JPH083071Y2 - Frequency standard - Google Patents

Frequency standard

Info

Publication number
JPH083071Y2
JPH083071Y2 JP1988110789U JP11078988U JPH083071Y2 JP H083071 Y2 JPH083071 Y2 JP H083071Y2 JP 1988110789 U JP1988110789 U JP 1988110789U JP 11078988 U JP11078988 U JP 11078988U JP H083071 Y2 JPH083071 Y2 JP H083071Y2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
output
absorption cell
semiconductor laser
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1988110789U
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0232242U (en
Inventor
浩二 秋山
淑也 水田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP1988110789U priority Critical patent/JPH083071Y2/en
Publication of JPH0232242U publication Critical patent/JPH0232242U/ja
Application granted granted Critical
Publication of JPH083071Y2 publication Critical patent/JPH083071Y2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • 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
した周波数標準器に関し、特に構成が簡単な周波数標準
器の改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a frequency standard device using hyperfine spectrum transition of a standard substance, and particularly to improvement of a frequency standard device having a simple structure.

〈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。
<Prior Art> As a frequency standard device that generates a highly stable frequency output, a device that uses hyperfine spectrum transition of atoms is known.

第5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5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
強度を電気信号に交換する。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の変調手段と、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. 5 shows a prior art of a frequency standard device according to the same applicant. In FIG. 5, 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 . A photodetector 32 exchanges the intensity of the transmitted light of the absorption cell 31 with 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,
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. First with oscillator 37 and adder 36
The PID control unit 35 and the adder 36 constitute 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, the PID control section 39 constitutes the frequency stabilizing means, and the frequency synthesizer 43 and the 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6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f
m1(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
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ので、第6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=
2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の準位にある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6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. 6 showing the energy level of Rb 87 . The adder 36 has an oscillator
The output of 37 is input, and the drive current of the semiconductor laser 30 is controlled by the output of this adder 36. Therefore, the output optical frequency of the semiconductor laser 30 is the frequency f which is the output frequency of the oscillator 37.
Modulated at m1 (eg 2kHz). 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. Since 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, the output of the semiconductor laser 30 as shown in FIG. The frequency is controlled to be an optical frequency at which the Rb 87 enclosed in the absorption cell 31 transits from the ground state F = 1 level to the 5P excited state.
Rb 87 excited to 5P has equal probability F = 1 and F =
It falls to the level of 2. 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.
Rb 87 in the level of F = 1 in this manner Rb 87 in the level of F = 2 becomes less and less is increased. On the other hand, the output of the crystal oscillator 40 is output by the phase modulator 41 at a frequency f m2 (for example, 150 Hz).
Is modulated by the frequency synthesizer 43, multiplied by 6.8 GHz by the frequency synthesizer 43, and added to the cavity resonator 44. The cavity resonator 44 is attached to the absorption cell 31.
Irradiates 8 GHz electromagnetic wave. The frequency of this electromagnetic wave is the frequency
It is modulated by f m2 . In FIG. 6, Rb 87 at the F = 2 level in the ground state 5S drops to the F = 1 level due to stimulated emission by this electromagnetic wave, and absorption of the output light of the semiconductor laser 30 by the absorption cell 31 increases. The transmitted light intensity decreases. The intensity of this transmitted light is detected by the photodetector 32 and the second
The lock-in amplifier 38 of 1 performs synchronous detection 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.

〈考案が解決すべき課題〉 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5図で吸収セル31に入射し
た光は、吸収セル31内を進行するにつれRb87原子に吸収
され、次第に光パワー密度が減少してゆく。したがっ
て、吸収セル31の光軸方向に光パワー密度の不均一分布
が生じる。一般に光パワー密度が変化すると原子の共鳴
周波数が変化するので、吸収セル31内に共鳴周波数の不
均一分布ができ、共鳴吸収スペクトル線幅に不均一広が
りが生じ、原子周波数標準器の安定度が下がってしま
う。
<Problems to be solved by the device> However, such a frequency standard device has the following problems. That is, the light incident on the absorption cell 31 in FIG. 5 is absorbed by Rb 87 atoms as it travels through the absorption cell 31, and the optical power density gradually decreases. Therefore, a non-uniform distribution of optical power density occurs in the optical axis direction of the absorption cell 31. Generally, when the optical power density changes, the resonance frequency of the atom changes.Therefore, a non-uniform distribution of the resonance frequency is created in the absorption cell 31, a non-uniform spread of the resonance absorption spectrum line width occurs, and the stability of the atomic frequency standard is improved. Will fall.

