JP2019121862A - 原子発振器および周波数信号生成システム - Google Patents

Abstract

【課題】磁場に対する遮蔽性能が高いシールドを提供する。【解決手段】光を出射する光源と、アルカリ金属原子が収容され、前記光源から出射された光が入射する原子セルと、基部および蓋部を有し、前記光源および前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽するシールドケースと、を含み、前記基部の側壁は、前記蓋部の側壁に囲まれ、前記基部の側壁と前記蓋部の側壁との間には、軟磁性部材が配置されている、原子発振器。【選択図】図４

Description

本発明は、原子発振器および周波数信号生成システムに関する。

外部から進入する磁場によって、例えば原子発振器などが受ける影響を低減させるために、磁気シールドが用いられている。

例えば特許文献１には、本体およびふたを備え、本体の側壁を囲むようにふたの側壁が配置された茶筒形磁気シールドケースを有する原子発振器が記載されている。

特開昭６０−４１２７５号公報

しかしながら、上記のような原子発振器では、製造ばらつきなどにより、シールドケースの本体の側壁とふたの側壁との間に隙間ができる可能性がある。このような隙間ができると、シールドケースの磁場に対する遮蔽性能が低下する。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、磁場に対する遮蔽性能が高い原子発振器を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、磁場に対する遮蔽性能が高い周波数信号生成システムを提供することにある。

本発明は前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、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本適用例に係る原子発振器は、光を出射する光源と、アルカリ金属原子が収容され、前記光源から出射された光が入射する原子セルと、基部および蓋部を有し、前記光源および前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽するシールドケースと、を含み、前記基部の側壁は、前記蓋部の側壁に囲まれ、前記基部の側壁と前記蓋部の側壁との間には、軟磁性部材が配置されている。

このような原子発振器では、基部の側壁と蓋部の側壁との間には、軟磁性部材が配置されているため、基部の側壁と蓋部の側壁との間に軟磁性部材が配置されていない場合に比べて、磁場に対する遮蔽性能が高い。

［適用例２］
本適用例に係る原子発振器において、前記軟磁性部材は、前記基部の側壁と前記蓋部の側壁との間の隙間よりも薄い薄片であってもよい。

このような原子発振器では、軟磁性部材は、基部の側壁と蓋部の側壁との間の隙間よりも薄い薄片であるため、隙間の大きさに応じて、基部の側壁と蓋部の側壁との間に軟磁性部材を挿入し易く、例えば、シールドケースに外部から衝撃が加わった場合に、基部が蓋部に対して変位し難い。

［適用例３］
本適用例に係る原子発振器において、前記基部の側壁は、複数の第１壁部によって構成され、複数の前記第１壁部は、隣り合う前記第１壁部によって複数の第１角を構成し、前記蓋部の側壁は、複数の第２壁部によって構成され、複数の前記第２壁部は、隣り合う前記第２壁部によって複数の第２角を構成し、平面視において、複数の前記第２角のうち１つの第２角を通り、複数の前記第１壁部のうち前記１つの第２角に距離が最も近い第１壁部に垂直な仮想直線は、前記基部の側壁の内側を通ってもよい。

このような原子発振器では、平面視において、複数の前記第２角のうち１つの第２角を通り、複数の前記第１壁部のうち前記１つの第２角に距離が最も近い第１壁部に垂直な仮想直線は、前記基部の側壁の内側を通るため、１つの第２角と通った磁束が基部の側壁の内側に進入し難い。

［適用例４］
本適用例に係る周波数信号生成システムは、原子発振器を含む周波数信号生成システムであって、前記原子発振器は、光を出射する光源と、アルカリ金属原子が収容され、前記光源から出射された光が入射する原子セルと、基部および蓋部を有し、前記光源および前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽するシールドケースと、を含み、前記基部の側壁は、前記蓋部の側壁に囲まれ、前記基部の側壁と前記蓋部の側壁との間には、軟磁性部材が配置されている。

このような周波数信号生成システムでは、基部の側壁と蓋部の側壁との間には、軟磁性部材が配置されているため、基部の側壁と蓋部の側壁との間に軟磁性部材が配置されていない場合に比べて、磁場に対する遮蔽性能が高い。

