JPS6153879B2 - - Google Patents

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JPS6153879B2
JPS6153879B2 JP11588377A JP11588377A JPS6153879B2 JP S6153879 B2 JPS6153879 B2 JP S6153879B2 JP 11588377 A JP11588377 A JP 11588377A JP 11588377 A JP11588377 A JP 11588377A JP S6153879 B2 JPS6153879 B2 JP S6153879B2
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JP
Japan
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gas cell
cell
lamp
atomic oscillator
frequency
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JP11588377A
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Japanese (ja)
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JPS5449097A (en
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Toshio Hashi
Mutsuo Takeuchi
Kazuharu Chiba
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、小型化したルビジウムガスセル型の
原子発振器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a miniaturized rubidium gas cell type atomic oscillator.

原子や分子が有する永久不変的な共鳴周波数を
基準として水晶発振器を制御する原子発振器は、
長期周波数安定度が極めて高い為、周波数標準器
として利用されている。このような原子発振器と
しては、能動形のメーザ方式によるもの、受動形
の吸収方式によるもの又は原子ビーム方式による
もの、ガスセル方式によるもの等に分類すること
ができ、その中で受動形のガスセル方式によるル
ビジウムガスセル型原子発振器が比較的小型に構
成できるので、各種装置の周波数標準器として用
いられている。
Atomic oscillators control crystal oscillators based on the permanently unchanging resonance frequencies of atoms and molecules.
Because of its extremely high long-term frequency stability, it is used as a frequency standard. Such atomic oscillators can be classified into active maser type, passive absorption type or atomic beam type, and gas cell type. Since the rubidium gas cell type atomic oscillator according to the invention can be constructed in a relatively small size, it is used as a frequency standard for various devices.

このようなルビジウムガスセル型原子発振器
は、例えば第1図に示す構成を有するものであ
る。即ち光マイクロ波部11と電圧制御水晶発振
器12と周波数逓倍合成器13等から構成され、
光マイクロ波部11は、ランプセル1、ランプ励
振コイル2、反射鏡3、ランプ励振器4、フイル
タセル5、空胴共振器6、ガスセル7、光検出器
8、増幅器9、逓倍器10等により構成されてい
る。ルビジウムRbは自然界に2種類の同位元素
Rb87とRb85とが存在し、ランプセル1には
Rb87、フイルタセル5にはRb85、ガスセル7に
はRb87が封入され、ランプ励振器4からの高周
波出力がランプ励振コイル2に加えられて、ラン
プセル1は放電発光する。このランプセル1には
Rb87以外に緩衝気体として、He、Hz、Ne、N2
Ar、Kr、Xe等が封入されるのが一般的である。
Such a rubidium gas cell type atomic oscillator has, for example, the configuration shown in FIG. That is, it is composed of an optical microwave section 11, a voltage controlled crystal oscillator 12, a frequency multiplier synthesizer 13, etc.
The optical microwave section 11 includes a lamp cell 1, a lamp excitation coil 2, a reflector 3, a lamp exciter 4, a filter cell 5, a cavity resonator 6, a gas cell 7, a photodetector 8, an amplifier 9, a multiplier 10, etc. has been done. Rubidium Rb exists in two types of isotopes in nature.
There are Rb 87 and Rb 85 , and in lamp cell 1
Rb 87 , Rb 85 is sealed in the filter cell 5, and Rb 87 is sealed in the gas cell 7, and the high frequency output from the lamp exciter 4 is applied to the lamp excitation coil 2, so that the lamp cell 1 discharges and emits light. In this lamp cell 1
In addition to Rb 87 , buffer gases include He, Hz, Ne, N 2 ,
Generally, Ar, Kr, Xe, etc. are sealed.

ランプセル1から発生する光の波長成分のう
ち、不要な波長成分は、フイルタセル5により吸
収されて、所望の波長成分の光のみがガスセル7
に入射される。又電圧制御水晶発振器12の発振
出力は、周波数逓倍合成器13及び逓倍器10に
よりRb87の共鳴周波数の6834.68…………MHzに
逓倍されて空胴共振器6に加えられる。
Among the wavelength components of the light emitted from the lamp cell 1, unnecessary wavelength components are absorbed by the filter cell 5, and only the light of the desired wavelength component is transmitted to the gas cell 7.
is incident on the The oscillation output of the voltage controlled crystal oscillator 12 is multiplied by the frequency multiplier synthesizer 13 and the multiplier 10 to 6834.68 MHz, which is the resonance frequency of Rb 87 , and is applied to the cavity resonator 6.

