JPH01177719A - Frequency standard device - Google Patents

Frequency standard device

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JPH01177719A
JPH01177719A JP199588A JP199588A JPH01177719A JP H01177719 A JPH01177719 A JP H01177719A JP 199588 A JP199588 A JP 199588A JP 199588 A JP199588 A JP 199588A JP H01177719 A JPH01177719 A JP H01177719A
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semiconductor laser
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淑也 水田
Koji Akiyama
浩二 秋山
Akira Ote
明 大手
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the short period stability and frequency accuracy and to attain the small sized device by using only one absorption cell, modulating an output light of a semiconductor laser and an electromagnetic wave radiated to the absorption cell by different frequency and separating the result. CONSTITUTION:An output of an oscillator 37 control a drive current of a semiconductor laser 30 via an adder 36, an output light frequency of the laser 30 is modulated in a frequency fm1, made incident on the absorption cell 31, where it is absorbed by Rb<87> and the result is detected by a photodetector 32. The output of the detector 32 is subject to synchronizing detection by a lock-in amplifier 34 and only the frequency change signal of the laser 30 is separated. On the other hand, the output of a crystal oscillator 10 is modulated by a frequency fm2 at a phase modulator 41, multiplied by a frequency synthesizer 43, and a cavity resonator 44 radiates an electromagnetic wave of 6.8MHz to the absorption cell 31. The transmitted light is detected to the detector 32 and subject to synchronizing detection by a lock-in amplifier 38. Thus, only a change in the transmitted light intensity due to the electromagnetic wave radiated appears at the output of the amplifier 38.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、標準物質の超微細スペクトル遷移を利用し
た周波数標準器に関し、特に構成が簡単な周波数標準器
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a frequency standard that utilizes ultra-fine spectral transitions of a standard material, and particularly relates to a frequency standard that has a simple configuration.

〈従来技術〉 高安定な周波数出力を発生する周波数標準器として原子
の超微細スペクトル遷移を利用したものが知られている
。第4図にこの様な周波数標準器の一例を示す、第4図
において、ルビジウムランプ1の光はRb87が封入さ
れている共鳴セル2に照射される。この共鳴セル2の透
過光は光検出器3で検出され、その検出出力は信号増幅
器4で増幅されて同期検波器5に入力される。一方、電
圧制御水晶発振器6の出力は周波数合成器7に入力され
その周波数が逓倍される。また低周波発振器8の出力に
より位相変調される0周波数合成器7の出力はバラクタ
ダイオード9を介して共鳴セル2を取囲む空胴共振器1
0に入力され、共鳴セル2に電磁波が照射される。同期
検波器5は低周波発振器8の出力で動作され、その出力
は積分器11で積分されて電圧制御水晶発振器6に入力
される。この電圧制御水晶発振器6の出力は周波数標準
出力として取出される。ルビジウムランプ1は駆動部1
2で駆動される。  。
<Prior Art> Frequency standards that generate highly stable frequency outputs that utilize ultrafine spectral transitions of atoms are known. FIG. 4 shows an example of such a frequency standard. In FIG. 4, light from a rubidium lamp 1 is irradiated onto a resonance cell 2 in which Rb87 is sealed. The transmitted light of this resonant cell 2 is detected by a photodetector 3, and its detection output is amplified by a signal amplifier 4 and input to a synchronous detector 5. On the other hand, the output of the voltage controlled crystal oscillator 6 is input to a frequency synthesizer 7 and its frequency is multiplied. The output of the zero frequency synthesizer 7, which is phase modulated by the output of the low frequency oscillator 8, is transmitted to the cavity resonator 1 surrounding the resonant cell 2 via the varactor diode 9.
0, and the resonance cell 2 is irradiated with electromagnetic waves. The synchronous detector 5 is operated by the output of the low frequency oscillator 8, and the output thereof is integrated by the integrator 11 and input to the voltage controlled crystal oscillator 6. The output of this voltage controlled crystal oscillator 6 is taken out as a frequency standard output. The rubidium lamp 1 is the drive part 1
Driven by 2. .

