JPH11284509A - 原子発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子発振器の長期的な周波数安定度を改善す
る。 【解決手段】 電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１は、
周波数制御部４より供給される制御電圧に応じた周波数
の信号を発生し、周波数合成逓倍部２に供給する。周波
数合成逓倍部２は、ＶＣＸＯ１より供給された信号か
ら、原子共鳴部３の共鳴周波数に一致する周波数のマイ
クロ波を発生し、原子共鳴部３に供給する。補償電圧発
生部５は、温度検出器６により検出された周囲の温度に
基づいて、周波数制御部４より供給される、原子共鳴部
３の共鳴信号の２倍波成分から、周囲の温度による変動
量を差し引くことにより、２倍波成分の経時的な変動量
を求め、原子共鳴部３の共鳴周波数の経時的な変動を補
償するための補償電圧を発生し、原子共鳴部３に供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子発振器に関
し、特に、長期的な周波数安定度を高めた原子発振器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】原子発振器は、その使用目的から高精度
な長期周波数安定度が必要とされ、また、そのような長
期周波数安定度の優れた原子発振器が求められている。
例えば、ルビジウム原子発振器は、電圧制御水晶発振器
の発振周波数をルビジウム原子の遷移周波数に同期させ
て、安定した標準周波数を得る発振器である。この同期
には、マイクロ波によるルビジウムガスセルにおけるル
ビジウムランプのポンピング光の吸収特性が用いられ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ル
ビジウム原子発振器には、周囲温度の変化によりその発
振周波数が変動する課題があった。また、経時的に、発
振周波数が変動してしまう課題があった。

【０００４】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、従来品より高安定な原子発振器を提供す
ることができるようにするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の原子発
振器は、標準周波数を出力するための電圧制御水晶発振
器と、電圧制御水晶発振器の出力信号を変調し、逓倍合
成したマイクロ波を出力する周波数合成逓倍部と、周波
数合成逓倍部からのマイクロ波の周波数に共鳴し、共鳴
信号を出力する原子共鳴部と、原子共鳴部から出力され
る共鳴信号に応じた制御電圧を電圧制御水晶発振器に供
給するとともに、共鳴信号の２倍波成分を検出する周波
数制御部とからなる原子発振器であって、周囲の温度を
検出する温度検出手段と、温度検出手段によって検出さ
れた周囲の温度に基づいて、周波数制御部より供給され
る２倍波成分から、周囲の温度による変動量を差し引く
ことにより、２倍波成分の経時的な変動量を求め、原子
共鳴部の共鳴周波数の経時的な変動を補償するための補
償電圧を発生し、原子共鳴部に供給する補償電圧発生手
段とを備えることを特徴とする。また、補償電圧発生手
段は、周囲の温度変化と２倍波成分の温度変化による変
動量との間の相関関係を記憶し、相関関係に基づいて、
温度検出手段によって検出された温度変化に応じて、２
倍波成分の温度変化による変動成分を除去するようにす
ることができる。また、補償電圧発生手段は、原子共鳴
部の共鳴周波数の経時的な変動量と２倍波成分の周波数
の経時的な変動量との間の相関関係を記憶し、相関関係
に基づいて、２倍波成分の経時的な変動量から原子共鳴
部の共鳴周波数を補償する補償電圧を発生し、原子共鳴
部に供給するようにすることができる。また、原子共鳴
部は、ルビジウム原子より構成されるようにすることが
できる。また、原子共鳴部は、補償電圧発生手段より供
給される補償電圧に応じて、共鳴周波数を変化させるよ
うにすることができる。また、周波数制御部は、周波数
合成逓倍部より原子共鳴部に供給されるマイクロ波の周
波数に原子共鳴部の共鳴周波数がロックしたとき、原子
共鳴の大きさに比例したレベルの２倍波成分を検出し、
補償電圧発生手段に供給するようにすることができる。
本発明に係る原子発振器においては、温度検出手段によ
って検出された周囲の温度に基づいて、周波数制御部よ
り供給される２倍波成分から、周囲の温度による変動量
を差し引くことにより、２倍波成分の経時的な変動量を
求め、原子共鳴部の共鳴周波数の経時的な変動を補償す
るための補償電圧を発生し、原子共鳴部に供給する。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の原子発振器を応
用したルビジウム（Ｒｂ）原子発振器の一実施の形態の
構成例を示すブロック図である。以下、図１を参照し
て、その構成及び動作について説明する。

