JP6164341B2 - ガスセルユニットおよび原子発振器 - Google Patents
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Description
本発明は、ガスセルユニットおよび原子発振器に関するものである。
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発振する原子発振器は、一般に、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用したもの（例えば、特許文献１参照）と、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用したもの（例えば、特許文献２参照）とに大別される。
いずれの原子発振器においても、一般に、アルカリ金属をガスセル内に緩衝ガスとともに封入し、そのアルカリ金属をガス状に保つために、ガスセルを所定温度に加熱する必要がある。
いずれの原子発振器においても、一般に、アルカリ金属をガスセル内に緩衝ガスとともに封入し、そのアルカリ金属をガス状に保つために、ガスセルを所定温度に加熱する必要がある。
例えば、特許文献３に記載の原子発振器では、ガス状の金属原子を封入したガスセルの外表面上にＩＴＯで構成された膜状の発熱体が設けられ、この発熱体を通電により発熱させる。これにより、ガスセルを加熱して、ガスセル内の金属原子をガス状に保つことができる。
このような原子発振器では、通常、ガスセル内の温度が一定となるように、発熱体へ供給される電流が調整される。そのため、例えば外気温変化に伴って、発熱体に流れる電流が変化してしまう。
このような原子発振器では、通常、ガスセル内の温度が一定となるように、発熱体へ供給される電流が調整される。そのため、例えば外気温変化に伴って、発熱体に流れる電流が変化してしまう。
このように発熱体に流れる電流が変化すると、発熱体から生じる磁場も変化してしまう。
発熱体から生じる磁場が変化すると、ガスセル中の金属原子の基底準位間のエネルギー差に相当する周波数が変動してしまう。そのため、従来の原子発振器では、出力周波数がずれてしまうという問題があった。
発熱体から生じる磁場が変化すると、ガスセル中の金属原子の基底準位間のエネルギー差に相当する周波数が変動してしまう。そのため、従来の原子発振器では、出力周波数がずれてしまうという問題があった。
本発明の目的は、周波数精度を向上させることができるガスセルユニットおよび原子発振器を提供することにある。
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明のガスセルユニットは、第１ヒーターと第２ヒーターと、
前記第１ヒーターと前記第２ヒーターとの間に挟持され、励起光に励起される金属原子を封入しているガスセルと、を有し、
前記第１ヒーターは、
前記励起光に対して透過性を有する第１基板と、
前記第１基板の面上に配設され、前記励起光に対して透過性を有する第１発熱抵抗体と、
前記第１発熱抵抗体の面上であって、前記第１発熱抵抗体の互いに対向する端面部に配設された第１電極と第２電極と、を有し、
前記第１ヒーターは、前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加し、前記第１発熱抵抗体に対し一方向に電流を流して前記第１発熱抵抗体を発熱させ、
前記第２ヒーターは、
前記励起光に対して透過性を有する第２基板と、
前記第２基板の面上に配設され、前記励起光に対して透過性を有する第２発熱抵抗体と、
前記第２発熱抵抗体の面上であって、前記第２発熱抵抗体の互いに対向する端面部に配設された第３電極と第４電極と、を有し、
前記第２ヒーターは、前記第３電極と前記第４電極に電圧を印加し、前記第２発熱抵抗体に対し、前記第１発熱抵抗体に流れる電流と同一方向に電流を流して前記第２発熱抵抗体を発熱させ、
前記第１発熱抵抗体から生じる磁場と前記第２発熱抵抗体から生じる磁場とが前記ガスセル内において互いに逆方向となり弱め合うことを特徴とする。
［適用例１］
本発明のガスセルユニットは、第１ヒーターと第２ヒーターと、
前記第１ヒーターと前記第２ヒーターとの間に挟持され、励起光に励起される金属原子を封入しているガスセルと、を有し、
前記第１ヒーターは、
前記励起光に対して透過性を有する第１基板と、
前記第１基板の面上に配設され、前記励起光に対して透過性を有する第１発熱抵抗体と、
前記第１発熱抵抗体の面上であって、前記第１発熱抵抗体の互いに対向する端面部に配設された第１電極と第２電極と、を有し、
前記第１ヒーターは、前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加し、前記第１発熱抵抗体に対し一方向に電流を流して前記第１発熱抵抗体を発熱させ、
前記第２ヒーターは、
前記励起光に対して透過性を有する第２基板と、
前記第２基板の面上に配設され、前記励起光に対して透過性を有する第２発熱抵抗体と、
前記第２発熱抵抗体の面上であって、前記第２発熱抵抗体の互いに対向する端面部に配設された第３電極と第４電極と、を有し、
前記第２ヒーターは、前記第３電極と前記第４電極に電圧を印加し、前記第２発熱抵抗体に対し、前記第１発熱抵抗体に流れる電流と同一方向に電流を流して前記第２発熱抵抗体を発熱させ、
前記第１発熱抵抗体から生じる磁場と前記第２発熱抵抗体から生じる磁場とが前記ガスセル内において互いに逆方向となり弱め合うことを特徴とする。
このような構成のガスセルユニットによれば、前記第１発熱抵抗体への通電に伴って前記ガスセル内に生じる磁場と、前記第２発熱抵抗体への通電に伴って前記ガスセル内に生じる磁場とが、前記ガスセル内において磁場の強度を互いに弱め合うので、第１発熱抵抗体および第２発熱抵抗体への通電量が変化しても、ガスセル内の磁場の変動を抑制または防止することができる。そのため、ガスセル内の磁場の変動を抑えつつ、ガスセル内の温度を所望の温度に維持することができる。その結果、本発明のガスセルユニットは、周波数精度を向上させることができる。
［適用例２］
本発明のガスセルユニットでは、前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体は、それぞれ、平面視において前記ガスセルの前記金属原子が封入されている領域を含んでいることが好ましい。
これにより、ガスセルのアルカリ金属原子が封入された領域内全域の磁場の変動を抑えることができる。その結果、簡単かつ確実に周波数精度を向上させることができる。
本発明のガスセルユニットでは、前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体は、それぞれ、平面視において前記ガスセルの前記金属原子が封入されている領域を含んでいることが好ましい。
これにより、ガスセルのアルカリ金属原子が封入された領域内全域の磁場の変動を抑えることができる。その結果、簡単かつ確実に周波数精度を向上させることができる。
［適用例３］
本発明のガスセルユニットでは、前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体は、それぞれ、平面視において長方形をなし、短辺に沿う方向に電流が流れることが好ましい。
これにより、ガスセルのアルカリ金属原子が封入された領域内全域の磁場の変動をより確実に抑えることができる。
本発明のガスセルユニットでは、前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体は、それぞれ、平面視において長方形をなし、短辺に沿う方向に電流が流れることが好ましい。
これにより、ガスセルのアルカリ金属原子が封入された領域内全域の磁場の変動をより確実に抑えることができる。
［適用例４］
本発明のガスセルユニットでは、前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体は、それぞれ、前記第１基板と前記第２基板の、前記ガスセルとは反対側の面に配設されていることが好ましい。
本発明のガスセルユニットでは、前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体は、それぞれ、前記第１基板と前記第２基板の、前記ガスセルとは反対側の面に配設されていることが好ましい。
［適用例５］
本発明の原子発振器は、本発明のガスセルユニットと、
前記励起光を出射する光出射部と、
前記ガスセルを透過した前記励起光の強度を検出する光検出部と、
を備えることを特徴とする。
これにより、優れた周波数精度を有する原子発振器を提供することができる。
本発明の原子発振器は、本発明のガスセルユニットと、
前記励起光を出射する光出射部と、
前記ガスセルを透過した前記励起光の強度を検出する光検出部と、
を備えることを特徴とする。
これにより、優れた周波数精度を有する原子発振器を提供することができる。
