JPH09205365A - 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
- JPH09205365A JPH09205365A JP8013186A JP1318696A JPH09205365A JP H09205365 A JPH09205365 A JP H09205365A JP 8013186 A JP8013186 A JP 8013186A JP 1318696 A JP1318696 A JP 1318696A JP H09205365 A JPH09205365 A JP H09205365A
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- JP
- Japan
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- rubidium
- temperature
- lamp
- photoelectric converter
- heater
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- Lasers (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ルビジウムランプの光量の安定化を図り、周波
数安定度の高いルビジウム原子発振器を提供することに
ある。 【解決手段】ガスセル８と、該ガスセル８内のルビジウ
ム原子のエネルギー状態を励起するルビジウムランプ７
と、ルビジウムランプ７から発せられた光のうちのガス
セル８を通過した光を光電変換する光電変換器１２とを
有し、ルビジウム原子の共鳴周波数を基準とする周波数
を発生するルビジウム原子発振器において、ルビジウム
ランプ７を加熱するヒータ９と、光電変換器１２の出力
電圧を入力とし、該出力電圧と予め設定された基準電圧
とを比較し、その差分に応じてヒータ９によるルビジウ
ムランプ７の加熱を制御する温度制御器１３とを有す
る。温度制御器１３は、基準電圧に比べて光電変換器１
２の出力電圧が低い場合はルビジウムランプ７の温度を
上げ、高い場合には温度を下げる。
数安定度の高いルビジウム原子発振器を提供することに
ある。 【解決手段】ガスセル８と、該ガスセル８内のルビジウ
ム原子のエネルギー状態を励起するルビジウムランプ７
と、ルビジウムランプ７から発せられた光のうちのガス
セル８を通過した光を光電変換する光電変換器１２とを
有し、ルビジウム原子の共鳴周波数を基準とする周波数
を発生するルビジウム原子発振器において、ルビジウム
ランプ７を加熱するヒータ９と、光電変換器１２の出力
電圧を入力とし、該出力電圧と予め設定された基準電圧
とを比較し、その差分に応じてヒータ９によるルビジウ
ムランプ７の加熱を制御する温度制御器１３とを有す
る。温度制御器１３は、基準電圧に比べて光電変換器１
２の出力電圧が低い場合はルビジウムランプ７の温度を
上げ、高い場合には温度を下げる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ポンピングを用
いたガスセル型ルビジウム原子発振器に関する。
いたガスセル型ルビジウム原子発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ルビジウム原子発振器は、ルビジウム
（Ｒｂ）原子の共鳴周波数を基準として１０-10 程度の
周波数安定度が容易に得られるため、通信装置や計測装
置における周波数標準として利用されている。
（Ｒｂ）原子の共鳴周波数を基準として１０-10 程度の
周波数安定度が容易に得られるため、通信装置や計測装
置における周波数標準として利用されている。
【０００３】従来のルビジウム発振器は、図２に示すよ
うに、光マイクロ波ユニット１、増幅器２、周波数制御
器３および温度制御器４より構成されている。
うに、光マイクロ波ユニット１、増幅器２、周波数制御
器３および温度制御器４より構成されている。
【０００４】光マイクロ波ユニット１は、ルビジウムガ
スが封入されたガスセル８を収容したキャビティ６とル
ビジウムランプ７を収容したランプ励振器５とが対向配
置された構成となっており、ガスセル８内のルビジウム
原子のエネルギー状態がルビジウムランプ７を用いた光
ポンピング法により励起されるようになっている。ラン
プ励振器５には、ルビジウムランプ７を加熱するための
ヒータ９およびルビジウムランプ７の温度を検出する温
度検出器１０が設けられている。キャビティ６内には、
太陽電池等の光電変換器１２およびダイオード１１が備
えられており、ルビジウムランプ７から発した光のうち
ガスセル８を通過した光が光電変換器１２にて電気信号
に変換される。ダイオード１１は入力された周波数に基
づいてマイクロ波を発生する。
スが封入されたガスセル８を収容したキャビティ６とル
