JP6493576B2 - 量子干渉装置、原子発振器、および電子機器 - Google Patents
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一般に、原子発振器の動作原理は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した方式と、波長の異なる2種類の光による量子干渉効果(CPT:Coherent Population Trapping)を利用した方式とに大別されるが、量子干渉効果を利用した原子発振器は、二重共鳴現象を利用した原子発振器よりも小型化できることから、近年、様々な機器への搭載が期待されている。
しかしながら、特許文献1には、ガスセルと、各機能ブロックとの位置関係は、記載されておらず、その位置関係によっては、EIT信号のSN比が低下し、原子発振器の発振周波数の精度が低下するという問題がある。
[適用例1]
本発明の量子干渉装置は、金属原子が封入されているガスセルと、
光を前記ガスセルに向けて出射する光出射部と、
前記ガスセルを透過した前記光を受光して受光信号を出力する受光部と、
前記受光信号が入力される入力部と、
前記入力部から出力される前記受光信号を処理する受光回路と、
前記光出射部と並んでいて、高周波電流を生成する高周波電流生成部と、
前記高周波電流生成部から出力された前記高周波電流を前記光出射部に出力する第1の出力部と、
を備え、
前記入力部と前記第1の出力部との間に、前記ガスセルが配置されていることを特徴とする。
本発明の量子干渉装置では、前記光出射部と並んでいて、前記光出射部に供給するバイアス電流を生成するバイアス電流生成部と、
前記バイアス電流生成部から出力された前記バイアス電流を前記光出射部に出力する第2の出力部と、
を備え、
前記入力部と前記第2の出力部との間に、前記ガスセルが配置されている請求項1に記載の量子干渉装置。
これにより、第2の出力部と光出射部との間の配線の長さを短くすることができ、バイアス電流へのノイズの混入を低減することができ、これによって、EIT信号のSN比を向上させることができる。
本発明の量子干渉装置では、前記高周波電流生成部は、前記ガスセルと前記光出射部とを結ぶ直線からずれていることが好ましい。
これにより、高周波電流生成部が前記直線上に配置される場合に比べて、前記直線の方向の寸法を小さくすることができ、小型化を図ることができる。
[適用例4]
本発明の量子干渉装置では、前記高周波電流生成部と前記ガスセルとが並んでいることが好ましい。
これにより、小型化を図ることができる。
本発明の量子干渉装置では、前記第1の出力部は、前記ガスセルと前記光出射部との並びの方向に並んでおり、前記高周波電流生成部よりも前記光出射部側に配置されていることが好ましい。
これにより、小型化を図ることができる。
本発明の原子発振器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、入力部と受光部との間の配線の長さを短くすることができ、受光信号へのノイズの混入を低減することができ、また、第1の出力部と光出射部との間の配線の長さを短くすることができ、高周波電流の減衰を低減することができ、これによって、EIT信号のSN比を向上させることができ、EIT信号を確実に検出することができる。これにより、高精度な量子干渉装置を提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
[適用例8]
本発明の移動体は、本発明の量子干渉装置を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。
1.原子発振器(量子干渉装置)
まず、本発明の原子発振器(本発明の量子干渉装置を備える原子発振器)について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。
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模式図である。また、図2は、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、光出射部から出射される2つの光の周波数差と、受光部および受光回路で検出される光の強度との関係を示すグラフである。
この原子発振器1は、図1、図4に示すように、光出射側のユニットである第1ユニット2と、光検出側のユニットである第2ユニット3と、ユニット2、3間に設けられた光学部品41、42、43と、ペルチェ素子46と、温度センサー47と、第1ユニット2、第2ユニット3およびペルチェ素子46を制御する制御部6と、第1基板81と、第2基板82と、第3基板83と、支持板(接続部材)7と、これらを収納する外パッケージ5とを備える。
また、第2ユニット3は、ガスセル31と、受光部38と、ヒーター(加熱部)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(筺体)36とを備える。なお、ペルチェ素子46および温度センサー47は、例えば、第2パッケージ36の所定部位に設けられている。
図1に示すように、原子発振器1では、光出射部21がガスセル31に向けて励起光LLを出射し、ガスセル31を透過した励起光LLを受光部38および受光回路68で検出する。
