JP6003280B2 - 原子発振器および電子機器 - Google Patents
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Description
このような原子発振器は、一般に、アルカリ金属を緩衝ガスとともに封入したガスセルと、ガスセル内のアルカリ金属を励起する励起光を出射する発光素子と、ガスセルを透過した励起光を検出する受光素子とを備える。
ところで、このような原子発振器では、安定した発振特性を発揮するために、発光素子およびガスセルを互いに異なる温度で一定温度に維持する必要がある。
[適用例1]
本発明の原子発振器は、ガス状の金属原子が封入されているガスセルと、
前記ガス状の金属原子を励起する励起光を出射する発光素子と、
前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する受光素子と、
前記発光素子を収納する第1パッケージと、
前記ガスセルおよび前記受光素子を収納する第2パッケージと、
非金属で構成され、前記第1パッケージおよび前記第2パッケージを互いに非接触でこれらを保持する保持部材とを備え、
前記保持部材は、前記第1パッケージおよび前記第2パッケージが設置され、前記第1パッケージおよび前記第2パッケージの位置および姿勢を規制する形状をなす凹部を有し、
前記第1パッケージは、前記発光素子が設置されている第1基体、および、前記発光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第1蓋体を有し、
前記第2パッケージは、前記ガスセルおよび前記受光素子が設置されている第2基体、および、前記ガスセルおよび前記受光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第2蓋体を有し、
前記保持部材は、前記第1基体を支持する設置面を有する第1支持部と、
前記第1支持部に対向し、第2基体を支持する設置面を有する第2支持部とを有し、
前記第1パッケージと前記第2パッケージとは、前記第1蓋体と前記第2蓋体とが前記凹部内で対向するように前記保持部材によって支持されていることを特徴とする。
ここで、保持部材が非金属で構成されているので、第1パッケージと第2パッケージとの間の保持部材を介した熱伝導を抑えることができる。その結果、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を効果的に防止または抑制することができる。
また、第1パッケージおよび第2パッケージを保持部材の凹部に設置することにより、発光素子および受光素子を含む光学系の位置決めを行うことができる。そのため、保持部材に対する第1パッケージおよび第2パッケージの設置を容易なものとすることができる。
また、発光素子からガスセルを介して受光素子への励起光の光路を確保しつつ、発光素子およびガスセルを互いに非接触の別々のパッケージに収納することができる。
また、第1パッケージと保持部材との接触部と、第2パッケージと保持部材との接触部との距離を大きくすることができる。そのため、第1パッケージと第2パッケージとの間の保持部材を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。
本発明の原子発振器では、前記第1蓋体および前記第2蓋体は、それぞれ、前記保持部材に対して非接触であることが好ましい。
これにより、第1パッケージと第2パッケージとの間の保持部材を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。
本発明の原子発振器では、前記第1パッケージと前記第2パッケージとの間に設けられた光学部品を備え、
前記保持部材は、前記光学部品をさらに保持することが好ましい。
これにより、第1パッケージおよび第2パッケージを保持部材に保持させた状態で、光学部品をその位置または姿勢を調整しながら保持部材に設置することができる。
本発明の原子発振器では、前記保持部材は、前記第1パッケージと前記第2パッケージとを結ぶ線分に沿った軸線周りに前記光学部品を回転可能に保持する溝を有することが好ましい。
これにより、光学部品を保持部材の溝に係合させて位置決めした状態で、光学部品の姿勢を調整することができる。
本発明の原子発振器では、前記光学部品は、λ/4波長板、偏光板、または減光フィルターであることが好ましい。
これにより、保持部材に対する第1パッケージの姿勢によらず、λ/4波長板を回転により姿勢を調整することにより、発光素子からの励起光を直線偏光から円偏光へ変換することができる。
また、偏光板を回転させて、発光素子からの励起光の偏光や光量を調整することができる。
また、例えば、減光作用の異なる複数の部分が周方向に配置された減光フィルターを用いた場合、かかる減光フィルターを回転させることにより、発光素子からの励起光の光量を調整することができる。
本発明の原子発振器では、前記保持部材は、熱伝導率が0.1W・m−1・K−1以上40W・m−1・K−1以下である材料で構成されていることが好ましい。
これにより、第1パッケージと第2パッケージとの間の保持部材を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。
[適用例7]
本発明の原子発振器では、前記第1パッケージ内および前記第2パッケージ内は、それぞれ、独立した減圧状態の気密空間であることが好ましい。
[適用例8]