次にこの周波数標準器の動作を第5図に基づいて説明す
る。第5図はRb87のエネルギー単位であり、その基
底状fi5sはF=1とF=2の2つの超微細単位に分
かれている。ルビジウムランプ1の光を吸収すると、R
b87はF−1の単位から5Pの励起単位に励起され、
そこから等確率でF=1とF=2の単位におちる。F=
1の単位におちたRb87はルビジウムランプ1の光に
より再度励起準位5Pに励起される。この様にしてF=
1の単位にあるRb87は次第に少なくなりF=2の単
位にあるRb87が増加する。この様な状態において、
空胴共振器10にF=1とF=2のエネルギー差である
6、8GHzの電磁波を与えると、F=2の単位にあっ
たvt b 87は誘導放出によりF=1の単位に落ち
、共鳴セル2による吸収が強くなる。共鳴セル2の透過
光を光検出器3で検出し、この透過光の強度が最小すな
わち吸収光が最大になるように電圧制御水晶発振器6を
制御すると、この電圧制御水晶発振器6の出力周波数は
Rb87の超微細単位で規制されるので高安定になる。
Next, the operation of this frequency standard will be explained based on FIG. FIG. 5 shows the energy unit of Rb87, whose fundamental fi5s is divided into two ultrafine units, F=1 and F=2. When light from rubidium lamp 1 is absorbed, R
b87 is excited from the F-1 unit to the 5P excitation unit,
From there, it falls into units of F=1 and F=2 with equal probability. F=
Rb87, which has fallen to the unit of 1, is excited again to the excitation level 5P by the light from the rubidium lamp 1. In this way F=
Rb87 in units of 1 gradually decreases and Rb87 in units of F=2 increases. In such a situation,
When an electromagnetic wave of 6.8 GHz, which is the energy difference between F=1 and F=2, is applied to the cavity resonator 10, vt b 87, which was in the unit of F=2, falls to the unit of F=1 due to stimulated emission, Absorption by the resonance cell 2 becomes stronger. When the transmitted light of the resonant cell 2 is detected by the photodetector 3 and the voltage-controlled crystal oscillator 6 is controlled so that the intensity of the transmitted light is minimized, that is, the absorbed light is maximized, the output frequency of the voltage-controlled crystal oscillator 6 is It is highly stable because it is regulated by ultrafine units of Rb87.

なお、周波数合成器7における逓倍率を例えば約136
0とし、5MHzの周波数が得られるようにする。
Note that the multiplication factor in the frequency synthesizer 7 is set to about 136, for example.
0 so that a frequency of 5 MHz can be obtained.

第6図に他の周波数標準器の構成を示す、この例は光源
として半導体レーザな用いたものである。
FIG. 6 shows the configuration of another frequency standard, in which a semiconductor laser is used as the light source.

第6図において、半導体レーザ13の出力光はハーフミ
ラ−14で2つに分けられ、それぞれRb87共鳴セル
15およびRb87吸収セル16に入射される。Rb8
7吸収セル16の透過光は光検出器17で検出され、そ
の検出出力多よ周波数制御手段18に入力される0周波
数制御手段18は半導体レーザ13の出力光の周波数が
Rb87の吸収線と一致するようにその周波数を制御す
る。Rb87共鳴セル15の透過光は光検出器19で検
出され周波数制御手段20に入力される0周波数制御手
段20は光検出器19が検出する光の強度が最小になる
ように水晶発振器21の出力周波数を制御する。水晶発
振器21の出力1よ標準周波数として取出されると共に
周波数逓倍手段22でその周波数が逓倍され、Rb87
共鳴セル15を取囲む空胴共振器23に入力される。動
作原理は第4図と同じなので説明を省略する。
In FIG. 6, the output light of the semiconductor laser 13 is divided into two parts by a half mirror 14, and the two parts are input into an Rb87 resonant cell 15 and an Rb87 absorption cell 16, respectively. Rb8
7 The transmitted light of the absorption cell 16 is detected by the photodetector 17, and the detected output is inputted to the frequency control means 18. The 0 frequency control means 18 determines that the frequency of the output light of the semiconductor laser 13 matches the absorption line of Rb87. control its frequency as desired. The transmitted light of the Rb87 resonance cell 15 is detected by a photodetector 19 and inputted to a frequency control means 20. The zero frequency control means 20 adjusts the output of the crystal oscillator 21 so that the intensity of the light detected by the photodetector 19 is minimized. Control frequency. The output 1 of the crystal oscillator 21 is taken out as a standard frequency, and the frequency is multiplied by the frequency multiplier 22.
The signal is input to a cavity resonator 23 surrounding the resonance cell 15 . Since the operating principle is the same as that shown in FIG. 4, the explanation will be omitted.

