JP6535436B2 - Atomic resonance transition device, atomic oscillator, electronic equipment and moving body - Google Patents
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Description
本発明は、原子共鳴遷移装置、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to an atomic resonance transition device, an atomic oscillator, an electronic device, and a moving body.
長期的に高精度な発振特性を有する発振器として、原子発振器が知られている。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、いずれの方式の原子発振器も、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。
このような原子発振器として、例えば、特許文献1に開示されているように、アルカリ金属を共鳴遷移させる遷移部に磁場を与える励磁コイルと、励磁コイルおよび遷移部を外部磁場からシールドする磁気シールドと、を備えるものが知られている。
An atomic oscillator is known as an oscillator having high-precision oscillation characteristics in the long run. Generally, the principle of operation of an atomic oscillator is roughly divided into a method using double resonance phenomenon by light and microwave and a method using quantum interference effect (CPT: Coherent Population Trapping) by two types of light with different wavelengths. However, any type of atomic oscillator oscillates based on the energy transfer of the atoms of alkali metals such as rubidium and cesium.
As such an atomic oscillator, for example, as disclosed in
特許文献1に係る原子発振器では、通常、励磁コイルに対して励磁電流を供給する通常モードで動作するが、磁気シールドの着磁に起因して周波数確度が低下した場合、励磁コイルに対して交番して次第に減少する交番電流を供給する消磁モードに選択的に切り換える。そして、消磁モードにおいて磁気シールドの消磁処理が行われた後、再び通常モードに切り換えられる。
The atomic oscillator according to
しかし、特許文献1に係る原子発振器では、消磁モードにおいて磁気シールドの着磁量がゼロとなるように消磁処理が行われるため、消磁モードにより着磁量がゼロとなった磁気シールドは、通常モード移行後に、通常モードの励磁コイルからの磁場による着磁が安定化するまで数時間から数か月までの長期間を要してしまう。そのため、特許文献1に係る原子発振器では、その期間の磁気シールドの着磁量の変動が周波数長期安定度に影響を与えてしまい、周波数長期安定度が低下するという問題があった。
However, in the atomic oscillator according to
本発明の目的は、励磁コイルからの磁場による遮蔽部の経時的な着磁量の変化を防止または抑制し、周波数長期安定度を向上させることができる原子共鳴遷移装置および原子発振器を提供すること、また、その原子共鳴遷移装置を備える信頼性に優れた電子機器および移動体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an atomic resonance transition device and an atomic oscillator capable of preventing or suppressing a temporal change in the amount of magnetization of a shielding portion due to a magnetic field from an excitation coil with time and improving frequency long-term stability. Another object of the present invention is to provide a highly reliable electronic device and a mobile including the atomic resonance transition device.
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。
本発明のある形態に係る原子共鳴遷移装置は、金属原子と、前記金属原子を封入するガスセルと、磁気シールド性を有し、前記ガスセルを内包する遮蔽部と、前記ガスセルの周囲に配設され、前記金属原子に直流磁場を印加するコイルと、直流電流と経時的に減衰する交番電流とを同時に発生可能な電源と、を具備し、前記遮蔽部を消磁する消磁モードでは、前記直流電流および前記交番電流が前記コイルに供給され、前記コイルが、前記遮蔽部を着磁する直流磁場成分と、前記遮蔽部を消磁し経時的に減衰する交流磁場成分と、が重畳されている消磁磁場を発生し、前記消磁モードと異なる通常モードでは、前記直流電流が前記コイルに供給されることを特徴とする。
本発明のある別な形態に係る原子共鳴遷移装置は、前記通常モードにおける前記直流電流の電流値に対し、前記消磁モードにおける前記直流電流の電流値のずれ量が10%以内であることを特徴とする。
本発明のある別な形態に係る原子共鳴遷移装置は、金属原子と、前記金属原子を封入するガスセルと、磁気シールド性を有し、前記ガスセルを内包する遮蔽部と、前記ガスセルの周囲に配設され、前記金属原子に直流磁場を印加する励起コイルと、直流電流と経時的に減衰する交番電流とを同時に発生可能な電源と、消磁コイルを具備し、前記遮蔽部を消磁する消磁モードでは、前記直流電流および前記交番電流が前記消磁コイルに供給され、前記消磁コイルが、前記遮蔽部を着磁する直流磁場成分と、前記遮蔽部を消磁し経時的に減衰する交流磁場成分と、が重畳されている消磁磁場を発生し、前記消磁モードと異なる通常モードでは、前記直流電流が前記コイルに供給されることを特徴とする。
本発明のある別な形態に係る原子共鳴遷移装置は、前記通常モードにおける前記直流電流の電流値に対し、前記消磁モードにおける前記直流電流の電流値のずれ量が10%以内であることを特徴とする。
本発明のある別な形態に係る原子共鳴遷移装置は、前記電源は、前記直流電流と前記交番電流とを重畳した電流を出力可能であり、前記コイルまたは前記消磁コイルは、前記電源から前記重畳した電流が供給されて前記消磁磁場を発生させることを特徴とする。
本発明のある別な形態に係る原子共鳴遷移装置は、前記電源は、前記直流電流および前記交番電流をそれぞれ独立して出力可能であり、前記消磁コイルは、前記電源から前記交番電流が供給されて前記交流磁場成分を発生させる交流磁場コイルと、前記電源から前記直流電流が供給されて前記直流磁場成分を発生させる直流磁場コイルと、を有している
ことを特徴とする。
本発明のある別な形態に係る原子共鳴遷移装置は、前記電源を制御する磁場制御部を備えており、前記磁場制御部は、前記電源を前記消磁モードと、前記通常モードと、に切換可能であることを特徴とする。
本発明のある別な形態に係る原子共鳴遷移装置は、前記励起コイルは、前記直流磁場コイルを兼ねている、ことを特徴とする。
本発明のある別な形態に係る原子共鳴遷移装置は、前記遮蔽部は、内外に配置されている内側遮蔽部および外側遮蔽部を含んでおり、前記直流磁場コイルは、前記金属原子と前記内側遮蔽部との間に配置され、前記交流磁場コイルは、前記内側遮蔽部と前記外側遮蔽部との間に配置されている、ことを特徴とする。
本発明のある形態に係る原子発振器は、上述した原子共鳴遷移装置を備えることを特徴とする。
本発明のある形態に係る電子機器は、上述した原子共鳴遷移装置を備えることを特徴とする。
本発明のある形態に係る移動体は、上述した原子共鳴遷移装置を備えることを特徴とする。
[適用例1]
本発明の原子共鳴遷移装置は、金属原子と、前記金属原子に直流磁場を印加する励磁コイルと、磁気シールド性を有する遮蔽部と、直流電流および経時的に減衰する交番電流を同時に発生可能な電源と、前記直流電流および前記交番電流が供給され、直流磁場成分と経時的に減衰する交流磁場成分と、が重畳されている消磁磁場を発生させる消磁コイルと、
を備えていることを特徴とする。
The present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and can be realized as the following modes or application examples.
An atomic resonance transition device according to an aspect of the present invention is provided with a metal atom, a gas cell enclosing the metal atom, a magnetic shielding property, a shielding portion enclosing the gas cell, and a periphery of the gas cell. A coil for applying a DC magnetic field to the metal atoms, and a power supply capable of simultaneously generating a DC current and an alternating current which attenuates with time, and in the demagnetizing mode for demagnetizing the shielding part, the DC current and A demagnetizing magnetic field in which the alternating current is supplied to the coil, and the coil superimposes a DC magnetic field component that magnetizes the shielding portion and an AC magnetic field component that demagnetizes the shielding portion and attenuates over time In the normal mode which is generated and different from the demagnetization mode, the direct current is supplied to the coil.
The atomic resonance transition device according to another aspect of the present invention is characterized in that a deviation amount of the current value of the direct current in the demagnetization mode is 10% or less with respect to the current value of the direct current in the normal mode. I assume.
According to another aspect of the present invention, there is provided an atomic resonance transition device including a metal atom, a gas cell enclosing the metal atom, a magnetic shielding property, a shielding portion enclosing the gas cell, and a periphery of the gas cell. In the demagnetization mode, which comprises an excitation coil for applying a DC magnetic field to the metal atoms, a power supply capable of simultaneously generating a DC current and an alternating current which attenuates with time, and a demagnetization coil for demagnetizing the shielding portion The DC current and the alternating current are supplied to the degaussing coil, and the degaussing coil generates a DC magnetic field component that magnetizes the shielding portion, and an AC magnetic field component that demagnetizes the shielding portion and attenuates over time A superimposed demagnetizing magnetic field is generated, and in the normal mode different from the demagnetizing mode, the direct current is supplied to the coil.
The atomic resonance transition device according to another aspect of the present invention is characterized in that a deviation amount of the current value of the direct current in the demagnetization mode is 10% or less with respect to the current value of the direct current in the normal mode. I assume.