空胴共振器6に加えられたマイクロ波が、ガス
セル7内のRb87の共鳴周波数と一致すると、光
マイクロ波二重共鳴によりガスセル7内を通る光
が吸収され、それによつて光検出器8の検出出力
が減少する。これを識別して増幅器9により増幅
し、電圧制御水晶発振器12の制御電圧とするも
ので、電圧制御水晶発振器12の発振周波数は、
Rb87の極めて安定な共鳴周波数を基準として制
御されるので、正確且つ高安定のものとなる。
When the microwave applied to the cavity resonator 6 matches the resonant frequency of Rb 87 in the gas cell 7, the light passing through the gas cell 7 is absorbed by optical microwave double resonance, thereby detecting the photodetector 8. Detection output decreases. This is identified and amplified by the amplifier 9 and used as the control voltage of the voltage controlled crystal oscillator 12. The oscillation frequency of the voltage controlled crystal oscillator 12 is as follows.
Since it is controlled based on the extremely stable resonance frequency of Rb 87 , it is accurate and highly stable.

このようなルビジウムガスセル型原子発振器を
小型化する為に第2図に示す構成が提案されてい
る。同図に於いて第1図と同一符号は同一部分を
示し、7aはガスセルとフイルタセルとを兼用し
たガスセルで、Rb87とRb85とが封入されてい
る。この構成に於いては、ランプセル1からの光
のうちの不要な波長成分がガスセル7a内の
Rb85により吸収され、又Rb87の共鳴周波数と空
胴共振器6に加えるマイクロ波周波数とが一致し
たとき光マイクロ波二重共鳴によりランプセル1
からの光の吸収が起るので、それを光検出器8で
検出するものである。このように、ガスセルとフ
イルタセルとを兼用した構成とすることにより、
第1図に示す構成に比較して光マイクロ波部を小
型化することができる。
In order to miniaturize such a rubidium gas cell type atomic oscillator, the configuration shown in FIG. 2 has been proposed. In this figure, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same parts, and 7a is a gas cell that serves both as a gas cell and a filter cell, in which Rb 87 and Rb 85 are sealed. In this configuration, unnecessary wavelength components of the light from the lamp cell 1 are absorbed into the gas cell 7a.
When the resonant frequency of Rb 87 and the microwave frequency applied to the cavity resonator 6 match, the lamp cell 1 is absorbed by Rb 85 due to optical microwave double resonance.
Since absorption of light occurs, the photodetector 8 detects this absorption. In this way, by having a configuration that combines a gas cell and a filter cell,
Compared to the configuration shown in FIG. 1, the optical microwave section can be made smaller.

本発明は、前述の如きルビジウムガスセル型原
子発振器を更に小型化し、且つ経済的な構成とす
ることを目的とするものである。以下実施例につ
いて詳細に説明する。
An object of the present invention is to further reduce the size of the rubidium gas cell type atomic oscillator as described above and to provide an economical configuration. Examples will be described in detail below.

第3図は本発明の実施例の説明図であり、第1
図と同一符号は同一部分を示すものであつて、7
Aはランプセルとフイルタセルとガスセルとを一
体化したガスセルである。このガスセル7Aには
Rb87とRb85とが封入され、その一部にランプ励
振コイル2を設けた発光部が形成されている。ラ
ンプ励振器4からの高周波出力がランプ励振コイ
ル2に加えられることによりガスセル7Aの発光
部に於いて高周波放電発光が生じ、その光の不要
波長成分はガスセル7A内のRb85により吸収さ
れ、又空胴共振器6に加えられるマイクロ波周波
数とRb87の共鳴周波数とが一致すると、光マイ
クロ波二重共鳴により光の吸収が起り、これを光
検出器8で検出し、第1図について説明したよう
に、電圧制御水晶発振器を制御するものである。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention, and the first
The same reference numerals as in the figure indicate the same parts, and 7
A is a gas cell that integrates a lamp cell, a filter cell, and a gas cell. In this gas cell 7A
Rb 87 and Rb 85 are sealed, and a light emitting section is formed in which a lamp excitation coil 2 is provided in a part thereof. When the high frequency output from the lamp exciter 4 is applied to the lamp excitation coil 2, high frequency discharge light emission is generated in the light emitting part of the gas cell 7A, and unnecessary wavelength components of the light are absorbed by Rb 85 in the gas cell 7A. When the microwave frequency applied to the cavity resonator 6 and the resonance frequency of Rb 87 match, light absorption occurs due to optical microwave double resonance, which is detected by the photodetector 8. As mentioned above, it controls a voltage controlled crystal oscillator.

