δｈ２
で表される。

そして、隙間δｈ１１には伝熱部材５１１が、隙間δｈ１２には伝熱部材５１２が、隙間δｈ２１には伝熱部材５１３が、隙間δｈ２２には伝熱部材５１４が、装着されている。伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４は弾性を有し、かつ熱伝導性を有する材料、例えばシリコンゴム、金属フィラー入りゴム、などが好適に用いられる。すなわち、伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４を介して各壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅからガスセル３１０に熱を伝達させるためには、伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４は、各壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅとガスセル３１０とを、密着させることで効率よく熱伝達が行える。従って、伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４が弾性を有することで、伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４が常態として各壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、ガスセル３１０と、を押圧するように作用し、密着させることができる。

このように、伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４を備えることによって、図５に矢印で示す熱Ｑ５の伝熱経路で表されるように、伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４を介して各壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅからガスセル３１０に熱伝達ロスを軽減して、効率よく熱を供給することができる。

吸熱部３７０は、図５に示すように、ガスセル３１０の外側に配置されている。吸熱部３７０は、少なくとも磁気遮蔽体３８０より熱伝導率の高い材料で構成されており、ガスセル３１０における余剰熱量を、磁気遮蔽体３８０を介して磁気遮蔽体３８０の外部へ放熱する。

図８は、吸熱部３７０の外観斜視図である。図８に示すように、吸熱部３７０は、Ｙ軸方向を厚さ方向とし、Ｙ軸方向からみたとき四角形の板状をなす基部３７０ａと、基部３７０ａの縁部からＹ（−）方向に立設した４つのガスセル収納壁となる壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅとに分けることができる。壁部３７０ｂと壁部３７０ｄとは、Ｚ軸方向に対向しており、壁部３７０ｂがＺ（＋）側に位置し、壁部３７０ｄがＺ（−）側に位置している。また、壁部３７０ｃと壁部３７０ｅとは、Ｘ軸方向に対向しており、壁部３７０ｃがＸ（＋）側に位置し、壁部３７０ｅがＸ（−）側に位置している。そして、壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅの隣り合う壁部は互いに連結されており、全体として筒状をなしている。また、基部３７０ａと各壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅとで囲まれた部分は、ガスセル３１０の一部が挿入されるガスセル収納部となる第１凹部３７０ｆとなっている。なお、本実施形態に係る吸熱部３７０では、壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅは枠状に形成されている形態を例示するが、これに限定されない。壁部はガスセル３１０が収容可能であれば、壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅが互いに接続されていなくてもよい。

また、基部３７０ａのＹ（＋）側の端部にＸ軸に沿って、壁部３７０ｃと壁部３７０ｅとの外端部には、Ｙ軸方向に沿って第２凹部３７０ｇが形成されている。第２凹部３７０ｇは図５にも示すように、伝熱部３６０と吸熱部３７０との外周に巻かれているコイル３５０が配設される部分である。第２凹部３７０ｇにコイル３５０の一部を配設させることにより、原子発振器１００の小型化を図ることができる。

また、基部３７０ａには、ガスセル３１０の突出部３１１ｂが挿通される貫通孔３７０ｈが形成されている。貫通孔３７０ｈに挿通される突出部３１１ｂの熱は、貫通孔３７０ｈの内周面を介して吸熱部３７０に伝達される。従って、吸熱部３７０の貫通孔３７０ｈに突出部３１１ｂが挿通されることで、突出部３１１ｂの冷却が促進され、ガスセル３１０内のアルカリ原子の余剰分が突出部３１１ｂの液だまり部３１１ｃ内に結露しやすくなり、原子発振器１００を安定して発振させることができる。なお、貫通孔３７０ｈは、第１凹部３７０ｆ側に開口を有する凹部であってもよく、その場合には突出部３１１ｂと干渉しない深さを備えている。

上述した吸熱部３７０を介して、ガスセル３１０から磁気遮蔽体３８０の外部への熱伝達について説明する。図５に示すように、ヒーター３３０において発生させた熱Ｑは、伝熱板３９０、伝熱部３６０、伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４、ガスセル３１０と伝達されガスセル３１０は所望の温度に維持される。しかし、原子発振器１００の設置場所における外部環境、特に高温環境においては、ガスセル３１０は所望の温度を超えて温度上昇する場合がある。

