JP5724492B2

JP5724492B2 - Atomic oscillator

Info

Publication number: JP5724492B2
Application number: JP2011058558A
Authority: JP
Inventors: 幸治珎道; 義之牧
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: JP2012195788A

Description

本発明は、原子発振器に関するものである。 The present invention relates to an atomic oscillator.

従来から、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周波数安定度の高い発振信号を得る原子発振器が知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載の原子発振器は、励起光を出射する光源と、励起光に光学的処理を施す光学レンズおよび偏光板を備える光学系と、ガス状のアルカリ金属原子が封入されたガスセルと、ガスセルを通過した励振光を検出する光検出部とを有している。また、この原子発振器は、所望の特性を安定して発揮するために、ガスセルを所定温度に保つ第１温調手段（例えば、ヒーター）と、光源を所定温度に保つ第２温調手段（例えば、ペルチェ素子）とを有している。 2. Description of the Related Art Conventionally, an atomic oscillator that obtains an oscillation signal having high frequency stability based on energy transition of atoms of alkali metals such as rubidium and cesium is known (for example, Patent Document 1).
An atomic oscillator described in Patent Document 1 includes a light source that emits excitation light, an optical system that includes an optical lens that performs optical processing on the excitation light, and a polarizing plate, a gas cell in which gaseous alkali metal atoms are enclosed, And a light detection unit that detects excitation light that has passed through the gas cell. Further, this atomic oscillator has a first temperature adjusting means (for example, a heater) for keeping the gas cell at a predetermined temperature and a second temperature adjusting means (for example, for maintaining the light source at a predetermined temperature) in order to stably exhibit desired characteristics. , Peltier element).

ところで、今後、原子発振器の利用分野が拡大し、幅広い温度域（現状では、−５０℃〜＋８０℃）で使用されることが想定される。しかしながら、第１温調手段や第２温調手段は、その温度制御能力に限りがあり、環境温度によっては、ガスセルや光源を所定温度に保つことが困難な場合もある。例えば、環境温度が−５０℃と極めて低い場合には、ガスセルおよび光源を充分に加熱することができずに、ガスセルおよび光源を所定温度に保持することができない場合がある。
このように、特許文献１の原子発振器では、環境温度に影響されて所望の特性を発揮することができないという問題があった。 By the way, it is assumed that the field of use of atomic oscillators will expand in the future, and that it will be used in a wide temperature range (-50 ° C to + 80 ° C at present). However, the first temperature control means and the second temperature control means have limited temperature control capability, and depending on the environmental temperature, it may be difficult to maintain the gas cell and the light source at a predetermined temperature. For example, when the environmental temperature is as extremely low as −50 ° C., the gas cell and the light source may not be sufficiently heated, and the gas cell and the light source may not be maintained at a predetermined temperature.
As described above, the atomic oscillator disclosed in Patent Document 1 has a problem that it cannot be affected by the environmental temperature and exhibit desired characteristics.

米国特許６３２０４７２号公報US Pat. No. 6,320,472

本発明の目的は、環境温度に関わらず、ガスセルおよび光出射部を所定温度範囲に保つことができ、安定して所望の特性を発揮することのできる原子発振器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an atomic oscillator that can maintain a gas cell and a light emitting portion in a predetermined temperature range regardless of the environmental temperature and can stably exhibit desired characteristics.

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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の原子発振器は、アルカリ金属原子を有するガスセルと、
前記ガスセルの温度を調整する第１の温度可変部と、
前記アルカリ金属原子を励起する励起光を出射する光出射部と、
前記光出射部の温度を調整する第２の温度可変部と、
前記ガスセル、前記第１の温度可変部、前記光出射部および前記第２の温度可変部を収納する第１のパッケージと、
前記第１のパッケージの温度を調整する第３の温度可変部と、
前記第１の温度可変部によって前記ガスセルの温度を所定温度に調整することができ、かつ、前記第２の温度可変部によって前記光出射部の温度を所定温度に調整することができる温度範囲のうちの下限値をＴＬとし、上限値をＴＨとしたとき、環境温度が前記ＴＬより低いか、或いは前記ＴＨより高い場合に、前記第３の温度可変部を駆動する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記環境温度が前記ＴＬ以上、且つ前記ＴＨ以下の場合に、前記第３の温度可変部の駆動を停止させ、前記第１の温度可変部および前記第２の温度可変部を駆動させることを特徴とする。
これにより、環境温度に関わらず、ガスセルおよび光出射部を所定温度範囲に保つことができ、安定して所望の特性を発揮することのできる原子発振器を提供することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1]
The atomic oscillator of the present invention includes a gas cell having an alkali metal atom,
A first temperature variable section for adjusting the temperature of the gas cell;
A light emitting portion for emitting excitation light for exciting the alkali metal atom;
A second temperature variable unit for adjusting the temperature of the light emitting unit;
A first package that houses the gas cell, the first temperature variable unit, the light emitting unit, and the second temperature variable unit;
A third temperature variable section for adjusting the temperature of the first package;
Wherein the first temperature variable portion can adjust the temperature of the gas cell to a predetermined temperature, and a temperature range capable of adjusting the temperature of the light emitting portion to a predetermined temperature by the second temperature variable portion When the lower limit value is TL and the upper limit value is TH, when the environmental temperature is lower than the TL or higher than the TH, a control unit that drives the third temperature variable unit;
Have
The control unit stops the driving of the third temperature variable unit when the environmental temperature is equal to or higher than the TL and equal to or lower than the TH, and the first temperature variable unit and the second temperature variable unit are stopped. It is characterized by being driven.
Accordingly, it is possible to provide an atomic oscillator that can maintain the gas cell and the light emitting portion in a predetermined temperature range regardless of the environmental temperature and can stably exhibit desired characteristics.

［適用例２］
本発明の原子発振器では、前記制御部が制御する前記ガスセルの所定温度をＴａとし、前記光出射部の所定温度をＴｂとしたとき、前記制御部は、前記第１のパッケージの温度を前記Ｔａと前記Ｔｂの間の温度になるように前記第３の温度可変部の駆動を制御することが好ましい。
これにより、より効率的かつ確実に、第１の温度可変部によってガスセルを所定温度とするとともに、第２の温度可変部によって光出射部を所定温度とすることができる。また、第１の温度可変部、第２の温度可変部および第３の温度可変部をバランスよく駆動させること、すなわち第１の温度可変部、第２の温度可変部、第３の温度可変部のうちのいずれかの温調部が他の温調部に対して過度に駆動することを防止できるため、省電力駆動が可能となる。また、これにより、各温調部の仕事量を抑えることができ、各温調部の小型化、すなわち原子発振器の小型化を図ることができる。 [Application Example 2 ]
The atomic oscillator of the present invention, the predetermined temperature of the gas cell in which the control unit controls the Ta, when a predetermined temperature of the light emitting portion and the Tb, the control unit, the temperature of the first package Ta it is preferable to control the third driving temperature variable portion of such that the temperature between the Tb with.
As a result, the gas cell can be set to the predetermined temperature by the first temperature variable unit and the light emitting unit can be set to the predetermined temperature by the second temperature variable unit more efficiently and reliably. Further, the first temperature variable unit, the second temperature variable unit, and the third temperature variable unit are driven in a balanced manner, that is, the first temperature variable unit, the second temperature variable unit, and the third temperature variable unit. Since any one of the temperature control units can be prevented from being excessively driven with respect to the other temperature control units, power-saving drive is possible. In addition, this makes it possible to suppress the work amount of each temperature control unit, and to reduce the size of each temperature control unit, that is, to reduce the size of the atomic oscillator.