〈考案の目的〉 この考案の目的は、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提供することにある。
<Object of the Invention> An object of the present invention is to provide a frequency standard device that can be downsized and have 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し、またこの
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、 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、 前記半導体レーザの出力光を収束させ前記吸収セルに
照射して前記吸収セル内の光パワー密度の光軸方向分布
を均一にする光学手段と、 前記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
点にある。
<Means for Solving the Problems> The present invention irradiates light having a predetermined frequency to an absorption cell in which a standard substance having a specific absorption spectrum is encapsulated, and irradiates an electromagnetic wave to the absorption cell to detect the above-mentioned standard substance. In a frequency standard device that causes a fine spectrum transition and generates a standard frequency based on the hyperfine spectrum transition, a semiconductor laser, and a first modulator that modulates output light of the semiconductor laser at a first frequency, An absorption cell in which a standard substance having a specific absorption spectrum is enclosed, and an output light of the semiconductor laser is converged to irradiate the absorption cell to make the distribution of the optical power density in the absorption cell uniform in the optical axis direction. Optical means, a photodetector for detecting the transmitted light of the absorption cell, an oscillator, second modulating means for modulating the output of the oscillator at a second frequency, and Electromagnetic wave generating means for multiplying the output of the modulating means to apply an electromagnetic wave to the absorption cell; first amplifying means for synchronously detecting the output of the photodetector at a frequency related to the first frequency; 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 second detecting means for synchronously detecting the output of the photodetector at a frequency related to the second frequency. An amplification means and a frequency control means for controlling the output frequency of the oscillator based on the output of the second amplification means are provided, and the first and second frequencies are made different.

〈作用〉 半導体レーザの出力光を光学手段により収束光として
いるので、吸収セル内の吸収によって生じる光パワー密
度の変化を相殺することができる。
<Operation> Since the output light of the semiconductor laser is converged light by the optical means, it is possible to cancel the change in the optical power density caused by the absorption in the absorption cell.

〈実施例〉 以下本考案の図面を用いて詳しく説明する。<Example> A detailed description will be given below with reference to the drawings of the present invention.

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5図と同じ部分は同一記号を
付して説明を省略する。45は半導体レーザ30の出力光を
入射して収束光とし、その出力光を吸収セルに入射する
レンズで、ここでは凸レンズを用いている。
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. 5 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Reference numeral 45 denotes a lens which makes the output light of the semiconductor laser 30 incident to be a convergent light and makes the output light enter the absorption cell. Here, a convex lens is used.

第2図のように光軸方向にz軸を取り、収束光46を吸
収セル31に照射した場合を考える。z=0での光強度を
Io、吸収セル内の吸収係数をk、吸収セルの光軸方向の
長さをlとすると、光強度IはO≦Z≦lにおいて、 I(z)=Ioe-kz ……(1) となる。したがって、収束光が光軸となす角度をθとす
ると、光パワー密度ρは次式となる。
Consider a case where the z-axis is taken in the optical axis direction and the convergent light 46 is applied to the absorption cell 31 as shown in FIG. the light intensity at z = 0
Assuming that I o is the absorption coefficient in the absorption cell and k is the length in the optical axis direction of the absorption cell, the light intensity I is I (z) = I o e -kz (where O ≦ Z ≦ l). 1) Therefore, when the angle formed by the converged light with the optical axis is θ, the optical power density ρ is given by the following equation.

ρ(z)=I/πr2=Ioe-kz/π(R−ztanθ)2 ……
(2) ただしビーム内の光パワーは均一とする。ここで、z=
Oおよびz=lにおける光パワー密度が等しいとおく。
すなわち、 ρ(O)=ρ(l) ……(3) より、 Io/πR2=IOe-kl/π(R−ltanθ)2 ……(4) となる。(4)式を変形してθについて解くと、 θ=tan-1R(1±e-kl/2)/l ……(5) 吸収セル31内で焦点を結ぶ場合は好ましくないので、
(5)式から除くと、 θ=tan-1R(1−e-kl/2)/l ……(6) となる。したがって(6)式を用いてθを決めれば、z
=Oおよびz=lにおける光パワー密度を等しくでき
る。θの調整はレンズ45の焦点距離を変えることにより
行うことができる。例えば吸収セル31における吸収が50
%の場合、すなわち e-kl=0.5 のとき、ρ(z)の極値は ρ=0.97ρ(0)=0.97ρ(l) となる。したがって光パワー密度の変化率は平行光の場
合の50%から収束光の場合の3%へと大幅に改善され
る。
ρ (z) = I / πr 2 = I o e -kz / π (R-ztanθ) 2 ......
(2) However, the optical power in the beam is uniform. Where z =
It is assumed that the optical power densities at O and z = 1 are equal.
That is, from ρ (O) = ρ (l) (3), I o / πR 2 = I O e -kl / π (R-ltan θ) 2 (4). If equation (4) is transformed and solved for θ, θ = tan −1 R (1 ± e −kl / 2 ) / l (5) Since it is not preferable to focus in the absorption cell 31,
Excluding from equation (5), θ = tan −1 R (1-e −kl / 2 ) / l (6) Therefore, if θ is determined using equation (6), z
The optical power densities at = 0 and z = 1 can be made equal. The adjustment of θ can be performed by changing the focal length of the lens 45. For example, the absorption in the absorption cell 31 is 50
%, That is, when e −kl = 0.5, the extreme value of ρ (z) is ρ = 0.97ρ (0) = 0.97ρ (l). Therefore, the rate of change of the optical power density is greatly improved from 50% in the case of parallel light to 3% in the case of convergent light.

