JP2018085591A - 原子発振器、原子発振器の周波数調整方法、および出力周波数調整システム - Google Patents

Abstract

【課題】原子発振器の出力周波数の調整を効率的に行うことができるようにする。【解決手段】原子発振器は、外部の周波数発振器から第２の周波数信号が入力される入力端子と、逓倍手段に入力される周波数信号を、第１の周波数信号と、第２の周波数信号との間で切り替える切り替え手段と、逓倍手段に第２の周波数信号が入力されているときに、光強度検出手段によって検出された光の光強度に応じて、逓倍手段から出力される周波数信号の周波数が、ガスセルの共鳴周波数と合致するように、逓倍手段の逓倍比を制御する制御手段と、逓倍手段から出力された周波数信号の周波数が、ガスセルの共鳴周波数と合致したときの、逓倍手段の逓倍比を記憶する記憶手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、原子発振器、原子発振器の周波数調整方法、および出力周波数調整システムに関する。

従来、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）共鳴という量子現象を利用して、ガスセルに封入されているアルカリ金属原子（例えば、セシウム（Ｃｓ）等）の共鳴周波数を参照し、出力周波数を一定に制御する原子発振器が知られている。このような原子発振器においては、ガスセル内のバッファガスの状態の変化に伴い、共鳴周波数が変化するため、出力周波数も変化してしまう。そのため、適宜、原子発振器の出力周波数を調整しなければならない。

このための調整方法として、例えば、下記特許文献１には、磁界発生部が調整可能な共鳴周波数の最大桁を境界桁として、少なくとも境界桁よりも上の桁をフラクショナルＮ−ＰＬＬ（Phase Locked Loop）で調整する技術が開示されている。

また、従来、高精度の周波数発振器（例えば、セシウム周波数標準等）を用い、周波数発振器の出力周波数と、原子発振器の出力周波数とが同じ周波数とになるように、原子発振器の出力周波数を調整する方法が知られている。

しかしながら、この方法では、原子発振器に内蔵されている周波数発振器の短期安定度が低いことから、精密な周波数の調整に時間がかかるという課題が生じていた。また、原子発振器の出力周波数を計測するために、周波数カウンタなどの計測器が必要であるという課題も生じていた。

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するため、原子発振器の出力周波数の調整を効率的に行うことができるようにすることを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の原子発振器は、周波数信号の周波数を逓倍して出力する逓倍手段と、前記逓倍手段から出力された前記周波数信号を用いた駆動電流により発光する発光手段と、前記発光手段から発せられた光を透過するガスセルと、前記ガスセルを透過した前記光の光強度を検出する光強度検出手段と、第１の周波数信号を出力する周波数発振器と、外部の周波数発振器から第２の周波数信号が入力される入力端子と、前記逓倍手段に入力される周波数信号を、前記第１の周波数信号と、前記第２の周波数信号との間で切り替える切り替え手段と、前記逓倍手段に前記第２の周波数信号が入力されているときに、前記光強度検出手段によって検出された前記光の光強度に応じて、前記逓倍手段から出力される前記周波数信号の周波数が、前記ガスセルの共鳴周波数と合致するように、前記逓倍手段の逓倍比を制御する制御手段と、前記逓倍手段から出力された前記周波数信号の周波数が、前記ガスセルの共鳴周波数と合致したときの、前記逓倍手段の逓倍比を記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、原子発振器の出力周波数の調整を効率的に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る原子発振器の回路構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る原子発振器が備える周波数シンセサイザの回路構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る原子発振器が備える量子部の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る原子発振器による出力周波数調整動作の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る原子発振器の回路構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る出力周波数調整システムの構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る出力周波数調整システムに対する比較例を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。

（原子発振器１００の回路構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器１００の回路構成を示す図である。最初に、原子発振器１００の基本構成について説明する。図１に示すように、本実施形態の原子発振器１００は、電圧制御水晶発振器１０１、周波数シンセサイザ１０２、励起用レーザ駆動回路１０３、量子部１０４、制御部１０５、不揮発性メモリ１０６、クロック出力端子１０７、およびセレクタ１１０を備えている。