〈発明が解決すべき問題点〉 しかしながら、この様な周波数標準器には次のような問
題点がある。第4図の周波数標準器はルビジウムランプ
1を励起するために大きなパワーが必要であり、またラ
ンプの寿命が短いという欠点があった。さらに、ルビジ
ウムランプ1の出力光のスペクトル幅が広いので、短期
安定性、周波数確度の点で第6図のレーザ励起方式に比
べて劣るという欠点があった。
<Problems to be Solved by the Invention> However, such frequency standards have the following problems. The frequency standard shown in FIG. 4 requires a large amount of power to excite the rubidium lamp 1, and has the disadvantage that the lamp life is short. Furthermore, since the output light of the rubidium lamp 1 has a wide spectral width, it has the disadvantage that it is inferior to the laser excitation method shown in FIG. 6 in terms of short-term stability and frequency accuracy.

第6図の周波数標準器は光源として半導体レーザを用い
ているので寿命が長・く、また半導体レーザの出力光の
スペクトル幅は狭いので短期安定性、周波数確度共優れ
ている。しかしながらRb87のセルを2つ必要とする
ので、構成が複雑になり、また装置が大きくなるという
欠点があった。
The frequency standard shown in FIG. 6 uses a semiconductor laser as a light source, so it has a long life, and since the spectral width of the output light of the semiconductor laser is narrow, it has excellent short-term stability and frequency accuracy. However, since two Rb87 cells are required, the structure becomes complicated and the device becomes large.

〈発明の目的〉 この発明の目的は、小型化が可能な周波数標準器を提供
することにある。
<Object of the invention> An object of the invention is to provide a frequency standard that can be miniaturized.

く問題点を解決するための手段〉 前記問題点を解決するために本発明では、所定の周波数
の光を特定の吸収スペクトルを有する標準物質を封入し
た吸収セルに照射し、またこの吸収セルに電磁波を与え
てこの標準物質に超微細スペクトル遷移を生じさせ、こ
の超微細スペクトル遷移に基づいて標準周波数を発生さ
せる周波数標準器において、半導体レーザの出力光を第
1の変調手段によって第1の周波数で変調し、この半導
体レーザの出力光を内部に特定の吸収スペクトルを有す
る標準物質を封入した吸収セルに照射する。
Means for Solving the Problems> In order to solve the above problems, the present invention irradiates light of a predetermined frequency to an absorption cell containing a standard substance having a specific absorption spectrum, and In a frequency standard device that applies an electromagnetic wave to produce an ultra-fine spectral transition in this reference material and generates a standard frequency based on this ultra-fine spectral transition, the output light of a semiconductor laser is modulated into a first frequency by a first modulating means. The output light from this semiconductor laser is irradiated onto an absorption cell containing a standard substance having a specific absorption spectrum.