【０００７】同図に示すように、ルビジウム原子発振器
は、ルビジウム原子発振器の周辺温度を検出することが
できる温度検出器６と、外部からの制御電圧で原子共鳴
周波数を変化させることができる原子共鳴部３と、原子
共鳴部３からの共鳴信号を受けて、制御電圧と共鳴信号
の２倍波成分を出力する周波数制御部４と、周波数制御
部４からの制御電圧により、出力周波数を変化させるこ
とができる電圧制御水晶発振器（以下、ＶＣＸＯと称
す）１と、ＶＣＸＯ１からの所定の周波数の出力信号を
受けて、ルビジウム原子の共鳴周波数に一致する周波数
のマイクロ波を発生させる周波数合成逓倍部２と、温度
検出器６から供給される温度データと、周波数制御部４
から供給される、原子共鳴部３の共鳴信号より検出され
た２倍波成分を受けて、原子共鳴部３に供給する補償電
圧を発生させる補償電圧発生部５により構成されてい
る。

【０００８】次に、その動作について説明する。温度検
出器６は、ルビジウム原子発振器内に設けられ、ルビジ
ウム原子発振器内の温度を検出する。一方、周波数合成
逓倍部２より供給されるマイクロ波の周波数が原子共鳴
部３の共鳴周波数にロックしたとき、周波数制御部４に
おいて、原子共鳴部３より出力される共鳴信号から、原
子共鳴の大きさに比例した２倍波成分が検出され、出力
される。

【０００９】ルビジウム原子発振器の周囲の温度が変化
すると、２倍波成分のレベルが変動するため、予め、温
度変化と温度による２倍波成分のレベルの変動の間の相
関関係を表わす温度補償データを補償電圧発生部５に記
憶させておく。

【００１０】以上の構成をとることにより、補償電圧発
生部５は、周波数制御部４より供給される２倍波成分か
ら、温度変化による変動成分を取り除くことができる。
これにより、補償電圧発生部５は、２倍波成分のレベル
の経時的な変動量のみを検出することが可能となる。

【００１１】この２倍波成分のレベルの経時的な変動量
と、原子共鳴部３でのＲｂ原子の共鳴周波数の経時的な
周波数変動量との間には、ある一定の関係が成り立つ。
従って、補償電圧発生部５は、２倍波成分のレベルの経
時的な変動量に基づいて、原子共鳴部３のＲｂ原子の共
鳴周波数を補償するための制御電圧（以下、補償電圧と
いう）を発生させることができる。

【００１２】この補償電圧を用いて、原子共鳴部３にお
いてＲｂ原子の共鳴周波数を可変することができるよう
に、原子共鳴部３を構成する。

【００１３】このような構成とすることにより、原子共
鳴部３は、外部より供給される制御電圧により、Ｒｂ原
子の共鳴周波数の経時的な周波数変動量を補償すること
ができる。即ち、補償電圧発生部５より供給される補償
電圧により、Ｒｂ原子からなる原子共鳴部３の共鳴周波
数の経時的な周波数変動量を補償することができる。

【００１４】従って、この原子共鳴部３の共鳴周波数に
同期するようなマイクロ波を原子共鳴部３に供給するよ
うに、ＶＣＸＯ１と周波数合成逓倍部２を構成すること
により、ルビジウム原子発振器としての出力周波数の経
時的な変動量を抑制し、長期的な周波数安定度を改善す
ることが可能となる。