電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillator）１０１は、本発明の「周波数発振器」の一例である。電圧制御水晶発振器１０１は、所定の周波数（例えば、１０ＭＨｚ）のクロック信号（本発明の「第１の周波数信号」の一例）を出力する。

周波数シンセサイザ１０２は、本発明の「逓倍手段」の一例である。周波数シンセサイザ１０２は、ＰＬＬ回路を構成しており、入力されたクロック信号を所定の逓倍率で逓倍することにより、所望の周波数を有する高周波クロック信号を生成して出力する。周波数シンセサイザ１０２の出力クロック信号は、励起用レーザ駆動回路１０３に入力される。例えば、量子部１０４のガスセル３０２（図３参照）に封入されているアルカリ金属原子がセシウムの場合、周波数シンセサイザ１０２の出力クロック信号の周波数は約４．６ＧＨｚとされる。この場合、周波数シンセサイザ１０２に入力されるクロック信号（例えば、電圧制御水晶発振器１０１の出力クロック信号）の周波数が１０ＭＨｚであれば、逓倍率は約４６０倍となる。この逓倍率は、制御部１０５の制御により、周波数シンセサイザ１０２に設定される。なお、逓倍率は、整数の倍率に限らず、周波数シンセサイザ１０２にフラクショナルＮ−ＰＬＬを用いることにより、小数点以下の倍率とすることもできる。なお、周波数シンセサイザ１０２の具体的な構成については、図２を用いて後述する。

励起用レーザ駆動回路１０３は、量子部１０４が備える励起用レーザ３０１（図３参照）を駆動するための直流電流に、周波数シンセサイザ１０２の出力クロック信号による変調を加えて、当該変調後の直流電流を駆動電流として、量子部１０４に供給する。

量子部１０４は、励起用レーザ３０１、ガスセル３０２、および光検出器３０３を備えている（図３参照）。量子部１０４においては、励起用レーザ３０１が、励起用レーザ駆動回路１０３から供給された駆動電流によって発光する。励起用レーザ３０１から発せられた光は、ガスセル３０２内を透過して光検出器３０３に入射される。そして、光検出器３０３が、当該光検出器３０３に入射された光の光強度に応じた光検出信号を出力する。なお、量子部１０４の具体的な構成については、図３を用いて後述する。

制御部１０５は、本発明の「制御手段」の一例である。制御部１０５の動作は、後述する「調整モード」と「実使用モード」とで異なる。例えば、「調整モード」においては、制御部１０５は、光検出器３０３から出力された光検出信号に応じて、周波数シンセサイザ１０２の出力クロック信号の周波数が、ガスセル３０２の共鳴周波数に合致するように、周波数シンセサイザ１０２の逓倍比を制御する。一方、「実使用モード」においては、制御部１０５は、光検出器３０３から出力された光検出信号に応じて、光検出器３０３の出力に対するロックインアンプの出力が０に合い続ける方向、すなわちＣＰＴ共鳴のピークに向かうように、電圧制御水晶発振器１０１の出力周波数を微調整する。

不揮発性メモリ１０６は、本発明の「記憶手段」の一例である。不揮発性メモリ１０６は、「調整モード」において、周波数シンセサイザ１０２の出力クロック信号の周波数が、ガスセル３０２の共鳴周波数に合致したときの、周波数シンセサイザ１０２の逓倍比を記憶する。不揮発性メモリ１０６に記憶された周波数シンセサイザ１０２の逓倍比は、「実使用モード」において、制御部１０５によって読み出され、周波数シンセサイザ１０２に設定されることとなる。

クロック出力端子１０７は、電圧制御水晶発振器１０１の出力クロック信号を、外部へ出力する。

次に、原子発振器１００のさらなる構成について説明する。図１に示すように、本実施形態の原子発振器１００は、選択信号入力端子１１１、外部クロック入力端子１１２、およびセレクタ１１０をさらに備えている。

外部クロック入力端子１１２は、本発明の「入力端子」の一例である。外部クロック入力端子１１２は、セシウム周波数標準１２０が接続され、セシウム周波数標準１２０から出力された外部クロック信号（本発明の「第２の周波数信号」の一例）が入力される。