この吸収セルには電磁波発生手段により電磁波を与える
。この電磁波は発振器の出力を第2の変調手段により第
1の周波数とは異なる第2の周波数で変調し、この変調
した出力を逓倍して作る。また前記吸収セルの透過光強
度を光検出器で検出し、この光検出器の出力を第1のロ
ックインアンプで前記第1の周波数に関連する周波数で
同期検波し、その出力に基づいて前記半導体レーザの出
力光の周波数を周波数安定化手段で安定化し、また前記
光検出器の出力を第2のロックインアンプで前記第2の
周波数に関連する周波数で同期検波し、この出力に基づ
いて前記発振器の出力周波数を周波数制御手段で制御す
るようにしたものである。
Electromagnetic waves are applied to this absorption cell by electromagnetic wave generating means. This electromagnetic wave is produced by modulating the output of the oscillator with a second frequency different from the first frequency using a second modulating means, and multiplying this modulated output. Further, the transmitted light intensity of the absorption cell is detected by a photodetector, the output of this photodetector is synchronously detected at a frequency related to the first frequency by a first lock-in amplifier, and based on the output, the The frequency of the output light of the semiconductor laser is stabilized by a frequency stabilizing means, and the output of the photodetector is synchronously detected at a frequency related to the second frequency by a second lock-in amplifier, and based on this output, The output frequency of the oscillator is controlled by a frequency control means.

〈実施例〉 第1図に本発明に係る周波数標準器の一実施例を示す、
第1図において、30は半導体レーザであり、その出力
光は吸収セル31に入射される。
<Embodiment> FIG. 1 shows an embodiment of the frequency standard according to the present invention.
In FIG. 1, 30 is a semiconductor laser, and its output light is incident on an absorption cell 31. In FIG.

吸収セル31には特定の周波数の光を吸収する標準物質
、例えばRb 87が封入されている。32は光検出器
であり、吸収セル31の透過光の強度を電気信号に変換
する。33は前〜買増幅器であり、光検出器32の出力
を増幅する。34は第1のロックインアンプであり、前
置増幅器33の出力が入力される。35はPID制御部
であり、第1のロックインアンプ34の出力が入力され
る。36は加算器であり、発振器37の出力及びPID
iiIJ御部35の出力が入力される。この発振器37
の出力はまた第1のロックインアンプ34に入力される
0発振器37と加算器36で第1の変調手段を構成し、
PID制御部35、加算器36で周波数安定化手段を構
成している。38は第2のロックインアンプであり、前
置増幅器33の出力が入力される。39はPID制御部
であり、第2のロックインアンプ38の出力が入力され
る。40は水晶発振器であり、例えば10MHzの信号
な出力する。この水晶発振器40にはPIDIIJI1
1部39の出力が入力される。41は位相変調器であり
、水晶発振器40の出力が入力される。この位相変調器
41にはまた発振器42の出力が入力される。
The absorption cell 31 is filled with a standard substance that absorbs light at a specific frequency, such as Rb 87. A photodetector 32 converts the intensity of the light transmitted through the absorption cell 31 into an electrical signal. Reference numeral 33 denotes a front-end amplifier, which amplifies the output of the photodetector 32. 34 is a first lock-in amplifier, into which the output of the preamplifier 33 is input. 35 is a PID control unit, into which the output of the first lock-in amplifier 34 is input. 36 is an adder, which outputs the output of the oscillator 37 and the PID
iii The output of the IJ control section 35 is input. This oscillator 37
The output of is also input to a first lock-in amplifier 34, and a zero oscillator 37 and an adder 36 constitute a first modulation means.
The PID control section 35 and the adder 36 constitute frequency stabilization means. 38 is a second lock-in amplifier, to which the output of the preamplifier 33 is input. 39 is a PID control unit, into which the output of the second lock-in amplifier 38 is input. 40 is a crystal oscillator, which outputs a signal of, for example, 10 MHz. This crystal oscillator 40 has PIDIIJI1
The output of the first section 39 is input. 41 is a phase modulator, into which the output of the crystal oscillator 40 is input. The output of an oscillator 42 is also input to this phase modulator 41 .