実施形態に係る原子発振器を示す概略図。 実施形態に係る原子発振器を模式的に示す断面図。 実施形態に係る原子発振器を模式的に示す断面図。 実施形態に係る原子発振器を模式的に示す断面図。 実施形態の変形例に係る原子発振器を模式的に示す断面図。 参考例に係るシールドケースを説明するための図。 実施形態に係る周波数信号生成システムを示す概略構成図。 実験例に用いたモデルを説明するための断面図。 実験例に用いたモデルを説明するための断面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 原子発振器
１．１． 概略
次に、本実施形態に係る原子発振器について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る原子発振器１００を示す概略図である。

原子発振器１００は、アルカリ金属原子に対して特定の異なる波長の２つの共鳴光を同時に照射したときに当該２つの共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象が
生じる量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した原子発振器である。なお、この量子干渉効果による現象は、電磁誘起透明化（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象とも言う。また、本発明に係る原子発振器は、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であってもよい。

原子発振器１００は、図１に示すように、光源ユニット５００と、光学系ユニット６００と、原子セルユニット７００と、光源ユニット５００および原子セルユニット７００を制御する制御ユニット９００と、を含む。以下、まず、原子発振器１００の概略について説明する。

光源ユニット５００は、ペルチェ素子５１０と、光源５２０と、温度センサー５３０と、を有している。

光源５２０は、周波数の異なる２種の光を含んでいる直線偏光の光ＬＬを出射する。光源５２０は、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などの発光素子である。温度センサー５３０は、光源５２０の温度を検出する。ペルチェ素子５１０は、光源５２０の温度を第１の温度に制御する第１温度制御素子である。具体的には、ペルチェ素子５１０は、光源５２０を加温または冷却する。第１の温度は、例えば、２５℃以上３５℃以下である。

光学系ユニット６００は、光源ユニット５００と原子セルユニット７００との間に配置されている。光学系ユニット６００は、減光フィルター６１０と、レンズ６２０と、１／４波長板６３０と、を有している。

減光フィルター６１０は、光源５２０から出射された光ＬＬの強度を減少させる。レンズ６２０は、光ＬＬの放射角度を調整する。具体的には、レンズ６２０は、光ＬＬを平行光にする。１／４波長板６３０は、光ＬＬに含まれる周波数の異なる２種の光を、直線偏光から円偏光に変換する。

原子セルユニット７００は、原子セル７１０と、受光素子７２０と、ヒーターユニット７８０と、温度センサー７２２と、コイル７２４と、を有している。

原子セル７１０は、光源５２０から出射される光ＬＬを透過させる。原子セル７１０には、アルカリ金属原子が収容されている。アルカリ金属原子は、互いに異なる２つの基底準位と励起準位とからなる３準位系のエネルギー準位を有する。原子セル７１０には、光源５２０から出射された光ＬＬが減光フィルター６１０、レンズ６２０、および１／４波長板６３０を介して入射する。

受光素子７２０は、原子セル７１０を通過した光ＬＬを受光し、検出する。受光素子７２０は、例えば、フォトダイオードである。

ヒーターユニット７８０は、原子セル７１０を、第１の温度とは異なる第２の温度に制御する第２温度制御素子である。ヒーターユニット７８０は、原子セル７１０に収容されたアルカリ金属原子を加熱し、アルカリ金属原子の少なくとも一部をガス状態にする。第２の温度は、例えば、６０℃以上７０℃以下である。

温度センサー７２２は、原子セル７１０の温度を検出する。コイル７２４は、原子セル７１０に収容されたアルカリ金属原子に所定方向の磁場を印加し、アルカリ金属原子のエネルギー準位をゼーマン分裂させる。

アルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光した共鳴光対がアルカリ金属原子に照射されると、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なる。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信号が大きくなる。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。

制御ユニット９００は、温度制御部９１０と、光源制御部９２０と、磁場制御部９３０と、温度制御部９４０と、を有している。

温度制御部９１０は、温度センサー７２２の検出結果に基づいて、原子セル７１０の内部が所望の温度となるように、ヒーターユニット７８０への通電を制御する。磁場制御部９３０は、コイル７２４が発生する磁場が一定となるように、コイル７２４への通電を制御する。温度制御部９４０は、温度センサー５３０の検出結果に基づいて、光源５２０の温度が所望の温度となるように、ペルチェ素子５１０への通電を制御する。