温度上昇したガスセル３１０から、余剰な熱を吸熱し、磁気遮蔽体３８０を介して磁気遮蔽体３８０の外部に放熱する手段が吸熱部３７０である。ガスセル３１０の余剰熱は、吸熱部３７０に伝達されるが、伝熱部３６０と同様に、吸熱部３７０の第１凹部３７０ｆにガスセル３１０が挿入されている。

まず、第１凹部３７０ｆ（図８参照）の底部に接続されたガスセル３１０の本体部３１１から基部３７０ａに、熱Ｑ６として吸熱部３７０伝達される。ガスセル３１０から吸熱部３７０に伝達された熱Ｑ６以外の熱は、各壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅに伝達され、熱Ｑ７，Ｑ８として吸熱部３７０に伝達される。

この時、第１凹部３７０ｆの内部にガスセル３１０が挿入可能とするためには、製造の際のバラツキを考慮し、設計条件として第１凹部３７０ｆとガスセル３１０と、の間に隙間δｃ１を設けるようにする必要がある。仮に、設計上で隙間δｃ１を設けない場合、ガスセル３１０の外形が第１凹部３７０ｆの内形より僅かでも大きく製造されると、小型化が望まれる原子発振器１００では、ガスセル３１０自体の小型化が必須となり、その結果、ガスセル３１０の本体部３１１、あるいは窓部３１２，３１３は、より薄肉の材料から形成される。更に上述したように、本体部３１１、窓部３１２，３１３はガラスなどの、いわゆる脆性材料を用いていることから、わずかな応力で破損、破壊が生じ易くなってしまう。

従って、設計段階から隙間δｃ１を設けることが必要であった。ここでδｃ１は、図５に示すＸ軸方向の、壁部３７０ｂとガスセル３１０の窓部３１２との隙間δｃ１１、壁部３７０ｄとガスセル３１０の窓部３１３との隙間δｃ１２とすると、
δｃ１＝δｃ１１＋δｃ１２
で表され、
０≦δｃ１１≦δｃ１
０≦δｃ１２≦δｃ１
である。

図５に図示する熱Ｑ７の伝達経路の場合、壁部３７０ｂ，３７０ｄに、隙間δｃ１１，δｃ１２を介してガスセル３１０の窓部３１２，３１３から熱Ｑ７が伝達されることとなる。この場合、隙間δｃ１１，δｃ１２は、空気などのガスセル３１０周囲の気体環境の気体が存在している。空気の場合には、周知の通り熱伝導率は極めて低く、むしろ断熱性を備えている。従って、ガスセル３１０から、吸熱部３７０へ、熱伝達ロスを抑制させながら熱を伝達させるために、熱伝導性弾性部材としての伝熱部材６１１，６１２が隙間δｃ１１，δｃ１２に装着されている。

図５に示すＢ−Ｂ´部の断面を図９に示す。図９に示すように、上述した隙間δｃ１１，δｃ１２に加えて、Ｚ軸方向にも壁部３７０ｃとガスセル３１０との間に隙間δｃ２１と、壁部３７０ｅとガスセル３１０との間に隙間δｃ２２と、が設定されている。設計段階でのＺ軸方向の隙間δｃ２とすると、
δｃ２＝δｃ２１＋δｃ２２
０≦δｃ２１≦δｃ２
０≦δｃ２２≦δｃ２
で表される。

そして、隙間δｃ１１には伝熱部材６１１が、隙間δｃ１２には伝熱部材６１２が、隙間δｃ２１には伝熱部材６１３が、隙間δｃ２２には伝熱部材６１４が、装着されている。伝熱部材６１１，６１２，６１３，６１４は弾性を有し、かつ熱伝導性を有する材料、例えばシリコンゴム、金属フィラー入りゴム、などが好適に用いられる。すなわち、伝熱部材６１１，６１２，６１３，６１４を介してガスセル３１０から各壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅに熱を伝達させるためには、伝熱部材６１１，６１２，６１３，６１４が、ガスセル３１０と各壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅとに、密着させることで効率よく熱伝達が行える。従って、伝熱部材６１１，６１２，６１３，６１４が弾性性を有することで、伝熱部材６１１，６１２，６１３，６１４が常態として各壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅと、ガスセル３１０と、を押圧するように作用し、密着させることができる。