以下、本発明のガスセルユニットおよび原子発振器を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜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の概略構成を示すブロック図、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、図１に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットの概略構成を示す斜視図、図５は、図４に示すガスセルユニットを示す断面図、図６は、図４に示すガスセルユニットを示す平面図、図７は、図４に示すガスセルユニットの作用を説明する図（断面図）、図８（ａ）は、２つのヒーターに互いに同方向の電流を流した場合の２つのヒーター間の磁束密度を説明するグラフ、図８（ｂ）は、２つのヒーターに互いに反対方向の電流を流した場合の２つのヒーター間の磁束密度を説明するグラフ、図９は、ヒーターの長辺と短辺との比と２つのヒーター間の磁束密度との関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図４、５、７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図４〜７では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向（上下方向）を「Ｚ軸方向」と言う。
＜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の概略構成を示すブロック図、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、図１に示す原子発振器に備えられたガスセルユニットの概略構成を示す斜視図、図５は、図４に示すガスセルユニットを示す断面図、図６は、図４に示すガスセルユニットを示す平面図、図７は、図４に示すガスセルユニットの作用を説明する図（断面図）、図８（ａ）は、２つのヒーターに互いに同方向の電流を流した場合の２つのヒーター間の磁束密度を説明するグラフ、図８（ｂ）は、２つのヒーターに互いに反対方向の電流を流した場合の２つのヒーター間の磁束密度を説明するグラフ、図９は、ヒーターの長辺と短辺との比と２つのヒーター間の磁束密度との関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図４、５、７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図４〜７では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向（上下方向）を「Ｚ軸方向」と言う。
（原子発振器）
まず、図１〜図３に基づいて、本実施形態に係る原子発振器の全体構成を簡単に説明する。
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はなく、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。
まず、図１〜図３に基づいて、本実施形態に係る原子発振器の全体構成を簡単に説明する。
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はなく、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に示す原子発振器１は、ガスセルユニット２と、光出射部３と、光検出部４と、制御部５とを有している。
また、ガスセルユニット２は、ガス状のアルカリ金属を封入したガスセル２１と、ガスセル２１を加熱するヒーター２２、２３と、ガスセル２１の温度を検出する温度センサー２４、２５と、ガスセル２１に作用する磁場を発生させるコイル２６とを有している。
また、ガスセルユニット２は、ガス状のアルカリ金属を封入したガスセル２１と、ガスセル２１を加熱するヒーター２２、２３と、ガスセル２１の温度を検出する温度センサー２４、２５と、ガスセル２１に作用する磁場を発生させるコイル２６とを有している。
ガスセル２１の内部には、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。
アルカリ金属は、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。
アルカリ金属は、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。
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。
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相当する周波数に一致したとき、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。
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相当する周波数に一致したとき、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。
光出射部３は、ガスセル２１中のアルカリ金属原子を励起する励起光を出射するものである。
より具体的には、光出射部３は、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）を出射するものである。
共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル２１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。
より具体的には、光出射部３は、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）を出射するものである。
共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル２１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２１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、上記励起光（共鳴光１、２）は、コヒーレント性を有するのが好ましい。
このような光出射部３は、例えば、半導体レーザー等のレーザー光源で構成することができる。
また、上記励起光（共鳴光１、２）は、コヒーレント性を有するのが好ましい。
このような光出射部３は、例えば、半導体レーザー等のレーザー光源で構成することができる。
光検出部４は、ガスセル２１を透過した共鳴光１、２の強度を検出するものである。
例えば、前述した光出射部３が共鳴光１の周波数ω１を固定し、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、光検出部４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、発振器を構成することができる。
例えば、前述した光出射部３が共鳴光１の周波数ω１を固定し、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、光検出部４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、発振器を構成することができる。
このような光検出部４は、例えば、受光した光の強度に応じた検出信号を出力する光検出器で構成することができる。
制御部５は、ヒーター２２、２３および光出射部３を制御する機能を有する。
このような制御部５は、光出射部３の共鳴光１、２の周波数を制御する周波数制御回路５１と、ガスセル２１中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御回路５２と、ガスセル２１に印加する磁場を制御する磁場制御回路５３とを有する。
制御部５は、ヒーター２２、２３および光出射部３を制御する機能を有する。
このような制御部５は、光出射部３の共鳴光１、２の周波数を制御する周波数制御回路５１と、ガスセル２１中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御回路５２と、ガスセル２１に印加する磁場を制御する磁場制御回路５３とを有する。
周波数制御回路５１は、前述した光検出部４の検出結果に基づいて、光出射部３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。より具体的には、周波数制御回路５１は、前述した光検出部４によって検出された（ω１−ω２）が前述したアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、光出射部３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。
また、温度制御回路５２は、温度センサー２４、２５の検出結果に基づいて、ヒーター２２、２３への通電を制御する。
また、磁場制御回路５３は、コイル２６が発生する磁場が一定となるように、コイル２６への通電を制御する。
また、温度制御回路５２は、温度センサー２４、２５の検出結果に基づいて、ヒーター２２、２３への通電を制御する。
また、磁場制御回路５３は、コイル２６が発生する磁場が一定となるように、コイル２６への通電を制御する。
（ガスセルユニット）
次に、ガスセルユニット２について詳述する。
ガスセルユニット２は、図４に示すように、ガスセル２１と、ガスセル２１を挟持するように設けられた１対のヒーター２２、２３とを有している。
［ガスセル］
ガスセル２１は、図５に示すように、１対の板状部２１１、２１２と、これらの間に設けられたスペーサー２１３とを有している。
次に、ガスセルユニット２について詳述する。
