JP2689974B2 - ルビジウム原子発振器 - Google Patents
ルビジウム原子発振器Info
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- JP2689974B2 JP2689974B2 JP7353394A JP35339495A JP2689974B2 JP 2689974 B2 JP2689974 B2 JP 2689974B2 JP 7353394 A JP7353394 A JP 7353394A JP 35339495 A JP35339495 A JP 35339495A JP 2689974 B2 JP2689974 B2 JP 2689974B2
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- Japan
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- signal
- rubidium
- atomic oscillator
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- microwave band
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- Expired - Lifetime
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光励起（「光ポン
ピング」ともいう）法を用いたルビジウム原子発振器に
関する。
ピング」ともいう）法を用いたルビジウム原子発振器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】高精度な発振源として光ポンピング法を
利用した原子発振器が知られているが、ルビジウムガス
セルを備えた原子発振器に関する従来技術として、例え
ば文献（ＮＥＣ技報、Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ１０、第１１
０頁等参照）にその詳細が記載されている。
利用した原子発振器が知られているが、ルビジウムガス
セルを備えた原子発振器に関する従来技術として、例え
ば文献（ＮＥＣ技報、Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ１０、第１１
０頁等参照）にその詳細が記載されている。
【０００３】従来のルビジウム原子発振器の光マイクロ
波ユニット内部は、図３に示すような構成とされてい
る。
波ユニット内部は、図３に示すような構成とされてい
る。
【０００４】図３を参照して、光マイクロ波ユニット３
は、Ｒｂランプ１とキャビティ２と受光素子５とから構
成されており、キャビティ２内部には、Ｒｂガスセル４
とマイクロ波帯信号発生部１０とが設けられている。
は、Ｒｂランプ１とキャビティ２と受光素子５とから構
成されており、キャビティ２内部には、Ｒｂガスセル４
とマイクロ波帯信号発生部１０とが設けられている。
【０００５】Ｒｂランプ１から出た光１１はキャビティ
２に入射した後、Ｒｂガスセル４に入力される。また、
これと同時に、電圧制御型水晶発振器（「ＶＣＸＯ」と
いう）９の出力信号１４が光マイクロ波ユニット３内の
キャビティ２に入力されて、マイクロ波帯信号発生部１
０にてマイクロ波帯周波数信号に変換されてＲｂガスセ
ル４に入力される。マイクロ波帯信号発生部１０は、周
知の如く、マイクロ波ダイード（例えば逓倍バラクタダ
イオード等）とキャパシタを備え、信号１４の周波数を
マイクロ波ダイオードにより逓倍してなるマイクロ波帯
信号８がＲｂガスセル４に入力される。
２に入射した後、Ｒｂガスセル４に入力される。また、
これと同時に、電圧制御型水晶発振器（「ＶＣＸＯ」と
いう）９の出力信号１４が光マイクロ波ユニット３内の
キャビティ２に入力されて、マイクロ波帯信号発生部１
０にてマイクロ波帯周波数信号に変換されてＲｂガスセ
ル４に入力される。マイクロ波帯信号発生部１０は、周
知の如く、マイクロ波ダイード（例えば逓倍バラクタダ
イオード等）とキャパシタを備え、信号１４の周波数を
マイクロ波ダイオードにより逓倍してなるマイクロ波帯
信号８がＲｂガスセル４に入力される。
【０００６】上記の状態において、Ｒｂガスセル４を通
過してキャビティ２から出た光１２は、受光素子５にお
いて光から電気信号に変換され、この電気信号は、ルビ
ジウム原子発振器の出力信号を出力するＶＣＸＯ９の発
振周波数を制御する信号として入力される。
過してキャビティ２から出た光１２は、受光素子５にお
いて光から電気信号に変換され、この電気信号は、ルビ
ジウム原子発振器の出力信号を出力するＶＣＸＯ９の発
振周波数を制御する信号として入力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、Ｒｂ金属
は、図２に示すような光吸収特性を有している。なお、
図２は、マイクロ波帯信号８を照射しているＲｂガスセ
ル４にＲｂランプ１からの光１１を透過させた場合、マ
イクロ波帯信号８の周波数によってＲｂガスセル４にお