In the atomic resonance transition device according to another aspect of the present invention, the power supply can output a current in which the direct current and the alternating current are superimposed, and the coil or the degaussing coil is superimposed from the power supply. The above current is supplied to generate the demagnetizing magnetic field.
In the atomic resonance transition device according to another aspect of the present invention, the power supply can independently output the direct current and the alternating current, and the degaussing coil is supplied with the alternating current from the power supply. And an AC magnetic field coil generating the AC magnetic field component, and a DC magnetic field coil generating the DC magnetic field component supplied with the DC current from the power source.
It is characterized by
An atomic resonance transition apparatus according to another aspect of the present invention includes a magnetic field control unit that controls the power supply, and the magnetic field control unit can switch the power supply to the demagnetization mode and the normal mode. It is characterized by being.
The atomic resonance transition device according to another aspect of the present invention is characterized in that the excitation coil doubles as the DC magnetic field coil.
In the atomic resonance transition device according to another aspect of the present invention, the shielding portion includes an inner shielding portion and an outer shielding portion disposed inside and outside, and the DC magnetic field coil includes the metal atom and the inner side. The alternating current magnetic field coil is disposed between the inner shield and the outer shield, and the alternating current magnetic field coil is disposed between the inner shield and the outer shield.
An atomic oscillator according to an aspect of the present invention includes the above-described atomic resonance transition device.
An electronic device according to an aspect of the present invention includes the above-described atomic resonance transition device.
A mobile according to an aspect of the present invention includes the above-described atomic resonance transition device.
Application Example 1
The atomic resonance transition device of the present invention can simultaneously generate a metal atom, an exciting coil for applying a direct current magnetic field to the metal atom, a shielding portion having magnetic shielding property, a direct current, and an alternating current decaying with time. A degaussing coil for generating a degaussing magnetic field, which is supplied with a power supply, the DC current and the alternating current, and in which a DC magnetic field component and an AC magnetic field component that attenuates with time are superimposed;
It is characterized by having.
このような原子共鳴遷移装置によれば、消磁コイルからの消磁磁場により遮蔽部を、励磁コイルからの直流磁場により着磁されるのと同様の若干量の着磁を残留させた状態で消磁することができる。そのため、遮蔽部を消磁した後に、励磁コイルから直流磁場を発生させたとき、励磁コイルからの直流磁場による遮蔽部の経時的な着磁量の変化を防止または抑制することができる。その結果、金属原子に印加される磁場の強度の安定化を図り、周波数長期安定度を向上させることができる。 According to such an atomic resonance transition device, the shielding portion is demagnetized in a state in which a certain amount of magnetization remains as it is magnetized by the DC magnetic field from the exciting coil by the demagnetizing magnetic field from the demagnetizing coil. be able to. Therefore, when the direct current magnetic field is generated from the exciting coil after the shielding portion is demagnetized, it is possible to prevent or suppress the temporal change in the amount of magnetization of the shielding portion due to the direct current magnetic field from the exciting coil. As a result, the strength of the magnetic field applied to the metal atoms can be stabilized, and the long-term stability of the frequency can be improved.
[適用例2]
本発明の原子共鳴遷移装置では、前記電源は、前記直流電流と前記交番電流とを重畳した電流を出力可能であり、
前記消磁コイルは、前記電源から前記重畳した電流が供給されて前記消磁磁場を発生させることが好ましい。
これにより、1つのコイルで構成された消磁コイルから直流磁場成分と経時的に減衰する交流磁場成分とが重畳されている消磁磁場を発生させることができる。
Application Example 2
In the atomic resonance transition device of the present invention, the power supply can output a current in which the direct current and the alternating current are superimposed,
Preferably, the demagnetizing coil is supplied with the superimposed current from the power supply to generate the demagnetizing magnetic field.
Thus, it is possible to generate a demagnetizing magnetic field in which a DC magnetic field component and an AC magnetic field component that attenuates with time are superimposed from the demagnetizing coil configured by one coil.
[適用例3]
本発明の原子共鳴遷移装置では、前記電源を制御する磁場制御部を備えており、
前記磁場制御部は、前記消磁コイルに前記重畳された電流を供給する消磁モードと、前記励磁コイルに前記直流電流を供給する通常モードと、を切換可能であることが好ましい。
これにより、任意のタイミングで遮蔽部を消磁することができる。
Application Example 3
The atomic resonance transition device of the present invention includes a magnetic field control unit that controls the power supply,
It is preferable that the magnetic field control unit be capable of switching between a demagnetization mode in which the superimposed current is supplied to the demagnetization coil and a normal mode in which the direct current is supplied to the excitation coil.
Thus, the shield can be demagnetized at an arbitrary timing.
[適用例4]
本発明の原子共鳴遷移装置では、前記励磁コイルは、前記消磁コイルを兼ねていることが好ましい。
これにより、部品点数を少なくし、原子共鳴遷移装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
Application Example 4
In the atomic resonance transition device of the present invention, the excitation coil preferably doubles as the demagnetization coil.
As a result, the number of parts can be reduced, and miniaturization and cost reduction of the atomic resonance transition device can be achieved.
[適用例5]
本発明の原子共鳴遷移装置では、前記電源は、前記直流電流および前記交番電流をそれ
ぞれ独立して出力可能であり、前記消磁コイルは、前記電源から前記交番電流が供給されて前記交流磁場成分を発生させる交流磁場コイルと、前記電源から前記直流電流が供給されて前記直流磁場成分を発生させる直流磁場コイルと、を有していることが好ましい。
これにより、原子共鳴遷移装置の設計の自由度を高めることができる。
Application Example 5
In the atomic resonance transition device of the present invention, the power supply can independently output the direct current and the alternating current, and the demagnetizing coil is supplied with the alternating current from the power supply to output the alternating magnetic field component. and exchanges field coil for generating, it is preferable that the DC current from the power source has a direct-current magnetic field coil for generating the DC magnetic field component is supplied.
This can increase the freedom of design of the atomic resonance transition device.
[適用例6]
本発明の原子共鳴遷移装置では、前記電源を制御する磁場制御部を備えており、
前記磁場制御部は、前記直流磁場コイルに前記直流電流を供給するとともに前記交流磁場コイルに前記交番電流を供給する消磁モードと、前記励磁コイルに前記直流電流を供給する通常モードと、を切換可能であることが好ましい。
これにより、任意のタイミングで遮蔽部を消磁することができる。
Application Example 6
The atomic resonance transition device of the present invention includes a magnetic field control unit that controls the power supply,
The magnetic field control unit can switch between a demagnetizing mode in which the direct current is supplied to the direct current magnetic field coil and the alternating current in the alternating current magnetic field coil, and a normal mode in which the direct current is supplied to the excitation coil. Is preferred.
Thus, the shield can be demagnetized at an arbitrary timing.
[適用例7]
本発明の原子共鳴遷移装置では、前記励磁コイルは、前記直流磁場コイルを兼ねていることが好ましい。
これにより、部品点数を少なくし、原子共鳴遷移装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
Application Example 7
In the atomic resonance transition device of the present invention, the excitation coil preferably doubles as the DC magnetic field coil.
As a result, the number of parts can be reduced, and miniaturization and cost reduction of the atomic resonance transition device can be achieved.
[適用例8]
本発明の原子共鳴遷移装置では、前記遮蔽部は、内外に配置されている内側遮蔽部および外側遮蔽部を含んでおり、
前記直流磁場コイルは、前記金属原子と前記内側遮蔽部との間に配置され、
前記交流磁場コイルは、前記内側遮蔽部と前記外側遮蔽部との間に配置されていることが好ましい。
これにより、内側遮蔽部でパッケージを構成した場合、そのパッケージの小型化を図ることができる。また、そのパッケージを気密パッケージとした場合、小型化によりパッケージ内の真空度を高く保つことが容易となる。また、内側遮蔽部および外側遮蔽部の双方を効率的に消磁することができる。
Application Example 8
In the atomic resonance transition device of the present invention, the shielding portion includes an inner shielding portion and an outer shielding portion which are disposed inside and outside;
The DC magnetic field coil is disposed between the metal atom and the inner shield part.
It is preferable that the alternating current magnetic field coil be disposed between the inner shielding portion and the outer shielding portion.
Thus, when the package is configured by the inner shielding portion, the package can be miniaturized. In addition, when the package is an airtight package, miniaturization makes it easy to maintain a high degree of vacuum in the package. In addition, both the inner and outer shielding portions can be efficiently demagnetized.
[適用例9]
本発明の原子発振器は、本発明の原子共鳴遷移装置を備えることを特徴とする。
このような原子発振器によれば、励磁コイルからの磁場による遮蔽部の経時的な着磁量の変化を防止または抑制し、周波数長期安定度を向上させることができる。
[適用例10]
本発明の電子機器は、本発明の原子共鳴遷移装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れる電子機器を提供することができる。
[適用例11]
本発明の移動体は、本発明の原子共鳴遷移装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れる移動体を提供することができる。
Application Example 9
An atomic oscillator of the present invention includes the atomic resonance transition device of the present invention.
