JPS59207747A - Light source lamp driver for atomic oscillator - Google Patents

Light source lamp driver for atomic oscillator

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JPS59207747A
JPS59207747A JP8148883A JP8148883A JPS59207747A JP S59207747 A JPS59207747 A JP S59207747A JP 8148883 A JP8148883 A JP 8148883A JP 8148883 A JP8148883 A JP 8148883A JP S59207747 A JPS59207747 A JP S59207747A
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JP
Japan
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lamp
voltage
light
atomic oscillator
light source
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JP8148883A
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Kazuharu Chiba
千葉 一治
Toshio Hashi
橋 利雄
Yoshibumi Nakajima
義文 中島
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/26Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To sharply improve the frequency stability of an atomic oscillator, by comparing an output obtained when detecting the quentity of light of a lamp with a reference voltage and controlling the feedback so as to change a driving power to the lamp in accordance with the differential voltage. CONSTITUTION:The lamp 12 of an atomic resonator 15 receives its driving power from a voltage controlling lamp driver 11 and emits light. A resonance cell 14 contained in a cavity resonator 13 is driven by an external microwave. The light generated by the lamp 12 is detected by a photodetector 16 after passing through the cell 14 and generates an electric signal of a DC voltage in accordance with the detected intensity. The electric signal is amplified 17 and used for controlling the frequency of the driving microwave. Moreover, the voltage of the detector 16 is compared with a reference voltage by a comparator 18 and the differential voltage is outputted from the comparator 18. A control voltage generator 19 generates a control voltage corresponding to the differential voltage and feeds back the control voltage to the driver 11 to control the varactor diode of an oscillator. Therefore, the lamp is automatically controlled so that its quantity of light is always fixed at a constant value.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、光ボンピング法を利用した原子発振器におけ
る光ボンピング用光源ランプ励振器に係り、特に帰還制
御を用いて発光強度を安定化した原子発振器用光源ラン
プ励振器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field of the Invention The present invention relates to a light source lamp exciter for optical bombing in an atomic oscillator using an optical bombing method, and in particular to a light source for an atomic oscillator whose emission intensity is stabilized using feedback control. It concerns lamp exciters.

従来技術と問題点 光ボンピング法を利用した原子発振器においては光源ラ
ンプを具え、この光源ランプから発生した光によって共
鳴セル内に封入されているルビジウム(Rh’)原子を
励起する。励起された原子に外部からマイクロ波を与え
ると、その周波数がルビジウム(RA)原子の共鳴周波
数と一致したとき、励起された原子が誘導放出を起こし
て基底準位に戻る。このとき共鳴セルにおける光の吸収
が最も強くなることを利用して、マイクロ波の発生源で
ある水晶発振器の発振周波数を制御して安定な周波数を
得るようにしている。
Prior Art and Problems An atomic oscillator using the optical bombing method includes a light source lamp, and the light generated from the light source lamp excites rubidium (Rh') atoms sealed in a resonant cell. When microwaves are externally applied to excited atoms and the frequency matches the resonance frequency of rubidium (RA) atoms, the excited atoms undergo stimulated emission and return to the ground level. Taking advantage of the fact that the absorption of light in the resonant cell is strongest at this time, the oscillation frequency of the crystal oscillator, which is the source of the microwave, is controlled to obtain a stable frequency.

このようなボンピング用光源ランプは、一般にガラスセ
ル内に封入されたルビジウム(Rh)と適当かガスに数
+MHg〜百MHg百度Hg程度発振器によって尚周波
放電を起こせて、発光を行わせるものが用いられている
Such a light source lamp for bombing generally uses rubidium (Rh) sealed in a glass cell and a suitable gas to generate a still frequency discharge of several + MHg to 100 MHg and 100 degrees Hg using an oscillator to emit light. It is being

第1図は従来の光源ランプとその励振回路とを示してい
る。同図において、1はランプセルを示し内部にルビジ
ウム(RA)と適当なガスが封入されている。ランプセ
ル1には励振コイルLが数回巻きつけられており、励振
コイルLはコンデンサCVとともに直列共振回路を構成
し、トランジスタTデのベースとコレクタ間に並列に接
続されることによって、五〇発振回路を形成している。
FIG. 1 shows a conventional light source lamp and its excitation circuit. In the figure, reference numeral 1 denotes a lamp cell in which rubidium (RA) and a suitable gas are sealed. An excitation coil L is wound around the lamp cell 1 several times, and the excitation coil L constitutes a series resonant circuit together with a capacitor CV, and is connected in parallel between the base and collector of the transistor T to generate 50 oscillations. forming a circuit.

ここで、R1,R,はバイアス抵抗、R3はエミッタ抵
抗、cl、c、は帰還コンデンサである。
Here, R1 and R are bias resistances, R3 is an emitter resistance, and cl and c are feedback capacitors.

第1図の回路においては、励振コイルLのインダクタン
スとコンデンサCVの容量によってほぼ定まる周波数の
高周波発振を生じ、この高周波電力によってランプセル
1内のガスが励起されて放電を生じて発光する。
In the circuit shown in FIG. 1, high-frequency oscillation is generated at a frequency approximately determined by the inductance of the excitation coil L and the capacitance of the capacitor CV, and this high-frequency power excites the gas in the lamp cell 1 to cause discharge and emit light.