ガスセル31内には、ガス状のアルカリ金属(金属原子)が封入されており、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、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。
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。
図4は、図1に示す原子発振器の断面図、図5は、図1に示す原子発振器が備える光出射部およびガスセルを説明するための模式図、図6は、図1に示す原子発振器が備える第1基板、第2基板および第3基板を示す斜視図、図7は、図1に示す原子発振器が備える第1ユニットと、第2ユニットと、第1基板と、その第1基板に設けられた各部とを示す平面図(ブロック図を含む)である。なお、図4の断面は、図6および図7中のA−A線での断面である。また、以下では、説明の便宜上、図4〜図6中の上側を「上」、下側を「下」という。また、図7では、説明の便宜上、互いに直交する2つの軸として、X軸およびY軸を図示しており、その図示された各矢印の先端側を「+側」、基端側を「−側」とする。また、以下では、説明の便宜上、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」といい、また、+Y方向側(図7の上側)を「上」、−Y方向側(図7の下側)を「下」という。なお、X軸方向は、励起光LLの軸aに平行な方向であり、Y軸方向は、励起光LLの軸aに直交する方向またはその軸aに直交する方向と平行な方向である。また、図7には、配線の一部のみが矢印で図示されている。
第1ユニット2、第2ユニット3、ペルチェ素子46および温度センサー47は、第1基板81、第2基板82および第3基板83の配線(図示せず)、フレキシブルなコネクター(図示せず)、第1基板81、第2基板82、第3基板83に設けられたコネクター(図示せず)等を介して制御部6に電気的に接続されている。そして、第1ユニット2、第2ユニット3およびペルチェ素子46は、制御部6により駆動制御される。
(第1ユニット)
前述したように、第1ユニット2は、光出射部21と、ペルチェ素子24と、温度センサー25と、これらを収納する第1パッケージ22とを備える。
光出射部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LLを出射する機能を有する。
より具体的には、光出射部21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)を含む光を励起光LLとして出射するものである。
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(共鳴)し得るものである。
この光出射部21としては、前述したような励起光LLを出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)等の半導体レーザー等を用いることができる。
ペルチェ素子(温度調節素子)24は、光出射部21を加熱、冷却する機能を有する。これにより、光出射部21は、所定温度に温度調節される。なお、光出射部21の温度を調節する温度調節素子としては、ペルチェ素子24に限らず、例えば、発熱抵抗体(ヒーター)等が挙げられる。
このようなペルチェ素子24は、後述する制御部6の光出射部温度制御部64に電気的に接続され、通電制御される。
温度センサー25は、光出射部21の温度を検出するものである。そして、この温度センサー25の検出結果に基づいて、前述したペルチェ素子24の駆動が制御される。これにより、光出射部21を所望の温度に維持することができる。
なお、温度センサー25の設置位置は、特に限定されず、例えば、光出射部21の外表面上等が挙げられる。
温度センサー25としては、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25は、後述する制御部6の光出射部温度制御部64に電気的に接続されている。
第1パッケージ22は、前述した光出射部21、ペルチェ素子24および温度センサー25を収納する。
この第1パッケージ22は、外形形状がブロック状をなす筐体を有し、箱状をなしている。この第1パッケージ22は、外パッケージ5のベースプレート51(図4参照)に固定(接続)された支持板7に搭載されている。
また、第1パッケージ22は、光出射部21、ペルチェ素子24および温度センサー25を内部で直接的または間接的に支持する。
また、第1パッケージ22の第2ユニット3側の壁部には、窓部23が設けられている。この窓部23は、ガスセル31と光出射部21との間の光軸(励起光LLの軸a)上に設けられている。そして、窓部23は、前述した励起光LLに対して透過性を有する。
ここで、第1パッケージ22の窓部23以外の部分が励起光に対して透過性を有する材料で構成されている場合、第1パッケージ22の窓部23以外の部分と窓部23と一体的に形成することができる。また、第1パッケージ22の窓部23以外の部分が励起光に対して透過性を有しない材料で構成されている場合、第1パッケージ22の窓部23以外の部分と窓部23とを別体で形成し、これらを公知の接合方法により接合すればよい。
このような第1パッケージ22によれば、光出射部21から第1パッケージ22外への励起光の出射を許容しつつ、光出射部21、ペルチェ素子24および温度センサー25を第1パッケージ22内に収納することができる。