セシウム周波数標準１２０は、本発明の「外部の周波数発振器」の一例である。セシウム周波数標準１２０は、原子発振器１００の周波数確度よりも、高い周波数確度を有する。セシウム周波数標準１２０には、例えば、Microsemi社の5071Aを用いることができる。この装置は、周波数確度が±1.0E-12（標準）/±5.0E-13（ハイパフォーマンス）という高いクロック信号を出力することができる。

セレクタ１１０は、本発明の「切り替え手段」の一例である。セレクタ１１０は、電圧制御水晶発振器１０１および外部クロック入力端子１１２と、周波数シンセサイザ１０２との間に設けられている。セレクタ１１０の一方の入力端子は、電圧制御水晶発振器１０１に接続されている。セレクタ１１０の他方の入力端子は、外部クロック入力端子１１２に接続されている。セレクタ１１０の出力端子は、周波数シンセサイザ１０２に接続されている。

この構成により、セレクタ１１０は、周波数シンセサイザ１０２に入力されるクロック信号を、電圧制御水晶発振器１０１の出力クロック信号と、外部クロック入力端子１１２から入力された外部クロック信号との間で切り替えることができるようになっている。セレクタ１１０の切り替えは、外部の装置から選択信号入力端子１１１を介して入力された、基準周波数選択信号に従って行われる。

例えば、外部の装置から第１の基準周波数選択信号が入力されると、セレクタ１１０の入力は、外部クロック入力端子１１２から入力された外部クロック信号に切り替わる。これにより、原子発振器１００は、「調整モード」になる。反対に、外部の装置から第２の基準周波数選択信号が入力されると、セレクタ１１０の入力は、電圧制御水晶発振器１０１の出力クロック信号に切り替わる。これにより、原子発振器１００は、「実使用モード」になる。

（周波数シンセサイザ１０２の回路構成）
図２は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器１００が備える周波数シンセサイザ１０２の回路構成を示す図である。図２に示すように、周波数シンセサイザ１０２は、Ｒ分周器２０１、位相比較器２０２、チャージポンプ２０３、ループフィルタ２０４、電圧制御高周波発振器２０５、およびフラクショナルＮ分周器２０６を備えている。

周波数シンセサイザ１０２は、これらの構成部２０１〜２０６により、ＰＬＬ回路を構成している。これにより、周波数シンセサイザ１０２は、入力されたクロック信号の周波数を所定の逓倍率で逓倍することにより、所望の周波数を有する高周波クロック信号を生成して出力することができるようになっている。なお、ここでは、入力されたクロック信号の周波数を１０ＭＨｚとし、この周波数を４６０倍に逓倍することにより、４．６ＧＨｚのクロック信号を出力する例を説明する。

Ｒ分周器２０１は、周波数シンセサイザ１０２に入力されたクロック信号（１０ＭＨｚ）をＲ分周する。位相比較器２０２は、Ｒ分周器２０１によってＲ分周されたクロック信号と、フラクショナルＮ分周器２０６によって分周されたクロック信号との位相差を検出し、当該位相差に応じた信号を出力する。チャージポンプ２０３は、位相比較器２０２から出力された信号に応じて、ループフィルタ２０４内のコンデンサをチャージまたはディスチャージする。これにより、ループフィルタ２０４は、位相比較器２０２によって検出された位相差に応じた制御電圧を出力する。

電圧制御高周波発振器２０５は、ループフィルタ２０４から出力された制御電圧により、当該制御電圧に応じた周波数（すなわち、位相比較器２０２によって検出された位相差に応じた周波数）のクロック信号を出力する。

フラクショナルＮ分周器２０６は、電圧制御高周波発振器２０５から出力されるクロック信号の周波数を分周する。フラクショナルＮ分周器２０６は、整数部と小数部の設定が可能で、入力周波数に対し、整数分周を行うことができるだけでなく、小数点以下の分周を行うことも可能である。

このように構成された周波数シンセサイザ１０２は、Ｒ分周器２０１によってＲ分周されたクロック信号の位相と、フラクショナルＮ分周器２０６によって生成されたクロック信号の位相とがロックするように、電圧制御高周波発振器２０５から出力されるクロック信号の周波数に対して、フィードバック制御がなされる。これにより、最終的に、電圧制御高周波発振器２０５から、所望の周波数（４．６ＧＨｚ）のクロック信号が出力されることとなる。