光源ランプの励振電力は励振コイルのインダクタンスの
ばらつきや回路等価定数のばらつき、さらには励振され
るランプ自体の内部インピーダンスのばらつき等によっ
て影響を受ける。励振・電力と発光強度とは一般に比例
関係にあシ、従って励振電力のばらつきによりランプの
発光強度もばら(3) 光源ランプの発光強度は原子発振器の周波数安定度を大
きく左右する要因の−っである。例えば発光強度が大き
いほど原子発振器の長期安定度あるいは周波数温度特性
が劣化し、ランプ寿命も短くなる傾向にある。また逆に
発光強度が小さすぎると原子共鳴信号が小さく々るため
、原子発振器の短期周波数安定度が悪化する。
The excitation power of the light source lamp is affected by variations in the inductance of the excitation coil, variations in circuit equivalent constants, and even variations in the internal impedance of the excited lamp itself. Excitation power and emission intensity are generally in a proportional relationship, and therefore the emission intensity of the lamp varies depending on the variation in excitation power.(3) The emission intensity of the light source lamp is one of the factors that greatly influences the frequency stability of the atomic oscillator. It is. For example, as the emission intensity increases, the long-term stability or frequency-temperature characteristics of the atomic oscillator deteriorates, and the lamp life tends to become shorter. On the other hand, if the emission intensity is too low, the atomic resonance signal becomes small and the short-term frequency stability of the atomic oscillator deteriorates.

このように原子発振器にお′ける高安定化を図るために
は、各種のばらつきに基づく変動要因を除去しランプの
発光強度を適正値に選ぶため、励振電力を調整する必要
がある。従来この目的のため共振回路を構成するコンデ
ンサCVにトリマコンデンサ等の可変コンデンサを用い
、これを調整することによって発振強度を調整して励振
電力を適正レベルに設定するようにしていた。
In order to achieve high stability in the atomic oscillator as described above, it is necessary to adjust the excitation power in order to eliminate fluctuation factors due to various variations and to select an appropriate value for the luminous intensity of the lamp. Conventionally, for this purpose, a variable capacitor such as a trimmer capacitor was used as the capacitor CV constituting the resonant circuit, and by adjusting the variable capacitor, the oscillation intensity was adjusted and the excitation power was set at an appropriate level.

第2図は第1図の回路におけるランプ励振電力・と可変
コンデンサ(1’vの容量との関係の一例を示している
。同図において縦軸は励振電力値、横軸は容量値を示し
、可変コンデンサCvの容量が増(4) 加するに伴って励振電力が減少す5ることか示されてい
る。従ってこの関係を利用して、可変コンデンサCvの
容量値を調整することによって、ランプ励振電力を適正
レベルに設定することができる。
Figure 2 shows an example of the relationship between the lamp excitation power and the variable capacitor (1'V) in the circuit of Figure 1. In the figure, the vertical axis represents the excitation power value, and the horizontal axis represents the capacitance value. , it is shown that as the capacitance of the variable capacitor Cv increases (4), the excitation power decreases5. Therefore, by using this relationship to adjust the capacitance value of the variable capacitor Cv, Lamp excitation power can be set to an appropriate level.

しかしながら第1図に示された光源ランプ励振回路は、
その発振周波数が比較的高いため励振回路を安定に動作
させるには、コンデンサCvを含めて回路部品を光源ラ
ンプの近くに配置する必要がある。このため可変コンデ
ンサCVを外部から容易に調整できるように、光源ラン
プから離して設置することは不可能であった。
However, the light source lamp excitation circuit shown in FIG.
Since its oscillation frequency is relatively high, in order to operate the excitation circuit stably, it is necessary to place circuit components including the capacitor Cv near the light source lamp. For this reason, it has been impossible to install the variable capacitor CV away from the light source lamp so that it can be easily adjusted from the outside.

さらにこのようにしてランプ発光強度を適正レベルに調
整したとしても、発光強度を変動させる要因は他にも多
く、そのため例えば励振器の電源電圧を安定化したり、
あるいは温度変化による影響を圧縮するためにランプ用
恒温槽の近くに励振回路を配置する等の工夫がなされて
いるが、ランプ発光強度を完全に安定化することは困難
であり、このためランプ発光強度を安定化することが原
子発振器の高安定化を図る上の一つの課題となっていた
Furthermore, even if the lamp emission intensity is adjusted to an appropriate level in this way, there are many other factors that can cause fluctuations in the emission intensity, such as stabilizing the power supply voltage of the exciter,
Alternatively, measures have been taken to reduce the effects of temperature changes, such as placing an excitation circuit near the constant temperature bath for the lamp, but it is difficult to completely stabilize the lamp emission intensity, and for this reason the lamp emission Stabilizing the strength has been one of the challenges in achieving high stability in atomic oscillators.

発明の目的 本発明はこのような従来技術の問題点を解決しようとす
るものであって、その目的は原子発振器におけるポンピ
ング用光源ランプの発光強度を適正値に調整し、かつ安
定化するため、発光強度に対して支配的なランプ励振器
の励振型、力を電子的に制御できる励振回路を提供する
ことにある。
OBJECTS OF THE INVENTION The present invention attempts to solve the problems of the prior art, and its purpose is to adjust and stabilize the emission intensity of a pumping light source lamp in an atomic oscillator to an appropriate value. An object of the present invention is to provide an excitation circuit that can electronically control the excitation type and force of a lamp exciter that is dominant to the luminous intensity.

発明の実施例 第6図は本発明の原子発振器用光源ランプ励振器の一実
施例の構成を示している。同図において、11は電圧制
御ランプ励振器、12はランプ、16は空胴共振器、1
4は共鳴セル、15は原子共鳴器、16は光検出器、1
7は信号増幅器、18は比較器、19は制御電圧発生器
である。
Embodiment of the Invention FIG. 6 shows the structure of an embodiment of the light source lamp exciter for an atomic oscillator according to the present invention. In the figure, 11 is a voltage controlled lamp exciter, 12 is a lamp, 16 is a cavity resonator, 1
4 is a resonance cell, 15 is an atomic resonator, 16 is a photodetector, 1
7 is a signal amplifier, 18 is a comparator, and 19 is a control voltage generator.