［適用例３］
本発明の原子発振器では、前記第３の温度可変部は、ペルチェ素子を有し、
前記ペルチェ素子は、一方の面が前記第１のパッケージの外側の面側に配置されていることが好ましい。
これにより、第１のパッケージをより精度よく温調することができる。 [Application Example 3 ]
In the atomic oscillator of the present invention, the third temperature variable unit includes a Peltier element,
It is preferable that one surface of the Peltier element is disposed on the outer surface side of the first package.
Thereby, the temperature of the first package can be adjusted with higher accuracy.

［適用例４］
本発明の原子発振器では、前記第１のパッケージおよび前記第３の温度可変部を収納する第２のパッケージを有することが好ましい。
これにより、第３の温度可変部によって、第１のパッケージとともに、第２のパッケージの内部空間（すなわち第１のパッケージの周囲）を温調することができるため、より効率的に、第３の温度可変部によって第１のパッケージを温調することができる。 [Application Example 4]
In the atomic oscillator according to the aspect of the invention, it is preferable to include a second package that houses the first package and the third temperature variable unit.
Thereby, the temperature of the internal space of the second package (that is, the periphery of the first package) can be controlled together with the first package by the third temperature variable unit, so that the third package can be more efficiently operated. The temperature of the first package can be adjusted by the temperature variable unit.

［適用例５］
本発明の原子発振器では、前記第２のパッケージは、前記ペルチェ素子の他方の面側に配置されていることが好ましい。
これにより、吸発熱体から発生する熱を原子発振器の外部へ効率的に放出することができる。
［適用例６］
本発明の原子発振器では、前記第２のパッケージは、熱伝導率が１４（Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）以上の材料を含んでいることが好ましい。
これにより、より効率的に、吸発熱体から発生する熱を原子発振器の外部へ効率的に放出することができる。 [Application Example 5 ]
In the atomic oscillator according to the aspect of the invention, it is preferable that the second package is disposed on the other surface side of the Peltier element.
As a result, the heat generated from the heat absorbing and generating body can be efficiently released to the outside of the atomic oscillator.
[Application Example 6 ]
In the atomic oscillator according to the aspect of the invention, it is preferable that the second package includes a material having a thermal conductivity of 14 (W · m ⁻¹ · K ⁻¹ ) or more.
As a result, the heat generated from the heat absorption and heating element can be efficiently released to the outside of the atomic oscillator.

［適用例７］
本発明の原子発振器では、前記第１のパッケージは、前記ガスセルおよび前記第１の温度可変部が配置されている空間と、前記光出射部および前記第２の温度可変部が配置されている空間とを仕切る仕切部を有しており、前記仕切部は、光透過性を有していることが好ましい。
これにより、ガスセルおよび光出射部をそれぞれ効率的にかつ安定して所定温度に温調することができる。 [Application Example 7 ]
In the atomic oscillator of the present invention, the first package includes a space in which the gas cell and the first temperature variable unit are disposed, and a space in which the light emitting unit and the second temperature variable unit are disposed. It is preferable that the partition part has a light transmission property.
Thereby, the temperature of the gas cell and the light emitting part can be adjusted to a predetermined temperature efficiently and stably.

本発明の好適な実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the atomic oscillator which concerns on suitable embodiment of this invention. 図１に示す原子発振器に備えられたガスセル内のアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the energy state of the alkali metal in the gas cell with which the atomic oscillator shown in FIG. 1 was equipped. 図１に示す原子発振器に備えられた光出射部および光検出部について、光出射部からの２つの光の周波数差と、光検出部の検出強度との関係を示すグラフである。2 is a graph showing a relationship between a frequency difference between two lights from a light emitting unit and a detection intensity of the light detecting unit for the light emitting unit and the light detecting unit provided in the atomic oscillator shown in FIG. 1. 環境温度、第２のパッケージの温度、第１のパッケージの温度、ガスセルおよび光出射部の温度の関係の一例を図示したグラフである。It is the graph which illustrated an example of the relationship between environmental temperature, the temperature of a 2nd package, the temperature of a 1st package, the temperature of a gas cell, and a light emission part.

以下、本発明の原子発振器を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す断面図、図２は、図１に示す原子発振器に備えられたガスセル内のアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図３は、図１に示す原子発振器に備えられた光出射部および光検出部について、光出射部からの２つの光の周波数差と、光検出部の検出強度との関係を示すグラフ、図４は、環境温度、第２のパッケージの温度、第１のパッケージの温度、ガスセルおよび光出射部の温度の関係の一例を図示したグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」と言う。 Hereinafter, an atomic oscillator of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an atomic oscillator according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining an energy state of an alkali metal in a gas cell provided in the atomic oscillator shown in FIG. FIGS. 3A and 3B are graphs showing the relationship between the frequency difference between two lights from the light emitting portion and the detection intensity of the light detecting portion for the light emitting portion and the light detecting portion provided in the atomic oscillator shown in FIG. FIG. 4 is a graph illustrating an example of the relationship between the environmental temperature, the temperature of the second package, the temperature of the first package, the temperature of the gas cell and the light emitting unit. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper”, the lower side as “lower”, the left side as “left”, and the right side as “right”.

１．原子発振器の構成
まず、原子発振器１の構成について説明する。
なお、以下では、量子干渉効果を利用した原子発振器に本発明を適用した場合を一例として説明するが、本発明は、これに限定されるものでななく、二重共鳴効果を利用した原子発振器にも適用可能である。
図１に示すように、原子発振器１は、ガス状の金属原子を封入したガスセル２と、光検出部３と、ガスセル２の温度を変化させる手段を有する第１の温度可変部４１と、励起光を出射する光出射部５と、光出射部５の温度を変化させる手段を有する第２の温度可変部４２と、これらを収納する第１のパッケージ６と、第１のパッケージ６の温度を変化させる手段を有する第３の温度可変部４３と、第１のパッケージ６および第３の温度可変部４３を収納する第２のパッケージ７と、各温調部４１、４２、４３の駆動を制御する制御部８と、環境温度（原子発振器１の周辺温度）を検知する環境温度検知部９とを有している。以下、これら各部について順次詳細に説明する。 1. First, the configuration of the atomic oscillator 1 will be described.
In the following, the case where the present invention is applied to an atomic oscillator using the quantum interference effect will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the atomic oscillator using the double resonance effect is described. It is also applicable to.
As shown in FIG. 1, the atomic oscillator 1 includes a gas cell 2 in which gaseous metal atoms are sealed, a light detection unit 3, a first temperature variable unit 41 having means for changing the temperature of the gas cell 2, and excitation. The light emission part 5 which emits light, the 2nd temperature variable part 42 which has a means to change the temperature of the light emission part 5, the 1st package 6 which accommodates these, The temperature of the 1st package 6 is set. Controls the driving of the third temperature variable section 43 having means for changing, the second package 7 housing the first package 6 and the third temperature variable section 43, and the temperature control sections 41, 42, 43. And a control unit 8 for detecting the environmental temperature (a temperature around the atomic oscillator 1). Hereinafter, each of these units will be sequentially described in detail.