According to such an atomic oscillator, it is possible to prevent or suppress a temporal change in the amount of magnetization of the shield portion due to the magnetic field from the excitation coil, and to improve the long-term stability of the frequency.
Application Example 10
An electronic device of the present invention includes the atomic resonance transition device of the present invention.
Thus, an electronic device having excellent reliability can be provided.
Application Example 11
The moving body of the present invention is characterized by including the atomic resonance transition device of the present invention.
Thereby, the mobile object which is excellent in reliability can be provided.
以下、本発明の原子共鳴遷移装置、原子発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
1.原子発振器(量子干渉装置)
まず、本発明の原子発振器(本発明の原子共鳴遷移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、本発明の原子共鳴遷移装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の原子共鳴遷移装置は、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。
Hereinafter, the atomic resonance transition device, the atomic oscillator, the electronic device, and the moving body of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the attached drawings.
1. Atomic oscillator (quantum interference device)
First, the atomic oscillator of the present invention (atomic oscillator provided with the atomic resonance transition device of the present invention) will be described. Although an example in which the atomic resonance transition device of the present invention is applied to an atomic oscillator is described below, the atomic resonance transition device of the present invention is not limited to this, and in addition to atomic oscillators, for example, magnetic sensors, quantum It is applicable also to a memory etc.
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である。また、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である。また、図4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、光検出部での検出強度との関係を示すグラフである。また、図5は、図1に示す原子発振器の縦断面図、図6は、図5の一部を拡大して示す断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an atomic oscillator according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing a schematic configuration of the atomic oscillator shown in FIG. FIG. 3 is a view for explaining the energy state of the alkali metal in the gas cell provided in the atomic oscillator shown in FIG. Further, FIG. 4 shows the relationship between the frequency difference between two light from the light emitting portion and the detection intensity in the light detecting portion for the light emitting portion and the light detecting portion provided in the atomic oscillator shown in FIG. It is a graph. 5 is a longitudinal sectional view of the atomic oscillator shown in FIG. 1, and FIG. 6 is an enlarged sectional view showing a part of FIG.
なお、図1、図5および図6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、その図示された各矢印の先端側を「+(プラス)」、基端側を「−(マイナス)」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」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」といい、また、+Z方向側(図5の上側)を「上」、−Z方向側(図5の下側)を「下」という。 In FIGS. 1, 5 and 6, for convenience of explanation, X axis, Y axis and Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and “+” at the tip end of each illustrated arrow (Plus) ”, and the proximal end side as“ − (minus) ”. In the following, for convenience of explanation, a direction parallel to the X axis is referred to as “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as “Z axis direction” Further, the + Z direction side (upper side in FIG. 5) is referred to as “upper”, and the −Z direction side (lower side in FIG. 5) as “lower”.
図1に示す原子発振器1は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。この量子干渉効果を利用した原子発振器1は、二重共鳴現象を利用した原子発振器に比し、小型化を図ることができる。
この原子発振器1は、図1に示すように、第1ユニット2(光出射側ユニット)と、第2ユニット3(光検出側ユニット)と、これらを収納するパッケージ5と、パッケージ5を支持する配線基板6(基板)と、配線基板6に実装された制御部7とを備える。
The
As shown in FIG. 1, the
ここで、図1、2に示すように、第1ユニット2は、光出射部21と、光出射部21を収納する第1パッケージ22(光出射側パッケージ)とを備える。
また、第2ユニット3は、ガスセル31と、光検出部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(光検出側パッケージ)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、配線基板6の配線(図示せず)を介して制御部7に電気的に接続され、制御部7により駆動制御される。
Here, as shown in FIGS. 1 and 2, the
The
The
まず、原子発振器1の原理を簡単に説明する。
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。
First, the principle of the
In the
As shown in FIG. 3, the alkali metal has a three-level energy level, and three states of two ground states (ground states 1 and 2) having different energy levels and an excited state. Can take Here,
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。
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。
When the gaseous alkali metal is irradiated with two types of
Then, when the difference (ω1−ω2) between the frequency ω1 of the
The
例えば、光出射部21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32の検出強度は、図4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信号を基準として用いることにより、高精度な発振器を実現することができる。
For example, when the
以下、原子発振器1の各部を順次詳細に説明する。
(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、光出射部21を収納する第1パッケージ22とを備える。
[光出射部]
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)を出射するものである。
Hereinafter, each part of the
(1st unit)
As described above, the
[Light emitting part]
The
More specifically, the
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。
この光出射部21としては、前述したような励起光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。
また、このような光出射部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(第1温度)、例えば、30℃程度に温度調節される。
The frequency ω1 of the
The frequency ω2 of the
The
Further, such a
[第1パッケージ(光出射側パッケージ)]
第1パッケージ22は、前述した光出射部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(光出射側基体)と、蓋体222(光出射側蓋体)とを備える。
基体221は、光出射部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。
[First package (light emitting side package)]
The
As shown in FIG. 5, the
The
そして、この基体221の一方の面(実装面)には、光出射部21(実装部品)が設置(実装)される。また、基体221の他方の面には、図5に示すように、複数の端子223(リード)が−X軸方向に突出している。この複数の端子223は、図示しない配線を介して光出射部21に電気的に接続されている。
この複数の端子223は、図5に示すように、それぞれ、X軸方向に延びており、互いに平行となるように、一方向(本実施形態ではY軸方向)に並んでいる。
The light emitting unit 21 (mounting component) is installed (mounted) on one surface (mounting surface) of the
As shown in FIG. 5, the plurality of
このような基体221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、金属材料、樹脂材料等を用いることができるが、金属材料を用いることが好ましい。これにより、蓋体222を金属材料で構成した場合、基体221と蓋体222とを溶接により比較的簡単かつ確実に気密的に接合することができる。
このような基体221には、基体221上の光出射部21を覆う蓋体222が接合されている。
The constituent material of such a
A
蓋体222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222の筒状部は、円筒状をなす。
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。
この窓部23は、ガスセル31と光出射部21との間の光軸a上に設けられている。
The
The opening at one end of the
A
The
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。これにより、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を第1パッケージ22内に収納することができる。
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。
And the
In the present embodiment, the
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が照射されるアルカリ金属の量を多くしながら、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。
なお、窓部23は、励起光に対する透過性を有するものであれば、レンズに限定されず、例えば、偏光板、λ/4波長板、減光フィルター等のレンズ以外の光学部品であってもよいし、単なる光透過性の板状部材であってもよい。また、これらの光学部品は、光出射部21と後述するガスセル31との間に設けられていればよく、例えば、窓部37と光出射部21との間に設けられていてもよいし、また、第1パッケージ22と第2パッケージ36との間に設けられていてもよい。
Further, the
The
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、セラミックス材料、金属材料、樹脂材料等を用いることができるが、金属材料を用いることが好ましく、コバール、パーマロイ等のFe−Ni系合金を用いることがより好ましく、コバールを用いることがさらに好ましい。これにより、基体221と蓋体222とを溶接により比較的簡単かつ確実に気密的に接合することができる。
The constituent material of the portion other than the
なお、蓋体222は、1種の材料で構成されていてもよいし、2種以上の材料を混合または積層して構成されていてもよい。また、蓋体222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、蓋体222の窓部23以外の部分と窓部23とを一体的に形成することができる。また、蓋体222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、蓋体222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。
The
また、基体221と蓋体222とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、第1パッケージ22内が気密空間であることが好ましい。これにより、第1パッケージ22内を減圧状態(大気圧よりも減圧した状態)または不活性ガス封入状態とすることができ、その結果、原子発振器1の特性を向上させることができる。
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。
Moreover, it is preferable that the
The method of joining the
なお、基体221と蓋体222との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。
また、第1パッケージ22内には、前述した光出射部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、光出射部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。
以上説明したような第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、後述するパッケージ5に保持されている。
Between the
In addition, components other than the
For example, in the
The
(第2ユニット)
前述したように、第2ユニット3は、ガスセル31と、光検出部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]
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、ネオン、アルゴン等の希ガス、窒素等の不活性ガス等が緩衝ガスとして封入されている。
このガスセル31は、図6に示すように、柱状の貫通孔を有する本体部311と、その貫通孔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S1が形成されている。
(2nd unit)
As described above, the
[Gas cell]
In the
As shown in FIG. 6, the
本体部311を構成する材料は、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料、ガラス材料、シリコン材料、水晶等が挙げられるが、窓部312、313との気密接合が陽極接合、直接接合等により容易であるという観点から、ガラス材料、シリコン材料を用いることが好ましい。また、本体部311をシリコン材料で構成することにより、MEMS技術を用いた微細加工により簡単かつ高精度に本体部311を形成することができる。
The material constituting the
各窓部312、313は、前述した光出射部21からの励起光に対する透過性を有している。そして、一方の窓部313は、ガスセル31内へ入射する励起光が透過するものであり、他方の窓部312は、ガスセル31内から出射した励起光が透過するものである。
したがって、ガスセル31の窓部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。
Each of the
Therefore, the material constituting the
そして、各窓部312,313は、本体部311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S1を気密空間とすることができる。
ガスセル31の本体部311と窓部312、313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。
以上説明したようなガスセル31は、ヒーター33により、前述した光出射部21とは異なる温度(第2温度)、例えば、70℃程度に温度調節される。
The
The method of bonding the
The
[光検出部]
光検出部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。
この光検出部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。
[Light detection unit]
The
The
[ヒーター]
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適切な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、通電により発熱するものであり、図6に示すように、ガスセル31の外表面上に設けられた発熱抵抗体331、332で構成されている。このような発熱抵抗体331、332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。
[heater]
The
The
ここで、発熱抵抗体331は、ガスセル31の窓部312上に設けられ、発熱抵抗体332は、ガスセル31の窓部313上に設けられている。
かかる発熱抵抗体331、332は、励起光に対する透過性を有する材料、具体的には、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で構成される。
Here, the
The
なお、ヒーター33は、ガスセル31を加熱することができるものであれば、前述した構成に限定されず、ガスセル31に対して非接触であってもよい。また、ヒーター33に代えて、または、ヒーター33と併用して、ペルチェ素子を用いて、ガスセル31を加熱してもよい。
以上説明したようなヒーター33は、後述する制御部7の温度制御部72に電気的に接続され、通電される。
The
The
[温度センサー]
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。
[Temperature sensor]
The temperature sensor 34 detects the temperature of the
なお、温度センサー34の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター33上であってもよいし、ガスセル31の外表面上であってもよい。
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。
以上説明した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7の温度制御部72に電気的に接続されている。
The installation position of the temperature sensor 34 is not particularly limited, and may be on the
The temperature sensors 34 are not particularly limited, and various known temperature sensors such as thermistors and thermocouples can be used.
