JPS63304722A

JPS63304722A - ルビジウム原子発振器

Info

Publication number: JPS63304722A
Application number: JP14105987A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Oyamada; 小山田　仁
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-06-04
Filing date: 1987-06-04
Publication date: 1988-12-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光ポンピングを用いたガスセル形のルビジウ
ム原子発振器に関する。

〔概要〕

本発明は、光ポンピングを用いたガスセル形のルビジウ
ム発振器において、上記ルビジウム発振器の発振周波数を中心周波数ｆ。に
同期させる制御信号を発生する水晶発振器を、光共鳴装
置または上記水晶発振器内の恒温槽内に取りつけられた
サーミスタなどの感温素子と抵抗器とで構成され、積分
増幅器からの制御電圧が入力される掃引回路の出力によ
り制御することにより、簡単な回路構成で、安定な動作を行うようにしたもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、ルビジウム原子発振器の立上り時において、水晶
発振器の出力周波数をルビジウム原子の共鳴周波数に同
期させる場合は、水晶発振器出力周波数をＣＲ発振器と
リレーを用いた掃引発振器を用いて強制的１と周波数掃
引させるか、再現性の良い高安定発振器を使用する方法
がとられていた。

第６図は従来のルビジウム原子発振器の一例を示すブロ
ック構成図である。本従来例は、光共鳴装置１０と制御
架２０とを含んでいる。そして光共鳴装置１０はランプ
励振器１１、キャビティ１２および太陽電池１３を含み
、制御架２０は、低周波増幅器２１、位相検波器２２、
積分増幅器２３、掃引発振器２４、水晶発振器２５、低
周波発振器２６、周波数逓倍器２７および周波数合成器
２８を含んでいる。なお、光共鳴装置１０には恒温槽が
あり、ランプ励振器１１、キャビティ１２等が収容され
る。また水晶発振器２５内にも恒温槽があり、水晶が収
容される。

このルビジウム原子発振器は、第７図に示すように、ル
ビジウム原子の共鳴曲線を利用して、その共鳴曲線の中
心周波数ｆ。に低周波の変調信号ｆ、により位相変調を
かけて、系の同期をとる構成となっている。この場合、
立上げ時には水晶発振器２５の出力周波数がずれている
ため同期がかからないので、第８図に示すように、掃引
発振器２４により積分増幅器２３を強制的に駆動し、水
晶発振器２５の出力周波数を可変する必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のルビジウム原子発振器では、掃引発振器
（たとえばＣＲ発振器およびリレー回路）が必要であり
、また、同期上のタイミング（周波数ｆ。にきたとき掃
引発振器を切り離すこと）が難しいので、しばしば同期
に一定の時間を必要とする欠点がある。

もし、この掃引発振器を使用しない方式、例えば特に再
現性の良い高安定水晶発振器を使用すれば良いが、価格
および小型化に対する寸法上に制約がある。

本発明の目的は、上記の欠点を除去することにより、簡
単な構成で安定に動作するルビジウム原子発振器を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ルビジウム原子の光共鳴装置と、この光共鳴
装置の共鳴中心周波数信号に位相変調をかける所定の周
波数の出力信号を発生する周波数可変手段を有する水晶
発振器と、上記光共鳴装置のモニタ信号により上記水晶
発振器からの出力信号を制御する制御信号を出力する積
分増幅器とを含むガスセル形のルビジウム原子発振器に
おいて、抵抗器と、上記ルビジウム原子発振器内の所定
の恒温槽内に取りつけられた感温素子とを含む掃引回路
を、その入力を上記積分増幅器の出力に接続し、その出
力を上記水晶発振器の周波数可変手段を含む入力回路に
接続して設けたことを特徴とする。

また本発明は、所定の恒温槽は、光共鳴装置内の恒温槽
であることができる。

また本発明は、所定の恒温槽は、水晶発振器内の恒温槽
であることができる。

〔作用〕

掃引回路は、抵抗器と、例えば光共鳴装置内の恒温槽に
収納されたキャビティに直接取り付けられたサーミスタ
とを含み、積分増幅器から出力される制御信号の大きさ
を制御して、水晶発振器の周波数可変手段として例えば
可変容量ダイオードを含む入力回路に対して出力する。