このような構成の周波数標準器によれば、吸収セルに
収束光を照射するので吸収セルに入射した光は進行する
につれ、原子の吸収により光パワーが減少するが、光ビ
ーム径が小さくなっていくので、平行光の場合に比べ、
光パワー密度の光軸方向の分布が均一になる。その結
果、共鳴吸収スペクトルの線幅が細くなり、周波数安定
度が向上する。
According to the frequency standard device having such a configuration, the convergent light is applied to the absorption cell, so that as the light incident on the absorption cell advances, the optical power decreases due to absorption of atoms, but the light beam diameter decreases. Since it goes, compared to the case of parallel light,
The distribution of the optical power density in the optical axis direction becomes uniform. As a result, the line width of the resonance absorption spectrum becomes narrower and the frequency stability is improved.

また収束光を用いるので、光検出器が小さくて済み、
応答が速く、低価格になる。
Moreover, since the convergent light is used, the photodetector can be small,
Fast response and low price.

またこの考案では吸収セルを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、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。特に2次
標準器として用いると効果が大きい。
Further, in this invention, one absorption cell is provided, and the output light of the semiconductor laser and the electromagnetic wave irradiating the absorption cell are modulated at different frequencies and separated. Therefore, by using a semiconductor laser as the light source, the spectrum width becomes narrower than that using a conventional rubidium lamp, so that short-term stability and frequency accuracy are improved, and the life can be extended. Also, by using one absorption cell, the absorption cell is irradiated with electromagnetic waves, and the frequencies of the electromagnetic waves and the output light of the semiconductor laser are modulated at different frequencies to separate these signals. Becomes possible. Especially when used as a secondary standard, the effect is great.

なお上記の実施例では半導体レーザの出力光を収束す
る光学手段として凸レンズを用いたが、これに限らず任
意の光学手段を使用することができる。例えば第3図は
凹面鏡47を用いて収束する場合を示す。
Although a convex lens is used as the optical means for converging the output light of the semiconductor laser in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and any optical means can be used. For example, FIG. 3 shows a case where the concave mirror 47 is used to converge.

また、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。
Further, in the above-mentioned embodiment, the injection current of the semiconductor laser is modulated as a means for modulating the frequency of the output light of the semiconductor laser, but 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4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 levels of F = 2 and F = 1 was used, but light-microwave 2 by absorption of electromagnetic waves was used.
The multiple resonance signal 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 5P excited state, and falls to the F = 1 and F = 2 levels of the 5S with equal probability. Here, the electromagnetic wave is applied to the absorption cell 31 and F = from the level of F = 1.
Transition to the 2nd 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31に封入する物質とし
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、Cs133の場合
は9.2GHzになる。
Further, although Rb 87 is used as the substance to be sealed in the absorption cell 31 in the above-described examples, Rb 85 and Cs 133 may be used instead. For Rb 85 , the electromagnetic wave emitted is 3 GHz, and for Cs 133 , it is 9.2 GHz.

また、電磁波を吸収セルに照射する手段として、空洞
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
の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。
Further, the first lock-in amplifier 34 and the second lock-in amplifier 38 have frequencies f m1 and f m2 which are the outputs of the oscillators 37 and 42.
Although the signal of is input, the frequency may be an integral multiple thereof.

〈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実現することが
できる。
<Effects 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.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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図は第1図装置の変形例を示す構成ブロック
図、第4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5図は従来の周波数標準器を示す構成ブロ
ック図、第6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、31……吸収セル、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、4
0……水晶発振器、41……位相変調器、43……周波数合
成器、44……空胴共振器、45,47……光学手段。
FIG. 1 is a structural lock 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 a modification of the device of FIG. Fig. 4 is a block diagram showing the structure, Fig. 4 is a diagram showing the energy level of Rb 87 in the case of electromagnetic wave absorption, Fig. 5 is a block diagram showing the structure of a conventional frequency standard device, and Fig. 6 is Rb 87 in the case of stimulated emission. It is a figure which shows the energy level of. 30 ... Semiconductor laser, 31 ... Absorption cell, 32 ... Photodetector, 34 ... First amplification means, 35, 39 ... PID control section, 36 ...
... adder, 37, 42 ... oscillator, 38 ... second amplifying means, 4
0 …… Crystal oscillator, 41 …… Phase modulator, 43 …… Frequency synthesizer, 44 …… Cavity resonator, 45,47 …… Optical means.