けるＲｂランプ１の光１１の吸収率の変化の特性を示し
ている。
は、図２に示すような光吸収特性を有している。なお、
図２は、マイクロ波帯信号８を照射しているＲｂガスセ
ル４にＲｂランプ１からの光１１を透過させた場合、マ
イクロ波帯信号８の周波数によってＲｂガスセル４にお
けるＲｂランプ１の光１１の吸収率の変化の特性を示し
ている。
【０００８】上述した従来のルビジウム原子発振器にお
いては、Ｒｂ原子の共鳴周波数とキャビティ２内部のマ
イクロ波帯信号発生器１０にて発生させるマイクロ波帯
周波数とを一致させるために、受光素子５の出力電圧を
検出し、光吸収特性を利用してマイクロ波帯周波数とＲ
ｂ原子の共鳴周波数との差を求めて、ＶＣＸＯ９の出力
周波数を制御させている。
いては、Ｒｂ原子の共鳴周波数とキャビティ２内部のマ
イクロ波帯信号発生器１０にて発生させるマイクロ波帯
周波数とを一致させるために、受光素子５の出力電圧を
検出し、光吸収特性を利用してマイクロ波帯周波数とＲ
ｂ原子の共鳴周波数との差を求めて、ＶＣＸＯ９の出力
周波数を制御させている。
【０００９】そして、図２に示したＲｂ金属の光吸収特
性は、キャビティ２内部のマイクロ波帯信号レベルに対
して敏感である。
性は、キャビティ２内部のマイクロ波帯信号レベルに対
して敏感である。
【００１０】従って、光マイクロ波ユニット３に入力さ
れる信号レベルが変動した場合、キャビティ２内部のマ
イクロ波帯信号のレベルが変動するため、光吸収特性が
不安定となる。すなわち、マイクロ波帯信号８のレベル
変動に伴い、図２に示す光吸収特性である、受光素子出
力電圧も上下に変動する。
れる信号レベルが変動した場合、キャビティ２内部のマ
イクロ波帯信号のレベルが変動するため、光吸収特性が
不安定となる。すなわち、マイクロ波帯信号８のレベル
変動に伴い、図２に示す光吸収特性である、受光素子出
力電圧も上下に変動する。
【００１１】これにより、ＶＣＸＯ９の出力周波数を制
御させる信号（ＶＣＸＯ９に入力される周波数制御信号
であって受光素子５の出力）が不安定となり、このた
め、ルビジウム原子発振器としての出力周波数が不安定
になるという問題がある。
御させる信号（ＶＣＸＯ９に入力される周波数制御信号
であって受光素子５の出力）が不安定となり、このた
め、ルビジウム原子発振器としての出力周波数が不安定
になるという問題がある。
【００１２】従って、本発明は、上記従来技術の問題点
に鑑みて為されたものであって、ルビジウム原子発振器
を正常に動作させるために重要な光吸収特性の安定化を
図る構成としたルビジウム原子発振器を提供することを
目的とする。
に鑑みて為されたものであって、ルビジウム原子発振器
を正常に動作させるために重要な光吸収特性の安定化を
図る構成としたルビジウム原子発振器を提供することを
目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、光ポンピングの光源であるルビジウムラ
ンプ（以下「Ｒｂランプ」という）と、マイクロ波帯信
号で原子共鳴するルビジウム金属を封入してなるルビジ
ウムガスセル（以下「Ｒｂガスセル」という）と、マイ
クロ波帯信号発生部と、を含むキャビティと、前記Ｒｂ
ガスセルを透過した後の前記Ｒｂランプの光を電気信号
に変換する受光素子と、を光マイクロ波ユニット内部に
備え、前記光マイクロ波ユニットの外部に配設され、前
記受光素子にて変換された電気信号を発振周波数を制御
する信号として入力する電圧制御水晶発振器（以下「Ｖ
ＣＸＯ」という）を備え、前記ＶＣＸＯの出力を原子発
振器の出力信号とするルビジウム原子発振器において、
前記ＶＣＸＯの出力信号を入力とするレベル制御器と、
前記受光素子にて変換された前記電気信号を入力し、該
電気信号の時間変動量を検出し該時間変動量を誤差信号
として前記レベル制御部に供給する比較器と、を備え、
前記レベル制御器が、前記比較器からの前記誤差信号に
基づき、前記ＶＣＸＯの前記出力信号のレベルを制御し
て前記キャビティ内の前記マイクロ波帯信号発生部に供
給し、前記キャビティ内のマイクロ波帯信号レベルを一
定に制御するようにしたことを特徴とするルビジウム原
子発振器を提供する。
め、本発明は、光ポンピングの光源であるルビジウムラ
ンプ（以下「Ｒｂランプ」という）と、マイクロ波帯信
号で原子共鳴するルビジウム金属を封入してなるルビジ
ウムガスセル（以下「Ｒｂガスセル」という）と、マイ
クロ波帯信号発生部と、を含むキャビティと、前記Ｒｂ
ガスセルを透過した後の前記Ｒｂランプの光を電気信号
に変換する受光素子と、を光マイクロ波ユニット内部に
備え、前記光マイクロ波ユニットの外部に配設され、前
記受光素子にて変換された電気信号を発振周波数を制御
する信号として入力する電圧制御水晶発振器（以下「Ｖ
ＣＸＯ」という）を備え、前記ＶＣＸＯの出力を原子発
振器の出力信号とするルビジウム原子発振器において、
前記ＶＣＸＯの出力信号を入力とするレベル制御器と、
前記受光素子にて変換された前記電気信号を入力し、該
電気信号の時間変動量を検出し該時間変動量を誤差信号
として前記レベル制御部に供給する比較器と、を備え、
前記レベル制御器が、前記比較器からの前記誤差信号に
基づき、前記ＶＣＸＯの前記出力信号のレベルを制御し
