JPH08335876A - ルビジウム原子発振器 - Google Patents
ルビジウム原子発振器Info
- Publication number
- JPH08335876A JPH08335876A JP7142843A JP14284395A JPH08335876A JP H08335876 A JPH08335876 A JP H08335876A JP 7142843 A JP7142843 A JP 7142843A JP 14284395 A JP14284395 A JP 14284395A JP H08335876 A JPH08335876 A JP H08335876A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- frequency
- light
- signal
- vco
- 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.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference
Abstract
(57)【要約】
【目的】ＬＤ励起型のルビジウム原子発振器に関し、１
個のＬＤをのみ使用して、周波数標準となるマイクロ波
信号を最大限に取り出すことを目的とする。 【構成】ＶＣＯ６の発振出力から合成されたマイクロ波
を周波数ｆ1 で位相変調した信号で共鳴セル３を含む空
洞共振器２を励振し、０．７８μのＬＤ１６の出力光を
分岐した一方の光による共鳴セル３の通過光を変換した
電気信号をｆ1 で同期検波した出力でＶＣＯ６の発振周
波数を制御することで、周波数標準信号出力を得るとと
もに、ＬＤ１６の出力光を分岐した他方の光をＡＯＭ１
９で周波数ｆ2 に応じて波長をシフトした光による共鳴
セル３の通過光を変換した電気信号を周波数ｆ3 で同期
検波した出力にバイアス電圧とｆ3 の信号を加算した信
号でＬＤ１６を駆動して、その発生光の波長を、共鳴セ
ル３中のルビジウムガスによる光の吸収が最大になる波
長に制御することで、周波数標準信号出力を最大にす
る。
個のＬＤをのみ使用して、周波数標準となるマイクロ波
信号を最大限に取り出すことを目的とする。 【構成】ＶＣＯ６の発振出力から合成されたマイクロ波
を周波数ｆ1 で位相変調した信号で共鳴セル３を含む空
洞共振器２を励振し、０．７８μのＬＤ１６の出力光を
分岐した一方の光による共鳴セル３の通過光を変換した
電気信号をｆ1 で同期検波した出力でＶＣＯ６の発振周
波数を制御することで、周波数標準信号出力を得るとと
もに、ＬＤ１６の出力光を分岐した他方の光をＡＯＭ１
９で周波数ｆ2 に応じて波長をシフトした光による共鳴
セル３の通過光を変換した電気信号を周波数ｆ3 で同期
検波した出力にバイアス電圧とｆ3 の信号を加算した信
号でＬＤ１６を駆動して、その発生光の波長を、共鳴セ
ル３中のルビジウムガスによる光の吸収が最大になる波
長に制御することで、周波数標準信号出力を最大にす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ルビジウム原子発振器
に関し、特にレーザダイオード（ＬＤ）励起型のルビジ
ウム原子発振器に関するものである。
に関し、特にレーザダイオード（ＬＤ）励起型のルビジ
ウム原子発振器に関するものである。
【０００２】ルビジウム原子発振器は、ルビジウム原子
のエネルギ準位間の遷移を利用して、極めて安定度の高
いマイクロ波を発生するものであって、同期網のクロッ
ク源や、放送装置，航法装置等における周波数標準とし
て広く利用されているものである。
のエネルギ準位間の遷移を利用して、極めて安定度の高
いマイクロ波を発生するものであって、同期網のクロッ
ク源や、放送装置，航法装置等における周波数標準とし
て広く利用されているものである。
【０００３】ルビジウム原子発振器においては、１個の
ＬＤのみを用いて、ポンピング光の波長を自由に制御す
ることができ、これによって、電気的特性を向上できる
ようにすることが要望されている。
ＬＤのみを用いて、ポンピング光の波長を自由に制御す
ることができ、これによって、電気的特性を向上できる
ようにすることが要望されている。
【０００４】
【従来の技術】図８は、従来のルビジウム原子発振器の
構成例を示したものであって、ランプ励起型のルビジウ
ム原子発振器を示している。図中において、１は原子共
鳴器（Optical Microwave Unit：ＯＭＵ）であって、内
部にルビジウムランプ１００を有し、高周波源１０１に
よって高周波誘導加熱することによって共鳴光を発生す
る。共鳴光は、空洞共振器２内に設けられた、ルビジウ
ムガスを封入した共鳴セル３を通過して光検出器４にお
いて、電気信号に変換される。
構成例を示したものであって、ランプ励起型のルビジウ
ム原子発振器を示している。図中において、１は原子共
鳴器（Optical Microwave Unit：ＯＭＵ）であって、内
部にルビジウムランプ１００を有し、高周波源１０１に
よって高周波誘導加熱することによって共鳴光を発生す
る。共鳴光は、空洞共振器２内に設けられた、ルビジウ
ムガスを封入した共鳴セル３を通過して光検出器４にお
いて、電気信号に変換される。
【０００５】空洞共振器２は、共鳴セル３の部分に磁界
を発生するためのＣ磁界コイル１０２をその周囲に有し
ている。Ｃ磁界コイル１０２は、Ｃ磁界電流制御回路１
０３によって、制御電圧に応じて、電流を供給される。
ＯＭＵ１は、外部磁界による擾乱を防止するため、磁気
シールド１０４によって磁気遮蔽されている。
を発生するためのＣ磁界コイル１０２をその周囲に有し
ている。Ｃ磁界コイル１０２は、Ｃ磁界電流制御回路１
０３によって、制御電圧に応じて、電流を供給される。
ＯＭＵ１は、外部磁界による擾乱を防止するため、磁気
シールド１０４によって磁気遮蔽されている。
【０００６】６は電圧制御水晶発振器（ＶＣＯ）であっ
て、ＶＣＯ６の出力は、周波数合成器位相変調器７にお
いて、周波数逓倍等の処理を行なわれるとともに、低周
波発振器（ＯＳＣ(1))８の低周波信号ｆ1 によって位相
変調を受けて、位相変調波信号を生じる。この位相変調
波信号によって、バラクタダイオード９を経て、高次の
高調波からなるマイクロ波出力を発生し、このマイクロ
波は、ループ１１を介して、空洞共振器２を励振する。
て、ＶＣＯ６の出力は、周波数合成器位相変調器７にお
いて、周波数逓倍等の処理を行なわれるとともに、低周
波発振器（ＯＳＣ(1))８の低周波信号ｆ1 によって位相
変調を受けて、位相変調波信号を生じる。この位相変調
波信号によって、バラクタダイオード９を経て、高次の
高調波からなるマイクロ波出力を発生し、このマイクロ
波は、ループ１１を介して、空洞共振器２を励振する。
【０００７】光検出器４の出力電気信号は周波数ｆ1 を
有し、増幅器１２で増幅後、同期検波器１３にＯＳＣ
(1) ８の出力信号とともに加えられて同期検波を行なわ
れる。同期検波出力は積分器１４を経てＶＣＯ６に帰還
され、これによってＶＣＯ６は、その発振周波数を制御
される。
有し、増幅器１２で増幅後、同期検波器１３にＯＳＣ
(1) ８の出力信号とともに加えられて同期検波を行なわ
れる。同期検波出力は積分器１４を経てＶＣＯ６に帰還
され、これによってＶＣＯ６は、その発振周波数を制御
される。
【０００８】図９は、ルビジウム原子発振器の動作原理
を説明するものである。共鳴セル内のルビジウム原子
は、最初、熱平衡状態にあって、基底状態である、５
Ｓ，Ｆ＝１のエネルギー準位の原子と、５Ｓ，Ｆ＝２の
エネルギー準位の原子とが等しい確率で存在している
が、ルビジウムランプの共鳴光によって光ポンピングさ
れることによって、５Ｓ，Ｆ＝１の原子のみが５Ｐのエ
ネルギー準位に励起される。
を説明するものである。共鳴セル内のルビジウム原子
は、最初、熱平衡状態にあって、基底状態である、５
Ｓ，Ｆ＝１のエネルギー準位の原子と、５Ｓ，Ｆ＝２の
エネルギー準位の原子とが等しい確率で存在している
が、ルビジウムランプの共鳴光によって光ポンピングさ
れることによって、５Ｓ，Ｆ＝１の原子のみが５Ｐのエ
ネルギー準位に励起される。
【０００９】しかしながら、この状態は不安定であっ
て、自然放出によって、基底準位に落ちる。この際、５
Ｓ，Ｆ＝１の準位と、５Ｓ，Ｆ＝２の準位とに等確率で