光源制御部９２０は、受光素子７２０の検出結果に基づいて、ＥＩＴ現象が生じるように、光源５２０から出射された光ＬＬに含まれる２種の光の周波数を制御する。ここで、これら２種の光が原子セル７１０に収容されたアルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差の共鳴光対となったとき、ＥＩＴ現象が生じる。光源制御部９２０は、２種の光の周波数の制御に同期して安定化するように発振周波数が制御される電圧制御型発振器（図示せず）を備えており、この電圧制御型発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）の出力信号を原子発振器１００の出力信号（クロック信号）として出力する。

１．２． 具体的な構成
次に、原子発振器１００の具体的な構成について説明する。図２および図３は、原子発振器１００を模式的に示す断面図である。なお、図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。また、図２，３および後述する図４，５では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

原子発振器１００は、図２および図３に示すように、光源ユニット５００と、光学系ユニット６００と、原子セルユニット７００と、支持部材８００と、制御ユニット９００と、シールドケース１０と、を含む。

ここで、Ｚ軸は、シールドケース１０の基部２０の第１面２０ａの垂線Ｐに沿う軸であり、＋Ｚ軸方向は、基部２０の第１面２０ａから第１面２０ａ上に配置されている部品へ向かう方向である。Ｘ軸は、光源ユニット５００から出射される光ＬＬに沿う軸であり、＋Ｘ軸方向は、光ＬＬの進む方向である。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な軸であり、＋Ｙ軸方向は、＋Ｚ軸方向を上、＋Ｘ軸方向を右に向けた時に、手前から奥へ向かう方向である。

光源ユニット５００は、支持部材８００に配置されている。光源ユニット５００は、ペルチェ素子５１０と、光源５２０と、温度センサー５３０と、これらを収容している光源容器５４０と、光源容器５４０が配置される光源基板５５０と、を有している。光源基板５５０は、例えば、ねじ（図示せず）によって支持部材８００に固定されている。ペルチェ素子５１０、光源５２０、および温度センサー５３０は、制御ユニット９００と電気的に接続されている。

光学系ユニット６００は、支持部材８００に配置されている。光学系ユニット６００は
、減光フィルター６１０と、レンズ６２０と、１／４波長板６３０と、これらを保持しているホルダー６４０と、を有している。ホルダー６４０は、例えば、ねじ（図示せず）によって支持部材８００に固定されている。

ホルダー６４０には、貫通孔６５０が設けられている。貫通孔６５０は、光ＬＬの通過領域である。貫通孔６５０には、減光フィルター６１０、レンズ６２０、および１／４波長板６３０が光源ユニット５００側からこの順で配置されている。

原子セルユニット７００は、原子セル７１０と、受光素子７２０と、保持部材７３０と、第１原子セル容器７４０と、第２原子セル容器７７０と、ヒーターユニット７８０と、を含む。

原子セル７１０には、気体のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が収容されている。原子セル７１０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原子とともに収容されていてもよい。

原子セル７１０には、光源５２０から出射された光ＬＬが入射する。原子セル７１０の壁部の材質は、例えば、ガラスなどである。

受光素子７２０は、原子セル７１０の光源５２０側とは反対側に配置されている。図示の例では、受光素子７２０は、第１原子セル容器７４０に配置されている。受光素子７２０は、制御ユニット９００と電気的に接続されている。

保持部材７３０は、第１原子セル容器７４０内において、原子セル７１０を保持している。図示の例では、保持部材７３０は、ねじ７３１によって、第１原子セル容器７４０に固定されている。保持部材７３０は、光源５２０から出射された光ＬＬを通過させる構造を有している。保持部材７３０の材質は、例えば、アルミニウム、チタン、銅、真鍮などである。