ガスセルユニット２は、図４に示すように、ガスセル２１と、ガスセル２１を挟持するように設けられた１対のヒーター２２、２３とを有している。
［ガスセル］
ガスセル２１は、図５に示すように、１対の板状部２１１、２１２と、これらの間に設けられたスペーサー２１３とを有している。
板状部２１１、２１２は、それぞれ、前述した光出射部３からの励起光に対する透過性を有している。本実施形態では、板状部２１２は、ガスセル２１内へ入射する励起光が透過するものであり、板状部２１１は、ガスセル２１内から出射した励起光が透過するものである。
本実施形態では、板状部２１１、２１２は、それぞれ、板状をなしている。また、板状部２１１、２１２は、平面視にて四角形をなしている。なお、板状部２１１、２１２の形状は、前述したものに限定されず、例えば、平面視にて円形をなしていてもよい。
本実施形態では、板状部２１１、２１２は、それぞれ、板状をなしている。また、板状部２１１、２１２は、平面視にて四角形をなしている。なお、板状部２１１、２１２の形状は、前述したものに限定されず、例えば、平面視にて円形をなしていてもよい。
このような板状部２１１、２１２を構成する材料は、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。
また、スペーサー２１３は、前述した１対の板状部２１１、２１２間に空間Ｓを形成するものである。この空間Ｓには、前述したようなアルカリ金属が封入されている。
本実施形態では、スペーサー２１３は、枠状または筒状をなし、平面視にて外周および内周がそれぞれ四角形をなしている。なお、スペーサー２１３の形状は、前述したものに限定されず、例えば、平面視にて外周および内周がそれぞれ円形をなしていてもよい。
また、スペーサー２１３は、前述した１対の板状部２１１、２１２間に空間Ｓを形成するものである。この空間Ｓには、前述したようなアルカリ金属が封入されている。
本実施形態では、スペーサー２１３は、枠状または筒状をなし、平面視にて外周および内周がそれぞれ四角形をなしている。なお、スペーサー２１３の形状は、前述したものに限定されず、例えば、平面視にて外周および内周がそれぞれ円形をなしていてもよい。
また、スペーサー２１３は、各板状部２１１、２１２に対して気密的に接合されている。これにより、１対の板状部２１１、２１２間の空間Ｓを気密空間とすることができる。スペーサー２１３と各板状部２１１、２１２との接合方法としては、スペーサー２１３や各板状部２１１、２１２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。
このようなスペーサー２１３を構成する材料は、特に限定されず、金属材料、樹脂材料等であってもよく、板状部２１１、２１２と同様にガラス材料、水晶等であってもよい。
このようなスペーサー２１３を構成する材料は、特に限定されず、金属材料、樹脂材料等であってもよく、板状部２１１、２１２と同様にガラス材料、水晶等であってもよい。
［ヒーター］
ヒーター２２、２３は、それぞれ、前述したガスセル２１（より具体的にはガスセル２１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２１中のアルカリ金属の蒸気圧が所定の圧力値以上となるように維持され、所望量のアルカリ金属をガス状に保つことができる。
ヒーター２２、２３は、それぞれ、前述したガスセル２１（より具体的にはガスセル２１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２１中のアルカリ金属の蒸気圧が所定の圧力値以上となるように維持され、所望量のアルカリ金属をガス状に保つことができる。
本実施形態では、ヒーター２２、２３は、ガスセル２１を挟むように設けられ、ガスセル２１を介して対称（図５に示す断面においてガスセル２１を介して上下対称）となるように配置されている。なお、ヒーター２２、２３は、ガスセル２１を介して非対称となるように配置されていてもよい。
このようなヒーター（第１ヒーター）２２は、基板（第１基板）２２１と、基板２２１の一方の面（図５にて上側の面）上に設けられた発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２と、発熱抵抗体２２２上に設けられた１対の電極２２３、２２４とを有している。
このようなヒーター（第１ヒーター）２２は、基板（第１基板）２２１と、基板２２１の一方の面（図５にて上側の面）上に設けられた発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２と、発熱抵抗体２２２上に設けられた１対の電極２２３、２２４とを有している。
同様に、ヒーター（第２ヒーター）２３は、基板（第２基板）２３１と、基板２３１の一方の面（図５にて下側の面）上に設けられた発熱抵抗体（第２発熱抵抗体）２３２と、発熱抵抗体２３２上に設けられた電極２３３、２３４とを有している。
このようなヒーター２２の発熱抵抗体２２２およびヒーター２３の発熱抵抗体２３２は、互いに同方向に電流が流れ、発熱抵抗体２２２と発熱抵抗体２３２との間にて、発熱抵抗体２２２への通電に伴ってガスセル２１内に生じる磁場と、発熱抵抗体２３２への通電に伴ってガスセル２１内に生じる磁場とが、ガスセル２１内において磁場の強度を互いに相殺または弱め合う。なお、発熱抵抗体２２２に流れる電流の方向と、発熱抵抗体２３２に流れる電流の方向が多少異なっていても良い。この場合、発熱抵抗体２２２、発熱抵抗体２３２のそれぞれに流れる電流には、互いに同方向に流れる電流成分が含まれていると考えて良いので、この互いに同方向に流れる電流成分によってガスセル２１内に生じる磁場を、互いに相殺または弱め合うことができる。
このようなヒーター２２の発熱抵抗体２２２およびヒーター２３の発熱抵抗体２３２は、互いに同方向に電流が流れ、発熱抵抗体２２２と発熱抵抗体２３２との間にて、発熱抵抗体２２２への通電に伴ってガスセル２１内に生じる磁場と、発熱抵抗体２３２への通電に伴ってガスセル２１内に生じる磁場とが、ガスセル２１内において磁場の強度を互いに相殺または弱め合う。なお、発熱抵抗体２２２に流れる電流の方向と、発熱抵抗体２３２に流れる電流の方向が多少異なっていても良い。この場合、発熱抵抗体２２２、発熱抵抗体２３２のそれぞれに流れる電流には、互いに同方向に流れる電流成分が含まれていると考えて良いので、この互いに同方向に流れる電流成分によってガスセル２１内に生じる磁場を、互いに相殺または弱め合うことができる。
これにより、発熱抵抗体２２２および発熱抵抗体２３２への通電量が変化しても、ガスセル２１内の磁場の変動を抑制または防止することができる。そのため、ガスセル２１内の磁場の変動を抑えつつ、ガスセル２１内の温度を所望の温度に維持することができる。その結果、ガスセルユニット２の周波数精度を向上させることができる。
なお、ヒーター（第１ヒーター）２２については、基板２２１の他方の面（図５にて下側の面）上に発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２を設けるようにしても良い。この場合、基板２２１の一方の面（図５にて上側の面）に電極２２３、２２４を形成し、電極２２３、２２４と発熱抵抗体２２２との間を接続するためのスルーホールを基板２２１に形成しても良い。或いは、基板２２１の上面と側面に電極２２３、２２４を形成し、基板２２１の側面を介して発熱抵抗体２２２と電極２２３、２２４を接続するようにしても良い。
或いは、基板２２１のＸ方向の幅をガスセル２１のＸ方向の幅よりも若干大きくしておき、基板２２１の下側の面のガスセル２１の外側に張り出した部分に電極２２３、２２４を形成するようにしても良い。このような構成により、発熱抵抗体２２２を直接にガスセル２１に接触させることができるので、ガスセル２１を効果的に加熱することが可能である。ヒーター（第２ヒーター）２３についてもヒーター２２と同様なので説明を省略する。
なお、ヒーター（第１ヒーター）２２については、基板２２１の他方の面（図５にて下側の面）上に発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２を設けるようにしても良い。この場合、基板２２１の一方の面（図５にて上側の面）に電極２２３、２２４を形成し、電極２２３、２２４と発熱抵抗体２２２との間を接続するためのスルーホールを基板２２１に形成しても良い。或いは、基板２２１の上面と側面に電極２２３、２２４を形成し、基板２２１の側面を介して発熱抵抗体２２２と電極２２３、２２４を接続するようにしても良い。
或いは、基板２２１のＸ方向の幅をガスセル２１のＸ方向の幅よりも若干大きくしておき、基板２２１の下側の面のガスセル２１の外側に張り出した部分に電極２２３、２２４を形成するようにしても良い。このような構成により、発熱抵抗体２２２を直接にガスセル２１に接触させることができるので、ガスセル２１を効果的に加熱することが可能である。ヒーター（第２ヒーター）２３についてもヒーター２２と同様なので説明を省略する。
以下、ヒーター２２の各部を詳細に説明する。なお、ヒーター２３の構成については、ヒーター２２の構成と同様であるため、その説明を省略する。
基板２２１は、発熱抵抗体２２２を支持する。これにより、発熱抵抗体２２２の設置が容易となる。
本実施形態では、基板２２１は、平面視にて四角形（より具体的には長方形）をなしている。なお、基板２２１の平面視形状は、長方形に限定されず、正方形、菱形、台形等の他の四角形であってもよいし、三角形、五角形等の他の多角形であってもよいし、円形、楕円形、異形状等であってもよい。