放出されるため、励起と放出の繰り返しによって、ルビ
ジウム原子は、５Ｓ，Ｆ＝２の準位のみに存在するよう
になり、負温度状態となる。
て、自然放出によって、基底準位に落ちる。この際、５
Ｓ，Ｆ＝１の準位と、５Ｓ，Ｆ＝２の準位とに等確率で
放出されるため、励起と放出の繰り返しによって、ルビ
ジウム原子は、５Ｓ，Ｆ＝２の準位のみに存在するよう
になり、負温度状態となる。
【００１０】このような状態で、ＶＣＯで発生したマイ
クロ波を照射すると、誘導放出によって５Ｓ，Ｆ＝２の
原子は５Ｓ，Ｆ＝１に遷移し、この際、光エネルギーを
吸収するため、光検出器で検出される光量が減少する。
この場合、５Ｓ，Ｆ＝２の原子が５Ｓ，Ｆ＝１に遷移す
る確率は、マイクロ波の周波数が、５Ｓ，Ｆ＝２と５
Ｓ，Ｆ＝１のエネルギー準位差に対応する遷移周波数に
一致したとき最大となり、周波数差に応じて減少する。
クロ波を照射すると、誘導放出によって５Ｓ，Ｆ＝２の
原子は５Ｓ，Ｆ＝１に遷移し、この際、光エネルギーを
吸収するため、光検出器で検出される光量が減少する。
この場合、５Ｓ，Ｆ＝２の原子が５Ｓ，Ｆ＝１に遷移す
る確率は、マイクロ波の周波数が、５Ｓ，Ｆ＝２と５
Ｓ，Ｆ＝１のエネルギー準位差に対応する遷移周波数に
一致したとき最大となり、周波数差に応じて減少する。
【００１１】そのため、マイクロ波周波数の変化による
光検出器出力の変化は、遷移周波数を中心とするＶ字特
性となるので、マイクロ波信号を低周波信号によって予
め位相変調するとともに、光検出器出力をこの低周波信
号によって同期検波して得た信号をＶＣＯに帰還して、
発振周波数を制御することによって、遷移周波数に一致
した周波数のマイクロ波を得ることができる。
光検出器出力の変化は、遷移周波数を中心とするＶ字特
性となるので、マイクロ波信号を低周波信号によって予
め位相変調するとともに、光検出器出力をこの低周波信
号によって同期検波して得た信号をＶＣＯに帰還して、
発振周波数を制御することによって、遷移周波数に一致
した周波数のマイクロ波を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ランプ励起型のルビジ
ウム原子発振器は、発生光の線幅が広いため、遷移周波
数に対するマイクロ波周波数の誤差の選択作用が鋭敏で
なく、そのため、発生するマイクロ波の周波数安定度
（短期安定度）が十分でないという問題があった。
ウム原子発振器は、発生光の線幅が広いため、遷移周波
数に対するマイクロ波周波数の誤差の選択作用が鋭敏で
なく、そのため、発生するマイクロ波の周波数安定度
（短期安定度）が十分でないという問題があった。
【００１３】一方、近年において、ルビジウムランプと
同一の波長である、０．７８μの光を発生するレーザダ
イオード（ＬＤ）が実現した。ＬＤの発生光はルビジウ
ムランプと比較してその線幅が狭いため、ルビジウム原
子発振器の励起光源として使用した場合、発生するマイ
クロ波の安定度を向上できることが期待され、ＬＤ励起
型ルビジウム原子発振器の開発が行なわれるようになっ
た。
同一の波長である、０．７８μの光を発生するレーザダ
イオード（ＬＤ）が実現した。ＬＤの発生光はルビジウ
ムランプと比較してその線幅が狭いため、ルビジウム原
子発振器の励起光源として使用した場合、発生するマイ
クロ波の安定度を向上できることが期待され、ＬＤ励起
型ルビジウム原子発振器の開発が行なわれるようになっ
た。
【００１４】ＬＤ励起型ルビジウム原子発振器の構成と
しては、共鳴セルを使用してＬＤの発振波長を制御し、
このＬＤに対して他のＬＤを同期させて、その発生光を
ルビジウム原子発振器の光マイクロ波ユニットに入射す
る方式のものと、ＬＤの発振波長の制御と、マイクロ波
の周波数の制御とを同一のＬＤで行なう方式のものとが
あるが、小型化，低コスト化の点からは、後者の方式が
有利である。
しては、共鳴セルを使用してＬＤの発振波長を制御し、
このＬＤに対して他のＬＤを同期させて、その発生光を
ルビジウム原子発振器の光マイクロ波ユニットに入射す
る方式のものと、ＬＤの発振波長の制御と、マイクロ波
の周波数の制御とを同一のＬＤで行なう方式のものとが
あるが、小型化，低コスト化の点からは、後者の方式が
有利である。
【００１５】しかしながら、この方式を用いると、光の
波長とマイクロ波の周波数とが同時に制御されるため、
ＬＤの発生光の波長が、共鳴セルの光ポンピングのため
に、最適な波長に制御されているかどうかわからないと
いう問題がある。
波長とマイクロ波の周波数とが同時に制御されるため、
ＬＤの発生光の波長が、共鳴セルの光ポンピングのため
に、最適な波長に制御されているかどうかわからないと
いう問題がある。
【００１６】本発明は、このような従来技術の課題を解
決しようとするものであって、ＬＤ励起型ルビジウム原
子発振器において、１個のＬＤを使用して、ポンピング
光の波長と、マイクロ波の周波数とをそれぞれ独立に制
御することができ、従って効率的に周波数標準となるマ
イクロ波信号を取り出すことができるとともに、光周波
数標準となる安定した波長の光を取り出すことも可能
な、ルビジウム原子発振器を提供することを目的として
いる。
決しようとするものであって、ＬＤ励起型ルビジウム原
子発振器において、１個のＬＤを使用して、ポンピング
光の波長と、マイクロ波の周波数とをそれぞれ独立に制
御することができ、従って効率的に周波数標準となるマ
イクロ波信号を取り出すことができるとともに、光周波
数標準となる安定した波長の光を取り出すことも可能
な、ルビジウム原子発振器を提供することを目的として
いる。
【００１７】
(1) ＶＣＯ６の発振出力から合成されたマイクロ波を第
１の周波数ｆ1 で位相変調した信号によって、ルビジウ
ムガスを充填した共鳴セル３を収容した空洞共振器２を
励振し、０．７８μのＬＤ１６の出力光を分岐した一方
の光を共鳴セル３に入射したときの通過光を第１の光検
出器４によって電気信号に変換し、この電気信号を第１
の周波数ｆ1 で同期検波した出力によってＶＣＯ６の発
振周波数を制御することによって、マイクロ波の周波数
をルビジウム原子の遷移周波数に制御して、周波数標準
信号出力を得るとともに、ＬＤ１６の出力光を分岐した
他方の光をＡＯＭ１９を通過させて第２の周波数ｆ2 に
応じて波長をシフトした光を共鳴セル３に入射したとき
の通過光を第２の光検出器２２によって電気信号に変換
し、この電気信号を第３の周波数ｆ3 で同期検波した出
力にバイアス電圧と第３の周波数ｆ3 の信号とを加算し
た信号によってＬＤ１６を駆動して、ＬＤ１６の発生光
の波長を、共鳴セル３に充填したルビジウムガスによる
光の吸収が最大になる波長に制御することによって、周
波数標準信号出力を最大にする。
１の周波数ｆ1 で位相変調した信号によって、ルビジウ
ムガスを充填した共鳴セル３を収容した空洞共振器２を
励振し、０．７８μのＬＤ１６の出力光を分岐した一方
の光を共鳴セル３に入射したときの通過光を第１の光検
出器４によって電気信号に変換し、この電気信号を第１
の周波数ｆ1 で同期検波した出力によってＶＣＯ６の発
振周波数を制御することによって、マイクロ波の周波数
をルビジウム原子の遷移周波数に制御して、周波数標準
信号出力を得るとともに、ＬＤ１６の出力光を分岐した
他方の光をＡＯＭ１９を通過させて第２の周波数ｆ2 に
応じて波長をシフトした光を共鳴セル３に入射したとき
の通過光を第２の光検出器２２によって電気信号に変換
し、この電気信号を第３の周波数ｆ3 で同期検波した出
力にバイアス電圧と第３の周波数ｆ3 の信号とを加算し
た信号によってＬＤ１６を駆動して、ＬＤ１６の発生光
の波長を、共鳴セル３に充填したルビジウムガスによる
光の吸収が最大になる波長に制御することによって、周
波数標準信号出力を最大にする。
【００１８】(2) (1) の場合に、第１の光検出器４の出
力における、第１の周波数ｆ1 の２倍波の信号を増幅し
てそのピーク値を検出し、このピーク値に応じて、第２
の周波数ｆ2 を変化させることによって、ＬＤ１６の発
生光の波長を、共鳴セル３に充填したルビジウムガスに
よる光の吸収が最大になる波長に自動制御する。
力における、第１の周波数ｆ1 の２倍波の信号を増幅し
てそのピーク値を検出し、このピーク値に応じて、第２
の周波数ｆ2 を変化させることによって、ＬＤ１６の発
生光の波長を、共鳴セル３に充填したルビジウムガスに