本発明の電子機器は、本発明の原子発振器を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る原子発振器を示す斜視図、図2は、図1に示す原子発振器の概略構成を示す模式図、図3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4は、図1に示す原子発振器に備えられた発光素子および受光素子について、発光素子からの2つの光の周波数差と、受光素子での検出強度との関係を示すグラフ、図5は、図1に示す原子発振器の縦断面図、図6は、図1に示す原子発振器の横断面図である。
この原子発振器1は、図1に示すように、第1ユニット2と、第2ユニット3と、光学部品41、42、43と、これらを保持する保持部材5とを備える。
ここで、図1、2に示すように、第1ユニット2は、発光素子21と、発光素子21を収納する第1パッケージ22とを備える。
また、第2ユニット3は、ガスセル31と、受光素子32と、ヒーター33と、温度センサー34と、コイル35と、これらを収納する第2パッケージ36とを備える。
そして、このような第1ユニット2および第2ユニット3は、制御部6により駆動制御される。
原子発振器1では、ガスセル31内に、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(金属原子)が封入されている。
アルカリ金属は、図3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。
このようなガス状のアルカリ金属に対して周波数の異なる2種の共鳴光1、2を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射すると、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のアルカリ金属における光吸収率(光透過率)が変化する。
発光素子21は、ガスセル31に向けて、前述したような周波数の異なる2種の光(共鳴光1および共鳴光2)を出射する。
(第1ユニット)
前述したように、第1ユニット2は、発光素子21と、発光素子21を収納する第1パッケージ22とを備える。
[発光素子]
発光素子21は、ガスセル31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する。
共鳴光1の周波数ω1は、ガスセル31中のアルカリ金属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る。
また、共鳴光2の周波数ω2は、ガスセル31中のアルカリ金属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。
また、このような発光素子21は、図示しない温度調節素子(発熱抵抗体、ペルチェ素子等)により、後述するガスセル31とは異なる温度、例えば、30℃程度に温度調節される。
第1パッケージ22は、前述した発光素子21を収納する。
この第1パッケージ22は、図5に示すように、基体221(第1基体)と、蓋体222(第1蓋体)とを備える。
基体221は、発光素子21を直接的または間接的に支持する。本実施形態では、基体221は、板状をなし、平面視で円形をなしている。
このような基体221には、基体221上の発光素子21を覆う蓋体222が接合されている。
この蓋体222の一端部の開口は、前述した基体221により塞がれている。
そして、蓋体222の他端部、すなわち蓋体222の開口とは反対側の底部には、窓部23が設けられている。
そして、窓部23は、前述した励起光に対して透過性を有する。
本実施形態では、窓部23は、レンズで構成されている。これにより、励起光LLを無駄なくガスセル31へ照射することができる。
また、窓部23は、励起光LLを平行光とする機能を有する。これにより、励起光LLがガスセル31の内壁で反射するのを簡単かつ確実に防止することができる。そのため、ガスセル31内での励起光の共鳴を好適に生じさせ、その結果、原子発振器1の発振特性を高めることができる。
このような蓋体222の窓部23以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。
また、基体221と蓋体222との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接(レーザー溶接、電子線溶接等)等を用いることができる。
また、第1パッケージ22内には、前述した発光素子21以外の部品が収納されていてもよい。
例えば、第1パッケージ22内には、発光素子21の温度を調節する温度調節素子や温度センサー等が収納されていてもよい。かかる温度調節素子としては、例えば、発熱抵抗体(ヒーター)、ペルチェ素子等が挙げられる。
また、第1パッケージ22は、基体221が第2パッケージ36とは反対側に配置されるように、後述する保持部材5に保持されている。
前述したように、第2ユニット3は、ガスセル31と、受光素子32と、ヒーター33と、温度センサー34と、コイル35と、これらを収納する第2パッケージ36とを備える。
ガスセル31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が封入されている。
例えば、ガスセル31は、図示しないが、柱状の貫通孔を有する本体部と、その貫通孔の両開口を封鎖する1対の窓部とを有する。これにより、前述したようなアルカリ金属が封入される内部空間が形成される。