（ガスセル）
ガスセル２は、筒状の本体２１と、その本体２１の両端開口部を封鎖する窓部２２、２３とを有しており、その内部に、密閉されたキャビティが形成されている。このキャビティ内には、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原子が封入される。 (Gas cell)
The gas cell 2 has a cylindrical main body 21 and window portions 22 and 23 for sealing both end openings of the main body 21, and a sealed cavity is formed therein. In this cavity, gaseous alkali metal atoms such as rubidium, cesium and sodium are enclosed.

窓部２２、２３は、金属原子ガスを励起する励起光の光路の入射面および出射面を構成する。そのため、各窓部２２、２３は、例えばガラスなどの光透過性を有する材料で構成されている。一方、本体２１は、光透過性を必要としないので、各種金属材料、各種樹脂材料などにより構成されていてもよく、また、窓部２２、２３と同じガラスなどの光透過性材料により構成されていてもよい。 The windows 22 and 23 constitute an entrance surface and an exit surface of the optical path of excitation light that excites the metal atom gas. Therefore, each window part 22 and 23 is comprised with the material which has light transmittances, such as glass, for example. On the other hand, since the main body 21 does not require light transmission, the main body 21 may be formed of various metal materials, various resin materials, and the like, and is formed of a light-transmitting material such as the same glass as the window portions 22 and 23. It may be.

（光検出部）
光検出部３は、ガスセル２の右側に設けられている。この光検出部３は、ガスセル２を透過した励起光（後述する共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有している。光検出部３としては、特に限定されず、例えば、太陽電池やフォトダイオードなどを用いることができる。 (Light detector)
The light detection unit 3 is provided on the right side of the gas cell 2. The light detection unit 3 has a function of detecting the intensity of excitation light (resonance light 1 and 2 described later) transmitted through the gas cell 2. The light detection unit 3 is not particularly limited, and for example, a solar cell or a photodiode can be used.

（第１の温度可変部）
第１の温度可変部４１は、ガスセル２を加熱する加熱部４１１（ガスセル２の温度を変化させる手段）と、ガスセル２の温度（本体２１の外表面の温度）を検知する温度検知部４１２とを有している。
加熱部４１１は、窓部２２の外側の面に設けられた第１ヒーター４１１ａと、窓部２３の外側の面に設けられた第２ヒーター４１１ｂとを有している。これらヒーター４１１ａ、４１１ｂは、それぞれ、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、Ｉｎ_３Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｓｂ含有ＳｎＯ_２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等の透明電極材料で構成された透明電極膜である。 (First temperature variable part)
The first temperature variable unit 41 includes a heating unit 411 for heating the gas cell 2 (means for changing the temperature of the gas cell 2), and a temperature detection unit 412 for detecting the temperature of the gas cell 2 (the temperature of the outer surface of the main body 21). have.
The heating unit 411 includes a first heater 411 a provided on the outer surface of the window portion 22 and a second heater 411 b provided on the outer surface of the window portion 23. Each of these heaters 411a and 411b is made of a transparent electrode material such as an oxide such as ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), In ₃ O ₃ , SnO ₂ , Sb-containing SnO ₂ , and Al-containing ZnO. Transparent electrode film.

ヒーター４１１ａ、４１１ｂがそれぞれ透明電極材料で構成されていると、これらヒーター４１１ａ、４１１ｂをガスセル２の外表面の励起光の光路となる部分に設けることができる。そのため、ガスセル２の励起光の入射部および出射部をヒーター４１１ａ、４１１ｂにより効率的に加熱することができる。その結果、ガスセル２の内壁面の励起光の光路となる部分にアルカリ金属原子が析出（結露）するのを防止することができ、原子発振器１の長寿命化を図ることができる。 When the heaters 411a and 411b are each made of a transparent electrode material, these heaters 411a and 411b can be provided in a portion serving as an optical path of excitation light on the outer surface of the gas cell 2. Therefore, the incident part and the emission part of the excitation light of the gas cell 2 can be efficiently heated by the heaters 411a and 411b. As a result, it is possible to prevent alkali metal atoms from precipitating (condensation) on the portion of the inner wall surface of the gas cell 2 that serves as the optical path of the excitation light, and to extend the life of the atomic oscillator 1.

温度検知部４１２は、例えば、ガスセル２の本体２１の外表面に設けられたサーミスタで構成される。これにより、ガスセル２の温度をより正確に検知することができる。
第１、第２ヒーター４１１ａ、４１２ｂおよび温度検知部４１２は、それぞれ、制御手段（制御回路）８に電気的に接続されている。制御部８は、温度検知部４１２の検知結果に基づいて、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１２ｂの駆動（出力）を制御することにより、ガスセル２を所定温度に保つように構成されている。なお、ガスセル２は、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂによって、例えば約６０℃以上、８０℃以下程度に温度制御される。 The temperature detection part 412 is comprised with the thermistor provided in the outer surface of the main body 21 of the gas cell 2, for example. Thereby, the temperature of the gas cell 2 can be detected more accurately.
The first and second heaters 411a and 412b and the temperature detection unit 412 are electrically connected to the control means (control circuit) 8, respectively. The control unit 8 is configured to keep the gas cell 2 at a predetermined temperature by controlling the drive (output) of the first and second heaters 411a and 412b based on the detection result of the temperature detection unit 412. The temperature of the gas cell 2 is controlled to about 60 ° C. or more and about 80 ° C. or less by the first and second heaters 411a and 411b, for example.

（光出射部）
光出射部５は、ガスセル２中のアルカリ金属原子を励起する励起光を出射する機能を有している。より具体的には、光出射部５は、レーザー光のような干渉性を有するコヒーレント光として、周波数の異なる２種の光（共鳴光１、２）を出射する。このような光出射部５としては、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を用いることができる。 (Light emitting part)
The light emitting unit 5 has a function of emitting excitation light that excites alkali metal atoms in the gas cell 2. More specifically, the light emitting unit 5 emits two types of light (resonant lights 1 and 2) having different frequencies as coherent light having coherence such as laser light. As such a light emission part 5, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) can be used, for example.

