JPH0756516Y2 - Frequency standard - Google Patents

Frequency standard

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JPH0756516Y2
JPH0756516Y2 JP1989055938U JP5593889U JPH0756516Y2 JP H0756516 Y2 JPH0756516 Y2 JP H0756516Y2 JP 1989055938 U JP1989055938 U JP 1989055938U JP 5593889 U JP5593889 U JP 5593889U JP H0756516 Y2 JPH0756516 Y2 JP H0756516Y2
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JP
Japan
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frequency
output
semiconductor laser
absorption cell
absorption
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浩二 秋山
淑也 水田
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案は、標準物質の超微細スペクトル遷移を利用し
た周波数標準器の安定度の改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to improvement of stability of a frequency standard device using hyperfine spectrum transition of a standard material.

〈従来の技術〉 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。
<Prior Art> As a frequency standard device that generates a highly stable frequency output, a device using hyperfine spectrum transition of atoms is known.

第4図に同一出願人に係る周波数標準器の先行技術を示
す。第4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。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Rb87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は前置増幅器であり、光検
出器32の出力を増幅する。34は第1の増幅手段を構成す
る第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制御部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に参
照信号として入力される。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の増幅手段を構成す
る第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の信号を出力する。この水晶発振器40
にはPID制御部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。この発振
器42の出力はまた第2のロックインアンプ38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。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。
FIG. 4 shows a prior art of a frequency standard device according to the same applicant. In FIG. 4, reference numeral 30 denotes a semiconductor laser, the output light of which is incident on the absorption cell 31. The absorption cell 31 is filled with a standard substance that absorbs light of a specific frequency, for example, Rb 87 . Reference numeral 32 is a photodetector, which converts the intensity of the transmitted light of the absorption cell 31 into an electric signal. A preamplifier 33 amplifies the output of the photodetector 32. Reference numeral 34 is a first lock-in amplifier which constitutes a first amplifying means, to which the output of the preamplifier 33 is inputted. Reference numeral 35 is a PID control unit, to which the output of the first lock-in amplifier 34 is input. 36 is an adder to which the output of the oscillator 37 and the output of the PID control unit 35 are input. The output of the oscillator 37 is also input to the first lock-in amplifier 34 as a reference signal. The oscillator 37 and the adder 36 constitute a first modulating means, and the PID control unit 35 and the adder 36 constitute a frequency stabilizing means. Reference numeral 38 is a second lock-in amplifier which constitutes a second amplifying means, to which the output of the preamplifier 33 is inputted. 39 is a PID control unit, to which the output of the second lock-in amplifier 38 is input. Reference numeral 40 is a crystal oscillator, which outputs a signal of 10 MHz, for example. This crystal oscillator 40
The output of the PID control unit 39 is input to. 41 is a phase modulator to which the output of the crystal oscillator 40 is input. The output of the oscillator 42 is also input to the phase modulator 41. The output of this oscillator 42 is also input to the second lock-in amplifier 38. 43 is a frequency synthesizer to which the output of the phase modulator 41 is input. Reference numeral 44 denotes a cavity resonator, which is arranged so as to surround the absorption cell 31. The output of the frequency synthesizer 43 is input to the cavity resonator 44. Oscillator 42 and phase modulator
41 constitutes the second modulating means, PID control section 39 constitutes the frequency stabilizing means, and frequency synthesizer 43 and cavity resonator 44 constitute the electromagnetic wave generating means.