したがって、ガスセル31の窓部を構成する材料としては、前述したような励起光に対する透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。
そして、各窓部は、本体部に対して気密的に接合されている。これにより、ガスセル31の内部空間を気密空間とすることができる。
ガスセル31の本体部と窓部との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
また、このようなガスセル31は、ヒーター33により、前述した発光素子21とは異なる温度、例えば、70℃程度に温度調節される。
受光素子32は、ガスセル31内を透過した励起光LL(共鳴光1、2)の強度を検出する機能を有する。
この受光素子32としては、上述したような励起光を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器(受光素子)を用いることができる。
ヒーター33は、前述したガスセル31(より具体的にはガスセル31中のアルカリ金属)を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル31中のアルカリ金属をガス状に維持することができる。
このヒーター33は、通電により発熱するものであり、例えば、ガスセル31の外表面上に設けられた発熱抵抗体で構成されている。このような発熱抵抗体は、例えば、プラズマCVD、熱CVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成される。
このようなヒーター33は、後述する制御部6の温度制御部62に電気的に接続され、通電される。
温度センサー34は、ヒーター33またはガスセル31の温度を検出するものである。そして、この温度センサー34の検出結果に基づいて、前述したヒーター33の発熱量が制御される。これにより、ガスセル31内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
温度センサー34としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
このような温度センサー34は、図示しない配線を介して、後述する制御部6の温度制御部62に電気的に接続されている。
コイル35は、通電により、磁場を発生させる機能を有する。これにより、ガスセル31中のアルカリ金属に磁場を印加することにより、ゼーマン分裂により、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップを拡げて、分解能を向上させることができる。その結果、原子発振器1の発振周波数の精度を高めることができる。
なお、コイル35が発生する磁場は、直流磁場または交流磁場のいずれかの磁場であってもよいし、直流磁場と交流磁場とを重畳させた磁場であってもよい。
このコイル35は、図示しない配線を介して、後述する制御部6の磁場制御部63に電気的に接続されている。これにより、コイル35に通電を行うことができる。
このようなコイル35の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、銀、銅、パラジウム、白金、金、または、これらの合金等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
第2パッケージ36は、前述したガスセル31、受光素子32、ヒーター33、温度センサー34およびコイル35を収納する。
この第2パッケージ36は、前述した第1ユニット2の第1パッケージ22と同様に、構成されている。
基体361は、ガスセル31、受光素子32、ヒーター33、温度センサー34およびコイル35を直接的または間接的に支持する。本実施形態では、基体361は、板状をなし、平面視で円形をなしている。
蓋体362は、一端部が開口した有底筒状をなしている。本実施形態では、蓋体362の筒状部は、円筒状をなす。
この蓋体362の一端部の開口は、前述した基体361により塞がれている。
この窓部37は、ガスセル31と発光素子21との間の光軸a上に設けられている。
そして、窓部37は、前述した励起光に対して透過性を有する。
本実施形態では、窓部37は、光透過性を有する板状部材で構成されている。
このような蓋体362の窓部37以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。
また、基体361と蓋体362との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接(レーザー溶接、電子線溶接等)等を用いることができる。
また、第2パッケージ36内には、少なくともガスセル31および受光素子32が収納されていればよく、また、前述したガスセル31、受光素子32、ヒーター33、温度センサー34およびコイル35以外の部品が収納されていてもよい。
また、第2パッケージ36は、基体361が第1パッケージ22とは反対側に配置されるように、後述する保持部材5に保持されている。
前述したような第1パッケージ22と第2パッケージ36との間には、複数の光学部品41、42、43が配置されている。この複数の光学部品41、42、43は、それぞれ、前述した第1パッケージ22内の発光素子21と、前述した第2パッケージ36内のガスセル31との間の光軸a上に設けられている。
光学部品41は、λ/4波長板である。これにより、例えば、発光素子21からの励起光が直線偏光である場合、その励起光を円偏光(右円偏光または左円偏光)に変換することができる。