このように、伝熱部材６１１，６１２，６１３，６１４を備えることによって、図５に矢印で示す熱Ｑ８の伝熱経路で表されるように、伝熱部材６１１，６１２，６１３，６１４を介して各壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅへガスセル３１０からの熱伝達ロスを軽減して、効率よく熱を供給することができる。

また、ガスセル３１０の本体部３１１に設けられた突出部３１１ｂは、吸熱部３７０の貫通孔３７０ｈに挿通され、突出部３１１ｂから熱Ｑ９が貫通孔３７０ｈの内周面を介して吸熱部３７０に熱伝達される。このように、ガスセル３１０から熱Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９のそれぞれの経路を経て吸熱部３７０に伝達された熱は、吸熱部３７０から磁気遮蔽体３８０に熱Ｑ１０となって、磁気遮蔽体３８０の外部に放熱され、ガスセル３１０の余剰熱が除去され、ガスセル３１０が所定の温度に維持され、安定した発振性を有する原子発振器１００を得ることができる。

図１０は図５に示す原子発振器１００に備えるガスセル３１０のＣ−Ｃ´線に沿った内部温度分布を説明する模式図である。図１０に示すように、伝熱部３６０と、吸熱部３７０と、はガスセル３１０を介して、Ｙ軸方向に対向させて配置される。そして、伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、吸熱部３７０の壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅと、を離間させるように伝熱部３６０の第１凹部３６０ｆ、および吸熱部３７０の第１凹部３７０ｆ（図６、図８参照）のガスセル３１０の挿入量が設定され、離間距離Ｈが設けられる。

離間距離Ｈを設けることにより、伝熱部３６０から吸熱部３７０への直接熱移動が防止でき、更に離間させることで伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、吸熱部３７０の壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅと、の間に、例えば空気などの気体領域が形成され、断熱部として作用させることができる。また、伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、磁気遮蔽体３８０の内壁とは空間部Ｊを設ける。空間部Ｊは、空気などの気体が断熱部材として機能し、伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅから磁気遮蔽体３８０への熱移動を防止することができ、伝熱部３６０からガスセル３１０への熱伝達ロスを抑制することができる。

ガスセル３１０の温度分布は、図１０に示すように伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅから伝達されたヒーター３３０からの熱によって、励起光ＬＬの透過領域、すなわち伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅによって覆われるＤｈ領域においてアルカリ金属原子数を所望の数、存在させることを可能とする所定温度Ｔｓに維持させることができる。

しかし、ガスセル３１０内に余剰なアルカリ金属原子が存在した場合、例えばガスセル３１０の窓部３１２，３１３に結露し、励起光ＬＬの透過を妨げる虞がある。そこで、ガスセル３１０内における励起光ＬＬの透過領域を除く領域に、余剰アルカリ金属原子を結露させ、励起光ＬＬの透過領域でのアルカリ金属原子数を安定させるため、結露領域を形成させる吸熱部３７０が備えられる。

所定温度Ｔｓが維持される伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅで覆われたＤｈ領域に隣り合う離間距離ＨのＤｄ領域では、伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、吸熱部３７０の壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅと、の間に形成される空間部にガスセル３１０から放熱され、所定温度Ｔｓから温度低下ｔ１分、温度下降する。

更に、吸熱部３７０の壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅで覆われたＤｃ１領域では、上述したように、吸熱部３７０の壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅがガスセル３１０から吸熱し、温度低下ｔ２分、温度下降させる。これによって、吸熱部３７０の壁部３７０ｂ，３７０ｃ，３７０ｄ，３７０ｅで覆われたＤｃ１領域が、アルカリ金属原子の余剰分の結露領域として形成される。

加えて、ガスセル３１０の本体部３１１に設けられた突出部３１１ｂが挿通される吸熱部３７０の貫通孔３７０ｈによって囲われるＤｃ２領域では、更に、突出部３１１ｂから貫通孔３７０ｈを経て吸熱部３７０へ熱伝達され、Ｄｃ１領域より更に温度低下ｔ３分、温度下降し、液だまり部３１１ｃにアルカリ金属原子の余剰分を結露させて保持させる。