第１原子セル容器７４０は、原子セル７１０、受光素子７２０、および保持部材７３０を収容している。第１原子セル容器７４０は、略直方体の外形形状を有している。第１原子セル容器７４０には、光ＬＬが通過する貫通孔７４０ａが設けられている。第１原子セル容器７４０の材質は、例えば、パーマロイ、ケイ素鉄などである。このような材料を用いることにより、第１原子セル容器７４０は、外部からの磁場を遮蔽することができる。これにより、外部からの磁場によって原子セル７１０内のアルカリ金属原子が影響を受けることを抑え、原子発振器１００の発振特性の安定化を図ることができる。

第１原子セル容器７４０の外表面には、例えば、伝熱部材７４６が配置されている。伝熱部材７４６は、第１原子セル容器７４０とヒーターユニット７８０との間に配置されている。伝熱部材７４６は、ヒーターユニット７８０の熱を原子セル７１０内のアルカリ金属原子に伝える。伝熱部材７４６の材質は、例えば、アルミニウム、銅などである。

第２原子セル容器７７０は、第１原子セル容器７４０を収容している。第２原子セル容器７７０は、例えば、ねじ７７４によって支持部材８００に固定されている。第２原子セル容器７７０は、光ＬＬが通過する貫通孔７７０ａが設けられている。

第２原子セル容器７７０の材質は、例えば、第１原子セル容器７４０と同じである。第２原子セル容器７７０は、外部からの磁場を遮蔽することができる。第１原子セル容器７４０および第２原子セル容器７７０は、例えば、互いに離間している。そのため、例えば第１原子セル容器７４０と第２原子セル容器７７０とが接触している場合に比べて、外部
からの磁場を遮蔽する機能を高めることができる。

ヒーターユニット７８０は、例えば、伝熱部材７４６に接している。ヒーターユニット７８０は、加熱素子７８１を有している。加熱素子７８１は、原子セル７１０内のアルカリ金属原子を加熱するための素子である。加熱素子７８１は、例えば、発熱抵抗体などである。なお、加熱素子７８１として、発熱抵抗体に代えて、あるいは発熱抵抗体と併用して、ペルチェ素子を用いてもよい。

なお、温度センサー７２２は、図２および図３では図示していないが、原子セル７１０の近傍に配置されている。温度センサー７２２は、例えば、サーミスタ、熱電対等の各種温度センサーである。

また、コイル７２４は、図２および図３では図示していないが、例えば、原子セル７１０の外周に沿って巻回して設けられているソレノイド型のコイル、または、原子セル７１０を介して対向するヘルムホルツ型の１対のコイルである。コイル７２４は、原子セル７１０の内部に光ＬＬの光軸Ａに沿った方向の磁場を発生させる。これにより、原子セル７１０に収容されたアルカリ金属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り拡げて、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。

支持部材８００は、図２に示すように、シールドケース１０の基部２０に片持ちで固定されている。支持部材８００は、例えば、基部２０の台座部２１に、図３に示すように、２つのねじ９５２によって固定されている。支持部材８００の材質は、例えば、アルミニウム、銅である。支持部材８００は、炭素繊維を用いたカーボンシートであってもよい。なお、支持部材８００は、接着剤によって、基部２０に固定されていてもよい。

支持部材８００には、例えば、貫通孔８１２が設けられている。図２に示す例では、貫通孔８１２は、支持部材８００をＺ軸方向に貫通している。Ｚ軸方向からみて、原子セルユニット７００は、貫通孔８１２と重なる様に配置されている。

制御ユニット９００は、回路基板９０２を有している。回路基板９０２は、複数のリードピン９０４を介して、シールドケース１０の基部２０に固定されている。回路基板９０２は、図示しないＩＣ（Integrated Circuit）チップが配置されており、ＩＣチップは、温度制御部９１０、光源制御部９２０、磁場制御部９３０、および温度制御部９４０として機能する。ＩＣチップは、光源ユニット５００および原子セルユニット７００と電気的に接続されている。回路基板９０２には、支持部材８００が挿通されている貫通孔９０３が設けられている。

シールドケース１０は、光源ユニット５００、光学系ユニット６００、原子セルユニット７００、支持部材８００、および制御ユニット９００を収容している。シールドケース１０は、基部２０と、基部２０とは別体の蓋部３０と、を有している。シールドケース１０は、第１面２０ａを有している。図示の例では、第１面２０ａは、基部２０の＋Ｚ軸方向を向く面であり、第１面２０ａの垂線Ｐ方向は、Ｚ軸方向である。