よる光の吸収が最大になる波長に自動制御する。
【００１９】(3) (1) または(2) の場合に、ＬＤ１６の
出力光を分岐した一方の光に対応して第１の共鳴セル３
３を有するとともに、ＬＤ１６の出力光を分岐した他方
の光をＡＯＭ１９を通過させて第２の周波数ｆ2 に応じ
て波長をシフトした光に対応して第２の共鳴セル３４を
有する。
出力光を分岐した一方の光に対応して第１の共鳴セル３
３を有するとともに、ＬＤ１６の出力光を分岐した他方
の光をＡＯＭ１９を通過させて第２の周波数ｆ2 に応じ
て波長をシフトした光に対応して第２の共鳴セル３４を
有する。
【００２０】(4) ＶＣＯ６の発振出力から合成されたマ
イクロ波を第１の周波数ｆ1 で位相変調した信号によっ
て、ルビジウムガスを充填した共鳴セル３を収容した空
洞共振器２を励振し、０．７８μのＬＤ１６の出力光を
分岐した一方の光を共鳴セル３に入射したときの通過光
を光検出器４によって電気信号に変換し、この電気信号
を第１の周波数ｆ1 で同期検波した出力によってＶＣＯ
６の発振周波数を制御することによって、マイクロ波の
周波数をルビジウム原子の遷移周波数に制御して、周波
数標準信号出力を得るとともに、第１のＶＣＯ４１と、
第１のＶＣＯ４１に同期して同一の周波数で動作する第
２のＶＣＯ４２とを備えたＰＬＬ３６を設け、光検出器
４の出力における第１の周波数ｆ1 の２倍波の信号のピ
ーク値を検出した出力に応じて第１のＶＣＯ４１の出力
と第２のＶＣＯ４２の出力間の位相を変化させるととも
に、第２のＶＣＯ４２の出力によって光検出器４の出力
を同期検波した出力にバイアス電圧と第１のＶＣＯ４１
の出力とを加算した信号によってＬＤ１６を駆動して、
ＬＤの発生光の波長を共鳴セル３に充填したルビジウム
ガスによる光の吸収が最大になる波長に自動制御する。
イクロ波を第１の周波数ｆ1 で位相変調した信号によっ
て、ルビジウムガスを充填した共鳴セル３を収容した空
洞共振器２を励振し、０．７８μのＬＤ１６の出力光を
分岐した一方の光を共鳴セル３に入射したときの通過光
を光検出器４によって電気信号に変換し、この電気信号
を第１の周波数ｆ1 で同期検波した出力によってＶＣＯ
６の発振周波数を制御することによって、マイクロ波の
周波数をルビジウム原子の遷移周波数に制御して、周波
数標準信号出力を得るとともに、第１のＶＣＯ４１と、
第１のＶＣＯ４１に同期して同一の周波数で動作する第
２のＶＣＯ４２とを備えたＰＬＬ３６を設け、光検出器
４の出力における第１の周波数ｆ1 の２倍波の信号のピ
ーク値を検出した出力に応じて第１のＶＣＯ４１の出力
と第２のＶＣＯ４２の出力間の位相を変化させるととも
に、第２のＶＣＯ４２の出力によって光検出器４の出力
を同期検波した出力にバイアス電圧と第１のＶＣＯ４１
の出力とを加算した信号によってＬＤ１６を駆動して、
ＬＤの発生光の波長を共鳴セル３に充填したルビジウム
ガスによる光の吸収が最大になる波長に自動制御する。
【００２１】(5) (1) から(4) までのうちのいずれかの
場合に、０．７８μのＬＤ１６に代えて１．５６μのＬ
Ｄ３７と、１．５６μのＬＤ３７の発振周波数を２逓倍
するＳＨＧ３９とを備えて、ＳＨＧ３９から０．７８μ
の出力光を得るとともに、１．５６μのＬＤ３７の発生
光を光周波数標準として出力する。
場合に、０．７８μのＬＤ１６に代えて１．５６μのＬ
Ｄ３７と、１．５６μのＬＤ３７の発振周波数を２逓倍
するＳＨＧ３９とを備えて、ＳＨＧ３９から０．７８μ
の出力光を得るとともに、１．５６μのＬＤ３７の発生
光を光周波数標準として出力する。
【００２２】
(1) 電気の制御系では、ＶＣＯ６の発振出力から合成さ
れたマイクロ波を第１の周波数ｆ1 で位相変調した信号
によって、共鳴セル３を収容した空洞共振器２を励振す
るとともに、０．７８μのＬＤ１６の出力光を分岐した
一方の光を共鳴セル３に入射したときの通過光を第１の
光検出器４によって電気信号に変換し、この電気信号を
第１の周波数ｆ1 で同期検波して得られた出力によっ
て、ＶＣＯ６の発振周波数を制御することによって、マ
イクロ波の周波数が、共鳴セル３中のルビジウム原子の
誘導放出の遷移周波数に制御される。
れたマイクロ波を第１の周波数ｆ1 で位相変調した信号
によって、共鳴セル３を収容した空洞共振器２を励振す
るとともに、０．７８μのＬＤ１６の出力光を分岐した
一方の光を共鳴セル３に入射したときの通過光を第１の
光検出器４によって電気信号に変換し、この電気信号を
第１の周波数ｆ1 で同期検波して得られた出力によっ
て、ＶＣＯ６の発振周波数を制御することによって、マ
イクロ波の周波数が、共鳴セル３中のルビジウム原子の
誘導放出の遷移周波数に制御される。
【００２３】光の制御系では、ＬＤ１６の出力光を分岐
した他方の光を、ＡＯＭ１９を通過させることによっ
て、第２の周波数ｆ2 に応じて波長をシフトした光が得
られるので、この光を共鳴セル３に入射して、通過光を
第２の光検出器２２によって電気信号に変換し、この電
気信号を第３の周波数ｆ3 で同期検波した出力に、バイ
アス電圧と第３の周波数ｆ3 の信号とを加算した信号に
よってＬＤ１６を駆動することによって、ＬＤ１６の発
生光の波長が、共鳴セル３に充填したルビジウムガスに
よる光の吸収が最大になる波長に制御される。
した他方の光を、ＡＯＭ１９を通過させることによっ
て、第２の周波数ｆ2 に応じて波長をシフトした光が得
られるので、この光を共鳴セル３に入射して、通過光を
第２の光検出器２２によって電気信号に変換し、この電
気信号を第３の周波数ｆ3 で同期検波した出力に、バイ
アス電圧と第３の周波数ｆ3 の信号とを加算した信号に
よってＬＤ１６を駆動することによって、ＬＤ１６の発
生光の波長が、共鳴セル３に充填したルビジウムガスに
よる光の吸収が最大になる波長に制御される。
【００２４】このように、電気の制御系では、マイクロ
波の周波数がルビジウム原子の誘導放出の遷移周波数に
なるように制御することによって、周波数標準信号出力
が得られるとともに、光の制御系では、このとき共鳴セ
ルに与えるポンピング光の波長を、ルビジウムガスによ
る光の吸収が最大になる波長に制御するので、周波数標
準信号出力を最大限に取り出すことができる。
波の周波数がルビジウム原子の誘導放出の遷移周波数に
なるように制御することによって、周波数標準信号出力
が得られるとともに、光の制御系では、このとき共鳴セ
ルに与えるポンピング光の波長を、ルビジウムガスによ
る光の吸収が最大になる波長に制御するので、周波数標
準信号出力を最大限に取り出すことができる。
【００２５】(2) (1) の場合に、第１の光検出器４の出
力における、第１の周波数ｆ1 の２倍波の信号を増幅し
てそのピーク値を検出し、このピーク値に応じて、第２
の周波数ｆ2 を変化させることによって、ＬＤ１６の発
生光の波長を、共鳴セル３に充填したルビジウムガスに
よる光の吸収が最大になる波長に自動制御することがで
きるので、周波数標準信号出力を最大限に取り出すため
の最適制御を行なうことができる。
力における、第１の周波数ｆ1 の２倍波の信号を増幅し
てそのピーク値を検出し、このピーク値に応じて、第２
の周波数ｆ2 を変化させることによって、ＬＤ１６の発
生光の波長を、共鳴セル３に充填したルビジウムガスに
よる光の吸収が最大になる波長に自動制御することがで
きるので、周波数標準信号出力を最大限に取り出すため
の最適制御を行なうことができる。
【００２６】(3) (1) または(2) の場合に、ＬＤ１６の
出力光を分岐した一方の光に対応して第１の共鳴セル３
３を設け、ＬＤ１６の出力光を分岐した他方の光をＡＯ
Ｍ１９を通過させて第２の周波数ｆ2 に応じて波長をシ
フトした光に対応して第２の共鳴セル３４を設けること
によって、電気の制御系の信号と光の制御系の信号との
交互の干渉をなくして、周波数標準信号出力の安定度を
より向上させることができる。
出力光を分岐した一方の光に対応して第１の共鳴セル３
３を設け、ＬＤ１６の出力光を分岐した他方の光をＡＯ
Ｍ１９を通過させて第２の周波数ｆ2 に応じて波長をシ
フトした光に対応して第２の共鳴セル３４を設けること
によって、電気の制御系の信号と光の制御系の信号との
交互の干渉をなくして、周波数標準信号出力の安定度を
より向上させることができる。
【００２７】(4) 電気の制御系では、ＶＣＯ６の発振出