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し、またこ
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、 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、 前記半導体レーザの出力光を収束させ前記吸収セルに照
射して前記吸収セル内の光パワー密度の光軸方向分布を
均一にする光学手段と、 前記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。
1. A light having a predetermined frequency is applied to an absorption cell in which a standard substance having a specific absorption spectrum is enclosed, and an electromagnetic wave is applied to the absorption cell to cause a hyperfine spectrum transition of the standard substance. In a frequency standard device that generates a standard frequency based on this ultrafine spectral transition, a semiconductor laser, a first modulator that modulates the output light of this semiconductor laser at a first frequency, and a specific absorption spectrum inside An absorption cell in which a standard substance is enclosed, optical means for converging the output light of the semiconductor laser and irradiating the absorption cell to make the distribution of the optical power density in the optical axis direction uniform in the absorption cell; and the absorption cell A photodetector for detecting the transmitted light of the, an oscillator, a second modulator for modulating the output of the oscillator at a second frequency, and an output of the second modulator for multiplication. Electromagnetic wave generating means for applying an electromagnetic wave to the absorption cell, first amplifying means for synchronously detecting the output of the photodetector at a frequency related to the first frequency, and based on the output of the first amplifying means Frequency stabilizing means for stabilizing the frequency of the output light of the semiconductor laser; second amplifying means for synchronously detecting the output of the photodetector at a frequency related to the second frequency; and And a frequency control means for controlling the output frequency of the oscillator based on the output of the amplifying means, wherein the first and second frequencies are made different from each other.
JP1988110789U 1988-08-24 1988-08-24 Frequency standard Expired - Lifetime JPH083071Y2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1988110789U JPH083071Y2 (en) 1988-08-24 1988-08-24 Frequency standard

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1988110789U JPH083071Y2 (en) 1988-08-24 1988-08-24 Frequency standard

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0232242U JPH0232242U (en) 1990-02-28
JPH083071Y2 true JPH083071Y2 (en) 1996-01-29

Family

ID=31348267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1988110789U Expired - Lifetime JPH083071Y2 (en) 1988-08-24 1988-08-24 Frequency standard

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH083071Y2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5572094A (en) * 1978-11-27 1980-05-30 Seiko Epson Corp Atomic frequency standard
JPS5577186A (en) * 1978-12-05 1980-06-10 Seiko Epson Corp Atomic frequency standard
JPH0744453B2 (en) * 1985-01-21 1995-05-15 日本電気株式会社 Rubidium atomic oscillator
JPS62257776A (en) * 1986-04-30 1987-11-10 Nec Corp Rubidium atomic oscillator

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0232242U (en) 1990-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5429469B2 (en) Quantum interference device, atomic oscillator and magnetic sensor
US5148437A (en) Laser pumped atomic frequency standard with high frequency stability
EP0411131B1 (en) Wavelength stabilized source of light
JP5818000B2 (en) Atomic oscillator, control method of atomic oscillator, and quantum interference device
US3395367A (en) System for stabilizing the amplitude of a laser output
JP3963998B2 (en) Atomic oscillator
JP2018101886A (en) Quantum interference device, atomic oscillator, electronic equipment and mobile object
JPH083071Y2 (en) Frequency standard
JP2010147367A (en) Atomic oscillator and method of stabilizing frequency thereof
JPH0263321A (en) Frequency standard
JP2555660B2 (en) Frequency standard
JPH0756516Y2 (en) Frequency standard
JPH0258426A (en) Frequency standard
JP5880807B2 (en) Coherent light source
RU2817140C1 (en) Small-sized atomic clock with two optical radiation detection zones
JP2995854B2 (en) Semiconductor laser oscillator
JP2567897B2 (en) Semiconductor laser device
JPS62128184A (en) Semiconductor laser stabilizing device
JPH0748661B2 (en) Gas cell type atomic oscillator
JPH05327495A (en) Atomic oscillator
JPH0453114B2 (en)
JP3880791B2 (en) High-precision optical frequency marker generation method and apparatus
JPH07193499A (en) Atomic oscillator
JP2638243B2 (en) Laser device
JPH02161824A (en) Frequency standard device