JPH11103117A - 光吸収セルの収納構造 - Google Patents

光吸収セルの収納構造

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JPH11103117A
JPH11103117A JP26304797A JP26304797A JPH11103117A JP H11103117 A JPH11103117 A JP H11103117A JP 26304797 A JP26304797 A JP 26304797A JP 26304797 A JP26304797 A JP 26304797A JP H11103117 A JPH11103117 A JP H11103117A
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JP
Japan
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light
heat
absorbing cell
temperature
cell
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JP26304797A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Motohashi
浩明 本橋
Yasuhito Kosugi
泰仁 小杉
Nobuhiro Tomosada
伸浩 友定
Toshio Adachi
俊雄 足立
Kiyoaki Koyama
清明 小山
Tetsuji Tamura
哲司 田村
Akira Oya
彰 大矢
Hideto Iwaoka
秀人 岩岡
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 側板への金属の析出を防止した光吸収セルの
収納構造を提供する。 【解決手段】 筒体の両端が側板により密閉された光吸
収セルを所定の温度に制御して特定の光の周波数を安定
化させるための光吸収セルの収納構造において、前記光
吸収セルは側板側が筒体の中央付近より先に昇温され、
降温時においては前記中央付近が側板側より先に降温さ
れる様に構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源の出力光の
周波数揺らぎを、光吸収セルに封入したガスの固有な吸
収ピークにより検出し、この検出した信号を帰還回路を
介してレーザ光源にフィードバックすることにより、光
の周波数揺らぎを抑制する為に用いられる光吸収セルの
収納構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は光吸収セルを周波数安定化光源の
部品として組み込んだ収納構造の一例を示す構成図であ
る。図において,50はレーザ光源、51a,51bは
光アイソレータ、52a,52bはハーフミラー、54
a,54bはフォトダイオード、1は光吸収セルであ
る。
【0003】図5は光吸収セル1の斜視図を示すもの
で、光吸収セル1は筒体1aとこの筒体を密封する両側
板1b,1bから構成されている。1cは筒体1aの中
央付近に設けられた突起状のガス封入口である。これら
の部品は図3に示す様に配置され、磁気シールド機能を
有するケース56に収納されている。57はケースの側
面に固定されたペルチェ素子、58はヒートシンク、5
9は光吸収セルの温度を測定する測温手段である。
【0004】上記の構成において、レーザ光源50から
出射したレーザ光は、光アイソレータ51a、ハーフミ
ラー52a、光アイソレータ51b、ハーフミラー52
bを通って光吸収セル1に入射する。光吸収セル1は、
この中に封入される物質(例えばルビジウム(Rb)、
セシウム(Cs)、アセチレン(C22)等)によって
決定される特定周波数で吸収ピークを有しており、この
吸収ピークが光周波数を安定化するための光周波数基準
として用いられる。ここで、フォトダイオードは出力光
の強度を監視し、光吸収セル1の温度は測温手段59を
介してペルチェ素子57の間で帰還回路を構成してい
る。なお、レーザ50はケース56の温度制御とは別の
手段により温度制御されている。
【0005】図6は光吸収セル1の温度特性と最適制御
の関係を示すもので、図6aは縦軸を吸収率、横軸を光
波長とした場合の光吸収セルの吸収曲線、図6bは縦軸
を吸収率、温度とした場合の吸収率の温度特性、図6c
は縦軸を吸収波長のズレ、横軸を温度とした場合の吸収
波長の温度特性である。図において、T0以上で,T1
傍に温度制御することにより吸収率および吸収波長の両
者を安定させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
光吸収セルの収納構造は、ケース全体での温度制御を行
っているため、温度の制御性を高める事が難しく、加
熱、冷却のための消費電力も大きいという問題があっ
た。また、光吸収セルは周囲温度の変化又は制御温度の
変化に伴い、光吸収セルの内壁および充填ガスの温度が
変化したとき、温度、圧力に関連してガス圧が飽和蒸気
圧に達すると金属が固化し、光吸収セル内に付着する。
そのとき、光吸収セルの側板(透光部)に固化析出した
場合、光の透過率を低下させるという問題があった。
【0007】側板への付着を防止するためには、使用温
度(圧力)の範囲で飽和しない充填圧で充填を行えば良