力から合成されたマイクロ波を第１の周波数ｆ1 で位相
変調した信号によって、共鳴セル３を収容した空洞共振
器２を励振するとともに、０．７８μのＬＤ１６の出力
光を分岐した一方の光を共鳴セル３に入射したときの通
過光を第１の光検出器４によって電気信号に変換し、こ
の電気信号を第１の周波数ｆ1 で同期検波して得られた
出力によって、ＶＣＯ６の発振周波数を制御することに
よって、マイクロ波の周波数が、共鳴セル３中のルビジ
ウム原子の誘導放出の遷移周波数に制御される。
力から合成されたマイクロ波を第１の周波数ｆ1 で位相
変調した信号によって、共鳴セル３を収容した空洞共振
器２を励振するとともに、０．７８μのＬＤ１６の出力
光を分岐した一方の光を共鳴セル３に入射したときの通
過光を第１の光検出器４によって電気信号に変換し、こ
の電気信号を第１の周波数ｆ1 で同期検波して得られた
出力によって、ＶＣＯ６の発振周波数を制御することに
よって、マイクロ波の周波数が、共鳴セル３中のルビジ
ウム原子の誘導放出の遷移周波数に制御される。
【００２８】光の制御系では、第１のＶＣＯ４１と、第
１のＶＣＯ４１に同期して同一の周波数で動作する第２
のＶＣＯ４２とを備えたＰＬＬ３６を設け、光検出器４
の出力中の第１の周波数ｆ1 の２倍波の信号のピーク値
を検出した出力に応じて、第１のＶＣＯ４１の出力と第
２のＶＣＯ４２の出力間の位相を変化させるとともに、
第２のＶＣＯ４２の出力によって光検出器４の出力を同
期検波した出力に、バイアス電圧と第１のＶＣＯ４１の
出力とを加算した信号によってＬＤ１６を駆動して、Ｌ
Ｄの発生光の波長を共鳴セル３に充填したルビジウムガ
スによる光の吸収が最大になる波長に自動制御する。
１のＶＣＯ４１に同期して同一の周波数で動作する第２
のＶＣＯ４２とを備えたＰＬＬ３６を設け、光検出器４
の出力中の第１の周波数ｆ1 の２倍波の信号のピーク値
を検出した出力に応じて、第１のＶＣＯ４１の出力と第
２のＶＣＯ４２の出力間の位相を変化させるとともに、
第２のＶＣＯ４２の出力によって光検出器４の出力を同
期検波した出力に、バイアス電圧と第１のＶＣＯ４１の
出力とを加算した信号によってＬＤ１６を駆動して、Ｌ
Ｄの発生光の波長を共鳴セル３に充填したルビジウムガ
スによる光の吸収が最大になる波長に自動制御する。
【００２９】このように、電気の制御系では、マイクロ
波の周波数がルビジウム原子の誘導放出の遷移周波数に
なるように制御することによって、周波数標準信号出力
が得られるとともに、光の制御系では、このとき共鳴セ
ルに与えるポンピング光の波長を、ルビジウムガスによ
る光の吸収が最大になる波長に制御するので、周波数標
準信号出力を最大限に取り出すことができる。
波の周波数がルビジウム原子の誘導放出の遷移周波数に
なるように制御することによって、周波数標準信号出力
が得られるとともに、光の制御系では、このとき共鳴セ
ルに与えるポンピング光の波長を、ルビジウムガスによ
る光の吸収が最大になる波長に制御するので、周波数標
準信号出力を最大限に取り出すことができる。
【００３０】(5) (1) から(4) までのうちのいずれの場
合でも、０．７８μのＬＤ１６に代えて１．５６μのＬ
Ｄ３７と、ＬＤ３７の発振周波数を２逓倍するＳＨＧ３
９とを設けることによって、ＳＨＧ３９から電気の制御
系と光の制御系との動作に必要な０．７８μの出力光を
得るとともに、１．５６μのＬＤ３７の出力光を分岐し
て出力することによって、光周波数標準を得ることがで
きる。
合でも、０．７８μのＬＤ１６に代えて１．５６μのＬ
Ｄ３７と、ＬＤ３７の発振周波数を２逓倍するＳＨＧ３
９とを設けることによって、ＳＨＧ３９から電気の制御
系と光の制御系との動作に必要な０．７８μの出力光を
得るとともに、１．５６μのＬＤ３７の出力光を分岐し
て出力することによって、光周波数標準を得ることがで
きる。
【００３１】
【実施例】図１は、本発明の実施例(1) を示したもので
あって、図８の場合と同じものを同じ番号で示し、ＯＭ
Ｕ１において、１６はレーザダイオード（ＬＤ）であっ
て、０．７８μ帯の光を発生するものである。また、１
７は半透鏡、１８は反射鏡であって、ＬＤ１６の発生光
を２分岐する。
あって、図８の場合と同じものを同じ番号で示し、ＯＭ
Ｕ１において、１６はレーザダイオード（ＬＤ）であっ
て、０．７８μ帯の光を発生するものである。また、１
７は半透鏡、１８は反射鏡であって、ＬＤ１６の発生光
を２分岐する。
【００３２】ＶＣ０６の出力は、周波数合成器位相変調
器７において、周波数逓倍等の処理を行なわれるととも
に、低周波発振器（ＯＳＣ(1))８の低周波信号ｆ1 によ
って位相変調を受けて、位相変調波信号を生じる。この
位相変調波信号によって、バラクタダイオード９を経
て、高次の高調波からなるマイクロ波出力を発生し、こ
のマイクロ波は、ループ１１を介して、空洞共振器２を
励振する。
器７において、周波数逓倍等の処理を行なわれるととも
に、低周波発振器（ＯＳＣ(1))８の低周波信号ｆ1 によ
って位相変調を受けて、位相変調波信号を生じる。この
位相変調波信号によって、バラクタダイオード９を経
て、高次の高調波からなるマイクロ波出力を発生し、こ
のマイクロ波は、ループ１１を介して、空洞共振器２を
励振する。
【００３３】分岐されたＬＤ１６の発生光のうち、半透
鏡１７を透過したものは、共鳴セル３を通過して、光検
出器４において電気信号に変換され、増幅器１２を経
て、低周波発振器（ＯＳＣ(1))８からの低周波信号ｆ1
とともに同期検波器１３に加えられて、同期検波を行な
われ、同期検波出力は積分器１４を経て積分される。Ｖ
ＣＯ６は、この積分出力によってその周波数を制御され
る。この電気の制御系の動作は、図８に示された従来の
場合と同様である。
鏡１７を透過したものは、共鳴セル３を通過して、光検
出器４において電気信号に変換され、増幅器１２を経
て、低周波発振器（ＯＳＣ(1))８からの低周波信号ｆ1
とともに同期検波器１３に加えられて、同期検波を行な
われ、同期検波出力は積分器１４を経て積分される。Ｖ
ＣＯ６は、この積分出力によってその周波数を制御され
る。この電気の制御系の動作は、図８に示された従来の
場合と同様である。
【００３４】一方、ＬＤ１６の発生光のうち、半透鏡１
７で反射した光は、反射鏡１８で反射して、ＡＯＭ（Ac
oustic Optical Modulator）１９に加えられる。ＡＯＭ
１９は、低周波発振器（ＯＳＣ(2))２１の低周波信号ｆ
2 によって、ＬＤ１６の発生光を振幅変調して一方のサ
イドバンドを取り出すことによって、変調周波数ｆ2に
対応して波長をシフトする作用を行なう。ＡＯＭ１９の
出力光は、共鳴セル３を通過したのち、光検出器２２に
おいて電気信号に変換される。
７で反射した光は、反射鏡１８で反射して、ＡＯＭ（Ac
oustic Optical Modulator）１９に加えられる。ＡＯＭ
１９は、低周波発振器（ＯＳＣ(2))２１の低周波信号ｆ
2 によって、ＬＤ１６の発生光を振幅変調して一方のサ
イドバンドを取り出すことによって、変調周波数ｆ2に
対応して波長をシフトする作用を行なう。ＡＯＭ１９の
出力光は、共鳴セル３を通過したのち、光検出器２２に
おいて電気信号に変換される。
【００３５】光検出器２２の出力信号は、増幅器２３を
経て、低周波発振器（ＯＳＣ(3))２４の低周波信号ｆ3
とともに同期検波器２６に加えられて、同期検波を行な
われる。同期検波出力は積分器２７を経て積分され、積
分出力と、ＯＳＣ(3) ２４の低周波信号とは、加算器２
８においてバイアス電圧２９と加算されて、ＬＤ１６に
駆動電圧として加えられる。ＬＤ１６は、この駆動電圧
に応じて、低周波信号ｆ3 によって位相変調された光を
発生する。この系は、光の制御系を形成する。
経て、低周波発振器（ＯＳＣ(3))２４の低周波信号ｆ3
とともに同期検波器２６に加えられて、同期検波を行な
われる。同期検波出力は積分器２７を経て積分され、積
分出力と、ＯＳＣ(3) ２４の低周波信号とは、加算器２
８においてバイアス電圧２９と加算されて、ＬＤ１６に
駆動電圧として加えられる。ＬＤ１６は、この駆動電圧
に応じて、低周波信号ｆ3 によって位相変調された光を
発生する。この系は、光の制御系を形成する。
【００３６】いま、ＬＤの発生光の波長をλ1 とし、Ａ
ＯＭにおける変調周波数をｆ2 とすると、ＡＯＭを通過
した光の波長は、λ1 ＋ｆ2 となる。このとき、光の制
