JPS622837Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔概 要〕 原子共振周波数によつて制御される電圧制御水
晶発振器を有する原子発振器において、電圧制御
水晶発振器の水晶振動子収容部を原子共振器また
はランプセル用恒温槽と一体的に構成し、原子共
振器またはランプセル用恒温槽の温度制御器によ
つて水晶振動子収容部を同時に温度制御すること
によつて、水晶振動子の恒温化のための恒温槽、
温度制御器等を省略し、原子発振器の低消費電力
化、小型化、経済化を図る。

〔産業上の利用分野〕

本考案は原子発振器、さらに詳しくはガスセル
形原子発振器の構成および構造に関するものであ
る。

物質の原子や分子が電磁波の吸収や放出を行う
場合の共振周波数は、それぞれの原子や分子に個
有であり、極めて安定性が高くかつ完全な再現性
を有する。このような共振周波数を基準として水
晶発振器の発振周波数を制御する原子発振器は、
長期、短期の周波数安定性が極めて高いため、高
い周波数精度を必要とする場合の周波数発生源と
して利用されている。

このような原子発振器のうち、ルビジウム等の
ガス状原子を封入したガスセルを用い、遷移周波
数に等しい周波数のマイクロ波を外部から加えた
とき、光スペクトルの吸収が生じることを利用し
て共振周波数を検出するガスセル形原子発振器
は、比較的小形、軽量、低価格等の利点を有する
ところから、ひろく実用化されている。

〔従来の技術〕

第１図はこのような原子発振器の一構成例を示
したものである。第１図において電圧制御形水晶
発振器１は、たとえば5MHzを発振して出力し、
その出力周波数から周波数逓倍合成器２において
逓倍、分周および合成を行つて、ルビジウム原子
の共振周波数6834.68…ＭHzを発生する。この信
号は変調用発振器３の出力信号たとえば155Hzで
位相変調されて原子共振器４に入力される。原子
共振器４からは、原子の共振周波数と入力周波数
との誤差周波数が変調波の位相と振幅に変換され
たものが得られるので、増幅器５において増幅
後、位相検波器６において変調用発振器３の出力
信号によつて位相検波を行い、前記の誤差周波数
に応じた直流信号を得る。この直流信号を低域
波器７を通じて電圧制御水晶発振器１に帰還し、
制御を行うことによつて、電圧制御水晶発振器１
は常に原子共振周波数を基準として制御され、そ
の発振周波数は安定化される。発振器１の出力は
端子８から取り出される。

このようにガスセル形原子発振器においては、
その発生周波数は原子共振周波数を基準として制
御されるが、周波数精度向上のためには原子共振
器の構成要素の一部や電圧制御水晶発振器の水晶
振動子やその周辺回路は一定の温度に保つ必要が
ある。

ガスセル形原子共振器においては、原子共振出
力のＳ／Ｎ比を高め、かつ共振周波数の安定性を
確保するために、ガスセルの温度を一定に保つた
めの恒温槽が使用される。

また電圧制御水晶発振器は、原子発振器の比較
的短い平均時間における周波数安定度を良くする
ために、高いＱの振動子を用いた恒温槽付発振器
が使用されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

このため、ガスセル形原子発振器における消費
電力のうち多くの部分は加熱用電源として用いら
れており、従つて原子発振器は、たとえば周波数
標準高安定水晶発振器と比較して所要電力が大き
く、かつ大型化する欠点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の目的は、このようなガスセル形原子発
振器の欠点を改善し、小型、低電力、低価格の原
子発振器を提供しようとするものであり、その手
段として原子発振器の構成および構造を改良した
ものである。以下、実施例について詳細に説明す
る。

〔実施例〕

第２図は本考案の原子発振器の一実施例の構成
を示す断面図、第３図は第２図に示す原子発振器
のうち原子共振器、水晶振動子収容部およびラン
プ恒温槽の配置状況を示す斜視図である。