シールドケース１０の材質は、例えば、第１原子セル容器７４０と同じである。シールドケース１０は、磁束を通し易い材料で構成されているため、シールドケース１０が磁束を通すことにより、磁束がシールドケース１０の内部に進入し難くなる。そのため、シールドケース１０は、外部からの磁場を遮蔽することができる。例えば、シールドケース１０に用いられるパーマロイは、圧延した後に水素雰囲気で焼鈍すると透磁率が高くなる。

ここで、図４は、原子発振器１００を模式的に示す図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。なお、便宜上、図４では、シールドケース１０、軟磁性部材４０、および原子セル７１０、以外の部材の図示を省略している。

シールドケース１０は、図４に示すように、基部２０と、蓋部３０と、を有している。蓋部３０は、図２に示すように、基部２０の凹部の開口２３を塞ぐように配置されている。蓋部３０は、基部２０の第１面２０ａと対向する第２面３０ａを有している。

基部２０は、図４に示すように、側壁２２を有している。側壁２２は、例えば、複数の第１壁部２４によって構成されている。図示の例では、第１壁部２４は、板状の部材であり、４つ設けられている（第１壁部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ）。複数の第１壁部２４は、隣り合う第１壁部２４によって、複数の第１角２６を構成している。図示の例では、第１角２６は、４つ設けられている。第１角２６は、側壁２２の内面における角である。

蓋部３０は、側壁３２を有している。側壁３２は、例えば、複数の第２壁部３４によって構成されている。図示の例では、第２壁部３４は、板状の部材であり、４つ設けられている（第２壁部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ）。複数の第２壁部３４は、隣り合う第２壁部３４によって、複数の第２角３６を構成している。図示の例では、第２角３６は、４つ設けられている。第２角３６は、側壁３２の内面における角である。

図示の例では、壁部２４ａ，３４ａは、互いに離間して、対向配置されている。壁部２４ｂ，３４ｂは、互いに離間して、対向配置されている。壁部２４ｃ，３４ｃは、互いに接して、対向配置されている。壁部２４ｄ，３４ｄは、互いに接して、対向配置されている。

基部２０の側壁２２は、Ｚ軸方向からみて、蓋部３０の側壁３２に囲まれている。側壁２２と側壁３２との間には、図２および図４に示すように、軟磁性部材４０が配置されている。図４に示す例では、軟磁性部材４０は、壁部２４ａ，３４ａ間、および壁部２４ｂ，３４ｂ間に配置されている。

軟磁性部材４０は、例えば、板状の部材である。軟磁性部材４０は、基部２０の側壁２２と蓋部３０の側壁３２との間の隙間Ｇよりも薄い薄片である。図示の例では、壁部２４ａ，３４ａ間に設けられた軟磁性部材４０の厚さ（Ｙ軸方向の大きさ）は、壁部２４ａ，３４ａ間の距離よりも小さい。壁部２４ｂ，３４ｂ間に設けられた軟磁性部材４０の厚さ（Ｘ軸方向の大きさ）は、壁部２４ｂ，３４ｂ間の距離よりも小さい。

軟磁性部材４０は、例えば、壁部２４ａ，３４ａ間、および壁部２４ｂ，３４ｂ間に複数設けられている。図示の例では、軟磁性部材４０は、壁部２４ａ，３４ａ間に２つ配置され、２つの軟磁性部材４０は、積層されている。壁部２４ａ，３４ａ間の配置された複数の軟磁性部材４０からなる積層体４２は、壁部２４ａ，３４ａに接している。軟磁性部材４０は、壁部２４ｂ，３４ｂ間に２つ配置され、２つの軟磁性部材４０は、積層されている。壁部２４ｂ，３４ｂ間に配置された複数の軟磁性部材４０からなる積層体４２は、壁部２４ｂ，３４ｂに接している。積層された軟磁性部材４０は、壁部２４ａ，３４ａ間の隙間、および壁部２４ｂ，３４ｂ間の隙間を埋めるように配置されている。図２に示す例では、軟磁性部材４０は、蓋部３０の第２面３０ａと接している。複数の軟磁性部材４０の大きさは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