前述したように、第2ユニット3は、ガスセル31と、受光部38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。また、ガスセル31内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
例えば、ガスセル31は、図5に示すように、柱状の貫通孔311aを有する本体部311と、その貫通孔311aの両開口を封鎖する1対の窓部312、313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Sが形成されている。
このような本体部311には、窓部312、313が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Sを気密空間とすることができる。
また、窓部312、313を構成する材料としては、前述したような励起光LL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、シリコン材料、ガラス材料、水晶等が挙げられる。
このようなガスセル31は、ヒーター33により加熱され、所定温度に温度調節される。
受光部38および受光回路68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。この場合、受光部38は、ガスセル31内を透過した励起光LLを受光する機能、すなわち光電変換する機能を有する。また、受光回路68は、受光部38の受光信号、すなわち受光部38から出力された電流を電圧に変換し、その電圧を増幅する機能を有する。すなわち、受光回路68は、電流を電圧に変換する電流電圧変換回路(IV変換回路)を有している。
なお、受光部38としては、上述したような励起光LL受光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所望濃度のガス状に維持することができる。
このヒーター33は、電力の供給により駆動される、すなわち、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のセル温度制御部62に電気的に接続され、通電制御される。
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、後述する制御部6のセル温度制御部62に電気的に接続されている。
コイル35は、通電により、内部空間Sに励起光LLの軸aに沿った方向(平行な方向)の磁場を発生させる機能を有する。これにより、ゼーマン分裂により、内部空間Sに存在するアルカリ金属の原子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、EIT信号の線幅を小さくすることができる。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。
第2パッケージ36は、前述したガスセル31、受光部38、ヒーター33、温度センサー34およびコイル35を収納する。
第2パッケージ36は、外形形状がブロック状をなす筐体を有し、箱状をなしている。この第2パッケージ36は、外パッケージ5のベースプレート51(図4参照)に固定(接続)された支持板7に搭載されている。
また、第2パッケージ36からは、例えば、複数のリード(図示せず)が突出しており、これらは、配線を介してガスセル31、受光部38、ヒーター33、温度センサー34およびコイル35に電気的に接続されている。そして、前記各リードは、図示しないコネクター等で第1基板81、第2基板82および第3基板83の所定の基板と電気的に接続されている。このコネクターとしては、例えば、フレキシブル基板や、ソケット状をなすもの等を用いることとができる。
なお、窓部37は、励起光に対する透過性を有するものであれば、光透過性を有するものに限定されず、例えば、レンズ、偏光板、λ/4波長板等の光学部品であってもよい。
このような第2パッケージ36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。
[ペルチェ素子]
ペルチェ素子(温度調節素子)46は、第2パッケージ36を加熱、冷却する機能を有する。これにより、第2パッケージ36は、所定温度に温度調節される。なお、第2パッケージ36の温度を調節する温度調節素子としては、ペルチェ素子46に限らず、例えば、発熱抵抗体(ヒーター)等が挙げられる。
このようなペルチェ素子46は、後述する制御部6のパッケージ温度制御部65に電気的に接続され、通電制御される。
温度センサー47は、第2パッケージ36内の温度を検出するものである。そして、この温度センサー47の検出結果に基づいて、前述したペルチェ素子46の駆動が制御される。これにより、第2パッケージ36を所望の温度に維持することができる。
なお、温度センサー47の設置位置は、特に限定されず、例えば、第2パッケージ36の外表面上等が挙げられる。
温度センサー47としては、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47は、後述する制御部6のパッケージ温度制御部65に電気的に接続されている。
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内の光出射部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(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、光出射部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。