（量子部１０４の構成）
図３は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器１００が備える量子部１０４の構成を示す図である。量子部１０４は、励起用レーザ３０１、ガスセル３０２、および光検出器（ＰＤ：Photo Diode）３０３を備えている。

励起用レーザ３０１は、本発明の「発光手段」の一例である。励起用レーザ３０１は、励起用レーザ駆動回路１０３から供給された駆動電流により発光する。

励起用レーザ３０１から発せられた光は、ガスセル３０２内を透過して、光検出器３０３に入射される。ガスセル３０２には、アルカリ金属原子（例えば、セシウム、ルビジウム、ナトリウム等）およびバッファガス（例えば、窒素、ネオン、アルゴン等）が封入されている。このため、ガスセル３０２内を光が透過することに伴い、アルカリ金属原子にＥＩＴ（Electromagnetically induced transparency）現象が生じ、アルカリ金属原子の光吸収率が変化することとなる。

光検出器３０３は、本発明の「光強度検出手段」の一例である。光検出器３０３は、当該光検出器３０３に入射された光の光強度に応じた光検出信号を出力する。光検出器３０３から出力された光検出信号は、制御部１０５に供給される。

なお、図３の例では、量子部１０４は、加熱器３０４および磁場発生装置３０５をさらに備えている。加熱器３０４は、ガスセル３０２を一定の温度に保つために設けられている。また、磁場発生装置３０５は、本発明の「磁場発生手段」の一例である。磁場発生装置３０５は、ガスセル３０２に一定の磁場を与えるために設けられている。例えば、磁場発生装置３０５には、コイルが用いられる。量子部１０４は、加熱器３０４および磁場発生装置３０５を備えることにより、気温および磁場の影響による共鳴周波数の変化を抑制することができるようになっている。

（原子発振器１００による周波数調整動作の手順）
図４は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器１００による出力周波数調整動作の手順を示すフローチャートである。

まず、外部の装置から、選択信号入力端子１１１を介して、セレクタ１１０に第１の基準周波数選択信号を供給する。これにより、セレクタ１１０の入力を、セシウム周波数標準１２０から出力された外部クロック信号に切り替える（ステップＳ４０１：第１の切り替え工程）。これにより、原子発振器１００は、「調整モード」となり、周波数シンセサイザ１０２には、セシウム周波数標準１２０から出力された、周波数確度に優れた周波数（例えば、１０ＭＨｚ）のクロック信号が入力されることとなる。

周波数シンセサイザ１０２は、入力されたクロック信号を逓倍し、所望の周波数（約４．６ＧＨｚ）のクロック信号を出力する（ステップＳ４０２：逓倍工程）。周波数シンセサイザ１０２から出力された所望の周波数（約４．６ＧＨｚ）のクロック信号は、励起用レーザ駆動回路１０３に入力される。

励起用レーザ駆動回路１０３は、励起用レーザ３０１の駆動用の直流電流に対し、周波数シンセサイザ１０２の出力クロック信号による変調を加えて、当該変調後の直流電流を駆動電流として、量子部１０４に供給する（ステップＳ４０３：駆動電流供給工程）。

量子部１０４においては、励起用レーザ３０１が、励起用レーザ駆動回路１０３から供給された駆動電流によって発光する（ステップＳ４０４：発光工程）。励起用レーザ３０１から発せられた光は、ガスセル３０２内を透過して光検出器３０３に入射される。そして、光検出器３０３が、当該光検出器３０３に入射された光の光強度に応じた光検出信号を出力する（ステップＳ４０５：光検出信号出力工程）。

次に、制御部１０５が、光検出器３０３から出力された光検出信号に応じて、周波数シンセサイザ１０２（ＰＬＬ）の出力クロック信号の周波数が、ガスセル３０２の共鳴周波数に合致するように、周波数シンセサイザ１０２の逓倍比を制御する（ステップＳ４０６：逓倍比制御工程）。

そして、不揮発性メモリ１０６が、周波数シンセサイザ１０２（ＰＬＬ）の出力クロック信号の周波数が、ガスセル３０２の共鳴周波数に合致したときの、周波数シンセサイザ１０２の逓倍比を記憶する（ステップＳ４０７：逓倍比記憶工程）。

