JPS6340496B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6340496B2 JPS6340496B2 JP56094291A JP9429181A JPS6340496B2 JP S6340496 B2 JPS6340496 B2 JP S6340496B2 JP 56094291 A JP56094291 A JP 56094291A JP 9429181 A JP9429181 A JP 9429181A JP S6340496 B2 JPS6340496 B2 JP S6340496B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cavity resonator
- frequency
- cell
- crystal oscillator
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 9
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 9
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ルビジウムやセシウム等の原子の安
定な共鳴周波数を基準として水晶発振器の発振周
波数を自動制御する原子発振器に関し、特に、装
置を小形化した原子発振器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an atomic oscillator that automatically controls the oscillation frequency of a crystal oscillator based on the stable resonant frequency of atoms such as rubidium and cesium, and particularly relates to an atomic oscillator whose device is miniaturized.
従来のこの種の原子発振器は、第１図に示すよ
うに、電圧制御水晶発振器１と、周波数合成器２
と、光マイクロ波部３とからなつている。上記光
マイクロ波部３内には、上記水晶発振器１の発振
周波数より周波数合成器２及び逓倍器４により合
成された入力マイクロ波周波数に共振する円筒形
の空胴共振器５を有すると共に、この空胴共振器
５内にはルビジウム（Rb 87）が封入された共鳴セ
ル８が設けられている。この共鳴セル８には、ル
ビジウム（Rb 87）が封入されたランプセル６から
高周波放電発光により発光した光が、ルビジウム
（Rb 85）の封入されたフイルタセル７により不要
な波長の光が吸収された後に到達するようになつ
ている。しかしこの場合、上記円筒形の空胴共振
器５にあつては、マイクロ波励振モードとして最
も一般的なTE011モードにおいて円筒の内径を約
70mmより小さくするのは難しかつた。したがつ
て、装置の小形化を図る上で、上記円筒形の空胴
共振器５の寸法形状の不融通性が最大の障害とな
つていた。これに対して、第２図に示すように、
第１図に示すフイルタセル７と共鳴セル８とを合
体させて上記両者の作用を兼ね備えた共鳴セル
８′を設け、フイルタセル７に相当するものを省
略したものが提供されているが、空胴共振器５の
寸法形状は従前どおりのままで、装置の飛躍的な
小形化は期待できない。 A conventional atomic oscillator of this type includes a voltage controlled crystal oscillator 1 and a frequency synthesizer 2, as shown in FIG.
and an optical microwave section 3. The optical microwave section 3 includes a cylindrical cavity resonator 5 that resonates at an input microwave frequency synthesized from the oscillation frequency of the crystal oscillator 1 by a frequency synthesizer 2 and a multiplier 4. A resonance cell 8 in which rubidium (R b 87 ) is sealed is provided within the cavity resonator 5 . In this resonant cell 8, light emitted by high-frequency discharge light emission from the lamp cell 6 filled with rubidium (R b 87 ) is absorbed by the filter cell 7 filled with rubidium (R b 85 ), and unnecessary wavelength light is absorbed. It is supposed to be reached after. However , in this case, in the case of the cylindrical cavity resonator 5, the inner diameter of the cylinder is approximately
It was difficult to make it smaller than 70mm. Therefore, the inflexibility of the size and shape of the cylindrical cavity resonator 5 has been the biggest obstacle in reducing the size of the device. On the other hand, as shown in Figure 2,
A filter cell 7 and a resonance cell 8 shown in FIG. 1 are combined to form a resonance cell 8' having the functions of both of the above, and the filter cell 7 is omitted. The dimensions and shape of the container 5 remain the same as before, and we cannot expect a drastic downsizing of the device.
本発明は、上記事情に対処してなされたもの
で、空胴共振器自体の寸法形状を小さくして装置
の小形化を図ることができる原子発振器を提供す
ることを目的とする。 The present invention has been made in response to the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide an atomic oscillator in which the size and shape of the cavity resonator itself can be reduced to achieve miniaturization of the device.
以下、本発明の実施例を添付図面に基いて詳細
に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
本発明による原子発振器は、第３図に示すよう
に、電圧制御水晶発振器１と、周波数合成器２
と、光マイクロ波部３とからなる。上記電圧制御
水晶発振器１を後述の光マイクロ波部３からの制
御信号により自動制御し、極めて高い周波数安定
度を得るものである。この電圧制御水晶発振器１
の出力S1は周波数合成器２に入力されて端数合成
がされ、その出力S2は光マイクロ波部３の逓倍器
４に入力される。この周波数合成器２及び逓倍器
４により、上記水晶発振器１の発振周波数が合
成、逓倍されて後述の共鳴セル内に封入されるル
ビジウム（Rb 87）の共鳴周波数6834.68……ＭHz
と同一周波数の入力マイクロ波周波数とされる。 As shown in FIG. 3, the atomic oscillator according to the present invention includes a voltage controlled crystal oscillator 1 and a frequency synthesizer 2.
and an optical microwave section 3. The voltage-controlled crystal oscillator 1 is automatically controlled by a control signal from an optical microwave section 3, which will be described later, to obtain extremely high frequency stability. This voltage controlled crystal oscillator 1
The output S 1 is input to the frequency synthesizer 2 and subjected to fractional synthesis, and the output S 2 is input to the multiplier 4 of the optical microwave section 3. The oscillation frequency of the crystal oscillator 1 is synthesized and multiplied by the frequency synthesizer 2 and the multiplier 4, and the resonant frequency of rubidium (R b 87 ) sealed in the resonant cell (to be described later) is 6834.68 MHz.