ビジウムランプ７を収容したランプ励振器５とが対向配
置された構成となっており、ガスセル８内のルビジウム
原子のエネルギー状態がルビジウムランプ７を用いた光
ポンピング法により励起されるようになっている。ラン
プ励振器５には、ルビジウムランプ７を加熱するための
ヒータ９およびルビジウムランプ７の温度を検出する温
度検出器１０が設けられている。キャビティ６内には、
太陽電池等の光電変換器１２およびダイオード１１が備
えられており、ルビジウムランプ７から発した光のうち
ガスセル８を通過した光が光電変換器１２にて電気信号
に変換される。ダイオード１１は入力された周波数に基
づいてマイクロ波を発生する。
【０００５】温度制御器４は、温度検出器１０の出力を
基にヒータ９を制御し、ルビジウムランプ７の温度を一
定に保つ。増幅器２は、光電変換器１２にて光電変換さ
れた電気信号を入力とし、これを増幅する。周波数制御
器３は自内に発振器を有し、増幅器２の出力を基に公知
の二重共鳴による負帰還制御系でダイオード１１にて発
生したマイクロ波がルビジウム原子の遷移レベル間隔と
一致するようにそのダイオード１１の入力周波数を制御
する。
基にヒータ９を制御し、ルビジウムランプ７の温度を一
定に保つ。増幅器２は、光電変換器１２にて光電変換さ
れた電気信号を入力とし、これを増幅する。周波数制御
器３は自内に発振器を有し、増幅器２の出力を基に公知
の二重共鳴による負帰還制御系でダイオード１１にて発
生したマイクロ波がルビジウム原子の遷移レベル間隔と
一致するようにそのダイオード１１の入力周波数を制御
する。
【０００６】上記のように構成されたルビジウム発振器
では、ルビジウムランプ７からのポンピング光によって
ガスセル８内に封入されたルビジウム原子のエネルギー
状態が励起される。ルビジウムランプ７からのポンピン
グ光のうちルビジウム原子に吸収されなかった光は、ガ
スセル８を通過して光電変換器１２にて光電変換され
る。キャビティ６内にはダイオード１１から発せられた
マイクロ波が定在しており、このマイクロ波の周波数が
ルビジウム原子の遷移レベル間隔と一致すると、励起さ
れたルビジウム原子が誘導放出を起こし、その結果基底
レベルの原子数が増えてポンピング光の吸収量が増え、
光電変換器１２の出力値が低下する。光電変換器１２の
出力を基に、周波数制御器３がポンピング光の吸収量が
最大となるようにダイオード１１の入力周波数を制御す
る。このような二重共鳴による負帰還制御により、ルビ
ジウム源子の共鳴周波数を基準とする周波数を得られ
る。
では、ルビジウムランプ７からのポンピング光によって
ガスセル８内に封入されたルビジウム原子のエネルギー
状態が励起される。ルビジウムランプ７からのポンピン
グ光のうちルビジウム原子に吸収されなかった光は、ガ
スセル８を通過して光電変換器１２にて光電変換され
る。キャビティ６内にはダイオード１１から発せられた
マイクロ波が定在しており、このマイクロ波の周波数が
ルビジウム原子の遷移レベル間隔と一致すると、励起さ
れたルビジウム原子が誘導放出を起こし、その結果基底
レベルの原子数が増えてポンピング光の吸収量が増え、
光電変換器１２の出力値が低下する。光電変換器１２の
出力を基に、周波数制御器３がポンピング光の吸収量が
最大となるようにダイオード１１の入力周波数を制御す
る。このような二重共鳴による負帰還制御により、ルビ
ジウム源子の共鳴周波数を基準とする周波数を得られ
る。
【０００７】周囲温度等の変化によりルビジウムランプ
７の温度が変化した場合には、その温度変化が温度検出
器１０にて検出される。温度検出器１０では、ルビジウ
ムランプ７の温度変化が電圧Ｖ1 として出力される。温
度制御器４では、温度検出器１０からの電圧Ｖ1 に応じ
てヒータ７の制御を行う。これにより、ルビジウムラン
プ７の温度が一定に保たれ、ルビジウム原子発振器の周
波数温度特性を補償している。
７の温度が変化した場合には、その温度変化が温度検出
器１０にて検出される。温度検出器１０では、ルビジウ
ムランプ７の温度変化が電圧Ｖ1 として出力される。温
度制御器４では、温度検出器１０からの電圧Ｖ1 に応じ
てヒータ７の制御を行う。これにより、ルビジウムラン
プ７の温度が一定に保たれ、ルビジウム原子発振器の周
波数温度特性を補償している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ルビジウム原子発振器
は、通信装置や計測装置における周波数標準として利用
されることから、より周波数の安定度の高いものが望ま
れる。ルビジウムランプの光量は温度変化に対して図３
に示すような特性を持つことから、従来のルビジウム原
子発振器では、ルビジウムランプの温度変化を温度検出
器で直接検出し、その検出結果を基にルビジウムランプ
の温度を一定に保つように制御することにより、周波数