上記ステップＳ４０１〜Ｓ４０７の動作により、不揮発性メモリ１０６には、ガスセル３０２内のバッファガスの現状に応じた適切な周波数シンセサイザ１０２の逓倍比が、記憶されることとなる。

その後、外部の装置から、選択信号入力端子１１１を介して、セレクタ１１０に第２の基準周波数選択信号を供給する。これにより、セレクタ１１０の入力を、電圧制御水晶発振器１０１の出力クロック信号に切り替える（ステップＳ４０８：第２の切り替え工程）。これにより、原子発振器１００は、「実使用モード」となり、周波数シンセサイザ１０２には、電圧制御水晶発振器１０１から出力されたクロック信号が入力されることとなる。

この「実使用モード」では、制御部１０５が、不揮発性メモリ１０６から、周波数シンセサイザ１０２の逓倍比を読み出して、当該逓倍比を周波数シンセサイザ１０２（ＰＬＬ）に設定する（ステップＳ４０９：逓倍比設定工程）。

そして、原子発振器１００は、このように周波数シンセサイザ１０２に適切な逓倍比が設定されている状態で、出力周波数を一定に制御する通常の動作（電圧制御水晶発振器１０１の出力周波数をフィードバック制御する動作）を行う（ステップＳ４１０）。例えば、制御部１０５が、ガスセル３０２を透過して光検出器３０３に入射される光の検出量が最大となるように、電圧制御水晶発振器１０１の発振周波数を制御する。これにより、電圧制御水晶発振器１０１は、安定して発振動作を継続することができる。したがって、原子発振器１００は、周波数安定度が高い出力クロック信号を発生させることができる。

以上説明したように、本発明の第１実施形態に係る原子発振器１００では、周波数シンセサイザ１０２に入力されるクロック信号を、セシウム周波数標準１２０から出力された外部クロック信号（第２の周波数信号）に切り替えることが可能な構成を採用している。これにより、原子発振器１００によれば、短期安定度がより高い出力クロック信号を用いた出力周波数の調整を行うことができるため、出力周波数の調整をより短時間で行うことができる。

特に、原子発振器１００では、周波数シンセサイザ１０２に第２の周波数信号が入力されているときに、周波数シンセサイザ１０２から出力された周波数信号の周波数が、ガスセル３０２の共鳴周波数と合致したときの、周波数シンセサイザ１０２の逓倍比を、不揮発性メモリ１０６が記憶するようにしている。これにより、原子発振器１００によれば、原子発振器１００の実使用を開始する際に、不揮発性メモリ１０６に記憶された逓倍比を、周波数シンセサイザ１０２に設定することで、直ちに、出力周波数が高精度に調整された状態とすることができる。

さらに、原子発振器１００によれば、出力周波数の調整を行う際、周波数カウンタなどの計測器は不要である。したがって、原子発振器１００によれば、当該原子発振器１００の出力周波数の調整を効率的に行うことができる。

〔第２実施形態〕
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る原子発振器１００'の回路構成を示す図である。この第２実施形態の原子発振器１００'は、制御部１０５の代わりに制御部１０５'を備える点で、第１実施形態（図１）の原子発振器１００と異なる。

制御部１０５'は、制御部１０５と同様の機能に加え、「調整モード」において、光検出器３０３によって検出された光強度に応じて、周波数シンセサイザ１０２の出力クロック信号の周波数が、ガスセル３０２の共鳴周波数に合致するように、量子部１０４の磁場発生装置３０５（図３参照）が発生する磁場の強度をさらに制御することが可能である。具体的には、制御部１０５'は、磁場発生装置３０５の制御値（電流値）を制御することにより、磁場発生装置３０５が発生する磁場の強度を制御することが可能である。

これに伴い、不揮発性メモリ１０６は、「調整モード」において、周波数シンセサイザ１０２の出力クロック信号の周波数が、ガスセル３０２の共鳴周波数に合致したときの、磁場発生装置３０５の電流値をさらに記憶することが可能である。このため、制御部１０５'は、「実使用モード」において、不揮発性メモリ１０６から、磁場発生装置３０５の制御値（電流値）をさらに読み出して、当該制御値による磁場発生装置３０５の制御を行うことが可能である。