基板２２１は、発熱抵抗体２２２を支持する。これにより、発熱抵抗体２２２の設置が容易となる。
本実施形態では、基板２２１は、平面視にて四角形（より具体的には長方形）をなしている。なお、基板２２１の平面視形状は、長方形に限定されず、正方形、菱形、台形等の他の四角形であってもよいし、三角形、五角形等の他の多角形であってもよいし、円形、楕円形、異形状等であってもよい。
基板２２１は、絶縁性を有する。これにより、発熱抵抗体２２２の各部同士の短絡を防止し、発熱抵抗体２２２を通電により発熱させることができる。
また、基板２２１は、ガスセル２１中のアルカリ金属原子を励起する励起光に対する透過性を有する。これにより、励起光の光路上にヒーター２２を設けることができる。そのため、ガスセル２１の励起光の出射部をヒーター２２により効率的に加熱することができる。なお、本実施形態では、図４に示すように、励起光は、ヒーター２３を介してガスセル２１内に入射され、ガスセル２１内からヒーター２２を介して出射される。
また、基板２２１は、ガスセル２１中のアルカリ金属原子を励起する励起光に対する透過性を有する。これにより、励起光の光路上にヒーター２２を設けることができる。そのため、ガスセル２１の励起光の出射部をヒーター２２により効率的に加熱することができる。なお、本実施形態では、図４に示すように、励起光は、ヒーター２３を介してガスセル２１内に入射され、ガスセル２１内からヒーター２２を介して出射される。
このような基板２２１の構成材料としては、前述したような絶縁性および光透過性を有し、発熱抵抗体２２２、２２３の発熱に耐え得るものであれば、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等を用いることができる。
また、基板２２１の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．０１〜１０ｍｍ程度である。
また、基板２２１の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．０１〜１０ｍｍ程度である。
このような基板２２１のガスセル２１とは反対側には、発熱抵抗体２２２が設けられている。
発熱抵抗体２２２は、通電により発熱するものである。また、本実施形態では、発熱抵抗体２２２は、ガスセル２１中のアルカリ金属原子を励起する励起光に対する透過性を有する。これにより、ガスセル２１の励起光の出射部をヒーター２２により効率的に加熱することができる。
発熱抵抗体２２２は、通電により発熱するものである。また、本実施形態では、発熱抵抗体２２２は、ガスセル２１中のアルカリ金属原子を励起する励起光に対する透過性を有する。これにより、ガスセル２１の励起光の出射部をヒーター２２により効率的に加熱することができる。
また、発熱抵抗体２２２は、薄膜状をなしている。これにより、発熱抵抗体２２２を成膜により簡単かつ高精度に形成することができる。
本実施形態では、発熱抵抗体２２２は、基板２２１の上面の全域に亘って一様に形成されている。したがって、発熱抵抗体２２２は、平面視にて長方形をなす。
また、図６に示すように、発熱抵抗体２２２は、平面視したときに、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）を含み、この領域の外側に延びている。これにより、空間Ｓ内全域の磁場の変動を抑えることができる。その結果、簡単かつ確実に周波数精度を向上させることができる。
本実施形態では、発熱抵抗体２２２は、基板２２１の上面の全域に亘って一様に形成されている。したがって、発熱抵抗体２２２は、平面視にて長方形をなす。
また、図６に示すように、発熱抵抗体２２２は、平面視したときに、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）を含み、この領域の外側に延びている。これにより、空間Ｓ内全域の磁場の変動を抑えることができる。その結果、簡単かつ確実に周波数精度を向上させることができる。
このような発熱抵抗体２２２の構成材料としては、前述したように通電により発熱するとともに励起光に対する光透過性を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ３Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等の透明電極材料を用いるのが好ましい。
このような透明電極材料は、好適な光透過性を有するとともに、通電により効率的に発熱することができる。
また、発熱抵抗体２２２が透明電極材料で構成されていると、励起光の光路上にヒーター２２を設けることができる。そのため、ガスセル２１の励起光の出射部をヒーター２２により効率的に加熱することができる。
また、発熱抵抗体２２２が透明電極材料で構成されていると、励起光の光路上にヒーター２２を設けることができる。そのため、ガスセル２１の励起光の出射部をヒーター２２により効率的に加熱することができる。
発熱抵抗体２２２の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上１ｍｍ以下程度である。
また、発熱抵抗体２２２の形成は、特に限定されないが、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することができる。
また、発熱抵抗体２２２の形成は、特に限定されないが、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することができる。
このような発熱抵抗体２２２の基板２２１とは反対の面上には、電極２２３、２２４が設けられている。
電極２２３は、長方形をなす基板２２１の一方（図５中左側）の長辺に沿って設けられ、一方、電極２２４は、基板２２１の他方（図５中右側）の長辺に沿って設けられている。
電極２２３は、長方形をなす基板２２１の一方（図５中左側）の長辺に沿って設けられ、一方、電極２２４は、基板２２１の他方（図５中右側）の長辺に沿って設けられている。
電極２２３、２２４は、Ｘ方向に互いに間隔を隔てて設けられている。本実施形態では、１対の電極２２３、２２４間の距離がＹ軸方向での全域で均一となっている。
また、電極２２３、２２４は、それぞれ、Ｙ軸方向に沿って延在する帯状をなしている。そして、電極２２３、２２４は、それぞれ、発熱抵抗体２２２のＹ軸方向での全域に亘って設けられている。
また、電極２２３、２２４は、それぞれ、Ｙ軸方向に沿って延在する帯状をなしている。そして、電極２２３、２２４は、それぞれ、発熱抵抗体２２２のＹ軸方向での全域に亘って設けられている。
このような発熱抵抗体２２２上の１対の長辺に沿って設けられた１対の電極２２３、２２４に電圧を印加することにより、発熱抵抗体２２２の短辺に平行な方向に均一に電流を流すことができる。すなわち、発熱抵抗体２２２に対してＹ軸方向での全域に亘って均一な電位で給電することができる。そのため、発熱抵抗体２２２の発熱分布および磁場分布の均一化、ひいては、ガスセル２１内の温度および磁場の均一化を図ることができる。その結果、ガスセルユニット２の周波数精度を優れたものとすることができる。
特に、長方形の平面視形状をなす発熱抵抗体２２２の短辺に平行な方向に電流を流すと、発熱抵抗体２２２の長辺に平行な方向に電流を流す場合に比し、発熱抵抗体２２２の通電に伴って生じる磁場がガスセル２１の中心側へ入り込むのを防止することができる。そのため、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）内全域の磁場の変動をより確実に抑えることができる。
このような電極２２３、２２４の構成材料としては、特に限定されないが、導電性に優れた材料が好適に用いられ、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金、金合金、クロム、クロム合金、金等の金属材料が挙げられる。
このような電極２２３、２２４の構成材料としては、特に限定されないが、導電性に優れた材料が好適に用いられ、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金、金合金、クロム、クロム合金、金等の金属材料が挙げられる。
また、電極２２３、２２４の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上１ｍｍ以下程度である。
また、電極２２３、２２４の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法等の物理成膜法、ＣＶＤ等の化学蒸着法、インクジェット法等の各種塗布法等が挙げられる。
このような電極２２３、２２４は、温度制御回路５２に電気的に接続され、電極２２３と電極２２４との間に電圧が印加される。
また、電極２２３、２２４の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法等の物理成膜法、ＣＶＤ等の化学蒸着法、インクジェット法等の各種塗布法等が挙げられる。
このような電極２２３、２２４は、温度制御回路５２に電気的に接続され、電極２２３と電極２２４との間に電圧が印加される。
このような電極２２３と電極２２４との間に電圧を印加すると、発熱抵抗体２２２に通電される。同様に、電極２３３と電極２３４との間に電圧を印加すると、発熱抵抗体２３２に通電される。