この発振器42の出力はまた第2のロックインアンプ3
8にも入力される。43は周波数合成器であり、位相変
調器41の出力が入力される。44は空洞共振器であり
、吸収セル31を取り囲むように配置されている。この
空胴共振器44には周波数合成器43の出力が入力され
る9発振器42と位相変調器41で第2の変調手段を、
PID制御部39で周波数安定化手段を、周波数合成器
43と空胴共振器44で電磁波発生手段を構成する。
The output of this oscillator 42 is also supplied to the second lock-in amplifier 3.
8 is also input. 43 is a frequency synthesizer, into which the output of the phase modulator 41 is input. A cavity resonator 44 is arranged to surround the absorption cell 31. This cavity resonator 44 has a second modulation means with an oscillator 42 to which the output of the frequency synthesizer 43 is input, and a phase modulator 41.
The PID control section 39 constitutes a frequency stabilizing means, and the frequency synthesizer 43 and the cavity resonator 44 constitute an electromagnetic wave generating means.

次に、この実施例の動作を説明する。加算器36には発
振器37の出力が入力され、この加算器36の出力で半
導体レーザ30の駆動電流が制御されるので、半導体レ
ーザ30の出力光周波数は発振器37の出力周波数であ
る周波数f、1(例えば2kHz>で変調される。この
半導体レーザ30の出力光は吸収セル31に入射されて
Rb87で吸収され、その透過光強度が光検出器32に
より検出される。この光検出器32の出力は第1のロッ
クインアンプ34で周波数f1で同期検波され、半導体
レーザ30の出力光の周波数変化信号のみが分離される
。PID制御部35はこの第1のロックインアンプ34
の出力が一定になるように加算器36を介して半導体レ
ーザ30の駆動電流をi9HM+するので、半導体レー
ザ30の出力周波数は吸収セル31に封入されているR
b 87の基底状態から5Pの励起状態に遷移させる光
周波数になるように制御される。一方、水晶発振器40
の出力は位相変調器41で周波数f、2(例えば150
H2)で変調され、周波数合成器43で6.8GH2に
逓倍されて空胴共振器44に加えられる。空胴共振器4
4は吸収セル31に6.8GHzの電磁波を照射する。
Next, the operation of this embodiment will be explained. The output of the oscillator 37 is input to the adder 36, and the drive current of the semiconductor laser 30 is controlled by the output of the adder 36, so that the output optical frequency of the semiconductor laser 30 is the output frequency of the oscillator 37, which is the frequency f, 1 (for example, 2 kHz>). The output light of this semiconductor laser 30 enters an absorption cell 31 and is absorbed by Rb 87, and the transmitted light intensity is detected by a photodetector 32. The output is synchronously detected at the frequency f1 by the first lock-in amplifier 34, and only the frequency change signal of the output light of the semiconductor laser 30 is separated.
Since the drive current of the semiconductor laser 30 is increased to i9HM+ via the adder 36 so that the output of
The optical frequency is controlled to cause a transition from the ground state of b87 to the excited state of 5P. On the other hand, the crystal oscillator 40
The output of
H2), multiplied by frequency synthesizer 43 to 6.8 GH2, and applied to cavity resonator 44. Cavity resonator 4
4 irradiates the absorption cell 31 with electromagnetic waves of 6.8 GHz.

この電磁波の周波数は周波数fn2で変調されている。The frequency of this electromagnetic wave is modulated at frequency fn2.

第5図で説明したように、基底状態5SのF=2の準位
にあるRb87は誘導放出によりF=1の単位に落ち、
吸収セル31による半導体レーザ30の出力光の吸収が
増加してその透過光強度が減少する。この透過光の強度
は光検出器32で検出されて第2のロックインアンプ3
8(こより周波数f12で同期検波される。従って、第
2のロックインアンプ38の出力には空胴共振器44に
よって吸収セル31に照射される電磁波に起因する透過
光強度の変化分のみが分離されて表われる。PID制御
部39は第2のロックインアンプ38の出力が最小、す
なわち空胴共振器44によって吸収セル31に照射され
る電磁波によるF=2からF=1への誘導放出が最大に
なるように水晶発振器40の出力周波数を制御する。
As explained in FIG. 5, Rb87 at the F=2 level of the ground state 5S falls to the F=1 unit due to stimulated emission,
The absorption of the output light from the semiconductor laser 30 by the absorption cell 31 increases, and the intensity of the transmitted light decreases. The intensity of this transmitted light is detected by a photodetector 32 and sent to the second lock-in amplifier 3.
8 (from this, synchronous detection is performed at frequency f12. Therefore, only the change in transmitted light intensity caused by the electromagnetic wave irradiated to the absorption cell 31 by the cavity resonator 44 is separated into the output of the second lock-in amplifier 38. The PID control unit 39 determines that the output of the second lock-in amplifier 38 is the minimum, that is, that the stimulated emission from F=2 to F=1 due to the electromagnetic wave irradiated to the absorption cell 31 by the cavity resonator 44 occurs. The output frequency of the crystal oscillator 40 is controlled so as to reach the maximum frequency.