ここで、ガスセル２中のアルカリ金属原子は、図２に示すように、３準位系のエネルギー準位を有しており、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。
共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル２中のアルカリ金属原子を前述した基底状態１から励起状態に励起し得るものであり、共鳴光２の周波数ω２は、ガスセル２中のアルカリ金属原子を前述した基底状態２から励起状態に励起し得るものである。 Here, as shown in FIG. 2, the alkali metal atom in the gas cell 2 has a three-level energy level, and two ground states (ground states 1 and 2) having different energy levels, , And can be in three states: an excited state. Here, the ground state 1 is a lower energy state than the ground state 2.
The frequency ω1 of the resonant light 1 can excite the alkali metal atoms in the gas cell 2 from the ground state 1 to the excited state, and the frequency ω2 of the resonant light 2 describes the alkali metal atoms in the gas cell 2 as described above. It can be excited from the ground state 2 to the excited state.

ガスセル２中のアルカリ金属原子に対して周波数の異なる２種の共鳴光１、２を照射すると、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光１、２のアルカリ金属原子における光吸収率（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、アルカリ金属原子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。 When two types of resonant lights 1 and 2 having different frequencies are irradiated to the alkali metal atoms in the gas cell 2, according to the difference (ω1-ω2) between the frequency ω1 of the resonant light 1 and the frequency ω2 of the resonant light 2 The light absorptivity (light transmittance) of the alkali metal atoms of the resonant lights 1 and 2 changes. When the difference (ω1−ω2) between the frequency ω1 of the resonant light 1 and the frequency ω2 of the resonant light 2 coincides with the energy difference between the ground state 1 and the ground state 2, the ground states 1 and 2 change to the excited state. Each excitation stops. At this time, both the resonant lights 1 and 2 are transmitted without being absorbed by the alkali metal atoms. Such a phenomenon is called a CPT phenomenon or an electromagnetically induced transparency (EIT) phenomenon.

例えば、共鳴光１の周波数ω１を固定したまま、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に一致したときに、光検出部３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、周波数安定性の高い発振器を構成することができる。 For example, if the frequency ω2 of the resonant light 2 is changed while the frequency ω1 of the resonant light 1 is fixed, the difference (ω1−ω2) between the frequency ω1 of the resonant light 1 and the frequency ω2 of the resonant light 2 is the ground state. When the frequency coincides with the frequency ω0 corresponding to the energy difference between 1 and the ground state 2, the detection intensity of the light detection unit 3 increases sharply as shown in FIG. Such a steep signal is detected as an EIT signal. This EIT signal has an eigenvalue determined by the type of alkali metal. Therefore, an oscillator with high frequency stability can be configured by using such an EIT signal.

ここで、光出射部５とガスセル２との間には、図示しない光学部品が設けられていてもよい。光学部品としては、例えば、励起光を平行光とするためのコリメータレンズや、励起光ＬＬのうち不要な光成分を取り除いて必要な光成分のみを通過させる分光を行ったり、光の強度を調整したりする光学素子層が挙げられる。前記光学素子層は、例えば、減光フィルター（ＮＤフィルター）と、λ／４波長板とを積層してなるものを用いることができる。このような光学部品を配置することによって、励起光に所望の光学的処理を施すことができるため、原子発振器１の特性が向上する。 Here, an optical component (not shown) may be provided between the light emitting unit 5 and the gas cell 2. Optical components include, for example, a collimator lens for making excitation light into parallel light, or performing spectroscopy that removes unnecessary light components from the excitation light LL and passing only necessary light components, and adjusting the light intensity. Or an optical element layer. As the optical element layer, for example, a layer formed by laminating a neutral density filter (ND filter) and a λ / 4 wavelength plate can be used. By disposing such an optical component, it is possible to perform a desired optical process on the excitation light, so that the characteristics of the atomic oscillator 1 are improved.

（第２の温度可変部）
第２の温度可変部４２は、光出射部５を加熱・冷却する加熱・冷却部４２１（光出射部５の温度を変化させる手段）と、光出射部５の温度（表面温度）を検知する温度検知部４２２とを有している。
加熱・冷却部４２１は、板状（面状）のペルチェ素子４２１ａで構成されており、このペルチェ素子４２１ａの上面に光出射部５が設けられている。ペルチェ素子４２１ａは、流れる電流の向きを制御することにより、その上面を発熱面または吸熱面として機能させることができる。そのため、ペルチェ素子４２１ａの上面に光出射部５を設けることにより、光出射部５をより精度よく温度制御することができる。このようなペルチェ素子４２１ａで光出射部５を温度制御することによって、所望の特性の励起光を出射することができ、原子発振器１の信頼性が向上する。 (Second temperature variable part)
The second temperature variable unit 42 detects the temperature (surface temperature) of the light emitting unit 5 and the heating / cooling unit 421 (means for changing the temperature of the light emitting unit 5) for heating and cooling the light emitting unit 5. And a temperature detector 422.
The heating / cooling unit 421 includes a plate-like (planar) Peltier element 421a, and the light emitting unit 5 is provided on the upper surface of the Peltier element 421a. By controlling the direction of the flowing current, the upper surface of the Peltier element 421a can function as a heat generating surface or a heat absorbing surface. Therefore, by providing the light emitting part 5 on the upper surface of the Peltier element 421a, the temperature of the light emitting part 5 can be controlled with higher accuracy. By controlling the temperature of the light emitting section 5 with such a Peltier element 421a, excitation light having a desired characteristic can be emitted, and the reliability of the atomic oscillator 1 is improved.

温度検知部４２２は、例えば、ペルチェ素子４２１ａの上面に設けられたサーミスタで構成される。これにより、ペルチェ素子４２１ａの上面の温度を正確に検知でき、例えば、この温度を光出射部５の温度とすることにより、光出射部５の温度を簡単に検知することができる。
ペルチェ素子４２１ａおよび温度検知部４２２は、それぞれ、制御部８に電気的に接続されている。制御部８は、温度検知部４２２の検知結果に基づいて、ペルチェ素子４２１ａの駆動（電流の方向や強さ）を制御することにより、光出射部５を所定温度に保つように構成されている。なお、光出射部５は、ペルチェ素子４２１ａによって、例えば約２０℃以上、４０℃以下程度に温度制御される。 The temperature detection part 422 is comprised with the thermistor provided in the upper surface of the Peltier element 421a, for example. Thereby, the temperature of the upper surface of the Peltier element 421a can be accurately detected. For example, by setting this temperature as the temperature of the light emitting unit 5, the temperature of the light emitting unit 5 can be easily detected.
The Peltier element 421a and the temperature detection unit 422 are each electrically connected to the control unit 8. The control unit 8 is configured to keep the light emitting unit 5 at a predetermined temperature by controlling the driving (direction and intensity of current) of the Peltier element 421a based on the detection result of the temperature detection unit 422. . Note that the temperature of the light emitting unit 5 is controlled by the Peltier element 421a to about 20 ° C. or more and 40 ° C. or less, for example.