いが、そのためにはガス圧を十分低くしなければならな
い。しかしながら、ガス圧を下げるとガス分子量が少な
くなってガスの吸収量も低下する。これをさけ、十分な
吸収量を得るためにはセル長(光路長)を長くすれば良
いが装置が大型化するという問題がある。
【0008】側板への付着を防止する他の方法として、
側板部分と筒体の部分の夫々に温度制御機構を設け、側
板の温度を筒体部分の温度に対して相対的に高い温度に
して、側板以外の部分に選択的に金属を析出付着させて
側板への付着を防止する方法が考えられる。しかし、こ
の様な方法では構成が複雑になるという問題がある。
【0009】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので,光吸収セルの収納構造を工夫する
ことにより、側板への金属の析出を防止した光吸収セル
の収納構造を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
本発明の構成は,筒体の両端が側板により密閉された光
吸収セルを所定の温度に制御して特定の光の周波数を安
定化させるための光吸収セルの収納構造において、前記
光吸収セルは側板側が筒体の中央付近より先に昇温さ
れ、降温時においては前記中央付近が側板側より先に降
温される様に構成したことを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】図1,図2,図3は本発明による
実施の形態の一例を示す図で、図1は斜視図、図2は断
面図、図3は分解斜視図である。これらの図において、
1は光吸収セル、2は厚さ0.5〜1mm程度の熱伝導
性の良い弾性体(例えばシリコーンシート)であり、光
吸収セルのガス封入口1cの突起部分を含む外周を帯状
に避けて筒体1aに巻き付けられている。
【0012】3a,3bは矩形状のブロックの中央付近
に貫通孔が形成された熱の良導体(例えばCu)からな
るハウジングであり、その貫通孔の一端にはねじ3
1,3b1が設けられている。このハウジング3の貫通
孔にはシリコンシート2が巻かれた光吸収セル1が封入
口1c近傍まで挿入される。
【0013】4a,4bは光吸収セル1の側面に配置さ
れた熱伝導性の良い弾性体(例えば厚さ5mm程度のシ
リコーンシート)であり、このシリコーンシート(熱の
良導体)は緩衝材として機能する。5a,5bは押えね
じで、ハウジング3a,3bに形成されたねじと螺合す
ることにより緩衝材4a,4bを押圧する。また、緩衝
材(シリコーンシート)4a,4b及び押えねじ5a,
5bの中央部には光が通過する貫通孔が形成されてい
る。
【0014】6a,6bは断熱材(プラスチック)から
なる窓板取付板で、ハウジング3a,3bの角部の4カ
所に形成されたねじ孔にねじ7より固定される。この窓
板取付板の中央部には透明部材(ガラス)窓板16a,
16bが取付られている。
【0015】8a,8bは断面がコ字状に形成された断
熱材(プラスチック樹脂)からなる連結部材であり、内
壁がハウジング3a,3bの一辺の寸法より僅かに大き
く形成されている。そして、この連結部材の解放端の近
くには孔9が形成されておりハウジング3a,3bに形
成されたねじ孔にねじ(図示省略)をねじ込むことによ
りハウジング3a,3bを連結するようになっている。
【0016】なお、図の下部に位置するハウジング8b
の底部には段差が形成されている。10は例えば平板状
に形成された加熱手段としてのヒータ、若しくはペルチ
ェ素子であり、ハウジングの下部に係止部材11により
係止される。そして、加熱手段10の長手の寸法はハウ
ジング3a,3bが連結部材8a,8bにより連結され
た状態の長手方向の長さと略同様とされ、幅は連結部材
8bの段差を形成する長尺部分a(図3参照)より僅か
に小さく形成されている。12は断熱材(プラスチック
樹脂)からなるベース板であり、図3に示す12a,1
2bの一対の孔はハウジング3a,3b取付け用、12
cの一対の孔は連結部材8b取付け用の孔である。
【0017】ここで、ベース板12と窓板取付板6a,
6bの下部、連結部材8bおよび加熱部材10の関係は
図2に示すように加熱手段10の一方の面がハウジング
3a,3bの下部に密着し、他方の面は解放された状態
になっている。13はケース14とハウジング3a,3
bの上部および両側面の6カ所に密着して配置された断
熱部材(例えばメラミンスボンジ)からなる保温シート
である。なお、ケース14は磁気シールドとして機能す
る例えばパーマロイにより形成されている。15はハウ
ジング3bに形成された貫通孔3b2から挿入され、光
吸収セル1の筒部に密着して配置された温度センサであ
る。
【0018】上記の構成によれば、光吸収セル1は筒体
の外周および側面がシリコンシート2および緩衝部材で
覆われている。そのため、光吸収セルの寸法誤差の影響
を受けず、各部材の熱膨張差や衝撃を吸収し、熱の良導
体でもあるのでヒータ10の熱を光吸収セル1に伝導す
る。ここで、光吸収セルの筒体1aの中央付近の下部は
ヒータ10とは非接触となっている。
【0019】また、光吸収セル1は保温シート13によ
り上部及び側面が覆われ、ヒータとベース板12の間は
空気層があるので、ヒータの熱は光吸収セル1には良く
伝達するが外部には漏れにくい構造に形成されている。
その結果、ヒータ電力が少なくてすみ、省電力化、小型
化に寄与している。
【0020】上記の構成において、ヒータ10に通電す