第6図において、ランプ12は電圧制御ランプ励振器1
1によって励振型、力を与えられて発光する。共鳴セル
14は空胴共振器13内に収容されており、空胴共振器
15に外部からマイクロ波電力を与えることによって、
マイクロ波で励振される。ランプ12の発生した光は共
鳴セル14を通過して光検出器16に達し、その強さに
応じた大きさの直流電圧からなる電気信号を発生する。
In FIG. 6, lamp 12 is connected to voltage-controlled lamp exciter 1
Excited type by 1, it emits light when given a force. The resonance cell 14 is housed within the cavity resonator 13, and by applying microwave power to the cavity resonator 15 from the outside,
Excited by microwaves. The light generated by the lamp 12 passes through the resonant cell 14 and reaches the photodetector 16, which generates an electric signal consisting of a direct current voltage whose magnitude corresponds to the intensity of the light.

光検出器16の発生した電気信号は信号増幅器17を経
て図示されない周波数制御系へ供給され、これによって
励振用マイクロ波の周波数が制御される。電圧制御ラン
プ励振器11.ランプ12.空胴共振器16.共鳴セル
14および光検出器16は原子共鳴器15を形成してい
る。
The electrical signal generated by the photodetector 16 is supplied to a frequency control system (not shown) via a signal amplifier 17, thereby controlling the frequency of the excitation microwave. Voltage controlled lamp exciter 11. Lamp 12. Cavity resonator 16. Resonance cell 14 and photodetector 16 form an atomic resonator 15 .

一方、光検出器16の電気信号出力の一部は比較器18
に加えられ、比較器18はこれを一定の基準電圧と比較
して両者の差の電圧を出力する。
On the other hand, a part of the electrical signal output from the photodetector 16 is transmitted to the comparator 18.
The comparator 18 compares this with a constant reference voltage and outputs the difference voltage between the two.

制御電圧発生器19はこの差電圧に応じた制御電圧を発
生して、電圧制御ランプ励振器に帰還する。
The control voltage generator 19 generates a control voltage according to this differential voltage and feeds it back to the voltage controlled lamp exciter.

このような閉ループを構成することによって、光検出器
16の出力が常に一定になるように電圧制御ランプ励振
器の励振電力を制御する、帰還制御が行われる。光検出
器16の出力電圧はその受けるランプ光量に比例するか
ら、上述のような帰還制御を行なって光検出器出力重圧
が一定になるよ(7) うな制御を行うことによって、ランプ光量が常に一定に
なるように自動制御が行われる。なおこの際の制御時に
おけるランプ光量レベルは、比較器18における基準電
圧値を変更することによって任意に設定することができ
る。
By configuring such a closed loop, feedback control is performed to control the excitation power of the voltage-controlled lamp exciter so that the output of the photodetector 16 is always constant. Since the output voltage of the photodetector 16 is proportional to the amount of lamp light it receives, the feedback control described above will keep the photodetector output pressure constant (7). By performing such control, the amount of lamp light will always be constant. Automatic control is performed to keep it constant. Note that the lamp light amount level during control can be arbitrarily set by changing the reference voltage value in the comparator 18.

このように第5図に示された実施例によれば、原子発振
器の特性に対して最も支配的なランプの光量変化を極め
て小さく抑えることができ、従って原子発振器の安定化
の上に非常に有効である。
In this way, according to the embodiment shown in FIG. 5, it is possible to suppress the change in the light intensity of the lamp, which is the most dominant factor in the characteristics of the atomic oscillator, to an extremely small level, and therefore, it is possible to suppress the change in the light amount of the lamp, which is the most dominant factor in the characteristics of the atomic oscillator, and therefore to improve the stability of the atomic oscillator. It is valid.

なお、第2図の実施例はガスセル形原子発振器に適用し
た場合について説明したが、本発明を光ポンピングを利
用したビーム形原子発振器に対しても適用可能なことは
言うまでもない。
Although the embodiment of FIG. 2 has been described with reference to the case where it is applied to a gas cell type atomic oscillator, it goes without saying that the present invention can also be applied to a beam type atomic oscillator using optical pumping.

第4図は第5図に示された実施例における電圧制御ラン
プ励振器の一構成例を示している。′同図において、第
1図におけると同じ部分は同じ符号で示されており、D
lはバラクタダイオード、C3は直流カット用コンデン
サ、R4は高周波阻止抵抗である。
FIG. 4 shows an example of the configuration of the voltage-controlled lamp exciter in the embodiment shown in FIG. 'In the same figure, the same parts as in Figure 1 are indicated by the same reference numerals, and D
l is a varactor diode, C3 is a DC cut capacitor, and R4 is a high frequency blocking resistor.