（第１のパッケージ）
図１に示すように、第１のパッケージ６は、ガスセル２と、光検出部３と、第１の温度可変部４１と、光出射部５と、第２の温度可変部４２とを収納している。また、第１のパッケージ６は、その内部空間を２つの空間Ｓ１、Ｓ２に仕切る仕切部６１を有している。空間Ｓ１には、ガスセル２、光検出部３および第１の温度可変部４１が位置しており、空間Ｓ２には、光出射部５と第２の温度可変部４２とが収納されている。前述したように、ガスセル２の温度（６０℃〜８０℃）と、光出射部５の温度（２０℃〜４０℃）とが異なっているため、仕切部６１によって、これらを空間的に分離（熱的に分離）することにより、ガスセル２および光出射部５をそれぞれ効率的にかつ安定して所定温度に温調することができる。 (First package)
As shown in FIG. 1, the first package 6 houses the gas cell 2, the light detection unit 3, the first temperature variable unit 41, the light emitting unit 5, and the second temperature variable unit 42. ing. The first package 6 has a partition 61 that partitions the internal space into two spaces S1 and S2. The gas cell 2, the light detection unit 3, and the first temperature variable unit 41 are located in the space S1, and the light emitting unit 5 and the second temperature variable unit 42 are accommodated in the space S2. As described above, since the temperature of the gas cell 2 (60 ° C. to 80 ° C.) and the temperature of the light emitting unit 5 (20 ° C. to 40 ° C.) are different, the partition unit 61 spatially separates them ( By thermally separating), the gas cell 2 and the light emitting part 5 can be adjusted to a predetermined temperature efficiently and stably.

なお、仕切部６１は、励起光の光路上に位置するため、例えばガラスなどの光透過性を有する材料で構成されている。
第１のパッケージ６内の空間Ｓ１、Ｓ２のうちの、少なくとも空間Ｓ２、好ましくは両空間Ｓ１、Ｓ２は、減圧状態またはアルゴンガス等の希ガスを充填した状態であるのが好ましい。これにより、原子発振器１の信頼性が向上する。 In addition, since the partition part 61 is located on the optical path of excitation light, it is comprised with the material which has light transmittances, such as glass, for example.
Of the spaces S1 and S2 in the first package 6, at least the space S2, preferably both the spaces S1 and S2, are preferably in a reduced pressure state or a state filled with a rare gas such as argon gas. Thereby, the reliability of the atomic oscillator 1 is improved.

第１のパッケージ６の構成材料は、特に限定されないが、比較的熱伝導率の高い材料、好ましくは熱伝導率が１４（Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）以上の材料であるのが好ましい。これにより、第３の温度可変部４３の後述するペルチェ素子４３１ａによって、効率的に第１のパッケージ６を加熱または冷却することができる。このような材料としては、特に限定されず、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等が挙げられる。
なお、第１のパッケージ６の構成としては、特に限定されず、例えば、内部に空間Ｓ１を有する第１パッケージと、内部に空間Ｓ２を有する第２パッケージとを接合して構成されていてもよい。 The constituent material of the first package 6 is not particularly limited, but is preferably a material having a relatively high thermal conductivity, preferably a material having a thermal conductivity of 14 (W · m ⁻¹ · K ⁻¹ ) or more. . Accordingly, the first package 6 can be efficiently heated or cooled by a Peltier element 431a described later of the third temperature variable unit 43. Such a material is not particularly limited, for example, various metals such as iron, nickel, cobalt, gold, platinum, silver, copper, manganese, aluminum, magnesium, zinc, lead, tin, titanium, tungsten, or these An alloy containing at least one of them can be used.
The configuration of the first package 6 is not particularly limited. For example, the first package 6 may be configured by joining a first package having a space S1 inside and a second package having a space S2 inside. .

（第３の温度可変部）
第３の温度可変部４３は、第１のパッケージ６を加熱・冷却する加熱・冷却部４３１と、第１のパッケージ６の温度（表面温度）を検知する温度検知部４３２とを有している。
加熱・冷却部４３１は、第２の温度可変部４２と同様に、ペルチェ素子４３１ａで構成されている。また、ペルチェ素子４３１ａは、その上面（すなわち、発熱面または吸熱面となる面）が第１のパッケージ６の外表面と接触するように設けられている。これより、ペルチェ素子４３１ａによって、第１のパッケージ６をより精度よく温度制御することができる。 (Third temperature variable part)
The third temperature variable unit 43 includes a heating / cooling unit 431 that heats and cools the first package 6 and a temperature detection unit 432 that detects the temperature (surface temperature) of the first package 6. .
The heating / cooling unit 431 is configured by a Peltier element 431a, like the second temperature variable unit 42. Further, the Peltier element 431 a is provided such that the upper surface (that is, the surface that becomes the heat generation surface or the heat absorption surface) is in contact with the outer surface of the first package 6. Thus, the temperature of the first package 6 can be more accurately controlled by the Peltier element 431a.

また、第１のパッケージ６のガスセル２が設けられている面を頂面とし、光出射部５が設けられている面を底面としたとき、ペルチェ素子４３１ａは、第１のパッケージ６の側面６ａに接触するように設けられている。これにより、ペルチェ素子４３１ａをガスセル２および光出射部５からなるべく遠ざけることができるため、ペルチェ素子４３１ａの駆動によってガスセル２および光出射部５の温度が不本意に変動するのを抑制することができる。 In addition, when the surface of the first package 6 on which the gas cell 2 is provided is the top surface and the surface on which the light emitting portion 5 is provided is the bottom surface, the Peltier element 431 a has the side surface 6 a of the first package 6. It is provided so that it may contact. Thereby, since the Peltier element 431a can be moved away from the gas cell 2 and the light emitting part 5 as much as possible, it is possible to suppress the temperature of the gas cell 2 and the light emitting part 5 from fluctuating unintentionally by driving the Peltier element 431a. .

温度検知部４３２は、例えば、第１のパッケージ６の外表面に設けられたサーミスタで構成される。これにより、第１のパッケージ６の温度を正確に検知できる。
ペルチェ素子４３１ａおよび温度検知部４３２は、それぞれ、制御部８に電気的に接続されている。制御部８は、温度検知部４３２の検知結果に基づいて、ペルチェ素子４３１ａの駆動（電流の方向や強さ）を制御することにより、第１のパッケージ６を所定温度範囲内に保つように構成されている。 The temperature detection unit 432 is configured by, for example, a thermistor provided on the outer surface of the first package 6. Thereby, the temperature of the first package 6 can be accurately detected.
The Peltier element 431a and the temperature detection unit 432 are each electrically connected to the control unit 8. The control unit 8 is configured to keep the first package 6 within a predetermined temperature range by controlling the driving (direction and strength of current) of the Peltier element 431a based on the detection result of the temperature detection unit 432. Has been.