次に、この周波数標準器の動作をRb87のエネルギー準位
を示す第5図を用いて説明する。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fm1(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fm1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の駆動電流を制御するもので、第5図に示す
ように半導体レーザ30の出力周波数は吸収セル31に封入
されているRb87の基底状態F=1の準位から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。5Pに
励起されたRb87は、そこから等確率でF=1とF=にの
準位におちる。F=1の準位におちたRb87は半導体レー
ザ30の出力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の準位にあるRb87は次第に少なくなりF
=2の準位になるRb87が増加する。一方、水晶発振器40
の出力は位相変調器41で周波数fm2(例えば150Hz)で変
調され、周波数合成器43で6.8GHzに逓倍されて空胴共振
器44に加えられる。空胴共振器44は吸収セル31に6.8GHz
の電磁波を照射する。この電磁波の周波数は周波数fm2
で変調されている。第5図において、基底状態5SのF=
2の準位にあるRb87はこの電磁波による誘導放出によっ
てF=1の準位に落ち、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38により周波数fm2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。PI
D制御部39は光検出器32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。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の準位のエネ
ルギー差によってロックされるので高安定になる。この
先行技術では周波数fm1とfm2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つの情報を分離している。
Next, the operation of this frequency standard will be described with reference to FIG. 5 showing the energy level of Rb 87 . The adder 36 has an oscillator 37
The output of the adder 36 is input to the semiconductor laser.
Since the drive current of 30 is controlled, the output light frequency of the semiconductor laser 30 is modulated at the frequency f m1 (for example, 2 kHz) which is the output frequency of the oscillator 37. The output light of this semiconductor laser 30 enters the absorption cell 31 and is absorbed by Rb 87 , and the intensity of the transmitted light is detected by the photodetector 32. The output of the photodetector 32 is synchronously detected at the frequency f m1 by the first lock-in amplifier 34, and only the frequency change signal of the output light of the semiconductor laser 30 is separated. The PID control unit 35 controls the drive current of the semiconductor laser 30 via the adder 36 so that the output of the first lock-in amplifier 34 becomes constant, and as shown in FIG. The output frequency is controlled to be an optical frequency at which the Rb 87 enclosed in the absorption cell 31 transits from the level of the ground state F = 1 to the excited state of 5P. Rb 87 excited to 5P falls to the levels of F = 1 and F = with equal probability. The Rb 87 in the F = 1 level is excited to the excitation level 5P again by the output light of the semiconductor laser 30. In this way, Rb 87 in the level of F = 1 gradually decreases and Fb
Rb 87, which becomes the level of = 2, increases. On the other hand, crystal oscillator 40
Is modulated by the phase modulator 41 at a frequency f m2 (for example, 150 Hz), multiplied by 6.8 GHz by the frequency synthesizer 43, and added to the cavity resonator 44. The cavity resonator 44 is 6.8 GHz in the absorption cell 31.
Irradiate the electromagnetic waves of. The frequency of this electromagnetic wave is frequency f m2
Is modulated by. In FIG. 5, F = of the ground state 5S
The Rb 87 at the 2nd level drops to the F = 1 level by the stimulated emission by this electromagnetic wave, and the semiconductor laser by the absorption cell 31
The absorption of the output light of 30 increases and its transmitted light intensity decreases. The intensity of the transmitted light is detected by the photodetector 32 and is synchronously detected by the second lock-in amplifier 38 at the frequency f m2 . Therefore, the output of the second lock-in amplifier 38 shows only the change in the transmitted light intensity resulting from the electromagnetic wave with which the absorption cell 31 is irradiated by the cavity resonator 44. PI
The D control unit 39 has the minimum output of the photodetector 32, that is, the F due to the electromagnetic wave irradiated to the absorption cell 31 by the cavity resonator 44.
The output frequency of the crystal oscillator 40 is controlled so that the stimulated emission from = 2 to F = 1 is maximized. That is, crystal oscillator
The output frequency of 40 is highly stable because it is locked by the energy difference between F = 2 and F = 1 of Rb 87 . In this prior art, by making the frequencies f m1 and f m2 different,
Two pieces of information on 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.