光学部品42、43は、それぞれ、減光フィルター(NDフィルター)である。これにより、ガスセル31に入射する励起光LLの強度を調整(減少)させることができる。そのため、発光素子21の出力が大きい場合でも、ガスセル31に入射する励起光を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品41により円偏光に変換された励起光の強度を光学部品42、43により調整する。
なお、光学部品42、43の平面視形状は、これに限定されず、例えば、円形をなしていてもよい。光学部品42、43の平面視形状が円形である場合、後述するような形状の溝512、513に係合した状態で光軸aに平行な軸線周りに光学部品42、43を回転させることができる。
また、光学部品42、43は、それぞれ、上側と下側とで連続的または段階的に減光率の異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品42、43を保持部材5に対して上下方向での位置を調整することにより、励起光の減光率を調整することができる。
なお、この光学部品42、43のうちのいずれか一方の光学部品を省略してもよい。また、発光素子21の出力が適度である場合、光学部品42、43の双方を省略することができる。
保持部材5は、前述した第1パッケージ22、第2パッケージ36および複数の光学部品41、42、43を保持する機能を有する。
この保持部材5は、第1パッケージ22と第2パッケージ36との間に空間を介している状態で、且つ第1パッケージ22および第2パッケージ36が互いに非接触な状態でこれらを保持する。
また、保持部材5は、非金属で構成されている。
これにより、第1パッケージ22と第2パッケージ36との間の保持部材5を介した熱伝導を抑えることができる。その結果、発光素子21とガスセル31との間の熱干渉を効果的に防止または抑制することができる。
そして、この凹部51には、第1パッケージ22、第2パッケージ36および複数の光学部品41、42、43が設置されている。本実施形態では、第1パッケージ22、第2パッケージ36および複数の光学部品41、42、43の下部がそれぞれ凹部51内に位置している。
また、第1パッケージ22および第2パッケージ36は、筒状をなす蓋体222および蓋体362の軸線がそれぞれ凹部51の延在方向(X軸方向)に平行となるように配置されている。これにより、第1パッケージ22および第2パッケージ36は、蓋体222および蓋体362の軸線が互いに一致または平行となるように配置されている。
また、保持部材5の一端部側(図5中の左側)には、第1パッケージ22の基体221を支持する支持部52(第1支持部)が設けられ、保持部材5の他端部(図5中の右側)には、第2パッケージ36の基体361を支持する支持部53(第2支持部)が設けられている。
複数のリード223は、複数の貫通孔521に挿通されることにより、保持部材5の外表面の下面または側面に設けられた複数の端子(図示せず)に複数の配線(図示せず)を介して電気的に接続される。
以上のように、保持部材5は、第1パッケージ22および第2パッケージ36を保持する。
具体的に説明すると、保持部材5の凹部51の壁面には、光学部品41を保持する溝511と、光学部品42を保持する溝512と、光学部品43を保持する溝513とが形成されている。
ここで、前述したように光学部品41がλ/4波長板であるため、保持部材5に対する第1パッケージ22の姿勢によらず、図6に示すように光学部品41を回転により姿勢を調整することにより、発光素子21からの励起光を直線偏光から円偏光へ変換することができる。
光学部品41、42、43を保持部材5に設置するに際しては、例えば、まず、保持部材5に第1ユニット2および第2ユニット3を設置・固定する。その後、光学部品41、42、43をそれぞれ対応する溝511、512、513に係合させた状態で、EIT信号等を確認しながら、各光学部品41、42、43の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を変化させる。そして、所望のEIT信号を確認したとき、その状態で、各光学部品41、42、43を保持部材5に対して固定する。かかる固定は、特に限定されないが、例えば、光硬化性接着剤を用いるのが好適である。光硬化性接着剤は、硬化前であれば各溝511、512、513に供給しても各光学部品41、42、43の位置または姿勢を変化させることができ、そして、所望時に短時間で硬化させて固定を行える。
保持部材5を構成する樹脂材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテル、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば2層以上の積層体として)用いることができる。
図2に示す制御部6は、ヒーター33、コイル35および発光素子21をそれぞれ制御する機能を有する。
このような制御部6は、発光素子21の共鳴光1、2の周波数を制御する励起光制御部61と、ガスセル31中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部62と、ガスセル31に印加する磁場を制御する磁場制御部63とを有する。
また、磁場制御部63は、コイル35が発生する磁場が一定となるように、コイル35への通電を制御する。
このような制御部6は、例えば、保持部材5が設置される基板上に実装されたICチップに設けられている。