ここで上記掃引回路の出力は、上記キャビティの温度に
対応して変化するので、上記水晶発振器からの出力信号
の周波数も上記キャピテイの温度に対応して変化する。

従って、ルビジウム原子発振器の立上時におけるキャビ
ティ温度の立上り特性に対応して、上記水晶発振器の出
力信号の周波数も追随して変化し、キャビティ温度が一
定値に達し、光共鳴装置からの出力周波数が中心周波数
ｆ。になったときに正しく同期をとることができる。

なお、上記恒温槽を水晶発振器内の水晶を収納した恒温
槽とした場合にも同様にして正しく中心周波数ｆ０で同
期をとることができる。

すなわち、本発明によれば、簡単な掃引回路でもって安
定に動作するルビジウム原子発振器を実現できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例の要部を示すブロック構成図
である。本実施例は、ルビジウム原子の光共鳴装置１０
ａと、この光共鳴装置１０ａの共鳴中心周波数信号に位
相変調をかける所定の周波数の出力信号３４を発生する
周波数可変手段を有する水晶発振器２５ａと、光共鳴装
置１０ａのモニタ信号３３により水晶発振器２５ａの出
力信号３４を制御する制御信号３５を出力する積分増幅
器２３ａとを含むルビジウムガスセル型のルビジウム原
子発振器において、抵抗器Ｒ，と、光共鳴装置１０ａ内
の恒温槽内のキャビティ１２ａに取りつけられた感温素
子としてのサーミスタＲｔｈとを含む掃引回路２４ａを
、人力を積分増幅器２３ａの出力に接続し、出力を水晶
発振器２５ａの周波数可変手段としての可変容量ダイオ
ードＶＤを含む入力回路に接続して設けたものである。

なお、積分増幅器２３ａは、抵抗器Ｒ３およびＲ６、可
変抵抗器ＲＶ、コンデンサＣ４および演算増幅器３１と
を含み、水晶発振器２５ａは、抵抗器Ｒ２、Ｒ３および
Ｒ１、コンデンサＣ＋　、Ｃ２およびＣ３、可変容量ダ
イオードＶＤ、水晶ＸＬおよび増幅器３２を含んでいる
。ｖＡ右よびＶＢは電源である。

なお、第１図に図示した以外の構成は第６図の従来例と
同様である。

本発明の特徴は、第１図において、掃引回路２４ａを設
けたことにある。

次に、本実施例の動作について第２図ないし第５図の特
性図を参照して説明する。第２図はキャビティ温度Ｔｃ
に対する・サーミスタＲｔｈの抵抗値ＲＬｈおよび掃引
回路の掃引出力電圧Ｖの関係を示す特性図、第３図は掃
引出力電圧Ｖに対する水晶発振器の出力周波数の変化率
（Δｆ／ｆ）の関係を示す特性図、第４図はキャビティ
温度Ｔｃに対する水晶発振器の出力周波数変化率（Δｆ
／ｆ）の関係を示す特性図、ふよび第５図はルビジウム
原子発振器の立上り時間ｔに対するキャビティ温度Ｔｃ
の関係を示す特性図である。

掃引回路２４ａは最も簡単な例としてサーミスタＲｔｈ
と抵抗器Ｒ１により構成されている。この場合、積分増
幅器２３ａからの制御信号３５は、サーミスタＲｔｈと
抵抗器Ｒ１との分圧である掃引出力電圧Ｖとなり、水晶
発振器２５ａの可変容量ダイオードＶＤに印加される。

第２図に示すように、サーミスタＲｔｈはキャビティ１
２ａに実装されているため、温度上昇とともに抵抗値は
減少し、逆に掃引出力電圧Ｖは増加する。もし、第３図
に示すように、電圧Ｖにより水晶発振器出力周波数が変
化するならば、結果として第４図に示すように、キャビ
ティ温度Ｔ。の変化とともに、水晶発振器出力周波数が
変化することになる。ルビジウム原子発振器の立上り後
、キャビティ温度Ｔ。がＴｏに達すると、水晶発振器出
力周波数はｆ。になり、ルビジウム原子の周波数と一致
し原子発振、器は同期することになる。

この場合、第５図に示すように、一般に恒温槽の槽内温
度は立上り時には脈動しその後安定する特性をもつので
、同期可能な点は数点存在するので、一度同期不可にな
っても最終的には同期することが約束されている。