上記の周波数標準器は光源を半導体レーザとするので、
従来のルビジウムランプを使用するものに比べてスペク
トル幅が狭くなり、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。特に2次標準
器として用いると効果が大きい。
Since the light source of the above frequency standard is a semiconductor laser,
The spectrum width is narrower than that using a conventional rubidium lamp, short-term stability and frequency accuracy are improved,
Also, the life can be extended. Further, since one absorption cell is used and the frequencies of the electromagnetic wave and the output light of the semiconductor laser are modulated at different frequencies to separate these signals, the size and simplification can be greatly reduced. Especially when used as a secondary standard, the effect is great.

〈考案が解決しようとする課題〉 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。すなわち、第4図装置において、Rb87同士
またはRb87と吸収セル31の管壁との衝突によりF=2か
らF=1の順位へ遷移すると、緩和時間が短くなり、光
−マイクロ波2重共鳴線の線幅が大きくなってしまう。
また、ドップラー効果によっても線幅が大きくなってし
まう。そこでこれらを防いでQを高くするために、通常
吸収セル31にはバッファガスが封入されるが、このため
に半導体レーザ30の周波数を制御するために用いられる
光の共鳴線(基底状態F=1の準位から5Pの励起状態に
遷移させる光周波数)の吸収率が低下し、その線幅も大
きくなる。その結果半導体レーザ30の出力周波数の安定
度が低下し、周波数標準器の安定度が低下してしまう。
<Problems to be Solved by the Invention> However, such a frequency standard device has the following problems. That is, in the apparatus shown in FIG. 4, when the transition from F = 2 to F = 1 occurs due to the collision between Rb 87 or Rb 87 and the tube wall of the absorption cell 31, the relaxation time becomes short and the optical-microwave double The line width of the resonance line becomes large.
In addition, the line width becomes large due to the Doppler effect. Therefore, in order to prevent these and increase the Q, a buffer gas is usually enclosed in the absorption cell 31, and for this reason, the resonance line of the light used to control the frequency of the semiconductor laser 30 (ground state F = The absorptance of the optical frequency at which the transition from the 1 level to the 5P excited state is decreased, and the line width is also increased. As a result, the stability of the output frequency of the semiconductor laser 30 is lowered, and the stability of the frequency standard is lowered.

この考案は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、小形化とともに、周波数安定度が向上した
周波数標準器を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a frequency standard device which is miniaturized and has improved frequency stability.

〈課題を解決するための手段〉 本考案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するとともに、
こう吸収セルに電磁波を照射し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係る
もので、その特徴とするところは半導体レーザと、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、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第1の吸収セルと、その内部に前記
標準物質およびバッファガスを封入した第2の吸収セル
と、前記半導体レーザの出力光が前記第1および第2の
吸収セルの一方を透過した後他方を透過した光を検出す
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
の出力周波数を逓倍して前記第2の吸収セルに電磁波を
加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の増幅
手段と、この第1の増幅手段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の増幅手段と、この第2の
増幅手段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備えた点にある。
<Means for Solving the Problem> The present invention irradiates an absorption cell in which a standard substance having a specific absorption spectrum is filled with light of a predetermined frequency, and
This is related to a frequency standard device that irradiates an electromagnetic wave to the absorption cell to generate a hyperfine spectrum transition of the standard substance, and generates a standard frequency based on the hyperfine spectrum transition. Its characteristic is a semiconductor laser. A first modulation means for modulating the output light of this semiconductor laser at a first frequency; a first absorption cell in which a standard substance having a specific absorption spectrum is enclosed; and the standard substance therein. And a second absorption cell filled with a buffer gas, a photodetector for detecting the light output from the semiconductor laser after passing through one of the first and second absorption cells and then through the other, and an oscillator. A second modulating means for modulating the output of the oscillator with a second frequency; and an electromagnetic wave generation for multiplying the output frequency of the second modulating means and applying an electromagnetic wave to the second absorption cell. A stage, first amplification means for synchronously detecting the output of the photodetector at a frequency related to the first frequency, and the frequency of the output light of the semiconductor laser based on the output of the first amplification means. Frequency stabilizing means for stabilizing; second amplifying means for synchronously detecting the output of the photodetector at a frequency related to the second frequency; and of the oscillator based on the output of the second amplifying means. And a frequency control means for controlling the output frequency.