安定度の高い発振器を実現している。しかしながら、こ
のような構成においても、周囲温度の変化によりルビジ
ウムランプにまだ若干の温度変化が生じ、ルビジウムラ
ンプの光量が変化する。このルビジウムランプの光量の
変化は光電変換器にて検出される光吸収レベルに反映さ
れるため、より安定な周波数を得るためにはそのルビジ
ウムランプの光量変化を取り除く必要があった。
は、通信装置や計測装置における周波数標準として利用
されることから、より周波数の安定度の高いものが望ま
れる。ルビジウムランプの光量は温度変化に対して図３
に示すような特性を持つことから、従来のルビジウム原
子発振器では、ルビジウムランプの温度変化を温度検出
器で直接検出し、その検出結果を基にルビジウムランプ
の温度を一定に保つように制御することにより、周波数
安定度の高い発振器を実現している。しかしながら、こ
のような構成においても、周囲温度の変化によりルビジ
ウムランプにまだ若干の温度変化が生じ、ルビジウムラ
ンプの光量が変化する。このルビジウムランプの光量の
変化は光電変換器にて検出される光吸収レベルに反映さ
れるため、より安定な周波数を得るためにはそのルビジ
ウムランプの光量変化を取り除く必要があった。
【０００９】本発明の目的は、ルビジウムランプの光量
の安定化を図り、周波数安定度の高いルビジウム原子発
振器を提供することにある。
の安定化を図り、周波数安定度の高いルビジウム原子発
振器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はルビジウムガスセルと、該ガスセル内のル
ビジウム原子のエネルギー状態を励起するルビジウムラ
ンプとを有し、ルビジウム原子の共鳴周波数を基準とす
る周波数を発生するルビジウム原子発振器において、前
記ルビジウムランプから発せられた光を光電変換する光
電変換器と、前記ルビジウムランプを加熱する加熱手段
と、前記光電変換器の出力電圧を入力とし、該出力電圧
と予め設定された基準電圧とを比較し、その差分に応じ
て前記ヒータによるルビジウムランプの加熱を制御する
温度制御手段と、を有することを特徴とする。
め、本発明はルビジウムガスセルと、該ガスセル内のル
ビジウム原子のエネルギー状態を励起するルビジウムラ
ンプとを有し、ルビジウム原子の共鳴周波数を基準とす
る周波数を発生するルビジウム原子発振器において、前
記ルビジウムランプから発せられた光を光電変換する光
電変換器と、前記ルビジウムランプを加熱する加熱手段
と、前記光電変換器の出力電圧を入力とし、該出力電圧
と予め設定された基準電圧とを比較し、その差分に応じ
て前記ヒータによるルビジウムランプの加熱を制御する
温度制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】この場合、前記光電変換器が、前記ルビジ
ウムランプから発せられた光のうちの前記ルビジウムガ
スセルを通過した光を光電変換するものであってもよ
い。
ウムランプから発せられた光のうちの前記ルビジウムガ
スセルを通過した光を光電変換するものであってもよ
い。
【００１２】また、いずれのルビジウム原子発振器にお
いても、前記温度制御手段は、前記ルビジウムランプが
所定温度のときの前記光電変換器の出力電圧を前記基準
電圧とし、該基準電圧に比べて前記光電変換器の出力電
圧が低い場合はルビジウムランプの温度を上げ、高い場
合にはルビジウムランプの温度を下げるように構成する
ことにより実現することができる。
いても、前記温度制御手段は、前記ルビジウムランプが
所定温度のときの前記光電変換器の出力電圧を前記基準
電圧とし、該基準電圧に比べて前記光電変換器の出力電
圧が低い場合はルビジウムランプの温度を上げ、高い場
合にはルビジウムランプの温度を下げるように構成する
ことにより実現することができる。
【００１３】＜作用＞上記のように構成される本発明で
は、光電変換器の出力電圧が基準電圧となるようにルビ
ジウムランプの温度が制御されるので、ルビジウムラン
プの光量を一定にすることができ、従来のように周囲温
度の変化によりルビジウムランプの光量が変化すること
はない。
は、光電変換器の出力電圧が基準電圧となるようにルビ
ジウムランプの温度が制御されるので、ルビジウムラン
プの光量を一定にすることができ、従来のように周囲温
度の変化によりルビジウムランプの光量が変化すること
はない。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【００１５】図１は、本発明の一実施例のルビジウム原
子発振器の概略構成を示すブロック図である。同図にお
いて、ルビジウム原子発振器は前述の図２に示したもの
と温度制御系が異なる以外は同じ構成のもとなってい
る。図中、同じ構成部には同じ符号を付している。
子発振器の概略構成を示すブロック図である。同図にお
いて、ルビジウム原子発振器は前述の図２に示したもの