このとき、この通電により発熱抵抗体２２２に流れる電流の方向と発熱抵抗体２３２に流れる電流の方向とが互いに同方向となる。具体的には、発熱抵抗体２２２には、電極２２３から電極２２４へ向けて図５の矢印ａ１で示す方向に電流が流れ、発熱抵抗体２３２には、電極２３３から電極２３４へ向けて図５の矢印ａ２で示す方向に電流が流れる。そのため、発熱抵抗体２２２と発熱抵抗体２３２との間の領域において、発熱抵抗体２２２から生じた磁場の方向ｂ１と、発熱抵抗体２３２から生じた磁場の方向ｂ２とが互いに逆方向となる。これにより、ガスセル２１内において、図８（ａ）に示すように、発熱抵抗体２２２から生じた磁場と発熱抵抗体２３２から生じた磁場とを互いに相殺あるいは弱め合うようにすることができる。
このとき、この通電により発熱抵抗体２２２に流れる電流の方向と発熱抵抗体２３２に流れる電流の方向とが互いに同方向となる。具体的には、発熱抵抗体２２２には、電極２２３から電極２２４へ向けて図５の矢印ａ１で示す方向に電流が流れ、発熱抵抗体２３２には、電極２３３から電極２３４へ向けて図５の矢印ａ２で示す方向に電流が流れる。そのため、発熱抵抗体２２２と発熱抵抗体２３２との間の領域において、発熱抵抗体２２２から生じた磁場の方向ｂ１と、発熱抵抗体２３２から生じた磁場の方向ｂ２とが互いに逆方向となる。これにより、ガスセル２１内において、図８（ａ）に示すように、発熱抵抗体２２２から生じた磁場と発熱抵抗体２３２から生じた磁場とを互いに相殺あるいは弱め合うようにすることができる。
なお、図５では、電極２２３、２３３を陰極、電極２２４、２３４を陽極とした場合を一例として図示しており、矢印ａ１、ａ２の方向（矢印ｂ１、ｂ２の方向についても同様）が図示のものとは逆方向であってもよい。また、図８におけるヒーターのＹ軸方向での長さおよび磁束密度の絶対値は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。
これに対し、仮に、発熱抵抗体２２２に流れる電流の方向と発熱抵抗体２３２に流れる電流の方向とが互いに逆方向であると、発熱抵抗体２２２と発熱抵抗体２３２との間の領域において、発熱抵抗体２２２から生じた磁場の方向と、発熱抵抗体２３２から生じた磁場の方向とが互いに同方向となる。その結果、ガスセル２１内において、図８（ｂ）に示すように、発熱抵抗体２２２から生じた磁場と発熱抵抗体２３２から生じた磁場が互いに強め合ってしまう。
また、発熱抵抗体２２２、２３２のＸ軸方向での長さをそれぞれＡとし、発熱抵抗体２２２、２３２のＹ軸方向での長さをそれぞれＢとしたとき、図９に示すように、ガスセル２１の中心から少しずれた位置での磁束密度は、Ｂ／Ａが大きくなるほど小さくなる。
また、発熱抵抗体２２２、２３２のＸ軸方向での長さをそれぞれＡとし、発熱抵抗体２２２、２３２のＹ軸方向での長さをそれぞれＢとしたとき、図９に示すように、ガスセル２１の中心から少しずれた位置での磁束密度は、Ｂ／Ａが大きくなるほど小さくなる。
ここで、図９は、発熱抵抗体２２２と発熱抵抗体２３２との間の距離（図７に示すＣ）を４ｍｍ、Ａを４ｍｍに固定した場合を例に示している。また、図９において、「ガスセル２１の中心から少しずれた位置」とは、ガスセル２１の中心から＋Ｘ方向、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向にそれぞれ１ｍｍずつずれた位置である。また、「発熱抵抗体２２２、２３２のＸ軸方向での長さＡ」とは、発熱抵抗体２２２、２３２の実質的に発熱体として機能する部分のＸ軸方向での長さをいう。また、「発熱抵抗体２２２、２３２のＹ軸方向での長さＢ」とは、発熱抵抗体２２２、２３２の実質的に発熱体として機能する部分のＹ軸方向での長さをいう。また、「発熱抵抗体２２２の実質的に発熱体として機能する部分」とは、平面視にて発熱抵抗体２２２の領域のうちの１対の電極２２３、２２４間に挟まれた領域であり、同様に、「発熱抵抗体２３２の実質的に発熱体として機能する部分」とは、平面視にて発熱抵抗体２３２の領域のうちの１対の電極２３３、２３４間に挟まれた領域である。
また、図９からもわかるように、Ｂ／Ａは、１以上５以下であるのが好ましく、１以上３以下であるのがより好ましく、１．５以上２．５以下であるのがさらに好ましい。これにより、ヒーター２２、２３ヒーター２２、２３の大型化を防止しつつ、ガスセル２１内において２つの発熱抵抗体２２２、２３２から生じる磁場を効果的に相殺または弱め合うことができる。
これに対し、Ｂ／Ａが前記下限値未満であると、ガスセル２１内の中心からずれた位置での磁場が大きくなり、周波数精度に悪影響を及ぼす場合があり、一方、Ｂ／Ａが前記上限値を超えると、ヒーター２２、２３が大型化する傾向を示す。また、Ｂ／Ａを前記上限値よりも大きくしても、ガスセル２１内の中心からずれた位置での磁場がそれ以上あまり小さくならなくなる。
［温度センサー］
また、ガスセルユニット２は、温度センサー２４、２３を有する。前述したようなヒーター２２、２３の発熱量は、この温度センサー２４、２５の検出結果に基づいて制御される。これにより、ガスセル２１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２４は、ヒーター２２またはガスセル２１の板状部２１１の温度を検出するものである。また、温度センサー２５は、ヒーター２３またはガスセル２１の板状部２１２の温度を検出するものである。
また、ガスセルユニット２は、温度センサー２４、２３を有する。前述したようなヒーター２２、２３の発熱量は、この温度センサー２４、２５の検出結果に基づいて制御される。これにより、ガスセル２１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２４は、ヒーター２２またはガスセル２１の板状部２１１の温度を検出するものである。また、温度センサー２５は、ヒーター２３またはガスセル２１の板状部２１２の温度を検出するものである。
このような温度センサー２４、２５の設置位置は、特に限定されず、図示しないが、例えば、温度センサー２４にあっては、ヒーター２２上またはガスセル２１の外表面の板状部２１１付近上、温度センサー２５にあっては、ヒーター２３上またはガスセル２１の外表面の板状部２１２付近上である。
温度センサー２４、２５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。
温度センサー２４、２５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２４、２５は、図示しない配線を介して、前述した温度制御回路５２に電気的に接続されている。
そして、温度制御回路５２は、温度センサー２４の検知結果に基づいて、前述したヒーター２２の通電量を制御する。また、温度制御回路５２は、温度センサー２５の検知結果に基づいて、前述したヒーター２３への通電量を制御する。
そして、温度制御回路５２は、温度センサー２４の検知結果に基づいて、前述したヒーター２２の通電量を制御する。また、温度制御回路５２は、温度センサー２５の検知結果に基づいて、前述したヒーター２３への通電量を制御する。
このように２つの温度センサー２４、２５を用いて、ヒーター２２、２３への通電量を制御することにより、より高精度な温度制御が可能となる。また、ガスセル２１内の温度のバラツキ（励起光の入射側と出射側との温度差）を防止することができる。
また、温度制御回路５２は、ヒーター２２への通電量とヒーター２３への通電量の差が一定となるように、ヒーター２２、２３への通電量を制御するのが好ましい。これにより、ヒーター２２の発熱抵抗体２２２とヒーター２３の発熱抵抗体２３２との間において、発熱抵抗体２２２、２３２への通電量がそれぞれ変化しても、発熱抵抗体２２２、２３２の通電により生じる磁場を互いにバランスよく相殺または弱め合うことができる。
また、温度制御回路５２は、ヒーター２２への通電量とヒーター２３への通電量の差が一定となるように、ヒーター２２、２３への通電量を制御するのが好ましい。これにより、ヒーター２２の発熱抵抗体２２２とヒーター２３の発熱抵抗体２３２との間において、発熱抵抗体２２２、２３２への通電量がそれぞれ変化しても、発熱抵抗体２２２、２３２の通電により生じる磁場を互いにバランスよく相殺または弱め合うことができる。
［コイル］
また、ガスセルユニット２は、コイル２６を有する（図１参照）。
このようなコイル２６は、通電により、磁場を発生させる。これにより、ガスセル２１中のアルカリ金属に磁場を印加することにより、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー状態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。
また、ガスセルユニット２は、コイル２６を有する（図１参照）。
このようなコイル２６は、通電により、磁場を発生させる。これにより、ガスセル２１中のアルカリ金属に磁場を印加することにより、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー状態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。
このコイル２６の設置位置は、特に限定されず、図示しないが、例えば、ソレノイド型を構成するようにガスセル２１の外周に沿って巻回して設けられていてもよいし、ヘルムホルツ型を構成するように１対のコイルをガスセル２１を介して対向させてもよい。