The temperature sensor 34 as described above is electrically connected to a
[コイル]
コイル35は、通電により、磁場を発生させる機能を有する。
本実施形態では、コイル35は、筒状をなし、その軸線がX軸方向に沿って配置され、ガスセル31を囲むソレノイド型のコイルである。このようなコイル35は、ガスセル31内にX軸方向に沿った磁場を発生させる。なお、コイル35は、ソレノイド型に限定されず、ガスセル31を介して対向して配置されたヘルムホルツ型であってもよい。
[coil]
The
In the present embodiment, the
このコイル35は、通常、後述する電源4からの直流電流が供給されて直流磁場を発生させる「励磁コイル」を構成する。この直流磁場は、ガスセル31内のアルカリ金属に印加される。これにより、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、以下では、このようなアルカリ金属をゼーマン分裂させるための直流磁場を「励磁磁場」ともいう。また、励磁磁場を発生させるための直流電流を「励磁電流」ともいう。
The
また、コイル35は、必要時に、後述する電源4から励磁電流と経時的に減衰する交番電流(以下、「消磁電流」または「減衰電流」ともいう)とが重畳されている電流が供給されて消磁磁場を発生させる「消磁コイル」を構成する。これにより、必要時に、第2パッケージ36を消磁することができる。特に、消磁磁場が直流磁場成分と経時的に減衰する交流磁場成分とが重畳されているので、コイル35からの消磁磁場により第2パッケージ36を、コイル35からの直流磁場により着磁されるのと同様の若干量の着磁を残留させた状態で消磁することができる。そのため、第2パッケージ36を消磁した後に、コイル35から励磁磁場を発生させたとき、コイル35からの励磁磁場による第2パッケージ36の経時的な着磁量の変化を防止または抑制することができる。その結果、ガスセル31内のアルカリ金属に印加される磁場の強度の安定化を図り、周波数長期安定度を向上させることができる。
In addition, the
また、励磁磁場を発生させる励磁コイルであるコイル35が消磁磁場を発生させる消磁コイルを兼ねているので、部品点数を少なくし、原子発振器1の小型化および低コスト化を図ることができる。
ここで、コイル35は、ガスセル31内のアルカリ金属と第2パッケージ36との間に配置されている。これにより、励磁コイルであるコイル35を消磁コイルとして兼用することが可能となる。
なお、励磁磁場および消磁磁場については、磁場制御部73および電源4とともに、後に詳述する。
以上説明したようなコイル35は、図示しない配線および後述する電源4を介して、後述する制御部7の磁場制御部73に電気的に接続されている(図7参照)。
Further, since the
Here, the
The exciting magnetic field and the demagnetizing magnetic field will be described in detail later together with the magnetic
The
[第2パッケージ(光検出側パッケージ)]
第2パッケージ36は、前述したガスセル31、光検出部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、磁気シールド性を有し、ガスセル31内のアルカリ金属を外部磁界から遮蔽する「遮蔽部」を構成する。なお、後述するパッケージ5が磁気シールド性を有し「遮蔽部」の「外側遮蔽部」を構成する場合、パッケージ5の内側に配置された第2パッケージ36は、「遮蔽部」の「内側遮蔽部」を構成する。
[Second package (light detection package)]
The
The
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と同様に構成することができる。
具体的には、第2パッケージ36は、図5および図6に示すように、基体361(光検出側基体)と、蓋体362(光検出側蓋体)とを備える。
基体361は、ガスセル31、光検出部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、円板状をなしている。
The
Specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, the
The
この基体361の一方の面(実装面)には、ガスセル31、光検出部32、ヒーター33、温度センサー34およびコイル35(複数の実装部品)が設置(実装)される。本実施形態では、基板38を介して、ガスセル31、光検出部32およびヒーター33が基体361に実装されている。また、基体361の他方の面には、複数の端子363(リード)が+X軸方向に突出している。この複数の端子363は、図示しない配線を介して光検出部32、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。
The
この複数の端子363は、それぞれ、X軸方向に延びており、互いに平行となるように、一方向(本実施形態ではY軸方向)に並んでいる。なお、複数の端子363の配置は、これに限定されず、任意である。
このような基体361の構成材料としては、磁気シールド性を有する材料が用いられ、例えば、Fe、各種鉄系合金(ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト、コバール)等の軟磁性材料が挙げられ、中でも、磁気シールド性が優れるという観点から、コバール、パーマロイ等のFe−Ni系合金を用いることが好ましく、基体361と蓋体362との気密接合が溶接により簡単かつ確実に行えるという観点から、コバールを用いることがよりに好ましい。
このような基体361には、ガスセル31、光検出部32、ヒーター33、温度センサー34およびコイル35を覆う蓋体362が接合されている。
The plurality of
As a constituent material of such a
A
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。
そして、蓋体362の他端部、すなわち蓋体362の開口とは反対側の底部には、窓部37が設けられている。
この窓部37は、ガスセル31と光出射部21との間の光軸a上に設けられている。
The
The opening at one end of the
A
The
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。これにより、光出射部21からの励起光の第2パッケージ36内への入射を許容しつつ、ガスセル31および光検出部32を第2パッケージ36内に収納することができる。したがって、前述したような第1パッケージ22と組み合わせて第2パッケージ36を用いることにより、光出射部21からガスセル31を介して光検出部32への励起光の光路を確保しつつ、光出射部21およびガスセル31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。
And the
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。そして、窓部37は、公知の接合方法により蓋体362の窓部37以外の部分に接合されている。
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、光透過性を有する板状部材に限定されず、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。
In the present embodiment, the
The
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、磁気シールド性を有するものであればよく、前述した基体361の構成材料と同様の材料を用いることができる。
また、基体361と蓋体362とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、第2パッケージ36内が気密空間であることが好ましい。これにより、第2パッケージ36内を減圧状態(大気圧よりも減圧した状態)または不活性ガス封入状態とすることができ、その結果、原子発振器1の特性を向上させることができる。
As a constituent material of portions other than the
Further, it is preferable that the
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。
なお、基体361と蓋体362との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。
The method of joining the
A bonding member for bonding these may be interposed between the base 361 and the
また、第2パッケージ36内には、少なくともガスセル31および光検出部32が収納されていればよく、また、前述したガスセル31、光検出部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。
以上説明したような第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、後述するパッケージ5に保持されている。
Further, at least the
The
(パッケージ)
パッケージ5は、前述した第1パッケージ22および第2パッケージ36を収納する機能を有する。
このパッケージ5は、第1ユニット2および第2ユニット3を互いに離間して配置した状態で収納している内部空間Sを有し、その内部空間Sが大気圧よりも減圧された状態となっている。これにより、パッケージ5と第1ユニット2および第2ユニット3との間、および、第1ユニット2と第2ユニット3と間の熱伝導および対流による熱の伝達を抑制することができる。
具体的に説明すると、図5に示すように、パッケージ5は、上側に開口する凹部51を有する本体50と、凹部51を封鎖する蓋体54とを有する。
本体50の凹部51には、第1パッケージ22および第2パッケージ36が設置されている。
(package)
The
This
Specifically, as shown in FIG. 5, the
The
また、この凹部51は、第1パッケージ22および第2パッケージ36の位置および姿勢を規制する形状をなす。これにより、第1パッケージ22および第2パッケージ36をパッケージ5の凹部51に設置することにより、光出射部21および光検出部32を含む光学系の位置決めを行うことができる。そのため、パッケージ5に対する第1パッケージ22および第2パッケージ36の設置を容易なものとすることができる。
Further, the
ここで、凹部51は、X軸方向に延在し、その一端部側(図5中の左側)には、第1パッケージ22が配置され、他端部側(図5中の右側)には、第2パッケージ36が配置されている。
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。
Here, the
The
本実施形態では、凹部51の横断面が矩形をなしている。
また、本体50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、本体50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。
In the present embodiment, the cross section of the