（第２のパッケージ）
第２のパッケージ７は、第１のパッケージ６と、第３の温度可変部４３とを収納している。これにより、第３の温度可変部４３によって、第１のパッケージ６とともに、第２のパッケージ７の内部空間（すなわち第１のパッケージ６の周囲）を温度制御することができるため、より効率的に、第３の温度可変部４３によって第１のパッケージ６を温度制御することができる。 (Second package)
The second package 7 houses the first package 6 and the third temperature variable unit 43. Thereby, the temperature of the internal space of the second package 7 (that is, the periphery of the first package 6) can be controlled with the first temperature variable portion 43 together with the first package 6, so that it can be more efficiently performed. The temperature of the first package 6 can be controlled by the third temperature variable unit 43.

このような第２のパッケージ７は、その内面がペルチェ素子４３１ａの下面と接触するように設けられている。これにより、ペルチェ素子４３１ａの下面から発生する熱を原子発振器１の外部へ効率的に放出することができる。このような観点から、第２のパッケージ７は、比較的熱伝導率の高い材料、好ましくは熱伝導率が１４（Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）以上の材料で構成されているのが好ましい。これにより、上記効果がより顕著となる。このような材料としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等が挙げられる。 Such a second package 7 is provided such that its inner surface is in contact with the lower surface of the Peltier element 431a. Thereby, the heat generated from the lower surface of the Peltier element 431a can be efficiently released to the outside of the atomic oscillator 1. From such a viewpoint, the second package 7 is made of a material having a relatively high thermal conductivity, preferably a material having a thermal conductivity of 14 (W · m ⁻¹ · K ⁻¹ ) or more. preferable. Thereby, the above effect becomes more remarkable. Examples of such materials include various metals such as iron, nickel, cobalt, gold, platinum, silver, copper, manganese, aluminum, magnesium, zinc, lead, tin, titanium, and tungsten, or at least one of these. Examples include alloys containing seeds.

また、第２のパッケージ７は、透磁率の高い材料、好ましくは透磁率が１００（Ｎ／Ａ^２）以上の材料で構成されているのが好ましい。これにより、第２のパッケージ７に磁気遮蔽効果を付与することができ、特に、ガスセル２に不本意な磁界が作用してしまうことを防止することができる。これにより、種々の回路素子が集積された基板上にガスセル２が配置されても、所望の特性を安定して発揮することのできる原子発振器１となる。このような材料としては、特に限定されないが、前述した熱伝導のパラメータを考慮すると、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等が挙げられる。 The second package 7 is preferably made of a material having a high magnetic permeability, preferably a material having a magnetic permeability of 100 (N / A ² ) or more. Thereby, a magnetic shielding effect can be imparted to the second package 7, and in particular, it is possible to prevent an unintentional magnetic field from acting on the gas cell 2. Thereby, even if the gas cell 2 is disposed on a substrate on which various circuit elements are integrated, the atomic oscillator 1 can stably exhibit desired characteristics. Such a material is not particularly limited, but in consideration of the above-described heat conduction parameters, for example, iron, cobalt, nickel, or an alloy containing at least one of them can be used.

（環境温度検知部９）
環境温度検知部９は、原子発振器１の外部に露出するように第２のパッケージ７に設けられている。これにより、環境温度検知部９によって、正確に、環境温度を検知することができる。環境温度検知９としては、特に限定されず、例えば、サーミスタや、サーモパイル等を用いることができる。
環境温度検知部９は、制御部８に接続されており、環境温度検知部９の検知結果は、制御部８に送信される。
以上、原子発振器１の構成について説明した。 (Environmental temperature detector 9)
The environmental temperature detector 9 is provided in the second package 7 so as to be exposed to the outside of the atomic oscillator 1. Thereby, the ambient temperature can be accurately detected by the ambient temperature detector 9. The environmental temperature detection 9 is not particularly limited, and for example, a thermistor, a thermopile, or the like can be used.
The environmental temperature detection unit 9 is connected to the control unit 8, and the detection result of the environmental temperature detection unit 9 is transmitted to the control unit 8.
The configuration of the atomic oscillator 1 has been described above.

２．原子発振器の制御方法
次いで、原子発振器１の制御方法について図４に基づいて説明する。図４は、環境温度、第２のパッケージ７の温度、第１のパッケージ６の温度、ガスセル２および光出射部５の温度の関係の一例を図示したグラフである。
前述したように、原子発振器１では、第１の温度可変部４１によってガスセル２を温度制御し、第２の温度可変部４２によって光出射部５を温度制御し、第３の温度可変部４３によって第１のパッケージ６を温度制御するように構成されている。ここで、第１の温度可変部４１、第２の温度可変部４２の能力には限界があり、原子発振器１の小型化を図る観点からもその能力は充分に高いものでもない。そのため、例えば、原子発振器１が置かれる環境温度（原子発振器１の周辺温度）が低すぎると、第１の温度可変部４１を最大出力で駆動させてもガスセル２を所定温度まで加熱することができない場合がある。第２の温度可変部４２についても同様である。 2. Next, a method for controlling the atomic oscillator 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph illustrating an example of the relationship among the environmental temperature, the temperature of the second package 7, the temperature of the first package 6, the temperature of the gas cell 2 and the light emitting unit 5.
As described above, in the atomic oscillator 1, the temperature of the gas cell 2 is controlled by the first temperature variable unit 41, the temperature of the light emitting unit 5 is controlled by the second temperature variable unit 42, and the third temperature variable unit 43 is used. The first package 6 is configured to be temperature controlled. Here, the capability of the first temperature variable unit 41 and the second temperature variable unit 42 is limited, and the capability is not sufficiently high from the viewpoint of reducing the size of the atomic oscillator 1. Therefore, for example, if the environmental temperature (the ambient temperature of the atomic oscillator 1) where the atomic oscillator 1 is placed is too low, the gas cell 2 can be heated to a predetermined temperature even if the first temperature variable unit 41 is driven at the maximum output. There are cases where it is not possible. The same applies to the second temperature variable unit 42.