すなわち、水晶発振器40の出力周波数はRb87のF
=2からF=1の単位のエネルギー差によってロックさ
れるので高安定になる。この実施例では周波数で1とf
1□を異ならせることにより、水晶発振器40の出力周
波数の変化と半導体レーザ30の出力光の周波数変化の
2つの情報を分離するようにしたものである。
That is, the output frequency of the crystal oscillator 40 is F of Rb87.
It is highly stable because it is locked by the unit energy difference from =2 to F=1. In this example, the frequency is 1 and f
By making 1□ different, two pieces of information, the change in the output frequency of the crystal oscillator 40 and the change in the frequency of the output light of the semiconductor laser 30, are separated.

第2図に他の実施例を示す、なお、第1図と同じ要素に
は同一符号を付し、説明を省略する。この実施例は半導
体レーザの出力光の周波数を変調する手段として音響光
学変調器を用いたものである。第2図において、45は
音響光学変調器であり、半導体レーザ30の出力光が入
射され、その出力光は吸収セル31に入射される。46
は発振器であり、周波数f、の信号を発振する。この信
号はスイッチ47を介して音響光学変調器45に印加さ
れる。スイッチ47は発振器37の出力によって駆動さ
れる。音響光学変調器45はスイッチ47がオンしてい
るときのみ半導体レーザ30の出力光の周波数をf。た
けシフトする。従って、半導体レーザ30の出力光の周
波数は周波数f、1で変調される。動作は第1図と同じ
なので、説明を省略する。このようにすると、半導体レ
ーザ30の出力光の周波数は変調されないので、光周波
数標準として用いる事も出来る。また、音響光学変調器
45の代わりに導波路型位相変調器やバルク型電気光学
素子を用いた位相変調器を用いてもよい、これには例え
ば縦型変調器、横型変調器、進行波形変調器等がある。
Another embodiment is shown in FIG. 2. The same elements as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and their explanations will be omitted. This embodiment uses an acousto-optic modulator as means for modulating the frequency of output light from a semiconductor laser. In FIG. 2, reference numeral 45 denotes an acousto-optic modulator, into which the output light from the semiconductor laser 30 is incident, and the output light is incident into the absorption cell 31. 46
is an oscillator and oscillates a signal of frequency f. This signal is applied via switch 47 to acousto-optic modulator 45 . Switch 47 is driven by the output of oscillator 37. The acousto-optic modulator 45 changes the frequency of the output light from the semiconductor laser 30 to f only when the switch 47 is on. Shift tall. Therefore, the frequency of the output light from the semiconductor laser 30 is modulated by the frequency f,1. Since the operation is the same as in FIG. 1, the explanation will be omitted. In this way, the frequency of the output light from the semiconductor laser 30 is not modulated, so it can also be used as an optical frequency standard. Further, instead of the acousto-optic modulator 45, a waveguide type phase modulator or a phase modulator using a bulk type electro-optic element may be used. There are utensils etc.