て前記キャビティ内の前記マイクロ波帯信号発生部に供
給し、前記キャビティ内のマイクロ波帯信号レベルを一
定に制御するようにしたことを特徴とするルビジウム原
子発振器を提供する。
【００１４】
【作用】本発明によれば、ルビジウム原子発振器の出力
信号及び光マイクロ波ユニット内部のキャビティへの入
力信号を発生させるＶＣＸＯと、光吸収特性を起こすた
めのＲｂガスセルとマイクロ波帯信号発生部をもつキャ
ビティ及びＲｂランプとを備えたルビジウム原子発振器
において、受光素子の出力信号レベルを検出してその時
間的変動量を求めて誤差信号を出力する比較部と、この
比較部からの誤差信号を受けて、変動したキャビティ内
部のマイクロ波帯レベルを変動前のレベルに戻すレベル
制御部を有し、このレベル制御部は、キャビティ内部の
マイクロ波帯信号レベルを光吸収特性が安定するように
維持制御するもので、キャビティ内のマイクロ波帯信号
発生部１０へ供給する信号のレベルをフィードバック制
御することにより、光マイクロ波ユニットの出力信号の
安定化を実現している。
信号及び光マイクロ波ユニット内部のキャビティへの入
力信号を発生させるＶＣＸＯと、光吸収特性を起こすた
めのＲｂガスセルとマイクロ波帯信号発生部をもつキャ
ビティ及びＲｂランプとを備えたルビジウム原子発振器
において、受光素子の出力信号レベルを検出してその時
間的変動量を求めて誤差信号を出力する比較部と、この
比較部からの誤差信号を受けて、変動したキャビティ内
部のマイクロ波帯レベルを変動前のレベルに戻すレベル
制御部を有し、このレベル制御部は、キャビティ内部の
マイクロ波帯信号レベルを光吸収特性が安定するように
維持制御するもので、キャビティ内のマイクロ波帯信号
発生部１０へ供給する信号のレベルをフィードバック制
御することにより、光マイクロ波ユニットの出力信号の
安定化を実現している。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して以下に詳細に説明する。
を参照して以下に詳細に説明する。
【００１６】図１は、本発明の一実施形態の構成を示す
図であり、ルビジウム原子発振器における、光吸収特性
を安定化するためにキャビティ内部に入力される信号レ
ベルを安定化するためのブロック図である。
図であり、ルビジウム原子発振器における、光吸収特性
を安定化するためにキャビティ内部に入力される信号レ
ベルを安定化するためのブロック図である。
【００１７】図１を参照して、ＶＣＸＯ９の出力信号の
一部をレベル制御器７に取り込み、ある一定のレベルま
で増幅された信号１４は、光マイクロ波ユニット３の内
部にあるキャビティ２内のマイクロ波帯信号発生部１０
に入り、マイクロ波帯信号８に変換されてＲｂガスセル
４に照射される。
一部をレベル制御器７に取り込み、ある一定のレベルま
で増幅された信号１４は、光マイクロ波ユニット３の内
部にあるキャビティ２内のマイクロ波帯信号発生部１０
に入り、マイクロ波帯信号８に変換されてＲｂガスセル
４に照射される。
【００１８】光マイクロ波ユニット３の内部にあるＲｂ
ランプ１から出た光１１はキャビティ２に入りＲｂガス
セル４を通過する。Ｒｂガスセル４を通過した光１２は
キャビティ２から出て受光素子５に当たり、受光素子５
にて光信号から電気信号に変換された信号１３は、一方
はＶＣＸＯ９の周波数制御信号となり、もう一方は比較
器６に入力される。
ランプ１から出た光１１はキャビティ２に入りＲｂガス
セル４を通過する。Ｒｂガスセル４を通過した光１２は
キャビティ２から出て受光素子５に当たり、受光素子５
にて光信号から電気信号に変換された信号１３は、一方
はＶＣＸＯ９の周波数制御信号となり、もう一方は比較
器６に入力される。
【００１９】比較器６では、予め定められた所定の間隔
で信号１３を取り込み、その電圧値を基準データとして
記憶しておくとともに、その次のタイミングで取り込ん
だ信号１３の電圧と記憶された基準データと比較してそ
の誤差信号をレベル制御器７へ出力する。
で信号１３を取り込み、その電圧値を基準データとして
記憶しておくとともに、その次のタイミングで取り込ん
だ信号１３の電圧と記憶された基準データと比較してそ
の誤差信号をレベル制御器７へ出力する。
【００２０】レベル制御器７では比較器６から出力され
た誤差信号を受けてキャビティ２内のマイクロ波帯信号
発生部１０より出力されるマイクロ波帯信号８のレベル
を一定に保つために信号１４のレベルを制御する。
た誤差信号を受けてキャビティ２内のマイクロ波帯信号
発生部１０より出力されるマイクロ波帯信号８のレベル
を一定に保つために信号１４のレベルを制御する。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のルビジウ
ム原子発振器によれば、ルビジウム原子発振器内部に光
マイクロ波ユニット、比較器、レベル制御器、マイクロ
波帯信号発生部を接続して、フィードバック系を構成し
たことにより、キャビティ内部のマイクロ波帯信号レベ
ルを一定に保つことができる。この結果、光吸収特性が
安定するため、光マイクロ波ユニットの出力信号も安定
する。従って、本発明によれば、ＶＣＸＯの周波数制御