このコイル２６は、図示しない配線を介して、前述した磁場制御回路５３に電気的に接続されている。これにより、コイル２６に通電を行うことができる。
このようなコイル２６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。
このコイル２６は、図示しない配線を介して、前述した磁場制御回路５３に電気的に接続されている。これにより、コイル２６に通電を行うことができる。
このようなコイル２６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。
以上説明したような本実施形態のガスセルユニット２によれば、発熱抵抗体２２２と発熱抵抗体２３２との間において、発熱抵抗体２２２、２３２が通電に伴って生じた磁場を互いに相殺または緩和させるので、ヒーター２２、２３への通電量が変動しても、ガスセル２１内の磁場の変化を抑制または防止することができる。そのため、ガスセル２１内の磁場の変化を抑えつつ、ガスセル２１内の温度を所望の温度に維持することができる。その結果、ガスセルユニット２は、周波数精度を向上させることができる。
また、このようなガスセルユニット２を備える原子発振器１によれば、優れた周波数精度を有する。
また、このようなガスセルユニット２を備える原子発振器１によれば、優れた周波数精度を有する。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態に係るガスセルユニットの概略構成を示す斜視図、図１１は、図１０に示すガスセルユニットを示す平面図、図１２は、図１０に示すガスセルユニットの作用を説明する図（断面図）である。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態に係るガスセルユニットの概略構成を示す斜視図、図１１は、図１０に示すガスセルユニットを示す平面図、図１２は、図１０に示すガスセルユニットの作用を説明する図（断面図）である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ヒーターのＹ軸方向での長さが異なる以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態のガスセルユニットに関し、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１０〜１２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。
なお、以下の説明では、第２実施形態のガスセルユニットに関し、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１０〜１２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。
図１０に示すガスセルユニット２Ａは、ガスセル２１を挟持するように設けられた１対のヒーター２２Ａ、２３Ａを有している。
ヒーター（第１ヒーター）２２Ａは、基板２２１Ａと、基板２２１Ａの一方の面上に設けられた発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２Ａと、発熱抵抗体２２２Ａ上に設けられた１対の電極２２３Ａ、２２４Ａとを有している。
同様に、ヒーター（第２ヒーター）２３Ａは、基板２３１Ａと、基板２３１Ａの一方の面上に設けられた発熱抵抗体（第２発熱抵抗体）２３２Ａと、発熱抵抗体２３２Ａ上に設けられた電極２３３Ａ、２３４Ａとを有している。
ヒーター（第１ヒーター）２２Ａは、基板２２１Ａと、基板２２１Ａの一方の面上に設けられた発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２Ａと、発熱抵抗体２２２Ａ上に設けられた１対の電極２２３Ａ、２２４Ａとを有している。
同様に、ヒーター（第２ヒーター）２３Ａは、基板２３１Ａと、基板２３１Ａの一方の面上に設けられた発熱抵抗体（第２発熱抵抗体）２３２Ａと、発熱抵抗体２３２Ａ上に設けられた電極２３３Ａ、２３４Ａとを有している。
以下、ヒーター２２Ａの各部を説明する。なお、ヒーター２３Ａの構成については、ヒーター２２Ａの構成と同様であるため、その説明を省略する。
本実施形態では、基板２２１Ａおよび発熱抵抗体２２２Ａは、それぞれ、平面視にて四角形（より具体的には正方形）をなしている。
また、図１１に示すように、発熱抵抗体２２２Ａは、平面視したときに、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）を含み、発熱抵抗体２２２Ａがこの領域（空間Ｓ）の外側に延びている。これにより、空間Ｓ内全域の磁場の変動を抑えることができる。その結果、簡単かつ確実に周波数精度を向上させることができる。
本実施形態では、基板２２１Ａおよび発熱抵抗体２２２Ａは、それぞれ、平面視にて四角形（より具体的には正方形）をなしている。
また、図１１に示すように、発熱抵抗体２２２Ａは、平面視したときに、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）を含み、発熱抵抗体２２２Ａがこの領域（空間Ｓ）の外側に延びている。これにより、空間Ｓ内全域の磁場の変動を抑えることができる。その結果、簡単かつ確実に周波数精度を向上させることができる。
本実施形態では、発熱抵抗体２２２Ａは、平面視したときに、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）とＸ方向の幅が一致している。これにより、ガスセルユニット２Ａの小型化を図ることができる。
このようなヒーター２２Ａでは、電極２２３Ａと電極２２４Ａとの間に電圧を印加することにより、発熱抵抗体２２２Ａに通電される。同様に、ヒーター２３Ａでは、電極２３３Ａと電極２３４Ａとの間に電圧を印加すると、発熱抵抗体２３２Ａに通電される。
このようなヒーター２２Ａでは、電極２２３Ａと電極２２４Ａとの間に電圧を印加することにより、発熱抵抗体２２２Ａに通電される。同様に、ヒーター２３Ａでは、電極２３３Ａと電極２３４Ａとの間に電圧を印加すると、発熱抵抗体２３２Ａに通電される。
このとき、この通電により発熱抵抗体２２２Ａに流れる電流の方向と発熱抵抗体２３２Ａに流れる電流の方向とが互いに同方向となる。具体的には、発熱抵抗体２２２Ａには、電極２２３Ａから電極２２４Ａへ向けて図１２の矢印ａ１で示す方向に電流が流れ、発熱抵抗体２３２Ａには、電極２３３Ａから電極２３４Ａへ向けて図１２の矢印ａ２で示す方向に電流が流れる。そのため、発熱抵抗体２２２Ａと発熱抵抗体２３２Ａとの間の領域において、発熱抵抗体２２２Ａから生じた磁場の方向ｂ１と、発熱抵抗体２３２Ａから生じた磁場の方向ｂ２とが互いに逆方向となる。これにより、ガスセル２１内において、発熱抵抗体２２２Ａから生じた磁場と発熱抵抗体２３２Ａから生じた磁場とを互いに相殺または緩和させることができる。
なお、本実施形態では発熱抵抗体２２２Ａ（発熱抵抗体２３２Ａ）とガスセル２１との間に基板２２１Ａ（基板２３１Ａ）が介在した構成としたが、これに限らず、発熱抵抗体２２２Ａ（発熱抵抗体２３２Ａ）がガスセル２１の表面に直接に備えられた構成としても良い。
以上説明したような第２実施形態に係るガスセルユニット２Ａによっても、周波数精度を向上させることができる。
以上説明したような第２実施形態に係るガスセルユニット２Ａによっても、周波数精度を向上させることができる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１３は、本発明の第３実施形態に係るガスセルユニットの概略構成を示す斜視図である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ヒーターの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１３は、本発明の第３実施形態に係るガスセルユニットの概略構成を示す斜視図である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ヒーターの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。
なお、以下の説明では、第３実施形態のガスセルユニットに関し、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１３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。
図１３に示すガスセルユニット２Ｂは、ガスセル２１を挟持するように設けられた１対のヒーター２２Ｂ、２３Ｂとを有している。
図１３に示すガスセルユニット２Ｂは、ガスセル２１を挟持するように設けられた１対のヒーター２２Ｂ、２３Ｂとを有している。
以下、ヒーター２２Ｂについて説明する。なお、ヒーター２３Ｂの構成については、ヒーター２２Ｂの構成と同様であるため、その説明を省略する。
ヒーター（第１ヒーター）２２Ｂは、基板（第１基板）２２１と、基板２２１の一方の面上に設けられた発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２と、発熱抵抗体２２２上に設けられた１対の電極２２３、２２４および１対の磁気シールド用電極２２５、２２６とを有している。