と温度制御系が異なる以外は同じ構成のもとなってい
る。図中、同じ構成部には同じ符号を付している。
【００１６】本実施例では、増幅器２の出力が分岐され
て温度制御器１３に入力されている。温度制御器１３
は、予め設定された基準電圧と入力電圧（増幅器２の出
力電圧）とを比較し、その差分を制御電圧としてヒータ
９を制御するように構成されている。ここでは、温度制
御器１３に予め設定される基準電圧は、ルビジウムラン
プ７が所定温度のときの光電変換器１２の出力電圧とさ
れている。
て温度制御器１３に入力されている。温度制御器１３
は、予め設定された基準電圧と入力電圧（増幅器２の出
力電圧）とを比較し、その差分を制御電圧としてヒータ
９を制御するように構成されている。ここでは、温度制
御器１３に予め設定される基準電圧は、ルビジウムラン
プ７が所定温度のときの光電変換器１２の出力電圧とさ
れている。
【００１７】上記構成のルビジウム原子発振器では、光
電変換器１２の出力は増幅器２を介して周波数制御器３
および温度制御器１３に入力される。周波数制御器３で
は、周知の二重共鳴による負帰還制御、すなわち光電変
換器１２の出力電圧を基にガスセル８内におけるルビジ
ウム原子の二重共鳴による誘導遷移が最大となるように
制御し、ルビジウム原子の共鳴周波数を基準とする周波
数を発生する。温度制御器１３では、光電変換器１２の
出力電圧に基づく以下のような温度制御が行われる。
電変換器１２の出力は増幅器２を介して周波数制御器３
および温度制御器１３に入力される。周波数制御器３で
は、周知の二重共鳴による負帰還制御、すなわち光電変
換器１２の出力電圧を基にガスセル８内におけるルビジ
ウム原子の二重共鳴による誘導遷移が最大となるように
制御し、ルビジウム原子の共鳴周波数を基準とする周波
数を発生する。温度制御器１３では、光電変換器１２の
出力電圧に基づく以下のような温度制御が行われる。
【００１８】図３に示したようにルビジウムランプ７の
光量は温度変化により変化することから、光電変換器１
２の出力にはその光量変化が反映される。ルビジウムラ
ンプ７の温度が低下した場合は、光電変換器１２の出力
が低下し、増幅器２の出力が低下する。すると、温度制
御器１３では、基準電圧と入力電圧との間に差分（−Δ
Ｖ）が生じ、この差分を基にヒータ９への電流が制御さ
れる。差分（−ΔＶ）を基にヒータ９への電流が制御さ
れると、ヒータ９の温度が上昇してランプ励振器５内の
ルビジウムランプ７の温度が上昇する。
光量は温度変化により変化することから、光電変換器１
２の出力にはその光量変化が反映される。ルビジウムラ
ンプ７の温度が低下した場合は、光電変換器１２の出力
が低下し、増幅器２の出力が低下する。すると、温度制
御器１３では、基準電圧と入力電圧との間に差分（−Δ
Ｖ）が生じ、この差分を基にヒータ９への電流が制御さ
れる。差分（−ΔＶ）を基にヒータ９への電流が制御さ
れると、ヒータ９の温度が上昇してランプ励振器５内の
ルビジウムランプ７の温度が上昇する。
【００１９】反対に、ルビジウムランプ７の温度が上昇
した場合は、増幅器２の出力が大きくなって、温度制御
器１３では、基準電圧と入力電圧との間に差分（＋Δ
Ｖ）が生じる。この差分（＋ΔＶ）を基にヒータ９への
電流が制御されると、ヒータ９の温度が低下してランプ
励振器５内のルビジウムランプ７の温度が低下する。
した場合は、増幅器２の出力が大きくなって、温度制御
器１３では、基準電圧と入力電圧との間に差分（＋Δ
Ｖ）が生じる。この差分（＋ΔＶ）を基にヒータ９への
電流が制御されると、ヒータ９の温度が低下してランプ
励振器５内のルビジウムランプ７の温度が低下する。
【００２０】以上のように、本実施例のルビジウム原子
発振器では、増幅器２の出力の変化、すなわちルビジウ
ムランプ７の光量の変化を検出し、光量の変化に応じて
ヒータ９が制御されるので、ルビジウムランプ７の光量
を一定にすることができ、光吸収レベルを安定なものと
することができる。
発振器では、増幅器２の出力の変化、すなわちルビジウ
ムランプ７の光量の変化を検出し、光量の変化に応じて
ヒータ９が制御されるので、ルビジウムランプ７の光量
を一定にすることができ、光吸収レベルを安定なものと
することができる。
【００２１】なお、以上説明した実施例では、光電変換
器１２の出力を基にルビジウムランプ７の温度制御が行
われているが、光電変換器１２とは別に太陽電池等の光
電変換器を所定位置に設けて、その出力を基にルビジウ
ムランプ７の温度制御を行うようにしてもよい。
器１２の出力を基にルビジウムランプ７の温度制御が行
われているが、光電変換器１２とは別に太陽電池等の光
電変換器を所定位置に設けて、その出力を基にルビジウ
ムランプ７の温度制御を行うようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上のように構成された本発明によれ
