JP2908397B1 - ルビジウム原子発振器 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 小型で経済的なルビジウム原子発振器を提供
する。 【解決手段】 周波数合成器１０２および１１０は、電
圧制御水晶発振器１の出力信号から第１の周波数の信号
および第２の周波数の位相変調信号を発生する。位相同
期発振器は、電圧制御水晶発振器１の出力信号に位相同
期し、かつ、位相変調信号により位相変調された第３の
周波数の信号を出力する。混合器７は、第１の周波数の
信号と第３の周波数の信号を合成して光マイクロ波共鳴
部８に供給し、周波数制御器９はこの光マイクロ波共鳴
部８から得られる共鳴信号との周波数誤差をなくすよう
周波数制御電圧を電圧制御水晶発振器１に供給する。こ
こで、第１の周波数合成器、第２の周波数合成器および
前記位相同期発振器に関連した論理回路はＰＬＤ１００
により構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ポンピングを
利用したルビジウム原子発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来のルビジウム原子発振器の構
成を示すブロック図である。この図において、１はこの
ルビジウム原子発振器としての出力信号ＯＵＴを出力す
る電圧制御水晶発振器、２はこの電圧制御水晶発振器１
の出力信号ＯＵＴから５．３１２５ＭＨｚの信号を合成
する周波数合成器である。また、３は電圧制御水晶発振
器１の出力信号ＯＵＴを分周する分周器である。そし
て、位相比較器４、電圧制御発振器５および分周器６か
らなるループ回路は、この分周器３の出力信号に位相同
期した７６０ＭＨｚの信号を出力する位相同期発振器を
構成している。７は、周波数合成器２から出力される
５．３１２５ＭＨｚの信号と電圧制御発振器５から出力
される７６０ＭＨｚの出力信号とを混合することによ
り、後述する原子共鳴を発生させるのに必要な信号を発
生する混合器である。８はこの混合器７の出力信号によ
り原子共鳴が引き起こされ、６．８３４６８７５ＧＨｚ
のマイクロ波を発生する光マイクロ波共鳴部である。９
はこの光マイクロ波共鳴部８から得られる共鳴信号に基
づき、電圧制御水晶発振器１に与える周波数制御電圧を
調整する周波数制御器である。１０は、ルビジウム原子
発振器としての同期をかけるための位相変調信号（通常
は１００Ｈｚ程度）を電圧制御発振器５および周波数制
御器９に与える低周波発振器である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のルビジウム原子発振器は、電圧制御水晶発振器１以
外に５．３１２５ＭＨｚの信号を発生させる位相同期発
振器と、位相変調信号を発生させる低周波発振器１０を
設ける必要があるため、小型化が困難であるという問題
があった。また、上述した従来のルビジウム原子発振器
は、５．３１２５ＭＨｚの信号を発生させる位相同期発
振器と位相変調信号を発生させる低周波発振器１０とを
相互に独立した発振器とする必要があり、計３個の発振
器が必要となるため、構成が複雑になるという問題があ
った。

【０００４】この発明は以上説明した事情に鑑みてなさ
れたものであり、小型で経済的なルビジウム原子発振器
を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明では、電圧制御
水晶発振器の出力信号を論理合成することにより、５．
３１２５ＭＨｚの信号および位相変調信号を発生させる
１チップデバイスを有する。また、この発明では、６．
８３４６８７５ＧＨｚのマイクロ波を発生させる主信号
となる信号（例えば７６０ＭＨｚ）と電圧制御水晶発振
器の出力信号との位相比較を行う回路を上述の１チップ
デバイス内に構成する。この発明によれば、周波数変換
部分を全て論理回路化し、１チップデバイスにて構成し
たため、従来必要であった独立した別の発振器や周波数
変換回路を構成する必要がない。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施形
態であるルビジウム原子発振器の構成を示すブロック図
である。なお、この図において、上述した図２と対応す
る部分には同一の符号が付されている。

【０００７】本実施形態に係るルビジウム原子発振器で
は、前掲図２の周波数合成器２、分周器３、位相比較器
４、分周器６および低周波発振器１０に代えて、１チッ
プデバイスであるＰＬＤ（Programable Logic Device）
１００が設けられている。そして、このＰＬＤ１００内
には、第１の周波数合成器１０２、分周器１０３、位相
比較器１０４、分周器１０６および第２の周波数合成器
１１０が構成されている。このＰＬＤ１００内の周波数
合成器１０２、分周器１０３、位相比較器１０４および
分周器１０６は、前掲図２の周波数合成器２、分周器
３、位相比較器４および分周器６に各々対応している。
また、前掲図２においては、低周波発振器１０により位
相変調信号を発生したが、本実施形態では、ＰＬＤ１０
０内の第２の周波数合成器１１０が電圧制御水晶発振器
１の出力信号から１３６Ｈｚの位相変調信号を発生す
る。