第２実施形態の原子発振器１００'によれば、磁場発生装置３０５がガスセル３０２に与える磁場の強度を制御することで、出力周波数をさらに高精度に調整することができる。また、原子発振器１００'によれば、原子発振器１００の実使用を開始する際に、不揮発性メモリ１０６に記憶された制御値をさらに読み込んで、磁場発生装置３０５の制御を行うことで、直ちに、出力周波数がより高精度に調整された状態とすることができる。

〔第３実施形態〕
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係る出力周波数調整システム６００の構成を示す図である。図６に示す出力周波数調整システム６００は、複数の原子発振器１００（第１実施形態の原子発振器１００と同じもの）と、モード切り替え手段６０１と、セシウム周波数標準１２０とを備えて構成されている。

モード切り替え手段６０１は、本発明の「切り替え制御装置」の一例である。モード切り替え手段６０１は、複数の原子発振器１００の各々の選択信号入力端子１１１に接続されている。これにより、モード切り替え手段６０１は、複数の原子発振器１００の各々に対し、基準周波数選択信号を供給して、セレクタ１１０の切り替えを行うことができるようになっている。

セシウム周波数標準１２０は、複数の原子発振器１００の各々の外部クロック入力端子１１２に接続されている。これにより、セシウム周波数標準１２０は、複数の原子発振器１００の各々に対し、周波数確度が高いクロック信号を出力することができる。

ここで、図７に示す比較例との比較により、出力周波数調整システム６００の効果について説明する。図７は、本発明の第３実施形態に係る出力周波数調整システム６００に対する比較例を示す図である。

図７に示す比較例では、複数の原子発振器７００の各々の出力周波数を調整するために、複数の周波数カウンタ７０２と、セシウム周波数標準７０１と、逓倍数設定手段７０３とを設けている。この構成は、本発明を適用せずに、複数の原子発振器の出力周波数を調整する場合に、考え得る構成である。この構成では、各原子発振器７００について、セシウム周波数標準７０１の出力周波数と、原子発振器７００の出力周波数との誤差を、周波数カウンタ７０２にて検出する。そして、検出された誤差に応じて、逓倍数設定手段７０３により、原子発振器７００の周波数シンセサイザに設定する逓倍比を変更することで、原子発振器７００の出力周波数を所望の周波数に近づけるように調整する。

しかしながら、この比較例の構成では、各原子発振器７００の内部で行われる調整動作は、原子発振器７００に内蔵されている、短期安定度が比較的低い周波数発振器の出力クロック信号に基づいて行われる。したがって、各原子発振器７００の内部で行われる調整動作に時間がかかる。また、この比較例の構成では、図７から明らかなように、各原子発振器７００の出力周波数を計測するために、複数の周波数カウンタ７０２を設ける必要がある。

一方、図６に示す第３実施形態の出力周波数調整システム６００では、各原子発振器１００の内部で行われる調整動作は、短期安定度が比較的高いセシウム周波数標準１２０の出力クロック信号に基づいて行われる。したがって、各原子発振器１００の内部で行われる調整動作の短時間化が可能である。また、第３実施形態の出力周波数調整システム６００では、周波数カウンタなどの計測器が必要なく、比較的簡単な構成により、複数の原子発振器１００の出力周波数を調整することができる。

なお、上記各実施形態において、外部の装置から供給された基準周波数選択信号により、セレクタ１１０の入力を切り替えるようにしているが、これに限らない。例えば、制御部１０５，１０５'が、セレクタ１１０の入力を切り替えるようにしてもよい。

また、上記各実施形態において、外部の周波数発振器として、セシウム周波数標準１２０を用いているが、少なくとも、電圧制御水晶発振器１０１よりも短期安定度が高いものであれば、その他の周波数発振器を用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

１００，１００' 原子発振器
１０１ 電圧制御水晶発振器（周波数発振器）
１０２ 周波数シンセサイザ（逓倍手段）
１０３ 励起用レーザ駆動回路
１０４ 量子部
１０５，１０５' 制御部（制御手段）
１０６ 不揮発性メモリ（記憶手段）
１１０ セレクタ（切り替え手段）
１１１ 選択信号入力端子
１１２ 外部クロック入力端子（入力端子）
１２０ セシウム周波数標準（外部の周波数発振器）
３０１ 励起用レーザ（発光手段）
３０２ ガスセル
３０３ 光検出器（光強度検出手段）
３０４ 加熱器
３０５ 磁場発生装置（磁場発生手段）
６００ 出力周波数調整システム
６０１ モード切り替え手段（切り替え制御装置）