るとヒータの熱は熱の良導体であるハウジング3a,3
b→押えねじ5a,5b→シリコンシート4a,4bと
伝導し光吸収セルの側板1を加熱する。その場合、光吸
収セルの筒体1a部分もシリコンシート2を介して加熱
されるが、ヒータ10と非接触の筒体1aの中央付近は
他の部分に比較して昇温が遅れることとなり、また、ヒ
ータの通電を切った場合にははじめに降温する。
【0021】なお、光吸収セル1の一般的な使用温度は
封入ガスや選択する周波数にもよるが、室温(例えば2
0〜25度)程度である。そして、室温付近で過飽和状
態にある場合は封入ガスが任意の箇所に析出している
が、使用に先立って使用温度より少し高めの温度にヒー
タで加熱し、ヒータの通電を断にすると、はじめに降温
する筒体の中央付近にガスが析出する。また、ヒータと
してペルチェ素子を使用すると温度制御のスピード化を
はかることができる。
【0022】なお、設定温度においては、光吸収セル全
体の温度分布が均一であることが本来は望ましい。しか
し析出防止と両立させるためには、ヒータや温度センサ
を複数個設置して、ゾーン制御することになる。その場
合伝導材の寸法が大きくなったり、部品点数も増加する
ので、装置の小型化やコストの面でも不利となる。
【0023】なお、析出金属は、一度析出した部分に再
度析出し易い性質があるので、これを利用して光の透過
に影響のない部分に析出させる様にしている。図1にお
いて、レーザ光は矢印AからB方向に出射する。その場
合、実施例では窓板取付板6aには窓板16aが取付け
られ、この前段に図示しない集光レンズを配置してレー
ザビームを絞って入射するが、窓板16aの代わりに集
光レンズを取付れば部品点数を削減することができる。
【0024】
【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明した様
に本発明では、筒体の両端が側板により密閉された光吸
収セルを所定の温度に制御して特定の光の周波数を安定
化させるための光吸収セルの収納構造において、前記光
吸収セルは側板側が筒体の中央付近より先に昇温され、
降温時においては前記中央付近が側板側より先に降温さ
れる様に構成した。その結果、側板以外の部分に封入金
属の析出を行わせることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す光吸収セルの
収納構造の斜視図である。
【図2】図1の断面図である。
【図3】図1の分解斜視図である。
【図4】従来の光吸収セルの収納構造を示す図である。
【図5】光吸収セルの外観を示す斜視図である。
【図6】光吸収セルの温度特性と最適制御の関係を示す
図である。
【符号の説明】
1 光吸収セル 2 シリコーンシート 3 ハウジング 4 緩衝部材(シリコーンシート) 5 押えねじ 6 窓板取付板 7 ねじ 8 連結部材 10 加熱手段 12 ベース板 13 保温シート 14 ケース 15 温度センサ 16 窓板(ガラス)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 俊雄 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 小山 清明 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 田村 哲司 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 大矢 彰 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 岩岡 秀人 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】筒体の両端が側板により密閉された光吸収
    セルを所定の温度に制御して特定の光の周波数を安定化
    させるための光吸収セルの収納構造において、前記光吸
    収セルは側板側が筒体の中央付近より先に昇温され、降
    温時においては前記中央付近が側板側より先に降温され
    る様に構成したことを特徴とする光吸収セルの収納構
    造。
  2. 【請求項2】加熱手段の一方の面を熱の良導体に接触さ
    せ、他方の面をベース板に対して非接触としたことを特
    徴とする請求項1記載の光吸収セルの収納構造。
  3. 【請求項3】加熱手段からの熱が光吸収セルの側板側に
    配置した熱の良導体に伝達する様に構成したことを特徴
    とする請求項1記載の光吸収セルの収納構造。
  4. 【請求項4】光吸収セルを覆う熱の良導体を断熱部材で
    覆ったことを特徴とする請求項1記載の光吸収セルの収
    納構造。
  5. 【請求項5】前記側板の一方に設けられた窓板取付板に
    集光レンズを設けたことを特徴とする請求項1記載の光
    吸収セルの収納構造。
  6. 【請求項6】温度を制御する手段としてヒータを用いた
    ことを特徴とする請求項1記載の光吸収セルの収納構
    造。
  7. 【請求項7】温度を制御する手段としてペルチェ素子を
    用いたことを特徴とする請求項1記載の光吸収セルの収
    納構造。
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Cited By (7)

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