ヒーター（第１ヒーター）２２Ｂは、基板（第１基板）２２１と、基板２２１の一方の面上に設けられた発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２と、発熱抵抗体２２２上に設けられた１対の電極２２３、２２４および１対の磁気シールド用電極２２５、２２６とを有している。
すなわち、ヒーター２２Ｂは、前述した第１実施形態のヒーター２２において、発熱抵抗体２２２上に１対の磁気シールド用電極２２５、２２６を設けたものである。
１対の磁気シールド用電極２２５、２２６は、発熱抵抗体２２２上の１対の短辺に沿って設けられている。これにより、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）内全域の磁場の変動をより確実に抑えることができる。
１対の磁気シールド用電極２２５、２２６は、発熱抵抗体２２２上の１対の短辺に沿って設けられている。これにより、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）内全域の磁場の変動をより確実に抑えることができる。
また、本実施形態では、磁気シールド用電極２２５は、絶縁層２２７を介して発熱抵抗体２２２上に設けられている。同様に、磁気シールド用電極２２６は、絶縁層２２８を介して発熱抵抗体２２２上に設けられている。このような絶縁層２２７、２２８を設けることにより、１対の電極２２３、２２４間への通電による発熱抵抗体２２２の発熱を阻害することなく、各磁気シールド用電極２２５、２２６が磁気を遮断することができる。
絶縁層２２７、２２８の構成材料としては、絶縁性を有し、かつ、成膜可能なものであれば、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、セラミックス材料等が挙げられる。
また、磁気シールド用電極２２５、２２６は、それぞれ、Ｘ軸方向に沿って延在する帯状をなしている。
このような磁気シールド用電極２２５、２２６の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体材料が挙げられる。
以上説明したような第３実施形態に係るガスセルユニット２Ｂによっても、周波数精度を向上させることができる。
また、磁気シールド用電極２２５、２２６は、それぞれ、Ｘ軸方向に沿って延在する帯状をなしている。
このような磁気シールド用電極２２５、２２６の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体材料が挙げられる。
以上説明したような第３実施形態に係るガスセルユニット２Ｂによっても、周波数精度を向上させることができる。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第４実施形態に係るガスセルユニットの概略構成を示す斜視図である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ヒーターの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第４実施形態に係るガスセルユニットの概略構成を示す斜視図である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ヒーターの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。
なお、以下の説明では、第４実施形態のガスセルユニットに関し、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１４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。
図１４に示すガスセルユニット２Ｃは、ガスセル２１を挟持するように設けられた１対のヒーター２２Ｃ、２３Ｃとを有している。
図１４に示すガスセルユニット２Ｃは、ガスセル２１を挟持するように設けられた１対のヒーター２２Ｃ、２３Ｃとを有している。
以下、ヒーター２２Ｃについて説明する。なお、ヒーター２３Ｃの構成については、ヒーター２２Ｂの構成と同様であるため、その説明を省略する。
ヒーター（第１ヒーター）２２Ｃは、基板（第１基板）２２１と、基板２２１の一方の面上に設けられた発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２と、発熱抵抗体２２２上に設けられた１対の電極２２３、２２４および１対の磁気シールド用の導体２２５Ｃ、２２６Ｃとを有している。
ヒーター（第１ヒーター）２２Ｃは、基板（第１基板）２２１と、基板２２１の一方の面上に設けられた発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２と、発熱抵抗体２２２上に設けられた１対の電極２２３、２２４および１対の磁気シールド用の導体２２５Ｃ、２２６Ｃとを有している。
すなわち、ヒーター２２Ｃは、前述した第１実施形態のヒーター２２において、発熱抵抗体２２２上に１対の磁気シールド用の導体２２５Ｃ、２２６Ｃを設けたものである。
１対の磁気シールド用の導体２２５Ｃ、２２６Ｃは、発熱抵抗体２２２上の１対の短辺に沿って設けられている。これにより、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）内全域の磁場の変動をより確実に抑えることができる。
１対の磁気シールド用の導体２２５Ｃ、２２６Ｃは、発熱抵抗体２２２上の１対の短辺に沿って設けられている。これにより、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）内全域の磁場の変動をより確実に抑えることができる。
また、磁気シールド用の導体２２５Ｃは、磁気シールド性を有し電極２２４と一体的に形成され、同様に、磁気シールド用の導体２２６Ｃは、磁気シールド性を有し電極２２３と一体的に形成されている。これにより、磁気シールド用の導体２２５Ｃが電極２２４と同極の電極として機能するとともに、磁気シールド用の導体２２６Ｃが電極２２３と同極の電極として機能する。したがって、１対の電極２２３、２２４間への通電および１対の磁気シールド用の導体２２５Ｃ、２２６Ｃ間の通電により発熱抵抗体２２２を発熱させるとともに、各磁気シールド用の導体２２５Ｃ、２２６Ｃが磁気を遮断することができる。
以上説明したような第４実施形態に係るガスセルユニット２Ｃによっても、周波数精度を向上させることができる。
以上説明したような第４実施形態に係るガスセルユニット２Ｃによっても、周波数精度を向上させることができる。
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図１５は、本発明の第５実施形態に係るガスセルユニットを示す平面図である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ガスセルおよびヒーターの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。また、本実施形態にかかるガスセルユニットは、ガスセルの構成が異なる以外は、前述した第２実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。
なお、以下の説明では、第５実施形態のガスセルユニットに関し、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１５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。
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図１５は、本発明の第５実施形態に係るガスセルユニットを示す平面図である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ガスセルおよびヒーターの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。また、本実施形態にかかるガスセルユニットは、ガスセルの構成が異なる以外は、前述した第２実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。
なお、以下の説明では、第５実施形態のガスセルユニットに関し、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１５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。
図１５に示すガスセルユニット２Ｄは、ガスセル２１Ｄを有している。
ガスセル２１Ｄのアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）は、発熱抵抗体２２２Ａを平面視したときに、発熱抵抗体２２２Ａの電流が流れる方向に対して平行な方向に延びる長手形状をなしている。本実施形態では、空間Ｓは、発熱抵抗体２２２Ａを平面視したときに、発熱抵抗体２２２Ａの電流が流れる方向に対して平行な方向に延びる長軸を有する楕円形状をなしている。これにより、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）内全域の磁場の変動をより確実に抑えることができる。
以上説明したような第５実施形態に係るガスセルユニット２Ｄによっても、周波数精度を向上させることができる。