〈作用〉 第1の吸収セルはバッファガスを含まないので、光の共
鳴線の吸収率が増加して線幅が小さくなり、半導体レー
ザの出力周波数の安定度が向上し、周波数標準器の安定
度が向上する。
<Operation> Since the first absorption cell does not contain a buffer gas, the absorption rate of the resonance line of light is increased, the line width is reduced, the stability of the output frequency of the semiconductor laser is improved, and the stability of the frequency standard device is improved. The degree improves.

〈実施例〉 以下本考案を図面を用いて詳しく説明する。<Example> The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本考案に係る周波数標準器の一実施例を示す構
成ブロック図である。第4図と同じ部分は同一記号を付
して説明を省略する。第1図において、311はその内部
に標準物質Rb87のみが封入された第1の吸収セル、312
はその内部に前記標準物質Rb87とともにバッファガスと
して例えばNe,Arの混合ガスが封入された第2の吸収セ
ルである。ここでは吸収セル311および312は隣接して一
体に構成されている。空胴共振器44は第2の吸収セル31
2を取囲んでこれに6.8GHzの電磁波を照射するように配
置されている。半導体レーザ30の出力光は吸収セル312
を透過した後、吸収セル311を透過して光検出器32で検
出される。第2図は吸収セル311.312における光の共鳴
吸収スペクトルを示す図である。第2図(A)に示すよ
うに、吸収セル312で生じる吸収線幅はバッファガスの
影響で広がるが、第2図(B)に示すように、その後吸
収セル311で生じる吸収線幅はバッファガスが無いので
光の共鳴線の吸収率が増加し、線幅が小さくなる。その
結果光検出器32に入射する光の共鳴吸収スペクトルは第
2図(C)に示すように、それぞれの吸収スペクトルの
和となり、小さい線幅部分aを有したものとなる。光検
出器32の出力に基づいて半導体レーザ30の出力周波数を
光の共鳴吸収スペクトルにロックすることは第4図の場
合と同様である。また第2のロックインアンプ38の出力
には空胴共振器44によって第2の吸収セル312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
れて現れ、PID制御部39は第2の吸収セル312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。その
他の動作は第4図の場合と同様である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of a frequency standard device according to the present invention. The same parts as those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted. In FIG. 1, reference numeral 311 denotes the first absorption cell in which only the reference material Rb 87 is enclosed, 312
Is a second absorption cell in which, for example, a mixed gas of Ne and Ar is enclosed as a buffer gas together with the standard substance Rb 87 . Here, the absorption cells 311 and 312 are adjacently and integrally formed. The cavity resonator 44 is the second absorption cell 31.
It is arranged so as to surround 2 and irradiate it with electromagnetic waves of 6.8 GHz. The output light of the semiconductor laser 30 is absorbed by the absorption cell 312.
After passing through the absorption cell 311 and is detected by the photodetector 32. FIG. 2 is a diagram showing a resonance absorption spectrum of light in the absorption cell 311.312. As shown in FIG. 2 (A), the absorption line width generated in the absorption cell 312 widens due to the influence of the buffer gas, but as shown in FIG. 2 (B), the absorption line width generated in the absorption cell 311 thereafter becomes the buffer line. Since there is no gas, the absorption rate of the resonance line of light increases and the line width decreases. As a result, the resonance absorption spectrum of the light incident on the photodetector 32 is the sum of the respective absorption spectra, as shown in FIG. 2C, and has a small line width portion a. Locking the output frequency of the semiconductor laser 30 to the resonance absorption spectrum of light based on the output of the photodetector 32 is the same as in the case of FIG. The output of the second lock-in amplifier 38 is separated by the cavity resonator 44, and only the change in the transmitted light intensity caused by the electromagnetic wave with which the second absorption cell 312 is irradiated appears. The output frequency of the crystal oscillator 40 is controlled so that the stimulated emission from F = 2 to F = 1 by the electromagnetic wave with which the second absorption cell 312 is irradiated is maximized. Other operations are the same as in the case of FIG.