【０００８】次に本実施形態の動作について説明する。
電圧制御水晶発振器１からは例えば１０ＭＨｚの出力信
号が出力される。この１０ＭＨｚの出力信号は、ＰＬＤ
１００内の第１の周波数合成器１０２によって１７／３
２分周される。この結果、周波数合成器１０２から５．
３１２５ＭＨｚの信号が出力され、ＰＬＤ１００の外部
の混合器７に供給される。

【０００９】また、電圧制御水晶発振器１から出力され
る１０ＭＨｚの信号は、ＰＬＤ１００内の分周器１０３
により分周され、この分周器１０３の出力信号は位相比
較器１０４の一方の入力端に供給される。

【００１０】この位相比較器１０４の他方の入力端に
は、ＰＬＤ１００の外部の電圧制御発振器５の出力信号
をＰＬＤ１００内の分周器１０６により分周した信号が
供給される。そして、分周器１０３の出力信号と分周器
１０６の出力信号の位相誤差に応じた周波数制御電圧が
電圧制御発振器５に供給される。本実施形態では、電圧
制御発振器５の出力周波数が７６０ＭＨｚとなったとき
に位相比較器１０４、電圧制御発振器５および分周器１
０６からなる位相同期発振器が位相同期状態となるよう
に分周器１０３および１０６の分周比が定められてい
る。

【００１１】一方、電圧制御水晶発振器１から出力され
る１０ＭＨｚの信号は、ＰＬＤ１００内の周波数合成器
１１０に供給され、（１／７３７２８（１／２１３＊１
／３）２なる分周比で分周される。この結果、１３６Ｈ
ｚの位相変調信号が周波数合成器１１０から出力され、
位相同期発振器における電圧制御発振器５に供給され
る。

【００１２】この結果、１３６Ｈｚの位相変調信号によ
り位相変調された７６０ＭＨｚの信号が電圧制御発振器
５から出力され、混合器７に供給される。

【００１３】そして、混合器７では、この位相変調され
た７６０ＭＨｚの信号と、周波数合成器１０２から出力
される５．３１２５ＭＨｚの信号とが混合され、光マイ
クロ波共鳴部８に供給される。

【００１４】この光マイクロ波共鳴部８の内部では、混
合器７の出力信号が９逓倍され、位相変調の加わった
６．８３４６８７５ＧＨｚの信号が発生され、Ｒｂ原子
がこれに共鳴する。

【００１５】周波数制御器９では、この光マイクロ波共
鳴部８から得られる共鳴信号と、周波数合成器１１０か
ら出力される１３６Ｈｚの位相変調信号とから、Ｒｂ原
子の共鳴信号と電圧制御水晶発振器１の出力信号とを位
相同期させるのに必要な周波数制御電圧が発生され、こ
の周波数制御電圧が電圧制御水晶発振器１に供給され
る。この結果、Ｒｂ原子の共鳴周波数と同期した高安定
な出力信号ＯＵＴが電圧制御水晶発振器１から出力され
る。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、従来と同様の機能を持ったまま、多くのブロックを
必要としていた回路を１チップデバイスにて実現できる
からルビジウム原子発振器を簡素かつ小型にすることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態であるルビジウム原子
発振器の構成を示すブロック図である。

【図２】 従来のルビジウム原子発振器の構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ 電圧制御水晶発振器 １００ ＰＬＤ １０２ 周波数合成器 １０３ 分周器 １０４ 位相比較器 １０６ 分周器 １１０ 周波数合成器 ５ 電圧制御発振器 ７ 混合器 ８ 光マイクロ波共鳴部 ９ 周波数制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−14194（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−181225（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−238414（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H03L 7/26 H01S 1/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 最終的な出力信号を発生する電圧制御水
   晶発振器と、 前記電圧制御水晶発振器の出力信号から第１の周波数の
   信号を発生する第１の周波数合成器と、 前記電圧制御水晶発振器の出力信号から、ルビジウム原
   子発振器としての同期をかけるための第２の周波数の位
   相変調信号を発生する第２の周波数合成器と、 前記電圧制御水晶発振器の出力信号に位相同期し、か
   つ、前記位相変調信号により位相変調された第３の周波
   数の信号を出力する位相同期発振器と、 前記第１の周波数の信号と前記第３の周波数の信号を合
   成し、Ｒｂ原子の共鳴を引き起こすのに必要な信号を出
   力する混合器と、 前記混合器の出力信号により、Ｒｂ原子の共鳴を引き起
   こし、その共鳴信号を出力する光マイクロ波共鳴部と、前記共鳴信号と前記位相変調信号とから、 前記電圧制御
   水晶発振器の出力信号と前記光マイクロ波共鳴部から得
   られる共鳴信号との周波数誤差をなくすよう周波数制御
   電圧を前記電圧制御水晶発振器に供給する周波数制御器
   とを具備し、 前記第１の周波数合成器、第２の周波数合成器および前
   記位相同期発振器に関連した論理回路を１チップデバイ
   スにより構成したことを特徴とするルビジウム原子発振
   器。
2. 【請求項２】 前記１チップデバイスがＰＬＤであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のルビジウム原子発振
   器。