ガスセル２１Ｄのアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）は、発熱抵抗体２２２Ａを平面視したときに、発熱抵抗体２２２Ａの電流が流れる方向に対して平行な方向に延びる長手形状をなしている。本実施形態では、空間Ｓは、発熱抵抗体２２２Ａを平面視したときに、発熱抵抗体２２２Ａの電流が流れる方向に対して平行な方向に延びる長軸を有する楕円形状をなしている。これにより、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）内全域の磁場の変動をより確実に抑えることができる。
以上説明したような第５実施形態に係るガスセルユニット２Ｄによっても、周波数精度を向上させることができる。
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
図１６は、本発明の第６実施形態に係るガスセルユニットを示す平面図である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ヒーターの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
図１６は、本発明の第６実施形態に係るガスセルユニットを示す平面図である。
本実施形態にかかるガスセルユニットは、ヒーターの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかるガスセルユニットと同様である。
なお、以下の説明では、第６実施形態のガスセルユニットに関し、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１６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。
図１６に示すガスセルユニット２Ｅは、ガスセル２１を加熱するヒーター（第１ヒーター）２２Ｅを有している。なお、図示しないが、ガスセルユニット２Ｅでは、ヒーター２２Ｅと同様の構成のヒーター（第２ヒーター）がガスセル２１を介してヒーター２２Ｅに対向して設けられている。
図１６に示すガスセルユニット２Ｅは、ガスセル２１を加熱するヒーター（第１ヒーター）２２Ｅを有している。なお、図示しないが、ガスセルユニット２Ｅでは、ヒーター２２Ｅと同様の構成のヒーター（第２ヒーター）がガスセル２１を介してヒーター２２Ｅに対向して設けられている。
ヒーター２２Ｅは、基板２２１Ｅと、基板２２１Ｅの一方の面上に設けられた発熱抵抗体（第１発熱抵抗体）２２２Ｅと、発熱抵抗体２２２Ｅ上に設けられた１対の電極２２３、２２４とを有している。
本実施形態では、基板２２１Ｅおよび発熱抵抗体２２２Ｅは、それぞれ、平面視にて四角形（より具体的には正方形）をなしている。
本実施形態では、基板２２１Ｅおよび発熱抵抗体２２２Ｅは、それぞれ、平面視にて四角形（より具体的には正方形）をなしている。
また、図１６に示すように、発熱抵抗体２２２Ｅは、平面視したときに、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）を含み、この領域（空間Ｓ）の外側に延びている。本実施形態では、発熱抵抗体２２２Ｅは、平面視したときに、ガスセル２１のアルカリ金属原子が封入された領域（空間Ｓ）よりも大きい形状をなす。これにより、空間Ｓ内全域の磁場の変動を抑えることができる。その結果、簡単かつ確実に周波数精度を向上させることができる。
以上説明したような第６実施形態に係るガスセルユニット２Ｅによっても、周波数精度を向上させることができる。
以上、本発明のガスセルユニットおよび原子発振器について、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い。
また、本発明のガスセルユニットおよび原子発振器では、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。
以上、本発明のガスセルユニットおよび原子発振器について、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い。
また、本発明のガスセルユニットおよび原子発振器では、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、本発明のガスセルユニットおよび原子発振器は、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。
例えば、前述した実施形態では、ガスセルユニットに備えられた２つのヒーター（第１ヒーター、第２ヒーター）は互いに同じ構成である場合を説明したが、一方のヒーターと他方のヒーターとが異なる構成であってもよい。
また、ガスセルユニットが備えるヒーターの数は、３つ以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、２つの温度センサーを設けた場合を説明したが、温度センサーの数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
例えば、前述した実施形態では、ガスセルユニットに備えられた２つのヒーター（第１ヒーター、第２ヒーター）は互いに同じ構成である場合を説明したが、一方のヒーターと他方のヒーターとが異なる構成であってもよい。
また、ガスセルユニットが備えるヒーターの数は、３つ以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、２つの温度センサーを設けた場合を説明したが、温度センサーの数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
１‥‥原子発振器 ２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ‥‥ガスセルユニット ３‥‥光出射部 ４‥‥光検出部 ５‥‥制御部 ２１、２１Ｄ‥‥ガスセル ２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｅ‥‥ヒーター ２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ‥‥ヒーター ２４、２５‥‥温度センサー ２６‥‥コイル ５１‥‥周波数制御回路 ５２‥‥温度制御回路 ５３‥‥磁場制御回路 ２１１、２１２‥‥板状部 ２１３‥‥スペーサー ２２１、２２１Ａ、２２１Ｅ‥‥基板 ２２２、２２２Ａ、２２２Ｅ‥‥発熱抵抗体 ２２３、２２３Ａ、２２４、２２４Ａ‥‥電極 ２２５、２２６‥‥磁気シールド用電極 ２２５Ｃ、２２６Ｃ‥‥磁気シールド用の導体 ２２７、２２８‥‥絶縁層 ２３１、２３１Ａ‥‥基板 ２３２、２３２Ａ‥‥発熱抵抗体 ２３３、２３３Ａ、２３４、２３４Ａ‥‥電極 ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２‥‥矢印 Ｓ‥‥空間 ω０、ω１、ω２‥‥周波数
Claims (5)
- 第１ヒーターと第２ヒーターと、
前記第１ヒーターと前記第２ヒーターとの間に挟持され、励起光に励起される金属原子を封入しているガスセルと、を有し、
前記第１ヒーターは、
前記励起光に対して透過性を有する第１基板と、
前記第１基板の面上に配設され、前記励起光に対して透過性を有する第１発熱抵抗体と、
前記第１発熱抵抗体の面上であって、前記第１発熱抵抗体の互いに対向する端面部に配設された第１電極と第２電極と、を有し、
前記第１ヒーターは、前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加し、前記第１発熱抵抗体に対し一方向に電流を流して前記第１発熱抵抗体を発熱させ、
前記第２ヒーターは、
前記励起光に対して透過性を有する第２基板と、
前記第２基板の面上に配設され、前記励起光に対して透過性を有する第２発熱抵抗体と、
前記第２発熱抵抗体の面上であって、前記第２発熱抵抗体の互いに対向する端面部に配設された第３電極と第４電極と、を有し、
前記第２ヒーターは、前記第３電極と前記第４電極に電圧を印加し、前記第２発熱抵抗体に対し、前記第１発熱抵抗体に流れる電流と同一方向に電流を流して前記第２発熱抵抗体を発熱させ、
前記第１発熱抵抗体から生じる磁場と前記第２発熱抵抗体から生じる磁場とが前記ガスセル内において互いに逆方向となり弱め合うことを特徴とするガスセルユニット。 - 前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体は、それぞれ、平面視において前記ガスセルの前記金属原子が封入されている領域を含んでいる請求項１に記載のガスセルユニット。
- 前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体は、それぞれ、平面視において長方形をなし、短辺に沿う方向に電流が流れる請求項１または２に記載のガスセルユニット。
- 前記第１発熱抵抗体および前記第２発熱抵抗体は、それぞれ、前記第１基板と前記第２基板の、前記ガスセルとは反対側の面に配設されている請求項１ないし３のいずれかに記載のガスセルユニット。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載のガスセルユニットと、
前記励起光を出射する光出射部と、
前記ガスセルを透過した前記励起光の強度を検出する光検出部と、
を備えることを特徴とする原子発振器。
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