第4図において、ランプセル1に対する励振コ(8) イルLは直流カット用コンデンサC3を介してバラクタ
ダイオードD!と直列に接続され、励振コイルLのイン
ダクタンスとバラクタダイオードD1の等価容量とによ
って形成される直列共振回路がトランジスタTrのベー
ス、コレクタ間に並列に接続されることによってLC発
振回路として動作し、この直列共振回路によってほぼ定
まる周波数の高周波発振を生じ、この高周波電力によっ
てランプセル1を励振することができる。この際バラク
タダイオードDlは高周波阻止抵抗R4を経て与えられ
る制御電圧Vcに応じてその等価容量が変化する。従っ
て第2図に示された関係から、制御電圧Veを調整する
ことによってランプセル1に対する励振電圧を任意に設
定することができる。
In FIG. 4, an excitation coil (8) L for the lamp cell 1 is connected to a varactor diode D! via a DC cut capacitor C3. A series resonant circuit formed by the inductance of the excitation coil L and the equivalent capacitance of the varactor diode D1 is connected in parallel between the base and collector of the transistor Tr, thereby operating as an LC oscillation circuit. The series resonant circuit generates high frequency oscillation at a substantially fixed frequency, and the lamp cell 1 can be excited by this high frequency power. At this time, the equivalent capacitance of the varactor diode Dl changes depending on the control voltage Vc applied via the high frequency blocking resistor R4. Therefore, from the relationship shown in FIG. 2, the excitation voltage for the lamp cell 1 can be set arbitrarily by adjusting the control voltage Ve.

第3図に示された本発明の実施例においては、第4図に
示された電圧制御ランプ励振器11におけるバラクタダ
イオードD1 を制御電圧発生器19の発生した電圧に
よって制御することによって、電圧制御ランプ励振器1
1からのランプ12に対する励振電力を一定に保ち、こ
れによって前述のごときランプ光量レベルの変化を抑制
して、原子発振器における周波数安定化を行うことがで
き、かつこの際、第1図に示された従来回路のように可
変コンデンサを外部に引き出す必要がないから原子共鳴
器を構成する上で構造上の困難さが除去される。
In the embodiment of the invention shown in FIG. 3, voltage control is achieved by controlling the varactor diode D1 in the voltage controlled lamp exciter 11 shown in FIG. lamp exciter 1
1 to the lamp 12 is kept constant, thereby suppressing the change in the lamp light intensity level as described above, and stabilizing the frequency in the atomic oscillator. Unlike conventional circuits, there is no need to draw out the variable capacitor to the outside, so structural difficulties in constructing the atomic resonator are eliminated.