軟磁性部材４０の材質は、例えば、例えば、パーマロイ、ケイ素鉄などである。軟磁性部材４０は、例えば、レーザー加工など軟磁性部材４０に応力がかかりにくい加工方法で
作製される。これにより、応力によって軟磁性部材４０の透磁率が低下することを抑えることができる。

原子発振器１００は、例えば、以下の特徴を有する。

原子発振器１００では、基部２０の側壁２２と蓋部３０の側壁３２との間には、軟磁性部材４０が配置されている。そのため、原子発振器１００では、基部２０の側壁２２と蓋部３０の側壁３２との間に軟磁性部材４０が配置されていない場合に比べて、磁場に対する遮蔽性能が高い（詳細は後述する「実験例」参照）。

原子発振器１００では、軟磁性部材４０は、基部２０の側壁２２と蓋部３０の側壁３２との間の隙間Ｇよりも薄い薄片である。そのため、原子発振器１００では、隙間Ｇの大きさに応じて、側壁２２，３２間に軟磁性部材４０を挿入し易く、例えば、シールドケース１０に外部から衝撃が加わった場合に、基部２０が蓋部３０に対して変位し難い。

２． 原子発振器の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る原子発振器について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の変形例に係る原子発振器１０１を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図５では、シールドケース１０、軟磁性部材４０、および原子セル７１０以外の部材の図示を省略している。

以下、本実施形態の変形例に係る原子発振器１０１において、上述した本実施形態に係る原子発振器１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

原子発振器１０１では、図５に示すように、基部２０の第１角２６は、蓋部３０の第２角３６に対して、ずれている点において、上述した原子発振器１００と異なる。

平面視において（Ｚ軸方向からみて）、複数の第２角３６のうち１つの第２角３６ａを通り、複数の第１壁部２４のうち１つの第２角３６ａに距離が最も近い第１壁部２４ｂに垂直な仮想直線Ｌは、基部２０の側壁２２の内側Ｓを通る。仮想直線Ｌは、第１壁部２４ｂの外表面４に垂直である。このことは、４つの第２角３６の全てに対して、当てはまっていてもよい。

ここで、第１角２６は、側壁２２の他の部分に比べて、磁束を通し易い。また、第２角３６は、側壁３２の他の部分に比べて、磁束を通し易い。しかし、原子発振器１０１では、複数の第２角３６のうち１つの第２角３６ａを通り、複数の第１壁部２４のうち１つの第２角３６ａに距離が最も近い第１壁部２４ｂに垂直な仮想直線Ｌは、内側Ｓを通るため、第２角３６ａを通った磁束が内側Ｓに進入し難い。

例えば、図６に示すように、基部１００２０の第１角１００２６が、蓋部１００３０の第２角１００３６に対して、ずれていない場合は、複数の第２角１００３６のうち１つの第２角１００３６ａを通り、第１壁部１００２４ａの外表面に垂直な仮想直線Ｌａおよび第１壁部１００２４ｂの外表面に垂直な仮想直線Ｌｂは、基部１００２０の側壁１００２２の内側Ｓａを通らない。この場合、第２角１００３６ａを通った磁束は、第１角１００２６を通って、内側Ｓａに侵入する場合がある。なお、図６は、参考例に係るシールドケース１００１０について説明するための図である。

なお、図示はしないが、壁部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが互いに離間している場合は、第１角２６は、Ｚ軸方向からみて、壁部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの内面を
延長させた場合の、該内面の交点であってもよい。同様に、壁部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが互いに離間している場合は、第２角３６は、Ｚ軸方向からみて、壁部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの内面を延長させた場合の、該内面の交点であってもよい。

図示の例では、壁部２４ａ，３４ａ間に、３つの軟磁性部材４０が配置されている。壁部２４ｂ，３４ｂ間に、２つの軟磁性部材４０が配置されている。壁部２４ｃ，３４ｃ間に、３つの軟磁性部材４０が配置されている。壁部２４ｄ，３４ｄ間に、２つの軟磁性部材４０が配置されている。積層された軟磁性部材４０は、壁部２４ａ，３４ａ間の隙間、壁部２４ｂ，３４ｂ間の隙間、壁部２４ｃ，３４ｃ間の隙間、および壁部２４ｄ，３４ｄ間の隙間を埋めるように配置されている。