上述の図５に示す原子発振器１００は、４個の伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４が、ガスセル３１０と、伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、の隙間に配設される形態であるが、これに限定されない。図１１，１２，１３，１４は図７に示すガスセル３１０と、伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、の隙間に配置される伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４のその他の形態を示す断面図であり、図５に示すＡ−Ａ´部の断面に相当する図である。

図１１に示すように、ガスセル３１０を、伝熱部３６０の壁部３６０ｄに向けてＸ（−）方向に押圧する伝熱部材５２１と、ガスセル３１０を、伝熱部３６０の壁部３６０ｅに向けてＺ（＋）方向に押圧する伝熱部材５２２と、を備えていてもよい。図１１に示すように伝熱部材５２１，５２２を配置させた場合、ガスセル３１０の外面の一部は、壁部３６０ｅ、あるいは壁部３６０ｄと直接接触して熱的接続が確保される。

図７に示した構成では、伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４の４部品によって、それぞれを伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、ガスセル３１０と、で形成される隙間δｈ１１，δｈ１２，δｈ２１，δｈ２２に配置させていたが、図１２に示すように、伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４を一体的に形成させた、いわゆるパッキンの形態を備える伝熱部材５３０であってもよい。このように、一体的な伝熱部材５３０を用いることで、伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、ガスセル３１０と、を切れ目なく熱的な接続を得ることができる。

図１３に示す形態は、Ｘ軸方向に伝熱部３６０の壁部３６０ｂとガスセル３１０の窓部３１２と、の間に伝熱部材５４１が配設され、伝熱部３６０の壁部３６０ｄとガスセル３１０の窓部３１３と、の間に伝熱部材５４２が配設されている。言い換えると、ガスセル３１０と、伝熱部３６０のＸ軸方向に対向配置された壁部３６０ｂ，３６０ｄによって伝熱部材５４１，５４２を挟持されている。また、図１４に示す形態では、ガスセル３１０のＸ軸方向の一方の窓部３１３が伝熱部３６０の壁部３６０ｄに直接、熱的に接続され、他方の窓部３１２と、伝熱部３６０の壁部３６０ｂと、の間に伝熱部材５５０が配設されている。

図１３，１４に示す伝熱部材５４１，５４２，５５０の配置によれば、図示されないが、図５に示す励起光ＬＬの光軸に沿った、すなわちＸ軸に沿った方向に伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｄからガスセル３１０に対して熱伝達される。従って、少ない伝熱部材数であっても、励起光ＬＬの光軸に沿った透過領域を効果的に加熱させることができ、原子発振器１００の発振特性を安定させることができる。

なお、上述したが、図７に示す伝熱部材５１１，５１２，５１３，５１４、図１１に示す伝熱部材５２１，５２２、図１２に示す伝熱部材５３０は、熱伝導性を有する弾性部材、例えばシリコンゴムによって、シート状の形状に形成して、ガスセル３１０と、伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、の間に挟持して配置させることができる。また、凝固することで熱伝導性と弾性を備えるゴム系充填剤を、ガスセル３１０と、伝熱部３６０の壁部３６０ｂ，３６０ｃ，３６０ｄ，３６０ｅと、の間に充填した後、凝固させてもよい。

上述は、伝熱部３６０における伝熱部材の配置のその他の形態を説明したが、吸熱部３７０においても、同様に伝熱部材（図９に示す、伝熱部材６１１，６１２，６１３，６１４）の配置を、伝熱部３６０と同様に、図１１，１２，１３，１４に示す配置形態であってもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態として、第１実施形態に係る原子発振器１００を備える電子機器の一例としてＧＰＳ衛星を利用した測位システムを説明する。図１５は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明に係る原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。

図１５に示す測位システム１０００は、ＧＰＳ衛星１１００と、基地局装置１２００と、ＧＰＳ受信装置１３００とで構成されている。ＧＰＳ衛星１１００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。基地局装置１２００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１２０１を介してＧＰＳ衛星１１００からの測位情報を高精度に受信する受信装置１２０２と、この受信装置１２０２で受信した測位情報をアンテナ１２０３を介して送信する送信装置１２０４とを備える。