発明の詳細 な説明したように本発明の原子発振器用光源ランプ励振
器によれば、ランプの光量を検出して得られた出力と基
準電圧とを比較して誤差電圧に応じてランプに対する励
振電力を変化させて出力してランプ励振電力が常に一定
になるように帰還制御を行うようにしているので、光ボ
ンピング用ランプの光量が安定化され従って原子発振器
における周波数安定度を向上させることができる。
As described in detail, according to the light source lamp exciter for an atomic oscillator of the present invention, the output obtained by detecting the light amount of the lamp is compared with the reference voltage, and the excitation power for the lamp is adjusted according to the error voltage. Since the feedback control is performed so that the lamp excitation power is always constant by changing the output power, the light intensity of the optical bombing lamp is stabilized, and therefore the frequency stability of the atomic oscillator can be improved. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の光源ランプとその励振回路とを示す図、
第2図は第1図の回路におけるランプ励振電力と可変コ
ンデンサ容量との関係の一例を示す図、第6図は本発明
の原子発振器用光源ランプ励振器の一実施例の構成を示
す図、第4図は第6図に示された実施例における電圧制
御ランプ励振器の一構成例を示す図である。 1・・・ランプセル、11・・・電圧制御ランプ励振器
、12・・・ランプ、16・・・空胴共振器、14・・
・共鳴セル、15・・・原子共鳴器、16・・・光検出
器、17・・・信号増幅器、18・・・比較器、19・
・・制御電圧発生器、L・・・励振コイル、Cv・・・
可変コンデンサ、Tr・・・トランジスタ、Dl・・・
バラクタダイオード、C1゜C2,c、・・・コンデン
サ、R11R2v R3g R4・・・抵抗特許出願人
富士通株式会社 代理人弁理士玉 蟲久五 部(外1名)(11) 手続補正書(自発) 昭和59年 2月17日 1、事件の表示 昭和58年特許願第 81488号 2、発明の名称 原子発振器用光源ランプ励振器 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所  神奈川県用崎市中原区上小田中1015番地
名称 (522)富士通株式会社 代表者  山 本 卓 眞 4、代理人 住 所  東京都豊島区南長崎2丁目5番2号氏名 (
7139)弁理士玉蟲久五部 5、補正により増加する発明の数  なし6、補正の対
象  明細書全文および図面。 7、補正の内容  明細書全文および図面第3図を別紙
の通り補正する。 明    細    書 1、発明の名称 原子発振器 2、特許請求の範囲 原子励起のための光ボンピング用ランプを励振する原子
発振器用光源ランプ励振器を備えた原子発振器において
、該ランプの光量を検出して光量に応じた出力を発生す
る光検出器と、該光検出器の出力電圧と基準電圧とを比
較して誤差電圧を出力する比較器と、ランプ励振用コイ
ルおよびバラクタダイオードの直列回路を共振要素とし
て具えた電圧制御ランプ励振器を有し、該バラクタダイ
オードの直流バイアスとして前記誤差電圧を与え3、発
明の詳細な説明 発明の技術分野 本発明は、光ポンピング法を利用した原子発振器におけ
る光ポンピング用光源ランプ励振器に係り、特に帰還制
御を用いて発光強度を安定化した(1) 原子発振器に関するものである。 従来技術と問題点 光ポンピング法を利用した原子発振器においては光源ラ
ンプを具え、この光源ランプから発生した光によって共
鳴セル内に封入されているルビジウム(Rh)原子を励
起する。励起された原子に外部からマイクロ波を与える
と、その周波数がルビジウム(Rh )原子の共鳴周波
数と一致したとき、励起された原子が誘導放出を起こし
て基底準位に戻り、再び光源ランプの光によって励振さ
れる。 このとき共鳴セルにおける光の吸収が最も強くなること
を利用して、マイクロ波の発生源である水晶発振器の発
振周波数を制御して安定な周波数を得るようにしている
。 このようなボンピング用光源ランプは、一般に数十MH
z〜百MHz  程度の高周波発振器によってガラスセ
ル内に封入されたルビジウム(Rh )と適当なガスに
高周波放電を起こせて、発光を行わせるものが用いられ
る。 第1図は従来の光源ランプとその励振回路とを(2) 示している。同図(=おいて、1はランプセルを示し内
部にルビジウム(Rh)と適当なガスが封入されている
。ランプセル1には励振コイルLが数回巻きつけられて
おり、励振コイルLはコンデンサC2とともに直列共振
回路を構成し、トランジスタTrのベースとコレクタ間
に並列)二接続されることによって、LC発振回路を形
成している。ここで、R,、R,はバイアス抵抗、R3
はエミッタ抵抗、C1,C,は帰還コンデンサである。 第1図の回路においては、励振コイルLのインダクタン
スとコンデンサCrの容量によってほぼ定まる周波数の
高周波発振を生じ、この高周波電力によってランプセル
1が励振されて放電を生じて発光する。 光源ランプの励振電力は励振コイルのインダクタンスの
ばらつきや回路等価定数のばらつさ、さらには励振され
るランプ自体の内部インピーダンスのばらつき等によっ
て影響を受ける。励振電力と発光強度とは一般に比例関
係にあり、従って励振電力のばらつきによりランプの発
光強度もばら(3) つきを生じる。 光源ランプの発光強度は原子発振器の周波数安定度を大
きく左右する要因の一つである。例えば発光強度が大き
いほど原子発振器の長期安定度あるいは周波数温度特性
が劣化し、ランプ寿命も短くなる傾向にある。また逆(
二発光強度が小さすぎると原子共鳴信号が小さくなるた
め、原子発振器の短期周波数安定度が悪化する。 このように原子発振器における高安定化を図るためには
、各種のばらつきに基づく変動要因を除去しランプの発
光強度を適正値に選ぶため、励振電力を調整する必要が
ある。従来この目的のため共振回路を構成するコンデン
サCrにトリマコンデンサ等の可変コンデンサを用い、
これを調整することによって発振強度を調整して励振電
力を適正レベルに設定するようにしていた。 第2図は第1図の回路におけるランプ励振電力と可変コ
ンデンサCVの容量との関係の一例を示している。同図
において縦軸は励振電力値、横軸は容量値を示し、可変
コンデンサンプrの容量が増(4) 加するに伴って励振電力が減少することが示されている
。従ってこの関係を利用して、可変コンデンサC,の容
量値を調整することによって、ランプ励振電力を適正レ
ベルに設定することができる。 しかしながら第1図に示された光源ランプ励振回路は、
その発振周波数が比較的高いため励振回路を安定に動作
させるには、コンデンサC,を含めて回路部品を光源ラ
ンプの近くに配置する必要がある。このため可変コンデ
ンサCFを外部から容易に調整できるようC二、光源ラ
ンプから離して設置することは不可能であった。 さらにこのようにしてランプ発光強度を適正レベルに調
整したとしても、発光強度を変動させる要因は他にも多
く、そのため例えば励振器の電源電圧を安定化したり、
あるいは温度変化による影響を圧縮するためにランプ用
恒温槽の近くC二励振回路を配置する等の工夫がなされ
ているが、ランプ発光強度を完全に安定化することは困
難であり、このためランプ発光強度を安定化することが
原子発振器の高安定化を図る上の一つの課題となって(
5) いた。 発明の目的 本発明はこのような従来技術の問題点を解決しようとす
るものであって、その目的は原子発振器に8けるボンピ
ング用光源ランプの発光強度を適正値に調整し、かつ安
定化するため、発光強度に対して支配的なランプ励振器
の励振電力を電子的に制御できる励振器と、この励振器
を用いて光量を安定化した原子発振器を提供することに
ある。 発明の実施例 第3図は本発明の原子発振器の一実施例の構成を示して
いる。同図において、11は電圧制御ランプ励振器、1
2はランプ、13は空胴共振器、14は共鳴セル、15
は原子共鳴器、16は光検出器、17は信号増幅器、1
8は比較器、19は制御電圧発生器である。 第3図において、ランプ12は電圧制御ランプ励振器1
1によって励振電力を与えられて発光する。 共鳴セル14は空胴共振器16内に収容されており、空
胴共振器13に外部からマイクロ波電力を与えるこ(6
) とによって、マイクロ波で励振される。ランプ12の発
生した光は共鳴セル14を通過して光検出器16に達し
、その強さに応じた大きさの直流電圧からなる電気信号
を発生する。光検出器16の発生した電気信号は信号増
幅器17を経て図示されない周波数制御系へ供給され、
これによって励振用マイクロ波の周波数が制御される。 電圧制御ランプ励振器11.ランプ12、空胴共振器1
3、共鳴セル14および光検出器16は原子共鳴器15
を形成している。 一方、光検出器16の電気信号出力の一部は比較器18
に加えられ、比較器1日はこれを一定の基準電圧と比較
して両者の差の電圧を出力する。制御電圧発生器19は
この差電圧C二応じた制御電圧を発生して、電圧制御ラ
ンプ励振器に帰還する。 このような閉ループを構成することによって、光検出器
16の出力が常に一定C二なるように電圧制御ランプ励
振器の励振電力を制御する。帰還制御が行われる。光検
出器16の出力電圧はその受けるランプ光量に比例する
から、上述のような帰還側(7) 御を行って光検出器出力電圧が一定になるような制御を
行うことによって、ランプ光量が常(ニ一定になるよう
に自動制御が行われる。なおこの際の制御時におけるラ
ンプ光量レベルは、比較器18における基準電圧値を変
更することによって任意に設定することができる。 このように第3図に示された実施例によれば、原子発振
器の特性に対して最も支配的なランプの光量変化を極め
て小さく抑えることができ、従って原子発振器の安定化
を図る上で非常に有効である。なお、第2図の実施例は
ガスセル形原子発振器に適用した場合について説明した
が、本発明を光ポンピングを利用したビーム形原子発振
器に対しても適用可能なことは言うまでもない。 第4図は第6図に示された実施例に8ける電圧制御ラン
プ励振器の一構成例を示している。同図において、第1
図におけると同じ部分は同じ符号で示されており、D、
はバラクタダイオード、C3は直流カット用コンデンサ
、R,は高周波阻止抵抗である。 (8) 第4図において、ランプセル1に対する励振コイルLは
直流カット用コンデンサCs’に介してバラクタダイオ
ードD1と直列に接続され、励振コイルLのインダクタ
ンスとバラクタダイオードD菫の等価容量とによって形
成される直列共振回路がトランジスタTrのペース、コ
レクタ間に並列に接続されることによってLC発振回路
として動作し、この直列共振回路によってほぼ定まる周
波数の高周波発振を生じ、この高周波電力(二よってラ
ンプセル1を励振することができる。この際バラクタダ
イオードD1は高周波阻止抵抗R+ w経て与えられる
制御電圧VCに応じてその等価容量が変化する。従って
第2図(二本された関係から、制御電圧Vc Y調整す
ることC二よってランプセル1(二対する励振電圧を任
意に設定することができる。 第3図に示された本発明の実施例においては、第4図に
示された電圧制御ランプ励振器11におけるバラクタダ
イオードD、を制御電圧発生器19の発生した電圧によ
って制御することによって、電圧制御ランプ励振器11
のランプ12(二対する励(9) 振電力を制御し、これ(二よって前述のごときランプ光
量レベルの変化を抑制して、原子発振器における周波数
安定化を行うことができ、かつこの際、第1図に示され