従来の如く、複数のセルで原子発振器を構成し
た場合、それぞれ最適動作温度が多少相違するた
め、それぞれ断熱して独立的に温度制御する必要
があると共に、それぞれのセルの温度変動が相乗
的に周波数変動に影響してくるものであるが、本
発明の如くそれらを一体化した構成のガスセル7
Aに於いては、例えば70〜90℃程度の範囲内の所
定の温度で一定化すれば充分安定に動作するもの
となる。このような温度制御が1個所で済む点に
於いても本発明は高安定化並びに経済化できるも
のである。
When an atomic oscillator is configured with multiple cells as in the past, each cell has a slightly different optimal operating temperature, so it is necessary to insulate each cell and control the temperature independently, and the temperature fluctuations of each cell are synergistic. Although it affects frequency fluctuation, the gas cell 7 has a structure in which these are integrated as in the present invention.
In case A, if the temperature is kept constant at a predetermined temperature within the range of, for example, about 70 to 90°C, it will operate sufficiently stably. The present invention can achieve high stability and economy in that such temperature control can be performed at only one place.

以上説明したように、本発明は、光マイクロ波
部11のガスセル7Aに、光マイクロ波二重共鳴
用ルビジウムガスRb87と、不要波長成分を吸収
するルビジウムガスRb85とを混合して封入し、
このガスセル7Aを空胴共振器6内に配置すると
共に、そのガスセル7Aの一部を空胴共振器6外
に突出させ、その突出部にランプ励振コイル2を
巻いたものであり、ランプセル、フイルタセル、
ガスセルを一体化したセル構造とすることができ
るから、非常に小型な構成となる利点がある。
As explained above, in the present invention, rubidium gas Rb 87 for optical microwave double resonance and rubidium gas Rb 85 that absorbs unnecessary wavelength components are mixed and sealed in the gas cell 7A of the optical microwave section 11. ,
This gas cell 7A is arranged inside the cavity resonator 6, and a part of the gas cell 7A is made to protrude outside the cavity resonator 6, and the lamp excitation coil 2 is wound around the protrusion. ,
Since the gas cell can be integrated into a cell structure, it has the advantage of being extremely compact.

更に、一体化構成であるから、温度制御は1個
所で済むことになり、それによつて温度制御が容
易となると共に高安定制御が可能となり、又回路
構成が簡単化されて低消費電力化を図ることがで
きる利点がある。又Rb87の共鳴周波数を基準と
した発振周波数を出力することができるから、高
安定の発振出力を得ることができる利点がある。
なお、一体化したセル構造は、励振コイル2を巻
くことができる突出部を有するものであれば、実
施例に示された形状にのみ限定されるものではな
く、空胴共振器6の形状等に関連して任意の形状
とすることができるものである。
Furthermore, since it has an integrated configuration, temperature control only needs to be done in one place, which makes temperature control easier and allows for highly stable control, and the circuit configuration is simplified, resulting in lower power consumption. There are advantages that can be achieved. Furthermore, since it is possible to output an oscillation frequency based on the resonance frequency of Rb 87 , there is an advantage that highly stable oscillation output can be obtained.
Note that the integrated cell structure is not limited to the shape shown in the embodiments, as long as it has a protrusion around which the excitation coil 2 can be wound, and the shape of the cavity resonator 6, etc. It can be of any shape in relation to.

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

第1図及び第2図は従来のルビジウムガスセル
型の原子発振器の説明図、第3図は本発明の実施
例の説明図である。 2はランプ励振コイル、4はランプ励振器、6
は空胴共振器、7Aは一体化構成のガスセル、8
は光検出器、11は光マイクロ波部である。
1 and 2 are explanatory diagrams of a conventional rubidium gas cell type atomic oscillator, and FIG. 3 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention. 2 is a lamp excitation coil, 4 is a lamp exciter, 6
7A is a cavity resonator, 7A is an integrated gas cell, 8
1 is a photodetector, and 11 is an optical microwave section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ルビジウムガスセル型の原子発振器に於い
て、光マイクロ波部のガスセルに、光マイクロ波
二重共鳴用ルビジウムガスと、不要波長成分を吸
収するルビジウムガスとを混合して封入して空胴
共振器内に配置すると共に一部を空胴共振器外に
突出させた突出部を形成し、該突出部にランプ励
振コイルを巻いて構成したことを特徴とする原子
発振器。
1. In a rubidium gas cell type atomic oscillator, rubidium gas for optical microwave double resonance and rubidium gas that absorbs unnecessary wavelength components are mixed and sealed in the gas cell of the optical microwave section to create a cavity resonator. What is claimed is: 1. An atomic oscillator characterized in that the atomic oscillator is constructed by forming a protruding part disposed inside the cavity resonator and partially protruding outside the cavity, and winding a lamp excitation coil around the protruding part.
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JPS59108381A (en) * 1982-12-14 1984-06-22 Nec Corp Rubidium atom oscillator
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