なお、この実施例ではF=2とF=1の単位の誘導放出
を利用したが、電磁波の吸収による光−マイクロ波2重
共鳴信号を用いるようにしてもよい、これを第3図を用
いて説明する。基底状態5SのF=2の単位のRb87
は半導体レーザ30の出力光を吸収して5Pの励起状態
に遷移し、等確率で58のF=1とF=2の準位に落ち
る。ここで電磁波を吸収セル31に照射してF=1の準
位からF=2の単位に遷移させるようにする。構成は第
1図及び第2図と同じなので、詳細説明は省−路する。
Although stimulated emission in units of F=2 and F=1 was used in this example, it is also possible to use a light-microwave double resonance signal by absorption of electromagnetic waves. I will explain. Rb87 in unit of F=2 in ground state 5S
absorbs the output light of the semiconductor laser 30, transitions to the 5P excited state, and falls to the F=1 and F=2 levels of 58 with equal probability. Here, the absorption cell 31 is irradiated with electromagnetic waves to cause a transition from the F=1 level to the F=2 level. Since the configuration is the same as in FIGS. 1 and 2, detailed explanation will be omitted.

また、この実施例では吸収セル31に封入する物質とし
てRb87を用いたが、このほかRb 85、c 51
33を用いてもよい、Rb85の場合は照射する電磁波
は3GH2,C5133の場合は9.2GHzになる。
Further, in this example, Rb87 was used as the substance sealed in the absorption cell 31, but in addition, Rb85, c51
In the case of Rb85, the electromagnetic wave to be irradiated is 3GH2, and in the case of C5133, it is 9.2GHz.

また、電磁波を吸収セルに照射する手段として、空胴共
振器の他に一般のアンテナ等電磁波が出力出来るもので
あれば任意のものが使用出来る。
In addition to the cavity resonator, any means capable of outputting electromagnetic waves, such as a general antenna, can be used as a means for irradiating the absorption cell with electromagnetic waves.

また、半導体レーザの出力光の周波数を変化させる手段
としてその温度を制御するようにしてもよい。
Further, the temperature of the semiconductor laser may be controlled as a means for changing the frequency of the output light of the semiconductor laser.

さらに、第1のロックインアンプ34、第2のロックイ
ンアンプ38に発振器37.42の出力である周波数f
f  の信号を入力するようにIll・  m2 したが、その整数倍の周波数を用いるようにしてもよい
Furthermore, the frequency f which is the output of the oscillator 37.42 is applied to the first lock-in amplifier 34 and the second lock-in amplifier 38.
Although the signal f is input as Ill·m2, a frequency that is an integral multiple of the signal may be used.

〈発明の効果〉 以上実施例に基づいて具体的に説明したように、この発
明では吸収セルを1つとして、半導体レーザの出力光及
び吸収セルに照射する電磁波を異なる周波数で変調して
分離するようにした。その為、光源を半導体レーザとし
た事により、ルビジウムランプを使用するものに比べて
スペクトル幅が狭くなるので短期安定性、周波数確度が
向上し、また寿命を長くする事が出来る。また1つの吸
収セルを用い、電磁波を吸収セルに照射して、電磁波及
び半導体レーザの出力光の周波数を異なる周波数で変調
してこれらの信号を分離するようにした為、大幅に小型
化、簡略化が可能になる。
<Effects of the Invention> As specifically explained above based on the embodiments, in the present invention, the output light of the semiconductor laser and the electromagnetic waves irradiated to the absorption cell are modulated and separated at different frequencies using one absorption cell. I did it like that. Therefore, by using a semiconductor laser as the light source, the spectral width becomes narrower than that using a rubidium lamp, so short-term stability and frequency accuracy are improved, and the service life can be extended. Furthermore, by using a single absorption cell, the electromagnetic waves are irradiated onto the absorption cell, and the frequencies of the electromagnetic waves and the output light of the semiconductor laser are modulated at different frequencies to separate these signals, making it significantly smaller and simpler. becomes possible.