このような光学部品41に対して第2ユニット3側には、光学部品42、43が配置されている。
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、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。
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を外パッケージ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。
また、光学部品42、43は、それぞれ、周方向で連続的または断続的に減光率が異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品42、43を回転させることにより、励起光の減光率を調整することができる。なお、この場合、光学部品42、43の回転中心が軸aに対してずれていればよい。
また、光学部品41、42、43は、前述した種類、配置順、数等に限定されない。例えば、光学部品41、42、43は、それぞれ、λ/4波長板または減光フィルターに限定されず、レンズ、偏光板等であってもよい。
図4に示すように、外パッケージ5は、支持板7および光学部品41〜43を支持するベースプレート(基板)51と、ベースプレート51に対して、第1ユニット2、第2ユニット3、第1基板81、第2基板82、第3基板83、支持板7および光学部品41〜43等の各収納物を覆うように設けられたカバー部材52とを有している。また、ベースプレート51とカバー部材52とは、例えば、図示しない接着剤等により固定されている。
各導電性ピン18は、ベースプレート51を貫通しての外パッケージ5の外側に突出しており、この突出した部分で外部と、第1基板81、第2基板82および第3基板83とを直接または間接的に電気的に接続している。
外パッケージ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。
図4に示すように、支持板7は、第1ユニット2を支持する第1板状部71と、第2ユニット3を支持する第2板状部72と、第1板状部71と第2板状部72とを連結する一対の連結部73とを有している。第2板状部72は、第1板状部71よりも上側、すなわち第2ユニット3側に位置している。なお、支持板7に貫通孔74が形成されていることで、連結部73が1対形成される。この支持板7は、第1ユニット2と第2ユニット3とを同一面側(上面側)で支持し、かつ、下面側でベースプレート51上に載置(接続)される部材である。
この支持板7により、第2ユニット3がベースプレート51から離間しているので、ベースプレート51から第2ユニット3への直接的な熱伝達を防止することができる。よって、原子発振器1は信頼性に優れたものとなる。
支持板7の構成材料としては特に限定されず、例えば、セラミックス材料、金属、樹脂等を用いることができるが、これらの中では、金属であるのが好ましい。
図1に示す制御部6は、ヒーター33、コイル35、光出射部21、ペルチェ素子24および46をそれぞれ制御する機能を有する。
本実施形態では、制御部6は、第1基板81、第2基板82および第3基板83に搭載された複数のIC(Integrated Circuit)チップ等で構成されている。
また、バイアス電流生成部56は、電圧を直流電流に変換する機能を有する。すなわち、バイアス電流生成部56は、電圧を直流電流に変換する電圧電流変換回路(VI変換回路)を有している。
前記コネクター194は、高周波電流生成部610で生成された高周波数電流が出力される第1の出力部であるとともに、バイアス電流生成部で生成されたバイアス電流が出力される第2の出力部でもある。このコネクター194から出力されるバイアス電流および高周波数電流は、別々に、または、合成されて、光出射部21に送出される。
セル温度制御部62は、温度センサー34の検出結果に基づいて、ヒーター(加熱部)33の駆動を制御する、すなわち、ヒーター33への通電を制御する。これにより、ガスセル31を所望の温度範囲内に維持することができる。
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。
また、パッケージ温度制御部65は、温度センサー47の検出結果に基づいて、ペルチェ素子46の駆動を制御する、すなわち、ペルチェ素子46への通電を制御する。これにより、第2パッケージ36を所望の温度範囲内に維持することができる。
励起光制御部61は、前述した受光部38および受光回路68の検出結果に基づいて、光出射部21の駆動(EIT信号)を制御する、すなわち、光出射部21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、励起光制御部61は、前述した受光部38および受光回路68の検出結果に基づいて、前述した周波数差(ω1−ω2)がアルカリ金属固有の周波数ω0となるように、光出射部21から出射される共鳴光1、2の周波数を制御する。
また、励起光制御部61は、水晶発振器13の発振周波数(共振周波数)を受光部38および受光回路68の検知結果に基づいて同期・調整しながら原子発振器1の出力信号として出力する。水晶発振器13としては、例えば、電圧制御型水晶発振器等を用いることができる。
まず、水晶発振器13から出力された信号(周波数:10kHz)は、逓倍器611で4.6×105倍(周波数:4.6GHz)に逓倍され、増幅器・減衰器612で増幅および減衰され、増幅器・減衰器612から高周波電流として出力される。