た従来回路のように励振電力を調整するために可変コン
デンサを外部に引き出す必要がないから原子共鳴器を構
成する上で構造上の困難さが除去される。 発明の詳細 な説明したよう(二本発明の原子発振器用光源ランプ励
振器によれば、ランプの光量を検出して得られた出力と
基準電圧とを比較し、その誤差電圧に応じてランプに対
する励振電力を便化させて出力してランプ光量が常に一
定(二なるよう(二帰還制御を行うようにしているので
、原子発振器の周波数安定度を大巾に向上させることが
できる。 4、図面の簡単な説明 第1゛図は従来の光源ランプとその励振回路とを示す図
、第2因は第1図の回路(二おけるランプ励振電力と可
変コンデンサ容量との関係の一例を示す図、第3図は本
発明の原子発振器の一実施例の(10) 構成を示す図、第4図は第3図に示された実施例におけ
る電圧制御ランプ励振器の一構成例を示す図である。 1・・・ランプセル、11・・・電圧制御ランプ励振器
、12・・・ランプ、13・・・空胴共振器、14・・
・共鳴セル。 15・・・原子共鳴器、16・・・光検出器、17・・
・信号増幅器、1日・・・比較器、19・・・制御電圧
発生器、L・・・励振コイル、Cr・・・可変コンデン
サ、Tr・・・トランジスタ、D、・・・バラクタダイ
オード、C,、C,、C3・・・コンデンサ、R,、R
,、R3,R,、、、抵抗(11)
FIG. 1 is a diagram showing a conventional light source lamp and its excitation circuit;
2 is a diagram showing an example of the relationship between lamp excitation power and variable capacitor capacity in the circuit of FIG. 1, FIG. 6 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the light source lamp exciter for an atomic oscillator of the present invention, FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the voltage-controlled lamp exciter in the embodiment shown in FIG. 6. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Lamp cell, 11... Voltage controlled lamp exciter, 12... Lamp, 16... Cavity resonator, 14...
- Resonance cell, 15... Atomic resonator, 16... Photodetector, 17... Signal amplifier, 18... Comparator, 19.
...Control voltage generator, L...Excitation coil, Cv...
Variable capacitor, Tr...transistor, Dl...
Varactor diode, C1゜C2,c,...Capacitor, R11R2v R3g R4...Resistance Patent applicant Fujitsu Limited Representative patent attorney Tama Mushikugo Department (1 other person) (11) Procedural amendment (voluntary) February 17, 1981 1, Indication of the case 1988 Patent Application No. 81488 2, Name of the invention Light source lamp exciter for atomic oscillator 3, Person making the amendment Relationship with the case Patent applicant Address Kanagawa Prefecture 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Saki-shi Name (522) Fujitsu Limited Representative Takashi Yamamoto 4, Agent address 2-5-2 Minami-Nagasaki, Toshima-ku, Tokyo Name (
7139) Patent Attorney Tamamushi Gobe 5, Number of inventions increased by amendment None 6, Subject of amendment Full text of specification and drawings. 7. Contents of amendment The entire specification and Figure 3 of the drawing are amended as shown in the attached sheet. Description 1, Title of the invention Atomic oscillator 2, Claims In an atomic oscillator equipped with a light source lamp exciter for an atomic oscillator that excites a light bombing lamp for excitation of atoms, the light intensity of the lamp is detected. A photodetector that generates an output according to the amount of light, a comparator that compares the output voltage of the photodetector with a reference voltage and outputs an error voltage, and a series circuit of a lamp excitation coil and a varactor diode are used as resonant elements. 3. Detailed Description of the Invention Technical Field of the Invention The present invention relates to an optical pumping method in an atomic oscillator using an optical pumping method. The present invention relates to a light source lamp exciter for commercial use, and in particular relates to an atomic oscillator (1) in which the emission intensity is stabilized using feedback control. Prior Art and Problems An atomic oscillator using an optical pumping method is equipped with a light source lamp, and rubidium (Rh) atoms sealed in a resonant cell are excited by light generated from the light source lamp. When microwaves are applied externally to excited atoms, and when the frequency matches the resonance frequency of the rubidium (Rh) atom, the excited atoms undergo stimulated emission and return to the ground level, and the light from the light source lamp is emitted again. is excited by Taking advantage of the fact that the absorption of light in the resonant cell is strongest at this time, the oscillation frequency of the crystal oscillator, which is the source of the microwave, is controlled to obtain a stable frequency. Such a light source lamp for bombing generally has a power of several tens of MHz.
The device used is one in which a high frequency oscillator with a frequency of approximately 100 MHz to 100 MHz causes a high frequency discharge in rubidium (Rh) sealed in a glass cell and a suitable gas to emit light. FIG. 1 shows (2) a conventional light source lamp and its excitation circuit. In the same figure (=, 1 indicates a lamp cell, and rubidium (Rh) and a suitable gas are sealed inside. An excitation coil L is wound around the lamp cell 1 several times, and the excitation coil L is connected to a capacitor C2. Together, they form a series resonant circuit, and two (parallel) connections between the base and collector of the transistor Tr form an LC oscillation circuit. Here, R,, R, are bias resistances, R3