御系では、λ1 ＋ｆ2 が、共鳴セルで最大に吸収される
波長（これをλ0 とする）になるように、光の波長が制
御される。
ＯＭにおける変調周波数をｆ2 とすると、ＡＯＭを通過
した光の波長は、λ1 ＋ｆ2 となる。このとき、光の制
御系では、λ1 ＋ｆ2 が、共鳴セルで最大に吸収される
波長（これをλ0 とする）になるように、光の波長が制
御される。
【００３７】これに対して電気の制御系では、共鳴セル
において波長λ1 （＝λ0 −ｆ2 ）で光ポンピングされ
た状態で、マイクロ波照射による吸収が最大になる周波
数（遷移周波数）になるように、マイクロ波の周波数が
制御される、光マイクロ波二重共鳴の制御が行なわれ
る。
において波長λ1 （＝λ0 −ｆ2 ）で光ポンピングされ
た状態で、マイクロ波照射による吸収が最大になる周波
数（遷移周波数）になるように、マイクロ波の周波数が
制御される、光マイクロ波二重共鳴の制御が行なわれ
る。
【００３８】ＡＯＭにおける変調周波数ｆ2 を変えれ
ば、光ポンピング波長が変化する。そこで、光マイクロ
波二重共鳴信号が最大になるように、ＡＯＭの変調周波
数ｆ2を設定することによって、ルビジウム原子発振器
としての性能を最大限に引き出すことが可能となる。実
施例(1) においては、周波数ｆ2 は、このような周波数
に予め固定的に設定されている。
ば、光ポンピング波長が変化する。そこで、光マイクロ
波二重共鳴信号が最大になるように、ＡＯＭの変調周波
数ｆ2を設定することによって、ルビジウム原子発振器
としての性能を最大限に引き出すことが可能となる。実
施例(1) においては、周波数ｆ2 は、このような周波数
に予め固定的に設定されている。
【００３９】このような制御が必要になるのは、共鳴セ
ルにおいて吸収が最大になる波長と、光マイクロ波二重
共鳴が最大になる光ポンピング波長とが一致しないとい
う知見に基づいているものであり、これは、遷移周波数
に対する温度変化や圧力変化の影響を少なくするため
に、共鳴セル中のルビジウムガスに混入されている緩衝
ガスの影響によるものと考えられる。
ルにおいて吸収が最大になる波長と、光マイクロ波二重
共鳴が最大になる光ポンピング波長とが一致しないとい
う知見に基づいているものであり、これは、遷移周波数
に対する温度変化や圧力変化の影響を少なくするため
に、共鳴セル中のルビジウムガスに混入されている緩衝
ガスの影響によるものと考えられる。
【００４０】図２は、本発明の実施例(2) を示したもの
であって、ＡＯＭの変調周波数ｆ2を最適制御する場合
を示している。図中において、図１の場合と同じものを
同じ番号で示し、３１は２倍波を増幅する２倍波増幅器
（２ｎｄＡＭＰ）、３２は入力信号のピーク値を検出す
るピーク値検出器である。
であって、ＡＯＭの変調周波数ｆ2を最適制御する場合
を示している。図中において、図１の場合と同じものを
同じ番号で示し、３１は２倍波を増幅する２倍波増幅器
（２ｎｄＡＭＰ）、３２は入力信号のピーク値を検出す
るピーク値検出器である。
【００４１】図２の回路で、電気の制御系が誘導放出に
基づく吸光によって、マイクロ波の周波数が遷移周波数
に制御された状態では、光検出器４の出力には、ＯＳＣ
(1)８の低周波信号ｆ1 の２倍波のみが検出される。２
ｎｄＡＭＰ３１は、この２倍波を増幅して出力する。ピ
ーク値検出器３２は、２倍波出力のピーク値を検出し
て、ピーク値に応じてＯＳＣ(2) ２１の発振周波数ｆ2
を制御することによって、この２倍波のレベルが最大に
なるようにする。
基づく吸光によって、マイクロ波の周波数が遷移周波数
に制御された状態では、光検出器４の出力には、ＯＳＣ
(1)８の低周波信号ｆ1 の２倍波のみが検出される。２
ｎｄＡＭＰ３１は、この２倍波を増幅して出力する。ピ
ーク値検出器３２は、２倍波出力のピーク値を検出し
て、ピーク値に応じてＯＳＣ(2) ２１の発振周波数ｆ2
を制御することによって、この２倍波のレベルが最大に
なるようにする。
【００４２】従って実施例(2) によれば、共鳴セル３に
対する光ポンピング波長が、光マイクロ波二重共鳴が最
大になる波長になるように制御されるので、ルビジウム
原子発振器としての特性を最大限に引き出すことができ
る。
対する光ポンピング波長が、光マイクロ波二重共鳴が最
大になる波長になるように制御されるので、ルビジウム
原子発振器としての特性を最大限に引き出すことができ
る。
【００４３】図３は、本発明の実施例(3) を示したもの
であって、実施例(1) の場合に、共鳴セルを、電気の制
御系と光の制御系とに対して、それぞれ独立に設けた場
合を示している。図中において、図１の場合と同じもの
を同じ番号で示し、３３，３４はそれぞれルビジウムガ
スを封入した共鳴セルである。
であって、実施例(1) の場合に、共鳴セルを、電気の制
御系と光の制御系とに対して、それぞれ独立に設けた場
合を示している。図中において、図１の場合と同じもの
を同じ番号で示し、３３，３４はそれぞれルビジウムガ
スを封入した共鳴セルである。
【００４４】実施例(3) においては、電気の制御系にお
ける、ＶＣＯ６の制御に基づくマイクロ波周波数の制御
は、共鳴セル３３におけるルビジウム原子の誘導放出に
基づいて行なわれる。また光の制御系における、ＬＤ１
６の発光波長の制御は、共鳴セル３４におけるルビジウ
ム原子の吸光特性に基づいて行なわれる。
ける、ＶＣＯ６の制御に基づくマイクロ波周波数の制御
は、共鳴セル３３におけるルビジウム原子の誘導放出に
基づいて行なわれる。また光の制御系における、ＬＤ１
６の発光波長の制御は、共鳴セル３４におけるルビジウ
ム原子の吸光特性に基づいて行なわれる。
【００４５】実施例(3) の構成によれば、電気の制御系
の出力と、光の制御系の出力とは、それぞれ別個の共鳴
セルを経て独立に取り出されるので、電気の制御系の信
号と、光の制御系の信号とが相互に干渉することがな
く、従って、ルビジウム原子発振器としての安定度を向
上させることができる。
の出力と、光の制御系の出力とは、それぞれ別個の共鳴
セルを経て独立に取り出されるので、電気の制御系の信
号と、光の制御系の信号とが相互に干渉することがな
く、従って、ルビジウム原子発振器としての安定度を向
上させることができる。
【００４６】図４は、本発明の実施例(4) を示したもの
であって、実施例(2) の場合に、共鳴セルを、電気の制
御系と光の制御系とに対して、それぞれ独立に設けた場
合を示している。図中において、図２の場合と同じもの
を同じ番号で示し、３３，３４はそれぞれルビジウムガ
スを封入した共鳴セルである。
であって、実施例(2) の場合に、共鳴セルを、電気の制
御系と光の制御系とに対して、それぞれ独立に設けた場
合を示している。図中において、図２の場合と同じもの
を同じ番号で示し、３３，３４はそれぞれルビジウムガ
スを封入した共鳴セルである。
【００４７】実施例(4) においては、電気の制御系にお
ける、ＶＣＯ６の制御に基づくマイクロ波周波数の制御
は、共鳴セル３３におけるルビジウム原子の誘導放出に
基づいて行なわれる。また光の制御系における、ＬＤ１
６の発光波長の制御は、共鳴セル３４におけるルビジウ
ム原子の吸光特性に基づいて行なわれる。
ける、ＶＣＯ６の制御に基づくマイクロ波周波数の制御
は、共鳴セル３３におけるルビジウム原子の誘導放出に
基づいて行なわれる。また光の制御系における、ＬＤ１
６の発光波長の制御は、共鳴セル３４におけるルビジウ
ム原子の吸光特性に基づいて行なわれる。
【００４８】実施例(4) の構成によれば、電気の制御系
の出力と、光の制御系の出力とは、それぞれ別個の共鳴
セルを経て独立に取り出されるので、電気の制御系の信
号と、光の制御系の信号とが相互に干渉することがな
く、従って、ルビジウム原子発振器としての安定度を向
上させることができる。
の出力と、光の制御系の出力とは、それぞれ別個の共鳴
セルを経て独立に取り出されるので、電気の制御系の信
号と、光の制御系の信号とが相互に干渉することがな
く、従って、ルビジウム原子発振器としての安定度を向
上させることができる。
【００４９】図５は、本発明の実施例(5) を示したもの
であって、光の制御系における、位相変調用発振器と、
同期検波用発振器とを位相同期ループ（Phase Locked L
oop：ＰＬＬ）で構成し、ＰＬＬの出力位相を変えて光
源の波長を制御する場合を示している。図１および図２