【００１５】以上説明したように、温度補償データに基
づいて、周囲の温度変動による２倍波成分のレベルの変
動量を、２倍波成分から差し引くことが可能であるた
め、２倍波成分のレベルの経時的な変動量のみを検出す
ることができる。そして、この２倍波成分の経時的な変
動量を基にして、Ｒｂ原子の共鳴周波数を補正すること
により、ルビジウム原子発振器の長期的な周波数変動を
抑制することが可能となり、長期的な周波数安定度の優
れたルビジウム原子発振器を実現することができる。

【００１６】なお、上記実施の形態においては、本発明
をルビジウム原子発振器に応用した場合について説明し
たが、その他の原子発振器に適用することも可能であ
る。

【００１７】

【発明の効果】以上の如く、本発明に係る原子発振器に
よれば、温度検出手段によって検出された周囲の温度に
基づいて、周波数制御部より供給される２倍波成分か
ら、周囲の温度による変動量を差し引くことにより、２
倍波成分の経時的な変動量を求め、原子共鳴部の共鳴周
波数の経時的な変動を補償するための補償電圧を発生
し、原子共鳴部に供給するようにしたので、原子発振器
の長期的な周波数変動を抑制することができ、長期的に
周波数安定度の優れた原子発振器を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原子発振器を応用したルビジウム原子
発振器の構成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ＶＣＸＯ ２ 周波数合成逓倍部 ３ 原子共鳴部 ４ 周波数制御部 ５ 補償電圧発生部 ６ 温度検出器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 標準周波数の信号を出力するための電圧
   制御水晶発振器と、前記電圧制御水晶発振器の出力信号
   を変調し、逓倍合成したマイクロ波を出力する周波数合
   成逓倍部と、前記周波数合成逓倍部からのマイクロ波の
   周波数に共鳴し、共鳴信号を出力する原子共鳴部と、前
   記原子共鳴部から出力される共鳴信号に応じた制御電圧
   を前記電圧制御水晶発振器に供給するとともに、前記共
   鳴信号の２倍波成分を検出する周波数制御部とからなる
   原子発振器であって、 周囲の温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段によって検出された周囲の温度に基づ
   いて、前記周波数制御部より供給される２倍波成分か
   ら、周囲の温度による変動量を差し引くことにより、前
   記２倍波成分の経時的な変動量を求め、前記原子共鳴部
   の共鳴周波数の経時的な変動を補償するための補償電圧
   を発生し、前記原子共鳴部に供給する補償電圧発生手段
   とを備えることを特徴とする原子発振器。
2. 【請求項２】 前記補償電圧発生手段は、周囲の温度変
   化と前記２倍波成分の前記温度変化による変動量との間
   の相関関係を記憶し、前記相関関係に基づいて、前記温
   度検出手段によって検出された温度変化に応じて、前記
   ２倍波成分の温度変化による変動成分を除去することを
   特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
3. 【請求項３】 前記補償電圧発生手段は、前記原子共鳴
   部の共鳴周波数の経時的な変動量と前記２倍波成分の周
   波数の経時的な変動量との間の相関関係を記憶し、前記
   相関関係に基づいて、前記２倍波成分の経時的な変動量
   から前記原子共鳴部の共鳴周波数を補償する補償電圧を
   発生し、前記原子共鳴部に供給することを特徴とする請
   求項１に記載の原子発振器。
4. 【請求項４】 前記原子共鳴部は、ルビジウム原子より
   構成されることを特徴とする請求項１に記載の原子発振
   器。
5. 【請求項５】 前記原子共鳴部は、前記補償電圧発生手
   段より供給される補償電圧に応じて、共鳴周波数を変化
   させることを特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
6. 【請求項６】 前記周波数制御部は、前記周波数合成逓
   倍部より前記原子共鳴部に供給されるマイクロ波の周波
   数に前記原子共鳴部の共鳴周波数がロックしたとき、原
   子共鳴の大きさに比例したレベルの２倍波成分を検出
   し、前記補償電圧発生手段に供給することを特徴とする
   請求項１に記載の原子発振器。