ここで、保持部材5が非金属で構成されているので、第1パッケージ22と第2パッケージ36との間の保持部材5を介した熱伝導を抑えることができる。その結果、発光素子21とガスセル31との間の熱干渉を効果的に防止または抑制することができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る原子発振器の横断面図である。
本実施形態にかかる原子発振器は、保持部材の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態にかかる原子発振器と同様である。
図7に示す原子発振器1Aは、前述した第1実施形態の原子発振器1において、保持部材5に代えて、保持部材5Aを備える。
本実施形態では、凹部51Aの横断面が三角形(より具体的には直角二等辺三角形)をなしている。これにより、保持部材5Aの第1パッケージ22および第2パッケージ36と接触または近接する部位の面積を小さくすることができる。
また、保持部材5Aは、横断面(Y軸およびZ軸に平行な断面)がV字状をなしている。すなわち、保持部材5Aは、X軸およびY軸に平行な板状の壁部と、X軸およびZ軸に平行な板状の壁部とを有する。このような保持部材5Aは、この1対の壁部のうちの一方の壁部を基板に沿うように設置することができる。
溝511Aは、第1パッケージ22と第2パッケージ36とを結ぶ線分に沿った軸線(例えば、光軸a)周りに光学部品41を回転可能に保持し得る。これにより、光学部品41を保持部材5の溝511Aに係合させて光軸aに平行な方向での位置決めした状態で、光学部品41の光軸a周りの姿勢を調整することができる。
以上説明したような第2実施形態に係る原子発振器1Aによっても、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を発揮することができる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
図8は、本発明の第3実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す模式図である。
本実施形態にかかる原子発振器は、用いる光学部品の種類および配置が異なる以外は、前述した第1実施形態にかかる原子発振器と同様である。
図8に示す原子発振器1Bは、複数の光学部品41、42、44を備える。
また、本実施形態では、第1パッケージ22側から第2パッケージ36側へ、光学部品44、光学部品42、光学部品41の順に配置されている。
光学部品44は、偏光板である。これにより、光学部品44を回転させて、発光素子21からの励起光の偏光や光量を調整することができる。
このように偏光の調整された励起光を光学部品41により直線偏光から円偏光に変換するので、ガスセル31に照射される励起光を所望の円偏光とすることができる。
以上説明したような第3実施形態に係る原子発振器1Bによっても、発光素子21とガスセル31との間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を発揮することができる。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
図9は、本発明の第4実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す模式図である。
本実施形態にかかる原子発振器は、用いる光学部品の種類および配置が異なる以外は、前述した第1実施形態にかかる原子発振器と同様である。
図9に示す原子発振器1Cは、複数の光学部品41、44、45を備える。
また、各光学部品41、42、44は、図示しない保持部材により、第1パッケージ22と第2パッケージ36とを結ぶ線分に沿った軸線(例えば、光軸a)周りに回転可能に保持されている。
以上説明したような第4実施形態に係る原子発振器1Cによっても、発光素子21とガスセル31との間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を発揮することができる。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
図10は、本発明の第5実施形態に係る原子発振器の概略構成を示す模式図である。
本実施形態にかかる原子発振器は、用いる光学部品の種類および配置が異なる以外は、前述した第1実施形態にかかる原子発振器と同様である。
なお、以下の説明では、第5実施形態の原子発振器に関し、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図10において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
また、本実施形態では、第1パッケージ22側から第2パッケージ36側へ、光学部品44、光学部品41の順に配置されている。
また、各光学部品41、44は、図示しない保持部材により、第1パッケージ22と第2パッケージ36とを結ぶ線分に沿った軸線(例えば、光軸a)周りに回転可能に保持されている。
光学部品44は、偏光板である。これにより、光学部品44を回転させて、発光素子21からの励起光の偏光や光量を調整することができる。
以上説明したような第5実施形態に係る原子発振器1Dによっても、発光素子21とガスセル31との間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を発揮することができる。