In addition, a support 52 (first support) for supporting the
このように、支持部52が基体221を支持するとともに、支持部52に対向する支持部53が基体361を支持することにより、第1パッケージ22とパッケージ5との接触部と、第2パッケージ36とパッケージ5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22と第2パッケージ36との間のパッケージ5を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。
As described above, the
また、蓋体222および蓋体362は、それぞれ、パッケージ5に対して非接触である。これにより、第1パッケージ22と第2パッケージ36との間のパッケージ5を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。特に、凹部51の横断面が矩形をなすのに対し、蓋体222、362の筒状部がそれぞれ円筒状をなしているため、蓋体222、362の側面とパッケージ5との間に比較的大きな隙間を形成することができる。その結果、蓋体222、362からパッケージ5への熱の伝導を極めて小さく抑えることができる。また、仮に蓋体222、362の側面とパッケージ5とが接触していたとしても、その接触面積を小さくすることができる。
Also, the
ここで、支持部52は、Y軸およびZ軸に平行な設置面を有する。この設置面には、前述した第1パッケージ22の基体221の蓋体222とは反対側の面が接触または近接する。これにより、パッケージ5に対する第1パッケージ22の位置および姿勢を規制することができる。なお、基体221は、例えば、支持部52に接着剤を用いて固定することができる。
Here, the
また、支持部52には、前述した第1パッケージ22の複数の端子223が挿通される複数の貫通孔521が形成されている。すなわち、支持部52は、第1パッケージ22が装着されるソケットのような形態をなす。これによっても、パッケージ5に対する第1パッケージ22の位置および姿勢を規制することができる。なお、複数の端子223は、例えば、半田により支持部52に固定することができる。
Further, the
複数の端子223は、複数の貫通孔521を貫通している。これにより、各端子223の先端部は、パッケージ5から突出している。
ここで、複数の貫通孔521は、複数の端子223に対応して設けられ、それぞれ、X軸方向に延びており、Y軸方向に並んでいる。したがって、複数の端子223のパッケージ5から突出した部分も、Y軸方向に並んでいる。
The plurality of
Here, the plurality of through
同様に、支持部53は、Y軸およびZ軸に平行な設置面を有する。この設置面には、前述した第2パッケージ36の基体361の蓋体362とは反対側の面が接触または近接する。これにより、パッケージ5に対する第2パッケージ36の位置および姿勢を規制することができる。なお、基体361は、例えば、支持部53に接着剤を用いて固定することができる。
Similarly, the
また、支持部53には、前述した第2パッケージ36の複数の端子363が挿通される複数の貫通孔531が形成されている。すなわち、支持部53は、第2パッケージ36が装着されるソケットのような形態をなす。これによっても、パッケージ5に対する第2パッケージ36の位置および姿勢を規制することができる。なお、複数の端子363は、例えば、半田により支持部53に固定することができる。
複数の端子363は、複数の貫通孔531を貫通している。これにより、各端子363の先端部は、パッケージ5から突出している。
Further, the
The plurality of
ここで、複数の貫通孔531は、複数の端子363に対応して設けられ、それぞれ、X軸方向に延びており、Y軸方向に並んでいる。したがって、複数の端子363のパッケージ5から突出した部分も、Y軸方向に並んでいる。
このような本体50には、凹部51の開口を塞ぐ蓋体54が接合されている。
蓋体54は、平板状をなしている。
また、本体50と蓋体54とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、パッケージ5内が気密空間であることが好ましい。これにより、パッケージ5内を減圧状態(大気圧よりも減圧した状態)または不活性ガス封入状態とすることができる。
Here, the plurality of through
A
The
Moreover, it is preferable that the
また、本体50と蓋体54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。
このようなパッケージ5の本体50および蓋体54の構成材料は、それぞれ、特に限定されず、金属材料、樹脂材料、セラミックス材料等が挙げられる。
The method of joining the
The constituent materials of the
本体50および蓋体54の構成材料として金属材料を用いた場合、本体50と蓋体54とを溶接により比較的簡単かつ確実に気密的に接合することができる。特に、かかる金属材料としては、Fe、各種鉄系合金(ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト、コバール)等の軟磁性材料を用いることが好ましく、コバール、パーマロイ等のFe−Ni系合金を用いることがより好ましく、パーマロイを用いることがさらに好ましい。これにより、パッケージ5の磁気シールド性を優れたものとすることができる。ここで、パッケージ5が磁気シールド性を有する場合、パッケージ5は、「遮蔽部」の「外側遮蔽部」を構成する。
When a metal material is used as a constituent material of the
一方、本体50および蓋体54の構成材料として樹脂材料、セラミックス材料等の非金属材料を用いた場合、第1パッケージ22と第2パッケージ36との間のパッケージ5を介した熱伝導を小さくすることができる。その結果、光出射部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。
パッケージ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。
On the other hand, when nonmetallic materials such as resin material and ceramic material are used as constituent materials of the
The resin material constituting the
また、パッケージ5を構成するセラミックス材料としては、特に限定されないが、例えば、各種ガラス、また、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、イットリア、リン酸カルシウム等の酸化物セラミックス、さらに、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン、窒化ボロン等の窒化物セラミックス、また、グラファイト、タングステンカーバイト等の炭化物系セラミックス、その他、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、PZT、PLZT、PLLZT等の強誘電体材料などが挙げられる。
以上説明したようなパッケージ5は、配線基板6に支持されている。
The ceramic material constituting the
The
(配線基板)
配線基板6は、図示しない配線を有し、かかる配線を介して、配線基板6に搭載された制御部7等の電子部品と、第1パッケージ22の複数の端子223および第2パッケージの複数の端子363とを電気的に接続する機能を有する。
また、配線基板6は、複数の端子223および複数の端子363を介して、パッケージ5を支持する機能をも有する。
(Wiring board)
The
The
本実施形態では、配線基板6は、図5に示すように、その厚さ方向に貫通する貫通孔61が形成されている。
この貫通孔61には、パッケージ5が挿入されている。これにより、パッケージ5を配線基板6の面上に搭載する場合に比し、装置全体の低背化を図ることができる。なお、貫通孔61を省略してもよく、その場合、パッケージ5を配線基板6の一方の面上に配置すればよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, in the
The
このような貫通孔61の周囲において、配線基板6の一方の面には、複数の端子62および複数の端子63が設けられている。
複数の端子62は、前述した第1パッケージ22の複数の端子223に対応して設けられている。そして、複数の端子62には、それぞれ、対応する複数の端子223が接合されている。
A plurality of
The plurality of
また、複数の端子63は、前述した第2パッケージ36の複数の端子363に対応して設けられている。そして、複数の端子63には、それぞれ、対応する複数の端子363が接合されている。
これらの接合により、パッケージ5が複数の端子223および複数の端子363を介して配線基板6に支持されるとともに、複数の端子223が複数の端子62にそれぞれ電気的に接続され、複数の端子363が複数の端子63にそれぞれ電気的に接続されている。
The plurality of
By these junctions, the
端子223と端子62との接合方法、および、端子363と端子63との接合方法としては、それぞれ、接合部の電気的導通を確保しながら接合し得るものであれば、特に限定されず、例えば、半田による接合方法、異方性導電接着剤による接合方法等が挙げられる。また、端子223および端子62が圧着端子のように構成されている場合、端子223および端子62を圧着により接合することもできる。同様に、端子363および端子63が圧着端子のように構成されている場合、端子363および端子63を圧着により接合することもできる。
The method of joining the
このような複数の端子223、363は、それぞれ、図示しない配線を介して、制御部7に電気的に接続されている。
このような配線基板6としては、各種プリント配線基板を用いることができるが、パッケージ5を支持するのに必要な剛性を確保する観点から、リジット部を有する基板、例えば、リジット基板、リジットフレキシブル基板等を用いるのが好ましい。
Each of the plurality of
Although various printed wiring boards can be used as such a
なお、配線基板6として、リジット部を有しない配線基板(例えば、フレキシブル基板)を用いた場合であっても、例えば、かかる配線基板に、剛性を向上させるための補強部材を接合することにより、パッケージ5を支持するのに必要な剛性を確保することができる。
以上説明したような配線基板6の一方の面には、制御部7が設置されている。なお、配線基板6には、制御部7以外の電子部品が搭載されていてもよい。
Even when a wiring board having no rigid portion (for example, a flexible board) is used as the
A
[制御部]
図2に示す制御部7は、ヒーター33、コイル35および光出射部21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7は、配線基板6に搭載されたIC(Integrated Circuit)チップで構成されている。