特開２０１４−１９２６６９号公報

Claims (6)

1. 周波数信号の周波数を逓倍して出力する逓倍手段と、
   前記逓倍手段から出力された前記周波数信号を用いた駆動電流により発光する発光手段と、
   前記発光手段から発せられた光を透過するガスセルと、
   前記ガスセルを透過した前記光の光強度を検出する光強度検出手段と、
   第１の周波数信号を出力する周波数発振器と、
   外部の周波数発振器から第２の周波数信号が入力される入力端子と、
   前記逓倍手段に入力される周波数信号を、前記第１の周波数信号と、前記第２の周波数信号との間で切り替える切り替え手段と、
   前記逓倍手段に前記第２の周波数信号が入力されているときに、前記光強度検出手段によって検出された前記光の光強度に応じて、前記逓倍手段から出力される前記周波数信号の周波数が、前記ガスセルの共鳴周波数と合致するように、前記逓倍手段の逓倍比を制御する制御手段と、
   前記逓倍手段から出力された前記周波数信号の周波数が、前記ガスセルの共鳴周波数と合致したときの、前記逓倍手段の逓倍比を記憶する記憶手段と
   を備えることを特徴とする原子発振器。
2. 前記ガスセルに磁場を与える磁場発生手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記逓倍手段に前記第２の周波数信号が入力されているときに、前記光強度検出手段によって検出された前記光の光強度に応じて、前記逓倍手段から出力される前記周波数信号の周波数が、前記ガスセルの共鳴周波数と合致するように、前記磁場発生手段が前記ガスセルに与える前記磁場の強度をさらに制御し、
   前記記憶手段は、
   前記逓倍手段に前記第２の周波数信号が入力されているときに、前記逓倍手段から出力された前記周波数信号の周波数が、前記ガスセルの共鳴周波数と合致したときの、前記磁場発生手段の制御値をさらに記憶する
   ことを特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
3. 外部の装置から基準周波数選択信号が入力される選択信号入力端子をさらに備え、
   前記切り替え手段は、前記選択信号入力端子に前記基準周波数選択信号が入力されたことに応じて、前記逓倍手段に入力される周波数信号を、前記第１の周波数信号または前記第２の周波数信号に切り替える、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の原子発振器。
4. 前記外部の周波数発振器は、セシウム周波数標準である
   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。
5. 周波数信号の周波数を逓倍して出力する逓倍手段と、
   前記逓倍手段から出力された前記周波数信号を用いた駆動電流により発光する発光手段と、
   前記発光手段から発せられた光を透過するガスセルと、
   前記ガスセルを透過した前記光の光強度を検出する光強度検出手段と
   を備えた原子発振器の周波数調整方法であって、
   前記逓倍手段に入力される周波数信号を、外部の周波数発振器から入力される第２の周波数信号に切り替える切り替え工程と、
   前記逓倍手段に前記第２の周波数信号が入力されているときに、前記光強度検出手段によって検出された前記光の光強度に応じて、前記逓倍手段から出力される前記周波数信号の周波数が、前記ガスセルの共鳴周波数と合致するように、前記逓倍手段の逓倍比を制御する逓倍比制御工程と、
   前記逓倍手段から出力された前記周波数信号の周波数が、前記ガスセルの共鳴周波数と合致したときの、前記逓倍手段の逓倍比を、前記原子発振器の記憶手段に記憶させる記憶工程と
   を含むことを特徴とする原子発振器の周波数調整方法。
6. 請求項３に記載の複数の原子発振器と、
   前記複数の原子発振器の各々の前記入力端子に、前記第２の周波数信号を供給可能に接続された、前記外部の周波数発振器と、
   前記複数の原子発振器の各々の前記選択信号入力端子に、前記基準周波数選択信号を供給可能に接続された、切り替え制御装置と
   を備えることを特徴とする出力周波数調整システム。

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