is an emitter resistor, and C1 and C are feedback capacitors. In the circuit shown in FIG. 1, high-frequency oscillation is generated at a frequency approximately determined by the inductance of the excitation coil L and the capacitance of the capacitor Cr, and the lamp cell 1 is excited by this high-frequency power to cause discharge and emit light. The excitation power of the light source lamp is affected by variations in the inductance of the excitation coil, variations in circuit equivalent constants, and even variations in the internal impedance of the excited lamp itself. There is generally a proportional relationship between the excitation power and the luminous intensity, and therefore, variations in the excitation power cause variations in the luminous intensity of the lamp (3). The emission intensity of the light source lamp is one of the factors that greatly influences the frequency stability of the atomic oscillator. For example, as the emission intensity increases, the long-term stability or frequency-temperature characteristics of the atomic oscillator deteriorates, and the lamp life tends to become shorter. And vice versa (
If the double emission intensity is too small, the atomic resonance signal becomes small, which deteriorates the short-term frequency stability of the atomic oscillator. In order to achieve high stability in the atomic oscillator as described above, it is necessary to adjust the excitation power in order to remove fluctuation factors based on various variations and to select the lamp's emission intensity to an appropriate value. Conventionally, for this purpose, a variable capacitor such as a trimmer capacitor was used as the capacitor Cr constituting the resonant circuit.
By adjusting this, the oscillation intensity is adjusted and the excitation power is set at an appropriate level. FIG. 2 shows an example of the relationship between the lamp excitation power and the capacitance of the variable capacitor CV in the circuit of FIG. In the figure, the vertical axis shows the excitation power value, and the horizontal axis shows the capacitance value, and it is shown that the excitation power decreases as the capacitance of the variable capacitor amplifier r increases (4). Therefore, by utilizing this relationship and adjusting the capacitance value of the variable capacitor C, the lamp excitation power can be set to an appropriate level. However, the light source lamp excitation circuit shown in FIG.
Since its oscillation frequency is relatively high, in order to operate the excitation circuit stably, it is necessary to place circuit components including the capacitor C near the light source lamp. For this reason, it has been impossible to install the variable capacitor CF away from the light source lamp so that it can be easily adjusted from the outside. Furthermore, even if the lamp emission intensity is adjusted to an appropriate level in this way, there are many other factors that can cause fluctuations in the emission intensity, such as stabilizing the power supply voltage of the exciter,
Alternatively, measures have been taken to reduce the effects of temperature changes, such as placing a C-2 excitation circuit near the thermostat for the lamp, but it is difficult to completely stabilize the lamp emission intensity, and therefore the lamp Stabilizing the emission intensity is one of the challenges in achieving high stability of atomic oscillators (
5) There was. OBJECT OF THE INVENTION The present invention attempts to solve the problems of the prior art, and its purpose is to adjust and stabilize the emission intensity of a pumping light source lamp in an atomic oscillator to an appropriate value. Therefore, it is an object of the present invention to provide an exciter that can electronically control the excitation power of the lamp exciter that is dominant with respect to the emission intensity, and an atomic oscillator that stabilizes the amount of light using this exciter. Embodiment of the Invention FIG. 3 shows the structure of an embodiment of the atomic oscillator of the invention. In the figure, 11 is a voltage controlled lamp exciter;
2 is a lamp, 13 is a cavity resonator, 14 is a resonance cell, 15
is an atomic resonator, 16 is a photodetector, 17 is a signal amplifier, 1
8 is a comparator, and 19 is a control voltage generator. In FIG. 3, the lamp 12 is connected to the voltage controlled lamp exciter 1
1 provides excitation power and emits light. The resonance cell 14 is housed in a cavity resonator 16, and microwave power cannot be applied to the cavity resonator 13 from the outside (6).
) is excited by microwaves. The light generated by the lamp 12 passes through the resonant cell 14 and reaches the photodetector 16, which generates an electric signal consisting of a direct current voltage whose magnitude corresponds to the intensity of the light. The electrical signal generated by the photodetector 16 is supplied to a frequency control system (not shown) via a signal amplifier 17.
This controls the frequency of the excitation microwave. Voltage controlled lamp exciter 11. Lamp 12, cavity resonator 1
3. Resonance cell 14 and photodetector 16 are atomic resonators 15
is formed. On the other hand, a part of the electrical signal output from the photodetector 16 is transmitted to the comparator 18.