の場合と同じものを同じ番号で示し、３６はＰＬＬであ
る。
であって、光の制御系における、位相変調用発振器と、
同期検波用発振器とを位相同期ループ（Phase Locked L
oop：ＰＬＬ）で構成し、ＰＬＬの出力位相を変えて光
源の波長を制御する場合を示している。図１および図２
の場合と同じものを同じ番号で示し、３６はＰＬＬであ
る。
【００５０】また図６は、実施例(5) におけるＰＬＬの
構成例を示し、４１，４２はそれぞれ電圧制御発振器
（ＶＣＯ(1),ＶＣＯ(2))、４３，４４はそれぞれ１／Ｎ
の分周器、４５は位相比較器（ＰＣ）、４６は積分器、
４７は加算器、４８は矩形波生成器である。
構成例を示し、４１，４２はそれぞれ電圧制御発振器
（ＶＣＯ(1),ＶＣＯ(2))、４３，４４はそれぞれ１／Ｎ
の分周器、４５は位相比較器（ＰＣ）、４６は積分器、
４７は加算器、４８は矩形波生成器である。
【００５１】ＰＬＬ３６において、ＶＣＯ(1) ４１は、
ＬＤ１６に対する位相変調用の低周波信号ｆ3 を供給す
る。ＶＣＯ(2) ４２は、ＶＣＯ(1) ４１に同期して、矩
形波生成器４８を経て同期検波器２６に対する同期検波
用の低周波信号ｆ3 を供給する。
ＬＤ１６に対する位相変調用の低周波信号ｆ3 を供給す
る。ＶＣＯ(2) ４２は、ＶＣＯ(1) ４１に同期して、矩
形波生成器４８を経て同期検波器２６に対する同期検波
用の低周波信号ｆ3 を供給する。
【００５２】すなわち、ＶＣＯ(1) ４１の出力信号を分
周器４３で１／Ｎに分周した信号と、ＶＣＯ(2) ４２の
出力信号を分周器４４で１／Ｎに分周した信号とをＰＣ
４５で位相比較し、位相比較結果を積分器４６で積分
し、積分結果を加算器４７を経てＶＣＯ(2) ４２に制御
電圧として与えることによって、ＶＣＯ(2) ４２は、Ｖ
ＣＯ(1) ４１に同期した出力信号を発生する。
周器４３で１／Ｎに分周した信号と、ＶＣＯ(2) ４２の
出力信号を分周器４４で１／Ｎに分周した信号とをＰＣ
４５で位相比較し、位相比較結果を積分器４６で積分
し、積分結果を加算器４７を経てＶＣＯ(2) ４２に制御
電圧として与えることによって、ＶＣＯ(2) ４２は、Ｖ
ＣＯ(1) ４１に同期した出力信号を発生する。
【００５３】この際、加算器４７において、積分器４６
の出力に、光検出器４の出力における低周波信号ｆ1 の
２倍波の出力を２ｎｄＡＭＰ３１で増幅し、ピーク値検
出器３２でピーク値を検出した信号を加算することによ
って、ＰＬＬの閉ループの位相比較出力電圧が変化し、
ＶＣＯ(1) ４１の出力位相に対する、ＶＣＯ(2) ４２の
出力位相が変化する。従って同期検波器２６の２つの入
力の位相が変化する。
の出力に、光検出器４の出力における低周波信号ｆ1 の
２倍波の出力を２ｎｄＡＭＰ３１で増幅し、ピーク値検
出器３２でピーク値を検出した信号を加算することによ
って、ＰＬＬの閉ループの位相比較出力電圧が変化し、
ＶＣＯ(1) ４１の出力位相に対する、ＶＣＯ(2) ４２の
出力位相が変化する。従って同期検波器２６の２つの入
力の位相が変化する。
【００５４】一般に、同期検波器の特性として、２入力
Ａsin(ωt)，Ｂsin(ωt)の位相が一致しているときは、
出力は、Ａsin(ωt)×Ｂsin(ωt)＝ＡＢ／２・（１− c
os(2ωt)) となり、出力 (− cos(2ωt)) は積分器で除
去され、ＡＢ／２が積分器によって積分される。一方の
入力が変化して、Ｂsin(ωt+θ) になると、同期検波器
出力は、Ａsin(ωt)×Ｂsin(ωt+θ) ＝ＡＢ／２・（ c
os(2ωt+θ) − ( cosθ))となり、−ＡＢ／２・（ cos
θ) が積分器によって積分されるので、位相が一致して
いた場合と比較して、積分出力が変化する。
Ａsin(ωt)，Ｂsin(ωt)の位相が一致しているときは、
出力は、Ａsin(ωt)×Ｂsin(ωt)＝ＡＢ／２・（１− c
os(2ωt)) となり、出力 (− cos(2ωt)) は積分器で除
去され、ＡＢ／２が積分器によって積分される。一方の
入力が変化して、Ｂsin(ωt+θ) になると、同期検波器
出力は、Ａsin(ωt)×Ｂsin(ωt+θ) ＝ＡＢ／２・（ c
os(2ωt+θ) − ( cosθ))となり、−ＡＢ／２・（ cos
θ) が積分器によって積分されるので、位相が一致して
いた場合と比較して、積分出力が変化する。
【００５５】そこで、図５において、電気の制御系の出
力に基づく、ピーク値検出器３２からのピーク検出信号
に応じて、同期検波器２６の２入力の位相が変化するこ
とによって、ＬＤ１６に対する駆動電圧が変化し、ＬＤ
１６の発振波長が変化するので、光マイクロ波二重共鳴
信号が最大になるように、共鳴セル３の光ポンピング波
長を制御することができる。
力に基づく、ピーク値検出器３２からのピーク検出信号
に応じて、同期検波器２６の２入力の位相が変化するこ
とによって、ＬＤ１６に対する駆動電圧が変化し、ＬＤ
１６の発振波長が変化するので、光マイクロ波二重共鳴
信号が最大になるように、共鳴セル３の光ポンピング波
長を制御することができる。
【００５６】図７は、本発明の実施例(6) を示したもの
であって、１．５６μの発振波長を有するＬＤを使用し
て、１．５６μの光周波数標準と、ルビジウム原子発振
器からなる周波数標準とを構成する場合を示している。
図１の場合と同じものを同じ番号で示し、３７は発振波
長１．５６μのＬＤ、３８は半透鏡、３９は第２高調波
発生器（Second Harmonic Generator ：ＳＨＧ）であ
る。
であって、１．５６μの発振波長を有するＬＤを使用し
て、１．５６μの光周波数標準と、ルビジウム原子発振
器からなる周波数標準とを構成する場合を示している。
図１の場合と同じものを同じ番号で示し、３７は発振波
長１．５６μのＬＤ、３８は半透鏡、３９は第２高調波
発生器（Second Harmonic Generator ：ＳＨＧ）であ
る。
【００５７】ＬＤ３７は、１．５６μの光を発生し、発
生光は半透鏡３８で分岐されて、一方は出力光となる。
他方の分岐光は、ＳＨＧ３９を経て２逓倍されて０．７
８μの光を生じ、この光は、半透鏡１７と反射鏡１８と
で分岐されて、図１に示されたものと同様の電気の制御
系と、光の制御系とに供給される。
生光は半透鏡３８で分岐されて、一方は出力光となる。
他方の分岐光は、ＳＨＧ３９を経て２逓倍されて０．７
８μの光を生じ、この光は、半透鏡１７と反射鏡１８と
で分岐されて、図１に示されたものと同様の電気の制御
系と、光の制御系とに供給される。
【００５８】この場合、電気の制御系では、半透鏡１７
を透過した０．７８μの光によって、ＶＣＯ６の発振出
力に基づくマイクロ波の周波数と、共鳴セル３における
ルビジウム原子の遷移周波数とが一致するように制御が
行なわれ、光の制御系では、ＡＯＭ１９を通過した波長
をシフトされた光に対して、共鳴セル３における光ポン
ピング波長がルビジウム原子に基づく吸光最大の波長に
なるようにＬＤ３７の発振波長の制御が行なわれること
によって、高効率のルビジウム原子発振器を構成できる
ことは、図１に示された実施例(1) の場合と同様であ
る。
を透過した０．７８μの光によって、ＶＣＯ６の発振出
力に基づくマイクロ波の周波数と、共鳴セル３における
ルビジウム原子の遷移周波数とが一致するように制御が
行なわれ、光の制御系では、ＡＯＭ１９を通過した波長
をシフトされた光に対して、共鳴セル３における光ポン
ピング波長がルビジウム原子に基づく吸光最大の波長に
なるようにＬＤ３７の発振波長の制御が行なわれること
によって、高効率のルビジウム原子発振器を構成できる
ことは、図１に示された実施例(1) の場合と同様であ
る。
【００５９】１．５６μの光は、光ファイバを用いた通
信において多く使用されるものであり、本実施例によれ
ば、ルビジウム原子の吸収波長によって安定化された、
１．５６μの信号光用の光周波数標準出力と、ルビジウ
ム原子の遷移周波数によって安定化された、例えばクロ
ック信号用の周波数標準信号出力とを同時に得ることが
できる。なお、このような、１．５６μのＬＤとＳＨＧ
とを用いたルビジウム原子発振器の構成は、実施例(1)
の場合に限らず、他の実施例(2) 〜(5) に対しても適用
できるものであることはいうまでもない。
信において多く使用されるものであり、本実施例によれ