第２図および第３図において、ルビジウムガス
を封入したガスセル１１は、マイクロ波共振器１
２中に収納されており、マイクロ波共振器１２に
はマイクロ波入力端子１３を通じて第１図の周波
数逓倍合成器２で発生したマイクロ波信号が導か
れる。また、光ポンピングを行うためのルビジウ
ムランプセル１４を有し、その発生した光はマイ
クロ波共振器１２に設けられた窓部１５から入
り、ガスセル１１を通つて窓部１６から出て光検
出器１７においてその強度を検出される。第１図
に示す電圧制御水晶発振器１の水晶振動子１８は
水晶振動子収容部１９に収容されており、その他
の回路部分は周波数逓倍合成器２の構成要素とと
もに基板２０上に配置されている。マイクロ波共
振器１２にはガスセル１１を含めてその温度を一
定に保つためのヒータ２１が設けられ恒温槽を形
成している。ヒータ２１を制御するためのマイク
ロ波共振器温度制御器は第１図の増幅器５ととも
に基板２２上に配置されており、サーミスタ２３
はその温度検出用である。ランプセル１４も同様
にその温度の一定を保つため恒温槽２４に収容さ
れ、恒温槽２４には加熱用ヒータ２５が設けてあ
る。ヒータ２５を制御するためのランプ温度制御
器はランプセル励振のためのランプ励振器ととも
に基板２６上に配置されており、また温度検出用
のサーミスタ２７が恒温槽２４に取付けてある。
また第１図における変調用発振器３、位相検出器
６および低域波器７は基板２８上に配置されて
いる。さらにマイクロ波共振器１２には遷移周波
数微調整のためのＣ−磁場コイル２９が設けられ
ており、さらに原子発振器全体を外部磁界の影響
から遮断するための磁気シールト３０がある。

本考案においては、水晶振動子１８を収容する
水晶振動子収容部１９がマイクロ波共振器１２と
の間で、構造上、容易に熱移動が行われるよう
に、熱的に結合して設けられている。このため水
晶振動子収容部１９は常にマイクロ波共振器１２
とほぼ等しい温度を有する。マイクロ波共振器１
２はヒータ２１、サーミスタ２３および基板２２
上に設けられたマイクロ波共振器温度制御器の作
用によつて常に一定温度に保たれており、従つて
水晶振動子収容部１９およびその内部に収容され
た水晶振動子１８も常に一定温度に保たれるの
で、電圧制御水晶発振器１の発振周波数は安定す
る。

このように電圧制御水晶発振器が常にマイクロ
波共振器１２と同時に温度制御を受ける結果、電
圧制御水晶発振器のための専用の恒温槽を必要と
せずして温度制御が行われる。

従来、原子発振器においては、電圧制御水晶発
振器用として別個に恒温槽と温度制御器を設けて
水晶振動子の温度を一定化することが行われてい
た。本発明によれば恒温槽と温度制御器とを別個
に設けることなく水晶振動子の恒温化が行われる
ので、原子発振器全体としての低電力下、小形
化、経済化が達成される。

なお、上記の実施例においては、水晶振動子収
容部１９をマイクロ波共振器１２と熱的に結合し
て一体化したが、これをランプセル用恒温槽２４
と熱的に結合して一体化することも可能である。
この場合は水晶振動子の温度は、ヒータ２５、サ
ーミスタ２７および基板２６上に設けられたラン
プ温度制御器によつて一定温度に制御される。ラ
ンプセル用恒温槽２４とほぼ等しい温度に一定化
される。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案の原子発振器にお
いては、電圧制御形水晶発振器の水晶振動子の恒
温化のための恒温槽、温度制御器等を別個に設け
ず、恒温化されたマイクロ波共振器、またはラン
プセル用恒温槽と構造上熱的に結合して一体化
し、共通に温度制御を行うことによつて、専用の
恒温槽、温度制御器等を必要としないので、原子
発振器全体としての低消費電力化、小型化、経済
化が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子発振器の一構成例を示すブロツク
図、第２図は本考案の原子発振器の一実施例の構
成を示す断面図、第３図は原子共振器、水晶振動
子収容部およびランプ恒温槽の配置を示す斜視図
である。 １……電圧制御形水晶発振器、２……周波数逓
倍合成器、３……変調用発振器、４……原子共振
器、５……増幅器、６……位相検波器、７……低
域波器、８……出力端子、１１……ガスセル、
１２……マイクロ波共振器、１３……マイクロ波
入力端子、１４……ルビジウムランプセル、１
５，１６……窓部、１７……光検出器、１８……
水晶振動子、１９……水晶振動子収容部、２０，
２２，２６，２８……基板、２１，２５……ヒー
タ、２３，２７……サーミスタ、２４……ランプ
セル用恒温槽、２９……Ｃ−磁場コイル、３０…
…磁気シールド。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 原子共振周波数によつて制御される電圧制御水
   晶発振器の水晶振動子収容部を原子共振器または
   ランプセル用恒温槽と一体的に構成するととも
   に、前記原子共振器またはランプセル用恒温槽の
   温度制御器によつて該水晶振動子収容部を同時に
   温度制御を行うようにしたことを特徴とする原子
   発振器。