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。
以下、本発明の電子機器について説明する。
図11は、GPS衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
図11に示す測位システム100は、GPS衛星200と、基地局装置300と、GPS受信装置400とで構成されている。
基地局装置300は、例えば電子基準点(GPS連続観測局)に設置されたアンテナ301を介してGPS衛星200からの測位情報を高精度に受信する受信装置302と、この受信装置302で受信した測位情報をアンテナ303を介して送信する送信装置304とを備える。
GPS受信装置400は、GPS衛星200からの測位情報をアンテナ401を介して受信する衛星受信部402と、基地局装置300からの測位情報をアンテナ403を介して受信する基地局受信部404とを備える。
図12に示すクロック伝送システム500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。
クロック供給装置501は、原子発振器1を有し、N系のクロック信号を生成する。このクロック供給装置501内の原子発振器1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508、509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。
クロック供給装置503は、原子発振器1を有し、E系のクロック信号を生成する。このクロック供給装置503内の原子発振器1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508、509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。
クロック供給装置505は、クロック供給装置501、503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。
SDH装置506は、クロック供給装置505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507は、クロック供給装置505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。
また、本発明の原子発振器および電子機器では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本発明の原子発振器は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
Claims (8)
- ガス状の金属原子が封入されているガスセルと、
前記ガス状の金属原子を励起する励起光を出射する発光素子と、
前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する受光素子と、
前記発光素子を収納する第1パッケージと、
前記ガスセルおよび前記受光素子を収納する第2パッケージと、
非金属で構成され、前記第1パッケージおよび前記第2パッケージを互いに非接触でこれらを保持する保持部材とを備え、
前記保持部材は、前記第1パッケージおよび前記第2パッケージが設置され、前記第1パッケージおよび前記第2パッケージの位置および姿勢を規制する形状をなす凹部を有し、
前記第1パッケージは、前記発光素子が設置されている第1基体、および、前記発光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第1蓋体を有し、
前記第2パッケージは、前記ガスセルおよび前記受光素子が設置されている第2基体、および、前記ガスセルおよび前記受光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第2蓋体を有し、
前記保持部材は、前記第1基体を支持する設置面を有する第1支持部と、
前記第1支持部に対向し、第2基体を支持する設置面を有する第2支持部とを有し、
前記第1パッケージと前記第2パッケージとは、前記第1蓋体と前記第2蓋体とが前記凹部内で対向するように前記保持部材によって支持されていることを特徴とする原子発振器。 - 前記第1蓋体および前記第2蓋体は、それぞれ、前記保持部材に対して非接触である請求項1に記載の原子発振器。
- 前記第1パッケージと前記第2パッケージとの間に設けられた光学部品を備え、
前記保持部材は、前記光学部品をさらに保持する請求項1または2に記載の原子発振器。 - 前記保持部材は、前記第1パッケージと前記第2パッケージとを結ぶ線分に沿った軸線周りに前記光学部品を回転可能に保持する溝を有する請求項3に記載の原子発振器。
- 前記光学部品は、λ/4波長板、偏光板、または減光フィルターである請求項4に記載の原子発振器。
- 前記保持部材は、熱伝導率が0.1W・m−1・K−1以上40W・m−1・K−1以下である材料で構成されている請求項1ないし5のいずれか一項に記載の原子発振器。
- 前記第1パッケージ内および前記第2パッケージ内は、それぞれ、独立した減圧状態の気密空間である請求項1ないし6のいずれか一項に記載の原子発振器。
- 請求項1ないし7のいずれか一項に記載の原子発振器を備えることを特徴とする電子機器。
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