このような構成の周波数標準器によれば、バッファガス
なしで標準物質のみの吸収セルを加えることにより、光
の共鳴線の吸収率が増加し、線幅を小さくできるので、
第4図の場合に比べ、半導体レーザの出力周波数の安定
度が向上し、その結果周波数標準器の安定度が向上す
る。
According to the frequency standard device having such a configuration, by adding the absorption cell containing only the standard substance without the buffer gas, the absorption rate of the resonance line of light is increased and the line width can be reduced.
As compared with the case of FIG. 4, the stability of the output frequency of the semiconductor laser is improved, and as a result, the stability of the frequency standard is improved.

なお、上記の実施例で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半導体レーザの注入電流を変調し
たが、これに限らず、音響光学変調器を用いることもで
きる。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。
Although the injection current of the semiconductor laser is modulated as a means for modulating the frequency of the output light of the semiconductor laser in the above-mentioned embodiment, the invention is not limited to this, and an acousto-optic modulator may be used. In this way, the frequency of the output light of the semiconductor laser 30 is not modulated, so that it can be used as an optical frequency standard. Further, a waveguide phase modulator or a phase modulator using a bulk electro-optical element may be used instead of the acousto-optic modulator. This includes, for example, a vertical modulator, a horizontal modulator, a traveling waveform modulator and the like.

また、この実施例ではF=2とF=1の準位の誘導放出
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の準位の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5S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
準位に遷移させるようにする。構成は第1図と同じなの
で、詳細説明は省略する。
Further, in this embodiment, stimulated emission of the levels of F = 2 and F = 1 is used, but an optical-microwave double resonance signal due to absorption of electromagnetic waves may be used. This will be described with reference to FIG. Rb 87 at the F = 2 level of the ground state 5S absorbs the output light of the semiconductor laser 30 and transits to the excited state of 5P,
With equal probability, it falls to the level of F = 1 and F = 2 of 5S. Here, the electromagnetic wave is applied to the absorption cell 31 so that the F = 1 level is transited to the F = 2 level. Since the configuration is the same as that in FIG. 1, detailed description will be omitted.

また、上記実施例では吸収セル311,312に封入する標準
物質としてRb87を用いたが、このほかRb85、Cs133を用
いてもよい。Rb85の場合は照射する電磁波は3GHz、Cs
133の場合は9.2GHzになる。
Further, although Rb 87 is used as the standard substance to be enclosed in the absorption cells 311 and 312 in the above-mentioned examples, Rb 85 and Cs 133 may be used instead. In the case of Rb 85 , the electromagnetic wave emitted is 3 GHz, Cs
In case of 133 , it becomes 9.2GHz.

また第1図において、空胴共振器44は吸収セル311およ
び312の両方を取囲むように配置してもよい。
Further, in FIG. 1, the cavity resonator 44 may be arranged so as to surround both the absorption cells 311 and 312.

また2つの吸収セル311,312を一体形とせずに、分離形
としてもよい。
Further, the two absorption cells 311 and 312 may not be integrated, but may be separated.

また第1図と逆に、第1の吸収セル311の透過光を第2
の吸収セル312の入射光としてもよい。
Contrary to FIG. 1, the transmitted light from the first absorption cell 311 is changed to the second
The light may be incident on the absorption cell 312.

また第1の吸収セル311は光の吸収率が高いので、その
光路長を第2の吸収セル312より短くすることもでき
る。
Further, since the first absorption cell 311 has a high light absorptivity, its optical path length can be made shorter than that of the second absorption cell 312.