３． 周波数信号生成システム
次に、本実施形態に係る周波数信号生成システムについて、図面を参照しながら説明する。以下のクロック伝送システム（タイミングサーバー）は、周波数信号生成システムの一例である。図７は、クロック伝送システム１０００を示す概略構成図である。

本発明に係るクロック伝送システムは、本発明に係る原子発振器を含む。以下では、一例として、原子発振器１００を含むクロック伝送システム１０００について説明する。

クロック伝送システム１０００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。

クロック伝送システム１０００は、図７に示すように、Ａ局（上位（Ｎ系））のクロック供給装置１００１およびＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）装置１００２と、Ｂ局（上位（Ｅ系））のクロック供給装置１００３およびＳＤＨ装置１００４と、Ｃ局（下位）のクロック供給装置１００５およびＳＤＨ装置１００６，１００７と、を備える。クロック供給装置１００１は、原子発振器１００を有し、Ｎ系のクロック信号を生成する。クロック供給装置１００１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１００８，１００９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１００２は、クロック供給装置１００１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１００５に伝送する。クロック供給装置１００３は、原子発振器１００を有し、Ｅ系のクロック信号を生成する。クロック供給装置１００３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１００８，１００９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１００４は、クロック供給装置１００３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１００５に伝送する。クロック供給装置１００５は、クロック供給装置１００１，１００３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。

クロック供給装置１００５は、通常、クロック供給装置１００１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１００５は、クロック供給装置１００３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１０
０６は、クロック供給装置１００５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１００７は、クロック供給装置１００５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。

本実施形態に係る周波数信号生成システムは、クロック伝送システムに限定されない。周波数信号生成システムは、原子発振器が搭載され、原子発振器の周波数信号を利用する各種の装置および複数の装置から構成されるシステムを含む。

本実施形態に係る周波数信号生成システムは、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、携帯電話機、デジタルスチルカメラ、液体吐出装置（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、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、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（point of sales）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、心磁計）、魚群探知機、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）周波数標準器、各種測定機器、計器類（例えば、自動車、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、地上デジタル放送システム、携帯電話基地局、移動体（自動車、航空機、船舶等）であってもよい。

４． 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。

モデルＭ１，Ｍ２において、磁場に対する遮蔽率をシミュレーションにより計算した。シミュレーションは、有限要素法により行った。

モデルＭ１では、図８に示すように、シールドケース１０１０は、基部１０２０と、蓋部１０３０と、を有しており、基部１０２０の側壁１０２２と、蓋部１０３０の側壁１０３２とを、離間させた。第１壁部１０２４ａと第２壁部１０３４ａとの間の隙間を７９０μｍとした。第１壁部１０２４ｂと第２壁部１０３４ｂとの間の隙間を７９０μｍとした。第１壁部１０２４ｃと第２壁部１０３４ｃとの間の隙間を１０μｍとした。第１壁部１０２４ｄと第２壁部１０３４ｄとの間の隙間を１０μｍとした。なお、図８および後述する図９では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

モデルＭ２では、図９に示すように、シールドケース１０１０は、基部１０２０と、蓋部１０３０と、を有しており、基部１０２０の側壁１０２２と、蓋部１０３０の側壁１０３２とを、接触させた。第１壁部１０２４ａと第２壁部１０３４ａとの間に複数の軟磁性部材が積層された積層体１０４２を配置した。さらに、第１壁部１０２４ｂと第２壁部１０３４ｂとの間に、複数の軟磁性部材が積層された積層体１０４２を配置した。さらに、第１壁部１０２４ｃと第２壁部１０３４ｃとを接触させた。さらに、第１壁部１０２４ｄと第２壁部１０３４ｄとを接触させた。