このような制御部7は、光出射部21の共鳴光1、2の周波数を制御する励起光制御部71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72と、ガスセル31に印加する磁場を制御する磁場制御部73とを有する。
[Control unit]
The
In the present embodiment, the
The
励起光制御部71は、前述した光検出部32の検出結果に基づいて、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71は、前述した光検出部32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71は、光出射部21から出射される共鳴光1、2の中心周波数を制御する。
The excitation
また、温度制御部72は、温度センサー34の検出結果に基づいて、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73は、コイル35が発生する磁場を制御する機能を有する。
この磁場制御部73は、コイル35に電流を供給する電源4に接続され、電源4の駆動を制御することにより、コイル35が発生する磁場を制御する。
Further, the
Further, the magnetic
The magnetic
電源4は、コイル35に供給する電流を出力するものである。
特に、電源4は、励磁電流および消磁電流を同時に発生可能に構成されている。本実施形態では、電源4は、励磁電流および消磁電流を同時に発生させたとき、励磁電流と消磁電流とを重畳した電流を出力可能に構成されている。これにより、前述したような消磁磁場を発生させることができる。
The
In particular, the
以下、磁場制御部73および電源4について詳述する。
図7は、図2に示す磁場制御部を説明するためのブロック図である。
電源4は、図7に示すように、直流電流である励磁電流を発生させる励磁電流発生部41(直流電源)と、経時的に減衰する交番電流である消磁電流(減衰交流)を発生させる消磁電流発生部42(交流電源)と、励磁電流と消磁電流とを重畳させる電流重畳部43と、を含んでいる。
The magnetic
FIG. 7 is a block diagram for explaining the magnetic field control unit shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the
励磁電流発生部41は、例えば、直流電源回路(定電流回路)で構成されている。この励磁電流発生部41は、発生する励磁電流の電流値が調整可能に構成されていることが好ましい。これにより、所望時に、原子発振器1の周波数特性を調整することができる。
消磁電流発生部42は、例えば、交流電源回路と、可変変圧器または可変抵抗とを有して構成されている。この消磁電流発生部42が有する交流電源回路は、周波数が可変であってもよい。
電流重畳部43は、例えば、加算器で構成されている。
The excitation
The demagnetization
The
このような比較的簡単な構成で、励磁電流と消磁電流とを重畳した電流を発生可能な電源4を実現することができる。なお、消磁電流発生部42と電流重畳部43との間の消磁電流の経路には、開閉可能なスイッチが設けられていてもよい。
このような電源4を制御する磁場制御部73は、コイル35に励磁電流と消磁電流とが重畳された電流を供給する消磁モードと、コイル35に励磁電流を供給する通常モードと、を切換可能である。これにより、任意のタイミングで第2パッケージ36を消磁することができる。
With such a relatively simple configuration, the
The magnetic
消磁モードでは、磁場制御部73は、励磁電流発生部41および消磁電流発生部42を同時に動作させる。より具体的には、磁場制御部73は、励磁電流発生部41から定常電流である励磁電流を発生させるとともに、消磁電流発生部42から経時的に減衰する交番電流である消磁電流を発生させる。これにより、励磁電流と消磁電流とを重畳した電流が電源4から出力される。そして、コイル35は、電源4から励磁電流と消磁電流とを重畳した電流が供給されて消磁磁場を発生させる。これにより、1つのコイルで構成されたコイル35から直流磁場成分と経時的に減衰する交流磁場成分とが重畳されている消磁磁場を発生させることができる。
In the demagnetization mode, the magnetic
このような消磁磁場は、直流磁場成分と経時的に減衰する交流磁場成分とが重畳されているので、コイル35からの消磁磁場により第2パッケージ36を、コイル35からの直流磁場により着磁されるのと同様の若干量の着磁を残留させた状態で消磁することができる。そのため、第2パッケージ36を消磁した後に、コイル35から励磁磁場を発生させたとき、コイル35からの励磁磁場による第2パッケージ36の経時的な着磁量の変化を防止または抑制することができる。その結果、ガスセル31内のアルカリ金属に印加される磁場の強度の安定化を図り、周波数長期安定度を向上させることができる。
In such a demagnetizing magnetic field, the DC magnetic field component and the AC magnetic field component that attenuates with time are superimposed, so the
ここで、消磁磁場の直流磁場成分は、励磁電流に基づくものであり、消磁磁場の交流磁場成分は、消磁電流に基づくものである。したがって、第2パッケージ36における消磁磁場の直流磁場成分は、励磁磁場に等しいかまたは近似している。これにより、消磁後の第2パッケージ36に残留する着磁量を、通常モードでコイル35からの直流磁場により着磁されるのと同様の着磁量とすることができる。そのため、消磁モードで第2パッケージ36を消磁した後に、通常モードでコイル35から直流磁場を発生させたとき、コイル35からの磁場による第2パッケージ36の経時的な着磁量の変化を小さくする(実質的に無くす)ことができる。なお、消磁モードにおける励磁電流の電流値は、通常モードにおける励磁電流の電流値と等しくすることが好ましいが、通常モードにおける励磁電流の電流値とのずれ量が10%以下であれば、通常モードの励磁電流の電流値と異なっていてもよい。
Here, the DC magnetic field component of the demagnetizing magnetic field is based on the excitation current, and the AC magnetic field component of the demagnetizing magnetic field is based on the demagnetizing current. Therefore, the DC magnetic field component of the demagnetizing magnetic field in the
一方、通常モードでは、磁場制御部73は、消磁電流発生部42を停止させた状態で、励磁電流発生部41を動作させる。より具体的には、磁場制御部73は、励磁電流発生部41から定常電流である励磁電流を発生させるとともに、消磁電流発生部42から発生する電流の電流値をゼロとする。すなわち、磁場制御部73は、消磁モードから通常モードへ移行する際、励磁電流発生部41の動作状態を保ったまま、消磁電流発生部42を停止させる。これにより、励磁電流のみが電源4から出力される。そして、コイル35は、電源4から励磁電流が供給されて励磁磁場を発生させる。これにより、前述したようにガスセル31内のアルカリ金属をゼーマン分裂させ、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、消磁電流発生部42と電流重畳部43との間に開閉可能なスイッチが設けられている場合、励磁電流発生部41および消磁電流発生部42の動作状態が消磁モードと同じであっても、かかるスイッチを開放することにより、通常モードとすることができる。
On the other hand, in the normal mode, the magnetic
When a switch that can be opened and closed is provided between the demagnetizing
以下、前述したような消磁モードによる周波数長期安定性の向上について、より具体的に説明する。
図8(a)は、従来の消磁モード時に励磁コイルに流れる電流の経時的変化を示すグラフ、図8(b)は、図8(a)に示す電流を用いた消磁モードから通常モードに移行した時におけるシールド部の着磁量の経時的変化を示すグラフである。また、図9(a)は、図7に示す電源から消磁モード時に励磁コイル(消磁コイル)に流れる電流の経時的変化を示すグラフ、図9(b)は、図9(a)に示す電流を用いた消磁モードから通常モードに移行した時におけるシールド部の着磁量の経時的変化を示すグラフである。また、図10は、図7に示す電源から消磁モード時に励磁コイル(消磁コイル)に流れる電流の経時的変化の変形例を示すグラフである。
Hereinafter, the improvement of the long-term stability of the frequency due to the demagnetization mode as described above will be described more specifically.
FIG. 8 (a) is a graph showing the temporal change of the current flowing through the exciting coil in the conventional demagnetization mode, and FIG. 8 (b) is a transition from the demagnetization mode using the current shown in FIG. 8 (a) to the normal mode It is a graph which shows a time-dependent change of the amount of magnetization of a shield part at the time of having done. 9 (a) is a graph showing temporal changes in current flowing from the power source shown in FIG. 7 to the exciting coil (demagnetizing coil) in the demagnetizing mode, and FIG. 9 (b) is a current shown in FIG. 9 (a) It is a graph which shows a time-dependent change of the amount of magnetizations of a shield part at the time of changing from the demagnetization mode using A to a normal mode. Further, FIG. 10 is a graph showing a modification of the temporal change of the current flowing from the power source shown in FIG. 7 to the exciting coil (demagnetizing coil) in the demagnetizing mode.