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。
Further, as a means for irradiating the electromagnetic wave to the absorption cell, in addition to the cavity resonator, any antenna such as a general antenna that can output the electromagnetic wave can be used.

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 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fm1、fm2
信号を入力するようにしたが、その整数倍の周波数を用
いるようにしてもよい。
Furthermore, the signals of the frequencies f m1 and f m2 , which are the outputs of the oscillators 37 and 42, are input to the first lock-in amplifier 34 and the second lock-in amplifier 38. You may

〈考案の効果〉 以上述べたように本考案によれば、小型化および周波数
安定度の向上が可能な周波数標準器を簡単な構成で実現
することができる。
<Advantages of the Invention> As described above, according to the present invention, it is possible to realize a frequency standard device that can be downsized and have improved frequency stability with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】 第1図は本考案に係る周波数標準器の一実施例を示す構
成プロック図、第2図は第1図装置の動作を説明するた
めの図、第3図は電磁波吸収の場合のRb87のエネルギー
準位を示す図、第4図は従来の周波数標準器を示す構成
ブロック図、第5図は誘導放出の場合のRb87のエネルギ
ー準位を示す図である。 30…半導体レーザ、32…光検出器、34…第1の増幅手
段,35,39…PID制御部、36…加算器、37,42…発振器、38
…第2の増幅手段、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、311…第1の吸収
セル、312…第2の吸収セル。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of a frequency standard device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the device of FIG. 1, and FIG. 3 is an electromagnetic wave. FIG. 4 is a diagram showing the energy level of Rb 87 in the case of absorption, FIG. 4 is a structural block diagram showing a conventional frequency standard, and FIG. 5 is a diagram showing the energy level of Rb 87 in the case of stimulated emission. 30 ... Semiconductor laser, 32 ... Photodetector, 34 ... First amplifying means, 35, 39 ... PID control section, 36 ... Adder, 37, 42 ... Oscillator, 38
... second amplifying means, 40 ... crystal oscillator, 41 ... phase modulator,
43 ... Frequency synthesizer, 44 ... Cavity resonator, 311 ... First absorption cell, 312 ... Second absorption cell.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】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するととも
に、この吸収セルに電磁波を照射し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、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第1の吸収セ
ルと、その内部に前記標準物質およびバッファガスを封
入した第2の吸収セルと、前記半導体レーザの出力光が
前記第1および第2の吸収セルの一方を透過した後他方
を透過した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の変調手段の出力周波数を逓倍して前記第
2の吸収セルに電磁波を加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の増幅手段と、この第1の増幅手段の
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
増幅手段と、この第2の増幅手段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備え
たことを特徴とする周波数標準器。
1. A light having a predetermined frequency is applied to an absorption cell in which a standard substance having a specific absorption spectrum is encapsulated, and an electromagnetic wave is applied to the absorption cell to cause a hyperfine spectrum transition of the standard substance. In a frequency standard that generates a standard frequency based on this ultrafine spectrum transition, a semiconductor laser, a first modulation means for modulating the output light of this semiconductor laser at a first frequency, and a specific absorption spectrum inside And a second absorption cell in which the standard substance and a buffer gas are enclosed, and the output light of the semiconductor laser is the first and second absorption cells. A photodetector that detects light that has passed through one and then the other, an oscillator, a second modulator that modulates the output of the oscillator at a second frequency, and Electromagnetic wave generation means for multiplying the output frequency of the second modulation means to apply an electromagnetic wave to the second absorption cell; and first amplification for synchronously detecting the output of the photodetector at a frequency related to the first frequency. Means, frequency stabilizing means for stabilizing the frequency of the output light of the semiconductor laser on the basis of the output of the first amplifying means, and synchronization of the output of the photodetector with a frequency related to the second frequency. A frequency standard device comprising: second amplifying means for detecting; and frequency control means for controlling an output frequency of the oscillator based on an output of the second amplifying means.
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