The comparator 1 compares this with a constant reference voltage and outputs the difference voltage between the two. The control voltage generator 19 generates a control voltage corresponding to this differential voltage C2 and feeds it back to the voltage controlled lamp exciter. By configuring such a closed loop, the excitation power of the voltage-controlled lamp exciter is controlled so that the output of the photodetector 16 is always constant C2. Feedback control is performed. Since the output voltage of the photodetector 16 is proportional to the amount of lamp light it receives, the amount of lamp light can be increased by controlling the feedback side (7) as described above so that the photodetector output voltage is constant. Automatic control is performed so that the lamp light level remains constant at all times.The lamp light intensity level during this control can be arbitrarily set by changing the reference voltage value in the comparator 18. According to the embodiment shown in Fig. 3, it is possible to suppress the light intensity change of the lamp, which is the most dominant factor in the characteristics of the atomic oscillator, to an extremely small level, and is therefore very effective in stabilizing the atomic oscillator. Although the embodiment shown in Fig. 2 has been described with reference to the case where it is applied to a gas cell type atomic oscillator, it goes without saying that the present invention can also be applied to a beam type atomic oscillator using optical pumping. 6 shows an example of the configuration of the voltage controlled lamp exciter according to the embodiment shown in FIG.
The same parts as in the figure are indicated by the same symbols, D,
is a varactor diode, C3 is a DC cut capacitor, and R is a high frequency blocking resistor. (8) In FIG. 4, the excitation coil L for the lamp cell 1 is connected in series with the varactor diode D1 via the DC cut capacitor Cs', and is formed by the inductance of the excitation coil L and the equivalent capacitance of the varactor diode D. A series resonant circuit connected in parallel between the pace and collector of the transistor Tr operates as an LC oscillator circuit, and this series resonant circuit generates high frequency oscillation with a frequency that is approximately determined. At this time, the equivalent capacitance of the varactor diode D1 changes according to the control voltage VC applied via the high frequency blocking resistor R+w. Therefore, as shown in FIG. Accordingly, the excitation voltage for the lamp cell 1 (2) can be arbitrarily set. In the embodiment of the invention shown in FIG. The voltage-controlled lamp exciter 11 is controlled by controlling the varactor diode D by the voltage generated by the control voltage generator 19.
It is possible to control the oscillating power of the lamp 12 (2), thereby suppressing changes in the lamp light intensity level as described above, and to stabilize the frequency in the atomic oscillator. Unlike the conventional circuit shown in Figure 1, there is no need to pull out a variable capacitor to the outside to adjust the excitation power, so structural difficulties in constructing an atomic resonator are eliminated.Details of the Invention As explained (2), according to the light source lamp exciter for an atomic oscillator of the present invention, the output obtained by detecting the light amount of the lamp is compared with the reference voltage, and the excitation power for the lamp is adjusted according to the error voltage. Since the atomic oscillator's frequency stability can be greatly improved, the atomic oscillator's frequency stability can be greatly improved. 4. A brief explanation of the drawings. Figure 1 is a diagram showing a conventional light source lamp and its excitation circuit. (10) A diagram showing the configuration of an embodiment of the atomic oscillator of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the voltage-controlled lamp exciter in the embodiment shown in FIG. 3. 1. - Lamp cell, 11... Voltage controlled lamp exciter, 12... Lamp, 13... Cavity resonator, 14...
・Resonance cell. 15... Atomic resonator, 16... Photodetector, 17...
・Signal amplifier, 1st... Comparator, 19... Control voltage generator, L... Excitation coil, Cr... Variable capacitor, Tr... Transistor, D... Varactor diode, C ,,C,,C3...Capacitor,R,,R
,,R3,R,,,resistance (11)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 原子発振器における原子励起のための光ボンピング用ラ
ンプを励振する原子発振器用光源うyプ励振器において
、該ランプの光量を検出して光量に応じた出力を発生す
る光検出器と、該光検出器の出力電圧と基準電圧とを比
較して誤差電圧を出力する比較器と、ランプ励振用コイ
ルおよびバラクタダイオードの直列回路を共振要素とし
て具えたLC発振器を有し、該バラクタダイオードの直
流バイアスとして前記誤差電圧を与えるように構成した
ことを特徴とする原子免振器用光源ランプ励振器。
In a light source pump exciter for an atomic oscillator that excites a light bombing lamp for excitation of atoms in an atomic oscillator, a photodetector that detects the amount of light of the lamp and generates an output according to the amount of light, and the photodetector. It has a comparator that compares the output voltage of the device with a reference voltage and outputs an error voltage, and an LC oscillator that includes a series circuit of a lamp excitation coil and a varactor diode as a resonant element, and a DC bias of the varactor diode. A light source lamp exciter for an atomic vibration isolator, characterized in that it is configured to apply the error voltage.
JP8148883A 1983-05-10 1983-05-10 Light source lamp driver for atomic oscillator Pending JPS59207747A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007096702A (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Epson Toyocom Corp Rubidium lamp exciter circuit
WO2010101408A3 (en) * 2009-03-03 2010-12-09 ㈜에이알텍 Cell resonator for an atom resonator

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JP4591298B2 (en) * 2005-09-28 2010-12-01 エプソントヨコム株式会社 Lamp exciter for rubidium atomic oscillator circuit
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