シミュレーションでは、モデルＭ１，Ｍ２に対して、Ｚ軸方向に進行する磁束を想定し、遮蔽率を計算した。モデルＭ１の遮蔽率は、−５８．４ｄＢであり、モデルＭ２の遮蔽率は、−８４．８ｄＢであった。遮蔽率は、数値の絶対値が大きいほど、遮蔽率が高い。したがって、モデルＭ２は、モデルＭ１に比べて、遮蔽率が高かった。これにより、基部１０２０の側壁１０２２と、蓋部１０３０の側壁１０３２と、の間に軟磁性部材を配置させると、遮蔽率が高くなることがわかった。

本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

４…外表面、１０…シールドケース、２０…基部、２０ａ…第１面、２１…台座部、２２…側壁、２３…開口、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…第１壁部、２６…第１角、３０…蓋部、３０ａ…第２面、３２…側壁、３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…第２壁部、３６，３６ａ…第２角、４０…軟磁性部材、４２…積層体、１００，１０１…原子発振器、５００…光源ユニット、５１０…ペルチェ素子、５２０…光源、５３０…温度センサー、５４０…光源容器、５５０…光源基板、６００…光学系ユニット、６１０…減光フィルター、６２０…レンズ、６３０…１／４波長板、６４０…ホルダー、６５０…貫通孔、７００…原子セルユニット、７１０…原子セル、７２０…受光素子、７２２…温度センサー、７２４…コイル、７３０…保持部材、７３１…ねじ、７４０…第１原子セル容器、７４０ａ…貫通孔、７４６…伝熱部材、７７０…第２原子セル容器、７７０ａ…貫通孔、７７４…ねじ、７８０…ヒーターユニット、７８１…加熱素子、８００…支持部材、８１０…シールド支持部材、８１２…貫通孔、９００…制御ユニット、９０２…回路基板、９０３…貫通孔、９０４…リードピン、９１０…温度制御部、９２０…光源制御部、９３０…磁場制御部、９４０…温度制御部、９５２…ねじ、１００１…クロック供給装置、１００２…ＳＤＨ装置、１００３…クロック供給装置、１００４…ＳＤＨ装置、１００５…クロック供給装置、１００６，１００７…ＳＤＨ装置、１００８，１００９…マスタークロック、１０１０…シールドケース、１０２０…基部、１０２２…側壁、１０２４ａ，１０２４ｂ，１０２４ｃ，１０２４ｄ…第１壁部、１０３０…蓋部、１０３２…側壁、１０３４ａ，１０３４ｂ，１０３４ｃ，１０３４ｄ…第２壁部、１００１０…シールドケース、１００２０…基部、１００２２…側壁、１００２４ａ，１００２４ｂ…第１壁部、１００２６…第１角、１００３０…蓋部、１００３６、１００３６ａ…第２角

Claims (4)

1. 光を出射する光源と、
   アルカリ金属原子が収容され、前記光源から出射された光が入射する原子セルと、
   基部および蓋部を有し、前記光源および前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽するシールドケースと、
   を含み、
   前記基部の側壁は、前記蓋部の側壁に囲まれ、
   前記基部の側壁と前記蓋部の側壁との間には、軟磁性部材が配置されている、原子発振器。
2. 請求項１において、
   前記軟磁性部材は、前記基部の側壁と前記蓋部の側壁との間の隙間よりも薄い薄片である、原子発振器。
3. 請求項１または２において、
   前記基部の側壁は、複数の第１壁部によって構成され、
   複数の前記第１壁部は、隣り合う前記第１壁部によって複数の第１角を構成し、
   前記蓋部の側壁は、複数の第２壁部によって構成され、
   複数の前記第２壁部は、隣り合う前記第２壁部によって複数の第２角を構成し、
   平面視において、複数の前記第２角のうち１つの第２角を通り、複数の前記第１壁部のうち前記１つの第２角に距離が最も近い第１壁部に垂直な仮想直線は、前記基部の側壁の内側を通る、原子発振器。
4. 原子発振器を含む周波数信号生成システムであって、
   前記原子発振器は、
   光を出射する光源と、
   アルカリ金属原子が収容され、前記光源から出射された光が入射する原子セルと、
   基部および蓋部を有し、前記光源および前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽するシールドケースと、
   を含み、
   前記基部の側壁は、前記蓋部の側壁に囲まれ、
   前記基部の側壁と前記蓋部の側壁との間には、軟磁性部材が配置されている、周波数信号生成システム。
   

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