ば、ルビジウム原子の吸収波長によって安定化された、
１．５６μの信号光用の光周波数標準出力と、ルビジウ
ム原子の遷移周波数によって安定化された、例えばクロ
ック信号用の周波数標準信号出力とを同時に得ることが
できる。なお、このような、１．５６μのＬＤとＳＨＧ
とを用いたルビジウム原子発振器の構成は、実施例(1)
の場合に限らず、他の実施例(2) 〜(5) に対しても適用
できるものであることはいうまでもない。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｌ
Ｄ駆動型のルビジウム原子発振器において、１個のＬＤ
のみを用いて、周波数標準となるマイクロ波信号を最大
限に取り出すことができ、従って高効率のルビジウム原
子発振器を実現することが可能となる。
Ｄ駆動型のルビジウム原子発振器において、１個のＬＤ
のみを用いて、周波数標準となるマイクロ波信号を最大
限に取り出すことができ、従って高効率のルビジウム原
子発振器を実現することが可能となる。
【００６１】さらに、本発明によれば、ルビジウム原子
発振器において、周波数標準となるマイクロ波信号を取
り出すと同時に、光周波数標準となる安定した波長の光
を取り出すこともできる。
発振器において、周波数標準となるマイクロ波信号を取
り出すと同時に、光周波数標準となる安定した波長の光
を取り出すこともできる。
【図１】本発明の実施例(1) を示す図である。
【図２】本発明の実施例(2) を示す図である。
【図３】本発明の実施例(3) を示す図である。
【図４】本発明の実施例(4) を示す図である。
【図５】本発明の実施例(5) を示す図である。
【図６】実施例(5) におけるＰＬＬの構成例を示す図で
ある。
ある。
【図７】本発明の実施例(6) を示す図である。
【図８】従来のルビジウム原子発振器の構成例を示す図
である。
である。
【図９】ルビジウム原子発振器の動作原理を説明する図
である。
である。
２ 空洞共振器 ３ 共鳴セル ４ 光検出器 ６ ＶＣＯ １６ ＬＤ １９ ＡＯＭ ２２ 光検出器 ３３ 共鳴セル ３４ 共鳴セル ３６ ＰＬＬ ３７ ＬＤ ３９ ＳＨＧ ４１ ＶＣＯ ４２ ＶＣＯ
Claims (5)
- 【請求項１】 ＶＣＯの出力を第１の周波数で位相変調
した信号によって、ルビジウムガスを充填した共鳴セル
を収容した空洞共振器を励振し、０．７８μのＬＤの出
力光を分岐した一方の光を前記共鳴セルに入射したとき
の通過光を第１の光検出器によって電気信号に変換し、
該電気信号を前記第１の周波数で同期検波した出力によ
って前記ＶＣＯ出力の周波数を制御することによって、
該マイクロ波の周波数をルビジウム原子の遷移周波数に
制御するとともに、 前記ＬＤの出力光を分岐した他方の光をＡＯＭを通過さ
せて第２の周波数に応じて波長をシフトした光を前記共
鳴セルに入射したときの通過光を第２の光検出器によっ
て電気信号に変換し、該電気信号を第３の周波数で同期
検波した出力にバイアス電圧と該第３の周波数の信号を
加算した信号によって前記ＬＤへの電流を変化させて、
該ＬＤの発生光の波長を前記共鳴セルに充填したルビジ
ウムガスによる光の吸収が最大になる波長に制御するこ
とによって、前記周波数標準信号出力を最大にすること
を特徴とするルビジウム原子発振器。 - 【請求項２】 請求項１に記載のルビジウム原子発振器
において、前記第１の光検出器の出力における前記第１
の周波数の２倍波の信号を増幅してそのピーク値を検出
し、該ピーク値に応じて、前記第２の周波数を変化させ
ることによって、該ＬＤの発生光の波長を前記共鳴セル
に充填したルビジウムガスによる光の吸収が最大になる
波長に自動制御することを特徴とするルビジウム原子発
振器。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載のルビジウム原
子発振器において、前記ＬＤの出力光を分岐した一方の
光に対応して第１の共鳴セルを有するとともに、前記Ｌ
Ｄの出力光を分岐した他方の光をＡＯＭを通過させて第
２の周波数に応じて波長をシフトした光に対応して第２
の共鳴セルを有することを特徴とするルビジウム原子発
振器。 - 【請求項４】 ＶＣＯの発振出力から合成されたマイク
ロ波を第１の周波数で位相変調した信号によって、ルビ
ジウムガスを充填した共鳴セルを収容した空洞共振器を
励振し、０．７８μのＬＤの出力光を分岐した一方の光
を前記共鳴セルに入射したときの通過光を光検出器によ
って電気信号に変換し、該電気信号を前記第１の周波数
で同期検波した出力によって前記ＶＣＯの発振周波数を
制御することによって、該マイクロ波の周波数をルビジ
ウム原子の遷移周波数に制御して、周波数標準信号出力
を得るとともに、 第１のＶＣＯと該第１のＶＣＯに同期して同一の周波数
で動作する第２のＶＣＯとを備えたＰＬＬを設け、前記
光検出器の出力における第１の周波数の２倍波の信号の
ピーク値を検出した出力に応じて前記第１のＶＣＯの出
力と第２のＶＣＯの出力間の位相を変化させるととも
に、第２のＶＣＯの出力によって前記光検出器の出力を
同期検波した出力にバイアス電圧と第１のＶＣＯの出力
を加算した信号によって前記ＬＤを駆動して、該ＬＤの
発生光の波長を共鳴セルに充填したルビジウムガスによ
る光の吸収が最大になる波長に自動制御することを特徴
とするルビジウム原子発振器。 - 【請求項５】 請求項１から４までのうちのいずれかに
記載のルビジウム原子発振器において、前記０．７８μ
のＬＤに代えて１．５６μのＬＤと、該１．５６μのＬ
Ｄの発振周波数を２逓倍するＳＨＧとを備えて、該ＳＨ
Ｇから前記０．７８μの出力光を得るとともに、該１．
５６μのＬＤの発生光を光周波数標準として出力するこ
とを特徴とするルビジウム原子発振器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7142843A JPH08335876A (ja) | 1995-06-09 | 1995-06-09 | ルビジウム原子発振器 |
| GB9608330A GB2302173B (en) | 1995-06-09 | 1996-04-23 | Rubidium atomic oscillator |
| US08/638,471 US5751193A (en) | 1995-06-09 | 1996-04-26 | Rubidium atomic oscillator with laser diode wavelength adjustment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7142843A JPH08335876A (ja) | 1995-06-09 | 1995-06-09 | ルビジウム原子発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08335876A true JPH08335876A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15324913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7142843A Withdrawn JPH08335876A (ja) | 1995-06-09 | 1995-06-09 | ルビジウム原子発振器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5751193A (ja) |
| JP (1) | JPH08335876A (ja) |
| GB (1) | GB2302173B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010183323A (ja) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Epson Toyocom Corp | 原子発振器 |
| CN106848824A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 中国科学院国家授时中心 | 一种集成化激光系统及方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE29905219U1 (de) * | 1999-03-12 | 1999-06-17 | Francotyp Postalia Gmbh | Sicherheitsmodul mit Statussignalisierung |