そこで、原子発振器１では、環境温度に関わらずに、ガスセル２および光出射部５を所定温度とすることができるように構成されている。以下、具体的に説明するが、第１の温度可変部４１がガスセル２を６０℃〜８０℃の範囲の任意の所定温度Ｔａ（例えば６５℃±０．５℃）に温度制御することができるとともに、第２の温度可変部４２が光出射部５を２０℃〜４０℃の範囲の任意の所定温度Ｔｂ（例えば２５℃±０．５℃）に温度制御することができる環境温度の下限値をＴＬとし、上限値をＴＨとする。言い換えれば、環境温度がＴＬ以上、且つＴＨ以下の場合には、第１、第２の温度可変部４１、４２によって、ガスセル２および光出射部５を所定温度とすることができることとする。なお、本実施形態では、第１の温度可変部４１が冷却機能を有していないため、温度Ｔａと温度ＴＨとは、ほぼ同じ温度に設定される。
原子発振器１では、環境温度がＴＬ以上、且つＴＨ以下の場合（第１の場合）と、それ以外の場合（第２の場合）とで制御方法が異なるため、以下では、これらの場合について順次説明する。 Therefore, the atomic oscillator 1 is configured such that the gas cell 2 and the light emitting unit 5 can be set to a predetermined temperature regardless of the environmental temperature. Hereinafter, although specifically described, the first temperature variable unit 41 can control the temperature of the gas cell 2 to an arbitrary predetermined temperature Ta (for example, 65 ° C. ± 0.5 ° C.) in the range of 60 ° C. to 80 ° C. In addition, the lower limit value of the environmental temperature at which the second temperature variable unit 42 can control the temperature of the light emitting unit 5 to an arbitrary predetermined temperature Tb in the range of 20 ° C. to 40 ° C. (eg, 25 ° C. ± 0.5 ° C.). Is TL and the upper limit is TH. In other words, when the environmental temperature is equal to or higher than TL and equal to or lower than TH, the first and second temperature variable units 41 and 42 can set the gas cell 2 and the light emitting unit 5 to a predetermined temperature. In the present embodiment, since the first temperature variable unit 41 does not have a cooling function, the temperature Ta and the temperature TH are set to substantially the same temperature.
In the atomic oscillator 1, the control method differs between the case where the environmental temperature is TL or more and TH or less (first case) and the other cases (second case). explain.

（第１の場合）
第１の場合の環境温度、第２のパッケージ７の温度、第１のパッケージ６の温度、ガスセル２および光出射部５の温度の関係は、図４中の二点鎖線Ｃで示されるものとなる。
環境温度検知部９によって検知された環境温度がＴＬ以上、且つＴＨ以下の場合には、前述したように、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａによって、ガスセル２および光出射部５を所定温度とすることができる。そのため、制御部８は、第３の温度可変部４３の駆動を停止し、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａを駆動させ、ガスセル２、光出射部５を所定温度Ｔａ、Ｔｂに温度制御する。このような温度制御は、温度検知部４１２、４２２の検知結果を制御部８にフィードバックしながら行うことができる。
なお、環境温度がＴＨとほぼ等しい場合には、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂを駆動しなくても、ガスセル２を所定温度Ｔａとすることができるため、このような場合には、制御部８は、第１の温度可変部４１の駆動を停止させてもよい。 (First case)
The relationship between the environmental temperature in the first case, the temperature of the second package 7, the temperature of the first package 6, the temperature of the gas cell 2 and the light emitting unit 5 is indicated by a two-dot chain line C in FIG. Become.
When the environmental temperature detected by the environmental temperature detector 9 is not less than TL and not more than TH, as described above, the first and second heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a allow the gas cell 2 and the light emitting unit 5 to be used. Can be set to a predetermined temperature. Therefore, the control unit 8 stops driving the third temperature variable unit 43, drives the first and second heaters 411a, 411b, and the Peltier element 421a, and sets the gas cell 2 and the light emitting unit 5 to the predetermined temperatures Ta, Tb. To control the temperature. Such temperature control can be performed while feeding back the detection results of the temperature detection units 412 and 422 to the control unit 8.
If the environmental temperature is substantially equal to TH, the gas cell 2 can be set to the predetermined temperature Ta without driving the first and second heaters 411a and 411b. The unit 8 may stop driving the first temperature variable unit 41.

（第２の場合）
第２の場合の環境温度、第２のパッケージ７の温度、第１のパッケージ６の温度、ガスセル２および光出射部５の温度の関係は、図４中の実線Ａ、一点鎖線Ｂで示されるものとなる。
環境温度検知部９によって検知された環境温度がＴＬより低いか、ＴＨより高い場合には、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａの駆動だけではガスセル２および光出射部５を所定温度Ｔａ、Ｔｂとすることができない。 (Second case)
The relationship between the environmental temperature in the second case, the temperature of the second package 7, the temperature of the first package 6, the temperature of the gas cell 2 and the light emitting unit 5 is indicated by a solid line A and a one-dot chain line B in FIG. It will be a thing.
When the environmental temperature detected by the environmental temperature detection unit 9 is lower than TL or higher than TH, the gas cell 2 and the light emitting unit 5 are set to a predetermined state only by driving the first and second heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a. The temperatures Ta and Tb cannot be set.

そこで、第２の場合には、制御部８は、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａとともに、ペルチェ素子４３１ａも駆動させる。このとき、制御部８は、例えば、まず、第１のパッケージ６の温度（温度検知部４３２の検知温度）がＴＬ以上、且つＴＨ以下となるように第３の温度可変部４３の駆動を制御し、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａによって、ガスセル２および光出射部５を所定温度Ｔａ、Ｔｂとすることができる状態とする。このような温度制御は、温度検知部４３２の検知結果を制御部８にフィードバックしながら行うことができる。 Therefore, in the second case, the control unit 8 drives the Peltier element 431a as well as the first and second heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a. At this time, for example, the control unit 8 first controls the drive of the third temperature variable unit 43 so that the temperature of the first package 6 (the detection temperature of the temperature detection unit 432) is not less than TL and not more than TH. The first and second heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a are brought into a state where the gas cell 2 and the light emitting unit 5 can be set to the predetermined temperatures Ta and Tb. Such temperature control can be performed while the detection result of the temperature detection unit 432 is fed back to the control unit 8.

ここで、より好ましくは、制御部８は、第１のパッケージ６の温度がＴｂ以上、且つＴａ以下となるように第３の温度可変部４３の駆動を制御する。さらに具体的に説明すれば、制御部８は、環境温度がＴＬよりも低い場合は、第１のパッケージ６の温度がＴｂ付近となるように第３の温度可変部４３の駆動を制御し、環境温度がＴＨよりも高い場合は、第１のパッケージ６の温度がＴａ付近となるように第３の温度可変部４３の駆動を制御するこが好ましい。第１のパッケージ６の温度をこの範囲とすることにより、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａの負担（仕事量）が減り、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａの小型化を図ることができるとともに、省電力駆動が可能となる。また、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂ、ペルチェ素子４２１ａ、４３１ａの駆動バランス（仕事量のバランス）に優れる、すなわち、例えばペルチェ素子４２１ａ、４３１ａで仕事量に大きな差が生じないため、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂ、ペルチェ素子４２１ａ、４３１ａを一律に小型化することもでき、この点でも、省電力駆動が可能となる。 Here, more preferably, the control unit 8 controls the driving of the third temperature variable unit 43 so that the temperature of the first package 6 is Tb or more and Ta or less. More specifically, when the environmental temperature is lower than TL, the control unit 8 controls the driving of the third temperature variable unit 43 so that the temperature of the first package 6 is near Tb. When the environmental temperature is higher than TH, it is preferable to control the driving of the third temperature variable unit 43 so that the temperature of the first package 6 is in the vicinity of Ta. By setting the temperature of the first package 6 within this range, the burden (work amount) of the first and second heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a is reduced, and the first and second heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a are reduced. Can be reduced in size, and power saving driving can be achieved. Further, the first and second heaters 411a and 411b and the Peltier elements 421a and 431a are excellent in driving balance (balance of work amount), that is, for example, there is no great difference in work amount between the Peltier elements 421a and 431a. The second heaters 411a and 411b and the Peltier elements 421a and 431a can be reduced in size uniformly, and also in this respect, power saving driving is possible.