一方、バイアス電流生成部56では、電圧が直流電流に変換され、バイアス電流として出力される。
しかし、水晶発振器13の水晶が経時的に劣化すること等の理由で、水晶発振器13の発振周波数は、長期間の間には経時的に変化してしまう。したがって、原子共鳴周波数へロックさせるためには、水晶発振器13の発振周波数を掃引回路69により掃引し、EIT信号の出る周波数を見つける必要がある。
図1および図7に示すように、原子発振器1は、第1基板81に設けられ、電源16に電気的に接続された電源端子15を有しており、電源16から電源端子15には、電源電圧が印加されている。電源16から出力される電源電圧は、電源端子15から所定の各部に印加される。なお、電源16は、原子発振器1に内蔵または着脱自在でもよく、また、原子発振器1の外部の電源であってもよい。
また、電源端子15および電源回路17は、それぞれ、第1基板81に設けられたコネクター191に電気的に接続されている。前記電源電圧および電源回路17で変換された電圧は、それぞれ、コネクター191および後述するコネクター192(図4参照)を介して第2基板82に設けられた各部に印加され、また、コネクター191、192および後述するコネクター193(図4参照)を介して第3基板83に設けられた各部に印加される。
なお、電源端子15と電源回路17との間、電源端子15とコネクター191との間は、それぞれ、例えば、ヒューズ等が設けられていてもよい。
また、昇圧回路14としてスイッチング機能を有する昇圧回路を用いる場合、スイッチング周波数は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、10kHz以上、10MHz以下であることが好ましく、100kHz以上、3MHz以下であることがより好ましい。ここで、ヒーター33への通電により発生する磁場は、昇圧回路14のスイッチング周波数に依存する成分を有する。一方、光出射部21は、低周波数(例えば、100Hz程度)で周波数変調された信号で駆動され、励起光LLを出射するので、原子共鳴は、その周波数変調の周波数付近の周波数成分を有する磁場の影響を受け易い。このため、スイッチング周波数は、前記周波数変調の周波数から離間させることが好ましい。したがって、スイッチング周波数が前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、そのヒーター33への通電により発生する磁場が原子共鳴へ悪影響を及ぼすこととなる。また、スイッチング周波数が出力周波数に近くなると、例えばノイズが発生するなどして、原子共鳴へ悪影響を及ぼすこととなる。
まず、電源電圧を小さくすることで消費電力を低減することができる。そして、昇圧回路14でヒーター33に印加される電圧を昇圧することにより、ヒーター33に供給する電力を一定に保持しつつ、ヒーター33を流れる電流を減少させることができ、これにより、ヒーター33への通電によりそのヒーター33で発生する磁場を小さくことができる。これによって、ヒーター33で発生する磁場がガスセル31内に悪影響を及ぼすことを防止または抑制することができ、ガスセル31の内部空間Sに発生させる磁場を安定させることができ、原子発振器1の発振周波数の精度を向上させることができる。また、磁気シールドを簡素化することが可能になる。
以下、図1、図4、図6、図7に基づいて、第1基板81、第2基板82、第3基板83について説明する。
第1基板81、第2基板82および第3基板83は、図示しない配線を有し、かかる配線を介して、第1基板81、第2基板82および第3基板83に分散して搭載された制御部6等の各電子部品と、例えば、各コネクター(図示せず)とを電気的に接続する機能を有する。なお、前記各コネクターは、第1ユニット2および第2ユニット3等と、第1基板81、第2基板82および第3基板83とを電気的に接続する部材である。
このような第1基板81、第2基板82および第3基板83の一方の面(図4中上側の面)には、制御部6が分散して設置されている。
また、第2基板82には、光出射部温度制御部64と、セル温度制御部62と、デジタル回路66とが設置されている。
また、第3基板83には、昇圧回路14と、パッケージ温度制御部65とが設置されている。また、第3基板83には、昇圧回路14が設置されている。
また、第1基板81、第2基板82および第3基板83の寸法は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態は、第1基板81が最も大きく、第2基板82と第3基板83は、同じ大きさである。
また、第1基板81のうち、第2基板82および第3基板83が位置していない部位には、開口811が形成されている。この開口811内には、第1ユニット2および第2ユニット3が配置される。
また、第1基板81、第2基板82、第3基板83には、前記以外の電子部品が搭載されていてもよい。
図7に示すように、まず、光出射部21と、ガスセル31と、受光部38とは、X軸方向に並んでおり、光出射部21は、ガスセル31のX軸方向+側に配置され、受光部38は、ガスセル31のX軸方向−側に配置されている。
そして、受光回路68およびコネクター195は、受光部38のX軸方向−側に配置されている。また、受光回路68およびコネクター195は、光出射部21、ガスセル31および受光部38とX軸方向に並んでおり、X軸方向−側に向って、受光回路68、コネクター195の順序で配置されている。また、コネクター195は、受光部38および受光回路68の近傍であって、第2ユニット3のY軸方向の範囲内に配置されている。