| US6172570B1 (en) * | 1999-08-23 | 2001-01-09 | Datum, Inc. | Laser light quantum system |
| JP2005175221A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Fujitsu Ltd | 原子発振器の静磁場印加構造 |
| US8169335B2 (en) | 2008-03-24 | 2012-05-01 | Strata Proximity Systems, Llc | Electromagnetic field adjustment for proximity detection |
| JP5359314B2 (ja) * | 2009-01-27 | 2013-12-04 | 富士通株式会社 | 伝送装置 |
| JP5381400B2 (ja) * | 2009-02-06 | 2014-01-08 | セイコーエプソン株式会社 | 量子干渉装置、原子発振器、および磁気センサー |
| WO2011026252A1 (fr) | 2009-09-04 | 2011-03-10 | Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique S.A. | Dispositif pour horloge atomique |
| US8816783B2 (en) * | 2009-09-04 | 2014-08-26 | Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique S.A. | Device for an atomic clock |
| RU2452086C1 (ru) * | 2011-04-01 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Квантовый стандарт частоты на газовой ячейке |
| US10778201B1 (en) * | 2019-05-03 | 2020-09-15 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | System and method of creating periodic pulse sequences with defined absolute phase |
| CN110784217A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-02-11 | 浙江法拉第激光科技有限公司 | 基于微波-光频调制转移技术的铯微波原子钟及实现方法 |
| CN116107186B (zh) * | 2023-04-04 | 2023-09-01 | 成都量子时频科技有限公司 | 应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0783265B2 (ja) * | 1989-08-21 | 1995-09-06 | 新技術事業団 | レーザ励起ルビジウム原子発振器 |
| GB9308519D0 (en) * | 1993-04-24 | 1993-06-09 | Renishaw Transducer Syst | Frequency stabilised laser diode |
| US5606291A (en) * | 1995-11-06 | 1997-02-25 | Northrop Grumman Corporation | Miniature atomic frequency standard controlled by a digital processor |
-
1995
- 1995-06-09 JP JP7142843A patent/JPH08335876A/ja not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-04-23 GB GB9608330A patent/GB2302173B/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-26 US US08/638,471 patent/US5751193A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010183323A (ja) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Epson Toyocom Corp | 原子発振器 |
| CN106848824A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 中国科学院国家授时中心 | 一种集成化激光系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9608330D0 (en) | 1996-06-26 |
| GB2302173A (en) | 1997-01-08 |
| US5751193A (en) | 1998-05-12 |
| GB2302173B (en) | 1999-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3443534B2 (ja) | 原子周波数標準レーザパルス発振器 | |
| EP0411131B1 (en) | Wavelength stabilized source of light | |
| JPH08335876A (ja) | ルビジウム原子発振器 | |
| JP5640490B2 (ja) | 原子発振器 | |
| JPH1074999A (ja) | レーザパルス発振器 | |
| RU2408978C1 (ru) | Квантовый стандарт частоты на газовой ячейке с лазерной оптической накачкой | |
| JPH11317567A (ja) | レーザー光発生方法及びその装置 | |
| JP5045478B2 (ja) | 原子発振器 | |
| US5440207A (en) | Reference light source device using laser | |
| RU75807U1 (ru) | Квантовый стандарт частоты на газовой ячейке (варианты) | |
| JPH0748661B2 (ja) | ガスセル形原子発振器 | |
| JP5880807B2 (ja) | コヒーレント光源 | |
| WO2001026231A1 (en) | Apparatus for the generation of a reference frequency | |
| JP2007088538A (ja) | ルビジウム原子発振器 | |
| JPS5917902B2 (ja) | 原子発振器 | |
| JP3172776B2 (ja) | 原子発振器 | |
| JPS63189020A (ja) | 光周波数シフタを用いるレ−ザ励起型セシウム原子発振器 | |
| JPH06152406A (ja) | 位相同期型ルビジウム原子発振器 | |
| JP2567897B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP2555660B2 (ja) | 周波数標準器 | |
| JP2018101877A (ja) | 原子発振器および電子装置 | |
| JPH0258426A (ja) | 周波数標準器 | |
| JPH05327495A (ja) | 原子発振器 | |
| JP2995854B2 (ja) | 半導体レーザ発振器 | |
| JPH03291022A (ja) | 光ポンピング方式原子ビーム発振器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020903 |