従来の消磁モードでは、図8(a)に示すような電流値がゼロに収束する交番電流を用いて消磁を行う。仮に、図8(a)に示すような交番電流をコイル35に供給して消磁モードを行うと、図8(b)に示すように、消磁モード終了直後の第2パッケージ36の着磁量は、ゼロとなる。その後、通常モードに切り換えると、第2パッケージ36は、コイル35からの励磁磁場により徐々に着磁されていく。この着磁は、コイル35からの励磁磁場の強度に応じた量B1で安定化するが、その安定化に、数時間から数か月までの長期間を要してしまう。そのため、その期間の第2パッケージ36の着磁量の変動が周波数長期安定度に影響を与えてしまい、周波数長期安定度が低下する。
なお、図8では、消磁モードの開始前における第2パッケージ36の着磁が通常モードにおける第2パッケージ36の着磁と同極性である場合を例に図示しているが、消磁モードの開始前における第2パッケージ36の着磁が通常モードにおける第2パッケージ36の着磁と逆極性である場合も、同様に周波数長期安定度が低下する。
In the conventional demagnetization mode, demagnetization is performed using an alternating current in which the current value converges to zero as shown in FIG. If an alternating current as shown in FIG. 8A is supplied to the
Although FIG. 8 exemplifies the case where the magnetization of the
一方、本発明に係る消磁モードでは、図9(a)に示すような電流値がゼロとは異なる値I1(本実施形態では励磁電流の電流値)に収束する交番電流を用いて行う。したがって、図9(a)に示すような交番電流をコイル35に供給して消磁モードを行うと、図9(b)に示すように、消磁モード終了直後の第2パッケージ36の着磁量は、ゼロとは異なる値B1となる。この値B1は、通常モードにおいてコイル35からの励磁磁場によって安定化する第2パッケージ36の着磁量と一致または近似している。そのため、消磁モードの後、通常モードに切り換えても、第2パッケージ36の着磁量は、コイル35からの励磁磁場により変動せず、安定化する。すなわち、通常モードにおいて、消磁モードの終了直後から第2パッケージ36の着磁量を安定化させることができる。
このようなことから、原子発振器1では、ガスセル31内のアルカリ金属に印加される磁場の強度の安定化を図り、周波数長期安定度を向上させることができる。
On the other hand, in the demagnetization mode according to the present invention, as shown in FIG. 9A, an alternating current is used which converges to a value I1 (in the present embodiment, the current value of the excitation current) different from zero. Therefore, when an alternating current as shown in FIG. 9A is supplied to the
Because of this, in the
なお、図9では、消磁モードの開始前における第2パッケージ36の着磁が通常モードにおける第2パッケージ36の着磁と同極性である場合を例に図示しているが、消磁モードの開始前における第2パッケージ36の着磁が通常モードにおける第2パッケージ36の着磁と逆極性である場合も、同様に周波数長期安定度を向上させることができる。
Although FIG. 9 exemplifies a case where the magnetization of the
以上説明したような消磁モードを行う時期は、特に限定されないが、例えば、原子発振器1の発振信号を長期にわたって使用する前である。また、一旦通常モードを行った後であっても、励磁電流の設定値が調整可能である場合には、その調整後に消磁モードを行ってもよい。また、一旦通常モードを行った後であっても、第2パッケージ36の着磁量が所定値以上となったときに、消磁モードを行ってもよいし、第2パッケージ36の着磁量に関係なく、所定時間毎に消磁モードを行ってもよい。
また、消磁モードの時間長さ、言い換えると、消磁電流の発生開始から電流値がゼロとなるまでの時間長さは、特に限定されないが、例えば、数秒から数十秒間である。
The timing of performing the demagnetization mode as described above is not particularly limited, but, for example, before the oscillation signal of the
Further, the time length of the demagnetization mode, in other words, the time length from the start of generation of the demagnetization current to the time when the current value becomes zero, is not particularly limited, but is, for example, several seconds to several tens of seconds.
また、前述したような消磁モードの前に従来と同様の消磁モードである予備消磁モードを行ってもよい。この場合、電源4は、図10に示すように、電流値がゼロに収束する交番電流を出力した後に、電流値がゼロとは異なる値I1に収束する交番電流を出力する。これにより、第2パッケージ36の着磁量が大きくても、簡単かつ確実に、第2パッケージ36を所望状態に消磁することができる。そのため、製品間での第2パッケージ36の着磁量のバラツキを小さくすることができる。
In addition, before the above-described demagnetization mode, a preliminary demagnetization mode may be performed, which is the same as the conventional demagnetization mode. In this case, as shown in FIG. 10, the
以上説明したような本実施形態の原子発振器1によれば、消磁磁場が直流磁場成分と経時的に減衰する交流磁場成分とが重畳されているので、コイル35からの消磁磁場により第2パッケージ36を、コイル35からの直流磁場により着磁されるのと同様の若干量の着磁を残留させた状態で消磁することができる。そのため、第2パッケージ36を消磁した後に、コイル35から励磁磁場を発生させたとき、コイル35からの励磁磁場による第2パッケージ36の経時的な着磁量の変化を防止または抑制することができる。その結果、ガスセル31内のアルカリ金属に印加される磁場の強度の安定化を図り、周波数長期安定度を向上させることができる。
According to the
<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11は、本発明の第2実施形態に係る原子発振器の一部を拡大して示す断面図、図12は、図11に示す原子発振器の磁場制御部を説明するためのブロック図である。また、図13は、図12に示す電源から消磁モード時に消磁コイルに流れる電流の経時的変化を示すグラフである。
本実施形態は、消磁コイルが2つのコイルで構成されている以外は、前述した第1実施形態と同様である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 is an enlarged sectional view showing a part of an atomic oscillator according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a block diagram for explaining a magnetic field control unit of the atomic oscillator shown in FIG. FIG. 13 is a graph showing a temporal change of the current flowing from the power supply shown in FIG. 12 to the degaussing coil in the degaussing mode.
The present embodiment is the same as the first embodiment described above except that the degaussing coil is constituted by two coils.
なお、以下の説明では、第2実施形態に関し、前述した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11および図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。
本実施形態の原子発振器1Aは、コイル39を追加するとともに電流重畳部43を省略した以外は、前述した第1実施形態の原子発振器1と同様である。
In the following description, the second embodiment will be described focusing on differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted. Further, in FIG. 11 and FIG. 12, the same components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.
The
図11に示す原子発振器1Aは、図12に示すように、コイル39と、コイル35、39に電流を供給する電源4Aとを備える。
電源4Aは、励磁電流および消磁電流をそれぞれ独立して出力可能である。
この電源4Aは、図12に示すように、励磁電流発生部41および消磁電流発生部42を含んでいる。
As shown in FIG. 12, the
The
As shown in FIG. 12, the
本実施形態では、励磁電流発生部41は、コイル35に電気的に接続され、コイル35に励磁電流を供給する。また、消磁電流発生部42は、コイル39に電気的に接続され、コイル39に消磁電流を供給する。
このような比較的簡単な構成で、直流電流と経時的に減衰する交番電流とをそれぞれ発生可能な電源4Aを実現することができる。
In the present embodiment, the excitation
With such a relatively simple configuration, it is possible to realize the
コイル39は、電源4Aから消磁電流が供給されて消磁磁場の交流磁場成分を発生させ
る「交流磁場コイル」を構成する。また、コイル35は、電源4Aから励磁電流が供給さ
れて消磁磁場の直流磁場成分を発生させる「直流磁場コイル」を構成する。これにより、
コイル39からの交流磁場成分と、コイル35から直流磁場成分とを重畳させることによ
り、消磁磁場を発生させることができる。
このように2つのコイル35、39を用いて消磁磁場を発生させることにより、原子発
振器1Aの設計の自由度を高めることができる。
By superimposing the AC magnetic field component from the
By thus generating the demagnetizing magnetic field using the two
ここで、励磁磁場を発生させるコイル35が消磁磁場の直流磁場成分を発生させる直流磁場コイルを兼ねているので、部品点数を少なくし、原子発振器1Aの小型化および低コスト化を図ることができる。
このような電源4Aを制御する磁場制御部73は、コイル35に励磁電流を供給するとともにコイル39に消磁電流を供給する消磁モードと、コイル35に励磁電流を供給する通常モードと、を切換可能である。これにより、任意のタイミングで第2パッケージ36を消磁することができる。
Here, since the
The magnetic
消磁モードでは、磁場制御部73は、励磁電流発生部41および消磁電流発生部42を同時に動作させる。これにより、図13に示すように、電源4Aから励磁電流および消磁電流が同時に出力され、コイル39からの交流磁場成分と、コイル35から直流磁場成分とが重畳されることにより、消磁磁場を発生させることができる。
一方、通常モードでは、磁場制御部73は、消磁電流発生部42を停止させた状態で、励磁電流発生部を動作させる。これにより、励磁電流のみが電源4Aから出力され、コイル35は、電源4Aから励磁電流が供給されて励磁磁場を発生させる。
In the demagnetization mode, the magnetic
On the other hand, in the normal mode, the magnetic
また、コイル39は、図11に示すように、第2パッケージ36とパッケージ5との間に配置されている。これにより、コイル39を第2パッケージ36内に配置する場合に比し、第2パッケージ36の小型化を図ることができる。また、第2パッケージ36を気密パッケージとした場合、小型化により第2パッケージ36内の真空度を高く保つことが容易となる。また、第2パッケージ36およびパッケージ5の双方が磁気シールド性を有する場合、コイル39からの磁場により第2パッケージ36およびパッケージ5の双方を効率的に消磁することができる。
本実施形態では、コイル39は、コイル35と同心的に配置されたソレノイドコイルで構成されている。これにより、第2パッケージ36とパッケージ5との間の空間を有効利用してコイル39を配置することができる。
Further, as shown in FIG. 11, the
In the present embodiment, the
なお、コイル39は、コイル35と同心的に、かつ、第2パッケージ36を挟んで配置されたヘルムホルツコイルで構成することもできる。
以上説明したような第2実施形態によっても、コイル35からの磁場による第2パッケージ36の経時的な着磁量の変化を防止または抑制し、周波数長期安定度を向上させることができる。
The
Also according to the second embodiment as described above, it is possible to prevent or suppress the temporal change in the amount of magnetization of the
2.電子機器
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14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14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。
2. Electronic Device The atomic oscillator as described above can be incorporated into various electronic devices. Such electronic devices have excellent reliability.