次いで、制御部８は、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａの駆動を制御して、ガスセル２および光出射部５を所定温度Ｔａ、Ｔｂとする。このように、第３の温度可変部４３によって第１のパッケージ６の温度を制御してから、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａの駆動を開始することにより、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａの無駄な駆動が無くなり省電力駆動が可能となる。 Next, the control unit 8 controls the driving of the first and second heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a to set the gas cell 2 and the light emitting unit 5 to the predetermined temperatures Ta and Tb. As described above, after the temperature of the first package 6 is controlled by the third temperature variable unit 43, the first and second heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a are started to be driven. The useless driving of the two heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a is eliminated, and power saving driving is possible.

以上、原子発振器１の制御方法について説明した。この原子発振器１によれば、環境温度によらずにガスセル２および光出射部５を所定温度に制御することができるため、安定して所望の特性を発揮することができる。また、第１の場合には、ペルチェ素子４３１ａを駆動させないため、省電力化を図ることもできる。また、第１、第２ヒーター４１１ａ、４１１ｂおよびペルチェ素子４２１ａの仕事量の増加を防げるため、装置の小型化を図ることもできる。
以上、本発明の原子発振器を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、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。 The control method of the atomic oscillator 1 has been described above. According to the atomic oscillator 1, the gas cell 2 and the light emitting unit 5 can be controlled to a predetermined temperature regardless of the environmental temperature, so that desired characteristics can be stably exhibited. In the first case, since the Peltier element 431a is not driven, power saving can be achieved. In addition, since the work of the first and second heaters 411a and 411b and the Peltier element 421a can be prevented from increasing, the apparatus can be downsized.
The atomic oscillator of the present invention has been described based on the illustrated embodiments. However, the present invention is not limited to these, and the configuration of each part may be replaced with an arbitrary configuration having the same function. Can do. Moreover, other arbitrary structures and processes may be added.

また、前述した実施形態では、第１のパッケージが仕切部によって２つの空間に仕切られているが、これに限定されず、仕切部を省略してもよい。
また、前述した実施形態では、第２のパッケージを有していたが、これに限定されず、第２のパッケージを省略してもよい。この場合には、環境温度検知部は、第１のパッケージに設ければよく、また、第３の温度可変部の温度検知部が環境温度検知部を兼ねていてもよい。 In the above-described embodiment, the first package is partitioned into two spaces by the partition portion, but the present invention is not limited to this, and the partition portion may be omitted.
In the above-described embodiment, the second package is provided. However, the present invention is not limited to this, and the second package may be omitted. In this case, the environmental temperature detection unit may be provided in the first package, and the temperature detection unit of the third temperature variable unit may also serve as the environmental temperature detection unit.

１‥‥原子発振器２‥‥ガスセル２１‥‥本体２２、２３‥‥窓部３‥‥光検出部４１‥‥第１の温度可変部４１１‥‥加熱部４１１ａ‥‥第１ヒーター４１１ｂ‥‥第２ヒーター４１２‥‥温度検知部４２‥‥第２の温度可変部４２１‥‥加熱・冷却部４２１ａ‥‥ペルチェ素子４２２‥‥温度検知部４３‥‥第３の温度可変部４３１‥‥加熱・冷却部４３１ａ‥‥ペルチェ素子４３２‥‥温度検知部５‥‥光出射部６‥‥第１のパッケージ６ａ‥‥側面６１‥‥仕切部７‥‥第２のパッケージ８‥‥制御部９‥‥環境温度検知部Ｓ１、Ｓ２‥‥空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Atomic oscillator 2 ... Gas cell 21 ... Main body 22, 23 ... Window part 3 ... Light detection part 41 ... 1st temperature variable part 411 ... Heating part 411a ... 1st heater 411b ... 1st 2 heaters 412 ... temperature detector 42 ... second temperature variable part 421 ... heating / cooling part 421a ... Peltier element 422 ... temperature detector 43 ... third temperature variable part 431 ... heating / cooling Section 431a ... Peltier element 432 ... Temperature detection section 5 ... Light emitting section 6 ... First package 6a ... Side 61 ... Partition section 7 ... Second package 8 ... Control section 9 ... Environment Temperature detector S1, S2 ... Space

Claims

A gas cell having an alkali metal atom;
A first temperature variable section for adjusting the temperature of the gas cell;
A light emitting portion for emitting excitation light for exciting the alkali metal atom;
A second temperature variable unit for adjusting the temperature of the light emitting unit;
A first package that houses the gas cell, the first temperature variable unit, the light emitting unit, and the second temperature variable unit;
A third temperature variable section for adjusting the temperature of the first package;
Wherein the first temperature variable portion can adjust the temperature of the gas cell to a predetermined temperature, and a temperature range capable of adjusting the temperature of the light emitting portion to a predetermined temperature by the second temperature variable portion When the lower limit value is TL and the upper limit value is TH, when the environmental temperature is lower than the TL or higher than the TH, a control unit that drives the third temperature variable unit;
Have
The control unit stops the driving of the third temperature variable unit when the environmental temperature is equal to or higher than the TL and equal to or lower than the TH, and the first temperature variable unit and the second temperature variable unit are stopped. An atomic oscillator characterized by being driven.

When the predetermined temperature of the gas cell controlled by the control unit is Ta and the predetermined temperature of the light emitting unit is Tb, the control unit sets the temperature of the first package between the Ta and the Tb. The atomic oscillator according to claim 1, wherein the driving of the third temperature variable unit is controlled so as to become.

The third temperature variable unit includes a Peltier element,
3. The atomic oscillator according to claim 1, wherein one surface of the Peltier element is disposed on an outer surface side of the first package.

The atomic oscillator according to claim 3, further comprising a second package that houses the first package and the third temperature variable unit.

The atomic oscillator according to claim 4, wherein the second package is disposed on the other surface side of the Peltier element.

The atomic oscillator according to claim 4, wherein the second package includes a material having a thermal conductivity of 14 (W · m ⁻¹ · K ⁻¹ ) or more.

The first package has a partition part that partitions the space in which the gas cell and the first temperature variable part are arranged from the space in which the light emitting part and the second temperature variable part are arranged. The atomic oscillator according to any one of claims 1 to 6, wherein the partition portion has optical transparency.