ここで、受信装置１２０２は、その基準周波数発振源として前述した本発明に係る第１実施形態の原子発振器１００を備える電子装置である。このような受信装置１２０２は、優れた信頼性を有する。また、受信装置１２０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置１２０４により送信される。ＧＰＳ受信装置１３００は、ＧＰＳ衛星１１００からの測位情報を、アンテナ１３０１を介して受信する衛星受信部１３０２と、基地局装置１２００からの測位情報を、アンテナ１３０３を介して受信する基地局受信部１３０４とを備える。

（第３実施形態）
第３実施形態として、第１実施形態に係る原子発振器１００を備える電子機器の一例としてクロック伝送システムを説明する。図１６は、クロック伝送システムに本発明に係る原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。

図１６に示すクロック伝送システム２０００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。

このクロック伝送システム２０００は、Ａ局（上位（Ｎ系））のクロック供給装置（ＣＳＭ：Ｃｌｏｃｋ Ｓｕｐｐｌｙ Ｍｏｄｕｌｅ）２００１およびＳＤＨ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ）装置２００２と、Ｂ局（上位（Ｅ系））のクロック供給装置２００３およびＳＤＨ装置２００４と、Ｃ局（下位）のクロック供給装置２００５およびＳＤＨ装置２００６，２００７とを備える。クロック供給装置２００１は、原子発振器１００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２００１内の原子発振器１００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２００８，２００９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。

ＳＤＨ装置２００２は、クロック供給装置２００１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２００５に伝送する。クロック供給装置２００３は、原子発振器１００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２００３内の原子発振器１００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２００８，２００９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。

ＳＤＨ装置２００４は、クロック供給装置２００３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２００５に伝送する。クロック供給装置２００５は、クロック供給装置２００１，２００３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。

ここで、クロック供給装置２００５は、通常、クロック供給装置２００１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２００５は、クロック供給装置２００３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２００６は、クロック供給装置２００５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２００７は、クロック供給装置２００５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。

（第４実施形態）
第４実施形態として、第１実施形態に係る原子発振器１００を備える移動体の一例として自動車を例に説明する。図１７は、移動体としての自動車に本発明に係る原子発振器を用いた場合の概略構成を示す斜視図である。

図１７に示す移動体としての自動車３０００は、車体３００１と、４つの車輪３００２とを有しており、車体３００１に設けられた図示しない動力源によって車輪３００２を回転させるように構成されている。このような自動車３０００には、原子発振器１００が内蔵されている。そして、原子発振器１００からの発振信号に基づいて、例えば、図示しない制御部が動力源の駆動を制御する。

なお、本発明の原子発振器を組み込む電子機器または移動体は、前述したものに限定されず、例えば、携帯電話機、デジタルスチールカメラ、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く、例えば、前述した実施形態の各部の構成は、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。

１００…原子発振器、２００…第１ユニット、３００…第２ユニット、３１０…ガスセル、３２０…光検出部、３３０…ヒーター、３４０…温度センサー、３５０…コイル、３６０…伝熱部、３７０…吸熱部、３８０…磁気遮蔽体、３９０…伝熱板。

Claims (4)

1. 金属原子が封入されているガスセルと、
   前記ガスセルを加熱する加熱部と、
   前記ガスセルと前記加熱部との間に位置し、前記ガスセルに熱的に接続され、前記加熱部から発生する熱を前記ガスセルに伝達する伝熱部と、
   前記伝熱部と離間して前記ガスセルに熱的に接続され、前記ガスセルの熱を吸熱する吸熱部と、を備えている原子発振器であって、
   前記伝熱部は、前記ガスセルの外側に配置されるガスセル収納壁を備えるガスセル収納部を有し、
   前記ガスセルと、前記伝熱部の前記ガスセル収納壁と、によって形成される間隙に挟持される熱伝導性弾性部材を備えている、
   ことを特徴とする原子発振器。
2. 前記熱伝導性弾性部材は、ゴム系の接着剤、パッキン、もしくはシート片であることを特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
3. 前記熱伝導弾性部材は、ゴム系充填剤であることを特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
4. 前記ガスセル内を透過する磁場を発生させるコイルを備え、
   前記ガスセルと、前記伝熱部と、前記吸熱部と、前記コイルと、を内部に収納する磁気遮蔽体を備え、
   前記伝熱部と、前記吸熱部と、が前記磁気遮蔽体と熱的に接続され、
   前記加熱部は、前記磁気遮蔽体の外部と熱的に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の原子発振器。

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