Hereinafter, the electronic device of the present invention will be described.
FIG. 14 is a view showing a schematic configuration when the atomic oscillator of the present invention is used in a positioning system using GPS satellites.
The
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。
The
The
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。
Here, the receiving
The
3.移動体
図15は、本発明の原子発振器を備える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。
3. Mobile Object FIG. 15 is a view showing an example of a mobile object provided with the atomic oscillator of the present invention.
In this figure, the moving
According to such a mobile unit, excellent reliability can be exhibited.
なお、本発明の原子発振器を備える電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、パーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター)、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等に適用することができる。
以上、本発明の原子共鳴遷移装置、原子発振器、電子機器および移動体について、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、本発明は、前述した実施形態の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。
The electronic apparatus provided with the atomic oscillator of the present invention is not limited to the above-mentioned ones, and, for example, mobile phones, digital still cameras, inkjet discharge devices (eg, inkjet printers), personal computers (mobile personal computers, laptops) Type personal computers), TVs, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic organizers (including communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, video phones, television for crime prevention Monitors, electronic binoculars, POS terminals, medical devices (such as electronic thermometers, blood pressure monitors, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasound diagnostic devices, electronic endoscopes), fish finders, various measuring devices, instruments (such as vehicles ,aircraft, Instruments of 舶), can be applied to a flight simulator or the like.
The atomic resonance transition device, the atomic oscillator, the electronic device, and the moving body according to the present invention have been described above based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to these.
Moreover, this invention can be substituted to the thing of arbitrary structures which exhibit the same function of embodiment mentioned above, and can also add arbitrary structures.
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。
また、前述した実施形態では、光出射部およびガスセルが別々のパッケージに収納されている場合を例に説明したが、光出射部、ガスセルおよび光検出部等が同一のパッケージ(遮蔽部または内側遮蔽部)に収納されていてもよい。
Furthermore, in the present invention, arbitrary configurations of the above-described embodiments may be combined.
In the embodiment described above, the case where the light emitting portion and the gas cell are housed in separate packages has been described as an example, but the light emitting portion, the gas cell, the light detecting portion and the like are the same package (shielding portion or inner shielding May be stored in the
また、前述した実施形態では、消磁磁場の直流磁場成分を得るための直流電流として、励磁電流を用いているが、励磁電流とは別の電源からの直流電流を用いてもよい。この場合、消磁磁場の直流磁場成分を得るための直流電流は、励磁電流と向きが同じであり、かつ、励磁電流の電流値と一致または近似していることが好ましい。
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てセシウム等を共鳴遷移させる量子干渉装置を本発明の原子共鳴遷移装置の例として説明したが、本発明の原子共鳴遷移装置は、これに限定されず、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用してルビジウム等を共鳴遷移させる二重共鳴装置にも適用可能である。
Further, in the embodiment described above, the excitation current is used as the direct current for obtaining the DC magnetic field component of the demagnetizing magnetic field, but a DC current from a power supply different from the excitation current may be used. In this case, it is preferable that the direct current for obtaining the direct current magnetic field component of the demagnetizing magnetic field has the same direction as the excitation current, and be in agreement with or close to the current value of the excitation current.
In the above-described embodiment, the quantum interference device for performing resonance transition of cesium or the like by utilizing the quantum interference effect of two types of light having different wavelengths has been described as an example of the atomic resonance transition device of the present invention. The atomic resonance transition device is not limited to this, and is also applicable to a double resonance device that causes rubidium or the like to make a resonance transition using double resonance phenomenon by light and microwave.
1‥‥原子発振器 1A‥‥原子発振器 2‥‥第1ユニット 3‥‥第2ユニット 4‥‥電源 4A‥‥電源 5‥‥パッケージ 6‥‥配線基板 7‥‥制御部 21‥‥光出射部 22‥‥第1パッケージ 23‥‥窓部 31‥‥ガスセル 32‥‥光検出部 33‥‥ヒーター 34‥‥温度センサー 35‥‥コイル 36‥‥第2パッケージ 37‥‥窓部 38‥‥基板 39‥‥コイル 41‥‥励磁電流発生部 42‥‥消磁電流発生部 43‥‥電流重畳部 50‥‥本体 51‥‥凹部 52‥‥支持部 53‥‥支持部 54‥‥蓋体 61‥‥貫通孔 62‥‥端子 63‥‥端子 71‥‥励起光制御部 72‥‥温度制御部 73‥‥磁場制御部 100‥‥測位システム 200‥‥衛星 221‥‥基体 222‥‥蓋体 223‥‥端子 300‥‥基地局装置 301‥‥アンテナ 302‥‥受信装置 303‥‥アンテナ 304‥‥送信装置 311‥‥本体部 312‥‥窓部 313‥‥窓部 331‥‥発熱抵抗体 332‥‥発熱抵抗体 361‥‥基体 362‥‥蓋体 363‥‥端子 400‥‥受信装置 401‥‥アンテナ 402‥‥衛星受信部 403‥‥アンテナ 404‥‥基地局受信部 521‥‥貫通孔 531‥‥貫通孔 1500‥‥移動体 1501‥‥車体 1502‥‥車輪 a‥‥光軸 LL‥‥励起光 S‥‥内部空間 S1‥‥内部空間
1.
Claims (5)
前記金属原子を封入するガスセルと、
磁気シールド性を有し、前記ガスセルを内包する遮蔽部と、
直流電流と経時的に減衰する交番電流とを、それぞれ独立して同時に発生可能な電源と、
前記電源から前記交番電流が供給されて交流磁場成分を発生させる交番磁場コイルと、
前記電源から前記直流電流が供給されて直流磁場成分を発生させる直流磁場コイルと、を具備し、
前記遮蔽部を消磁する消磁モードでは、前記直流電流が前記直流磁場コイルに供給され、前記交番電流が前記交番磁場コイルに供給され、前記遮蔽部を着磁する前記直流磁場成分と、前記遮蔽部を消磁し経時的に減衰する前記交流磁場成分と、が重畳されている消磁磁場が発生し、
前記消磁モードと異なる通常モードでは、前記直流電流が前記直流磁場コイルに供給され、前記金属原子に印加される前記直流磁場成分を含む励磁磁場が発生し、
前記遮蔽部は、内外に配置されている内側遮蔽部および外側遮蔽部を含んでおり、
前記直流磁場コイルは、前記ガスセルの周囲かつ前記金属原子と前記内側遮蔽部との間に配置され、
前記交番磁場コイルは、前記内側遮蔽部と前記外側遮蔽部との間に配置されていることを特徴とする原子共鳴遷移装置。 With metal atoms,
A gas cell enclosing the metal atom;
A shielding portion having magnetic shielding properties and containing the gas cell ;
A power supply capable of generating a DC current and an alternating current which attenuates with time independently and simultaneously;
And Koban magnetic field coil for generating the alternating current is supplied ac magnetic field component from the power supply,
Anda DC magnetic field coils for generating the DC current is supplied direct current magnetic field component from the power supply,
Wherein the degauss mode demagnetizing the shield portion, prior SL is supplied to the DC current the DC magnetic field coil, the alternating current is supplied to the alternating magnetic field coil, and the DC magnetic field component magnetizing front Symbol shielding portion, the degaussing magnetic field and the alternating magnetic field components to attenuate the shielding portion demagnetized over time, it is superimposed is generated,
In the normal mode different from the demagnetization mode, the DC current is supplied to the DC magnetic field coil, and an excitation magnetic field including the DC magnetic field component applied to the metal atoms is generated.
The shielding part includes an inner shielding part and an outer shielding part which are disposed inside and outside;
The DC magnetic field coil is disposed around the gas cell and between the metal atom and the inner shield.
The Koban field coil is atomic resonance transition apparatus characterized by being arranged between the inner shield part and the outer shield part.
前記磁場制御部は、前記電源を前記消磁モードと、前記通常モードと、に切換可能である請求項1に記載の原子共鳴遷移装置。 It has a magnetic field control unit that controls the power supply,
The atomic resonance transition apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field control unit is capable of switching the power supply between the demagnetization mode and the normal mode.
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