ば、ルビジウムランプの光量を一定にすることができる
ので、ガスセル内のルビジウム原子による光吸収量を検
出した光吸収レベルが安定になり、周波数安定度が向上
するという効果がある。
ば、ルビジウムランプの光量を一定にすることができる
ので、ガスセル内のルビジウム原子による光吸収量を検
出した光吸収レベルが安定になり、周波数安定度が向上
するという効果がある。
【図１】本発明の一実施例のルビジウム原子発振器の概
略構成を示すブロック図である。
略構成を示すブロック図である。
【図２】従来のルビジウム原子発振器の概略構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図３】ルビジウムランプの温度特性を示すグラフであ
る。
る。
【符号の説明】 １ 光マイクロ波ユニット ２ 増幅器 ３ 周波数制御器 ４，１３ 温度制御器 ５ ランプ励振器 ６ キャビティ ７ ルビジウムランプ ８ ガスセル ９ ヒータ １０ 温度検出器 １１ ダイオード １２ 光電変換器
Claims (3)
- 【請求項１】 ルビジウムガスセルと、該ガスセル内の
ルビジウム原子のエネルギー状態を励起するルビジウム
ランプとを有し、ルビジウム原子の共鳴周波数を基準と
する周波数を発生するルビジウム原子発振器において、 前記ルビジウムランプから発せられた光を光電変換する
光電変換器と、 前記ルビジウムランプを加熱する加熱手段と、 前記光電変換器の出力電圧を入力とし、該出力電圧と予
め設定された基準電圧とを比較し、その差分に応じて前
記ヒータによるルビジウムランプの加熱を制御する温度
制御手段と、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、 前記光電変換器が、前記ルビジウムランプから発せられ
た光のうちの前記ルビジウムガスセルを通過した光を光
電変換するものであるルビジウム原子発振器。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のルビジ
ウム原子発振器において、 前記温度制御手段は、前記ルビジウムランプが所定温度
のときの前記光電変換器の出力電圧を前記基準電圧と
し、該基準電圧に比べて前記光電変換器の出力電圧が低
い場合はルビジウムランプの温度を上げ、高い場合には
ルビジウムランプの温度を下げることを特徴とするルビ
ジウム原子発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8013186A JPH09205365A (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | ルビジウム原子発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8013186A JPH09205365A (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | ルビジウム原子発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09205365A true JPH09205365A (ja) | 1997-08-05 |
Family
ID=11826156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8013186A Pending JPH09205365A (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | ルビジウム原子発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09205365A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007336136A (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Epson Toyocom Corp | 原子発振器、受動形原子発振器、原子発振器の温度制御方法及び受動形原子発振器の温度制御方法 |
-
1996
- 1996-01-29 JP JP8013186A patent/JPH09205365A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007336136A (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Epson Toyocom Corp | 原子発振器、受動形原子発振器、原子発振器の温度制御方法及び受動形原子発振器の温度制御方法 |
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