まな、吸収セルに照射する光の周波数が変化すると共鳴
周波数がシフトして周波数確度が若干低下するという欠
点はあるが、吸収セルを1つにすることが出来るので大
幅に小型化、簡略化が可能になり、特に2次標準器とし
て用いると効果が大きいという特徴がある。
However, if the frequency of the light irradiated to the absorption cell changes, the resonant frequency will shift and the frequency accuracy will decrease slightly, but since the number of absorption cells can be reduced to one, it can be significantly downsized and simplified. It is particularly effective when used as a secondary standard.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る周波数標準器の一実施例を示すブ
ロック図、第2図は他の実施例を示すブロック図、第3
図及び第5図は吸収特性を示す特性曲線図、第4図、第
6図は従来の周波数標準器の構成を示すブロック図であ
る。 30・・・半導体レーザ、31・・・吸収セル、32・
・・光検出器、34・・・第1のロックインアンプ、3
5゜39・・・PID制御部、36・・・加算器、37
,42゜46・・・発振器、38・・・第2のロックイ
ンアンプ、40・・・水晶発振器、41・・・位相変調
器、43・・・周波数合成器、44・・・空胴共振器、
45・・・音響光学変調器、47・・・スイッチ。 第3図 第41!l
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a frequency standard according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment, and FIG.
5 and 5 are characteristic curve diagrams showing absorption characteristics, and FIGS. 4 and 6 are block diagrams showing the configuration of a conventional frequency standard. 30... Semiconductor laser, 31... Absorption cell, 32...
...Photodetector, 34...First lock-in amplifier, 3
5゜39... PID control unit, 36... Adder, 37
, 42° 46... Oscillator, 38... Second lock-in amplifier, 40... Crystal oscillator, 41... Phase modulator, 43... Frequency synthesizer, 44... Cavity resonance vessel,
45...Acousto-optic modulator, 47...Switch. Figure 3: 41! l

Claims (1)

【特許請求の範囲】 所定の周波数の光を特定の吸収スペクトルを有する標準
物質を封入した吸収セルに照射し、またこの吸収セルに
電磁波を与えて前記標準物質の超微細スペクトル遷移を
生じさせ、この超微細スペクトル遷移に基づいて標準周
波数を発生させる周波数標準器において、 半導体レーザと、この半導体レーザの出力光を第1の周
波数で変調する第1の変調手段と、前記半導体レーザの
出力光が照射されその内部に特定の吸収スペクトルを有
する標準物質を封入した吸収セルと、この吸収セルの透
過光を検出する光検出器と、発振器と、この発振器の出
力を第2の周波数で変調する第2の変調手段と、この第
2の変調手段の出力を逓倍して前記吸収セルに電磁波を
与える電磁波発生手段と、前記光検出器の出力を前記第
1の周波数に関連する周波数で同期検波する第1のロッ
クインアンプと、この第1のロックインアンプの出力に
基づいて前記半導体レーザの出力光の周波数を安定化す
る周波数安定化手段と、前記光検出器の出力を前記第2
の周波数に関連する周波数で同期検波する第2のロック
インアンプと、この第2のロックインアンプの出力に基
づいて前記発振器の出力周波数を制御する周波数制御手
段とを有し、前記第1及び第2の周波数を異ならしめる
ようにした事を特徴とする周波数標準器。
[Claims] Irradiating light of a predetermined frequency to an absorption cell containing a standard substance having a specific absorption spectrum, and applying electromagnetic waves to the absorption cell to cause an ultrafine spectral transition of the standard substance, A frequency standard device that generates a standard frequency based on this ultrafine spectral transition includes a semiconductor laser, a first modulation means that modulates the output light of the semiconductor laser at a first frequency, and a first modulation means that modulates the output light of the semiconductor laser at a first frequency. an absorption cell in which a standard substance that is irradiated and has a specific absorption spectrum is sealed therein; a photodetector that detects the transmitted light of the absorption cell; an oscillator; and a second frequency that modulates the output of the oscillator at a second frequency. a second modulating means, an electromagnetic wave generating means for multiplying the output of the second modulating means and applying an electromagnetic wave to the absorption cell, and synchronously detecting the output of the photodetector at a frequency related to the first frequency. a first lock-in amplifier; a frequency stabilizing means for stabilizing the frequency of the output light of the semiconductor laser based on the output of the first lock-in amplifier;
a second lock-in amplifier that performs synchronous detection at a frequency related to the frequency of the second lock-in amplifier; and a frequency control means that controls the output frequency of the oscillator based on the output of the second lock-in amplifier; A frequency standard device characterized in that the second frequency is made different.
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