さらに、掃引回路２４ａの感度はサーミスタ等の感温素
子に固定抵抗器を直並列接続することにより任意に設定
できる。

なお、上述の実施例においては、感温素子をキャビティ
すなわち光共鳴装置内の恒温槽内に設けたけれども、感
温素子は水晶発振器の恒温槽内に設けても同様の効果を
得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、従来のように複
雑な掃引回路（ＣＲ発振器とリレー回路等）や高安定水
晶発振器を必要とすることなく、サーミスタ等の感温素
子と１個もしくは複数個の抵抗器のみを用いることによ
り簡単に掃引回路を構成でき、簡単化従って低価格化さ
れ、かつ安定に動作するルビジウム原子発振器を得るこ
とができ、その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部を示すブロック構成図
。第２図はそのキャビティ温度に対するサーミスタ抵抗お
よび掃引出力電圧の関係を示す特性図。第３図はその掃引出力電圧に対する水晶発振器の出力周
波数変化率の関係を示す特性図。第４図はそのキャビティ温度に対する水晶発振器の出力
周波数変化率の関係を示す特性図。第５図はそのルビジウム原子発振器の立上り時間に対す
るキャビティ温度の関係を示す特性図。第６図は従来例を示すブロック構成図。第７図はその光共鳴装置の共鳴曲線と変調信号との関係
を示す特性図。第８図はその水晶発振器の出力周波数変化率のスイープ
時間変化を示す特性図。１０．１０ａ・・・光共鳴装置、１１・・・ランプ励振
器、１２．１２ａ・・・キャビティ、１３・・・太陽電
池、２０・・・制御架、２１・・・低周波増幅器、２２
・・・位相検波器、２３．２３ａ・・・積分増幅器、２
４・・・掃引発振器、２４ａ・・・掃引回路、２５．２
５ａ・・・水晶発振器、２６・・・低周波発振器、２７
・・・周波数逓倍器、２８・・・周波数合成器、３１・
・・演算増幅器、３２・・・増幅器、３３・・・モニタ
ー信号、３４・・・（水晶発振器の）出力信号、３５・
・・制御信号、０１〜Ｃ１・・・コンデンサ、Ｒ１−Ｒ
６・・・抵抗器、Ｒｔｈ・・・サーミスタ、ＲＶ・・・
可変抵抗器、■・・・掃引出力電圧、ＶＡ　、　Ｖ！ｌ
・・・電源、ＶＤ・・・可変容量ダイオード、ＸＬ・・
・水晶。代理人　　弁理士　井　出　直　孝央マビティ温良Ｔｃ　　　　　　　　　　　ｓ引出力電
圧Ｖ（ｖ）夷閉例　　　　　　　文扁例だ　２　図　　　　　肩　３　口％ヤビテ（ＪａＪｉ　Ｔｃ　　　　　　　　　　　　Ｔ
ｃ立に’）呼量（１）夾ｆ１例　　　　　　大扇例尾４　図　　　　′Ｍ　５　図ＷＪ　ｌ　口４ズ〔、釆渣２つ ′Ｍ　８　口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ルビジウム原子の光共鳴装置（１０ａ）と、この
光共鳴装置の共鳴中心周波数信号に位相変調をかける所
定の周波数の出力信号（３４）を発生する周波数可変手
段を有する水晶発振器（２５ａ）と、上記光共鳴装置の
モニタ信号（３３）により上記水晶発振器からの出力信
号を制御する制御信号（３５）を出力する積分増幅器（
２３ａ）とを含むガスセル形のルビジウム原子発振器において、抵抗器（Ｒ＿１）と、上記ルビジウム原子発振器内の所
定の恒温槽内に取りつけられた感温素子（Ｒ＿ｔ）とを
含む掃引回路（２４ａ）を、その入力を上記積分増幅器
の出力に接続し、その出力を上記水晶発振器の周波数可
変手段（ＶＤ）を含む入力回路に接続して設けたことを特徴とするルビジウム原子発振器。
（２）所定の恒温槽は、光共鳴装置内の恒温槽である特
許請求の範囲第（１）項に記載のルビジウム原子発振器
。
（３）所定の恒温槽は、水晶発振器内の恒温槽である特
許請求の範囲第（１）項に記載のルビジウム原子発振器
。