信号が安定し、ルビジウム原子発振器としての出力周波
数の安定度を向上できるという効果がある。
ム原子発振器によれば、ルビジウム原子発振器内部に光
マイクロ波ユニット、比較器、レベル制御器、マイクロ
波帯信号発生部を接続して、フィードバック系を構成し
たことにより、キャビティ内部のマイクロ波帯信号レベ
ルを一定に保つことができる。この結果、光吸収特性が
安定するため、光マイクロ波ユニットの出力信号も安定
する。従って、本発明によれば、ＶＣＸＯの周波数制御
信号が安定し、ルビジウム原子発振器としての出力周波
数の安定度を向上できるという効果がある。
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図２】マイクロ波帯信号の周波数に依存してＲｂガス
セルにおけるＲｂランプ光の吸収率の変化、すなわち光
吸収特性を示す図である。
セルにおけるＲｂランプ光の吸収率の変化、すなわち光
吸収特性を示す図である。
【図３】従来のルビジウム原子発振器における光マイク
ロ波ユニット周辺の構成を示すブロック図である。
ロ波ユニット周辺の構成を示すブロック図である。
１ Ｒｂランプ ２ キャビティ ３ 光マイクロ波ユニット ４ Ｒｂガスセル ５ 受光素子 ６ 比較器 ７ レベル制御器 ８ マイクロ波帯信号 ９ ＶＣＸＯ １０ マイクロ波帯信号発生部
Claims (2)
- 【請求項１】光ポンピングの光源であるルビジウムラン
プ（以下「Ｒｂランプ」という）と、 マイクロ波帯信号で原子共鳴するルビジウム金属を封入
してなるルビジウムガスセル（以下「Ｒｂガスセル」と
いう）と、マイクロ波帯信号発生部と、を含むキャビテ
ィと、 前記Ｒｂガスセルを透過した後の前記Ｒｂランプの光を
電気信号に変換する受光素子と、 を光マイクロ波ユニット内部に備え、 前記光マイクロ波ユニットの外部に配設され、前記受光
素子にて変換された電気信号を発振周波数を制御する信
号として入力する電圧制御水晶発振器（以下「ＶＣＸ
Ｏ」という）を備え、 前記ＶＣＸＯの出力を原子発振器の出力信号とするルビ
ジウム原子発振器において、 前記ＶＣＸＯの出力信号を入力とするレベル制御器と、 前記受光素子にて変換された前記電気信号を入力し、該
電気信号の時間変動量を検出し該時間変動量を誤差信号
として前記レベル制御部に供給する比較器と、を備え、 前記レベル制御器が、前記比較器からの前記誤差信号に
基づき、前記ＶＣＸＯの前記出力信号のレベルを制御し
て前記キャビティ内の前記マイクロ波帯信号発生部に供
給し、前記キャビティ内のマイクロ波帯信号レベルを一
定に制御するようにしたことを特徴とするルビジウム原
子発振器。 - 【請求項２】前記比較器が、前記受光素子からの電気信
号について先にサンプリングした値と今回のサンプリン
グ値との差を前記誤差信号として前記レベル制御器に供
給することを特徴とする請求項１記載のルビジウム原子
発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7353394A JP2689974B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | ルビジウム原子発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7353394A JP2689974B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | ルビジウム原子発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09186590A JPH09186590A (ja) | 1997-07-15 |
| JP2689974B2 true JP2689974B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=18430549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7353394A Expired - Lifetime JP2689974B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | ルビジウム原子発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2689974B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007087988A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Epson Toyocom Corp | 光マイクロ波共鳴器用キャビティ |
-
1995
- 1995-12-28 JP JP7353394A patent/JP2689974B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09186590A (ja) | 1997-07-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970729 |