また、コネクター194は、高周波電流生成部610よりも光出射部21側に配置されている。
なお、第1基板81の寸法は、特に限定されず、諸条件により適宜設定されるものであるが、第1基板81の一辺の長さは、100mm以下であることが好ましく、5mm以上、70mm以下であることがより好ましい。これにより、小型の原子発振器1を提供することができる。
また、前記の配置、寸法を採用することにより、原子発振器1の小型化を図ることができる。
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。このような電子機器は、優れた信頼性を有する。
以下、本発明の電子機器について説明する。
図8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システム構成概要図である。
GPS衛星200は、測位情報(GPS信号)を送信する。
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。
ここで、受信装置302は、その基準周波数発振源として前述した本発明の原子発振器1を備える電子装置である。このような受信装置302は、優れた信頼性を有する。また、受信装置302で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置304により送信される。
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9は、本発明の移動体の一例を示す図である。
この図において、移動体1500は、車体1501と、4つの車輪1502とを有しており、車体1501に設けられた図示しない動力源(エンジン)によって車輪1502を回転させるように構成されている。このような移動体1500には、原子発振器1が内蔵されている。
このような移動体によれば、優れた信頼性を発揮することができる。
また、本発明の量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体では、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、光出射部と受光部との間にガスセルが配置されている構造を例に説明したが、これに限定されず、例えば、光出射部および受光部をガスセルに対して同じ側に配置し、ガスセルの光出射部および受光部とは反対側の面、または、ガスセルの光出射部および受光部とは反対側に設けられたミラーで反射した光を受光部で検出してもよい。
また、前述した実施形態では、第1ユニットおよび第2ユニットが外パッケージのベースプレート上に設置されている構造を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第1ユニットおよび第2ユニットは、第1基板上に設置されていてもよい。
また、前述した実施形態では、波長の異なる2種類の光による量子干渉効果を利用した方式の原子発振器を例に説明したが、これに限定されず、例えば、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した方式の原子発振器であってもよい。
Claims (7)
- アルカリ金属原子が封入されているガスセルと、
光を前記ガスセルに向けて出射する光出射部と、
前記ガスセルを透過した前記光を受光して受光信号を出力する受光部と、
前記受光信号が入力される入力部と、
前記入力部から出力される前記受光信号を処理する受光回路と、
高周波電流を生成する高周波電流生成部と、
前記高周波電流生成部から出力された前記高周波電流を前記光出射部に出力する出力部と、
前記入力部と、前記受光回路と、前記高周波電流生成部と、前記出力部と、が配置されており、前記入力部と前記出力部との間に開口を有する基板と、
を含み、
前記開口内に、前記光出射部および前記ガスセルが配置されている、量子干渉装置。 - 前記光出射部および前記ガスセルが配置されている、前記開口内に配置された支持板と、
前記基板および前記支持板が配置されているベースプレートと、
を含み、
前記支持板の前記ガスセルが配置されている部分は、前記ベースプレートから離間している、
請求項1に記載の量子干渉装置。 - 前記基板は、導電性ピンによって前記ベースプレートから離間して保持されている、
請求項2に記載の量子干渉装置。 - 前記光出射部に供給するバイアス電流を生成するバイアス電流生成部を含み、
前記出力部は、前記高周波電流と前記バイアス電流とを合成して出力する、
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の量子干渉装置。 - 前記出力部と前記高周波電流生成部との距離は、前記出力部と前記光出射部との距離よりも大きい、
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の量子干渉装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする原子発振器。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする電子機器。
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