The input microwave frequency is the same frequency as .
上記周波数合成器２からの出力S2が入力する光
マイクロ波部３は、逓倍器４と、ランプセル６
と、同軸形空胴共振器９と、共鳴セル１０と、光
検出器１１と、増幅器１２とを有してなる。上記
ランプセル６内には、ルビジウム（Rb 87）が封入
されており、温度制御器１３及び加熱ヒータ１４
によつて最適温度に制御され、ランプ励振器１５
の励振により高周波放電発光する。この発生した
光は、上記ランプセル６の後方に設けられた放物
面鏡などの反射鏡１６によつて反射され、該ラン
プセル６の前方に平行光線束となつて進む。 The optical microwave section 3 to which the output S 2 from the frequency synthesizer 2 is input includes a multiplier 4 and a lamp cell 6.
, a coaxial cavity resonator 9 , a resonant cell 10 , a photodetector 11 , and an amplifier 12 . Rubidium (R b 87 ) is sealed inside the lamp cell 6, and a temperature controller 13 and a heater 14
controlled to an optimum temperature by the lamp exciter 15.
When excited, high-frequency discharge light is emitted. This generated light is reflected by a reflecting mirror 16 such as a parabolic mirror provided behind the lamp cell 6, and travels forward of the lamp cell 6 as a parallel beam of light.
上記ランプセル６の前方には、同軸形空胴共振
器９が設けられている。この同軸形空胴共振器９
には、上記周波数合成器２からの出力S2を入力し
て逓倍し、共鳴セル内のルビジウム（Rb 87）の共
鳴周波数と同一周波数とする逓倍器４からの入力
マイクロ波信号S3が入力され、内導体１７には、
静磁界発生用の電流Ｉが接続される。ここで、こ
のような接続をしたのは、空胴共振器に励振され
るマイクロ波の磁界と外部から印加される静磁界
の方向が平行でなければならないからである。本
発明に係る同軸形空胴共振器９においては、マイ
クロ波励振モードがTEMモードであるから、マ
イクロ波磁界Ｈは上記同軸形空胴共振器９の円周
方向に分布する。従つて、この同軸形空胴共振器
９に外部から印加する静磁界も円周方向に分布す
るようにしなければならない。そこで、内導体１
７に直線電流Ｉを流してやるとその周囲に円周方
向の磁界が形成され、上記マイクロ波磁界Ｈと平
行となる。 A coaxial cavity resonator 9 is provided in front of the lamp cell 6. This coaxial cavity resonator 9
In this case, the input microwave signal S 3 from the multiplier 4 is inputted and multiplied by the output S 2 from the frequency synthesizer 2 to make it the same frequency as the resonant frequency of rubidium (R b 87 ) in the resonant cell. is input to the inner conductor 17,
A current I for generating a static magnetic field is connected. The reason for this connection is that the direction of the microwave magnetic field excited in the cavity resonator and the static magnetic field applied from the outside must be parallel. In the coaxial cavity resonator 9 according to the present invention, the microwave excitation mode is the TEM mode, so the microwave magnetic field H is distributed in the circumferential direction of the coaxial cavity resonator 9. Therefore, the static magnetic field externally applied to the coaxial cavity resonator 9 must also be distributed in the circumferential direction. Therefore, inner conductor 1
When a linear current I is passed through 7, a circumferential magnetic field is formed around it, which is parallel to the microwave magnetic field H mentioned above.
上記内導体１７と外導体１８との間の空胴内に
は、ルビジウムの二種類の同位元素であるRb 87と
Rb 85が封入された共鳴セルが配設されている。こ
の共鳴セルが配設された部位の外導体１８には、
加熱ヒータ１９が巻かれ温度制御器２０によつて
該共鳴セルは最適温度に制御されている。上記共
鳴セルに封入されたRb 85は、ランプセル６で発生
したRb 87の放電発光のうち不要な波長の光を吸収
するフイルタの役目をし、この結果共鳴セル内に
はRb 87の共鳴周波数の波長成分の光のみが通過す
ることとなる。 In the cavity between the inner conductor 17 and the outer conductor 18, two types of isotopes of rubidium, R b 87 and
A resonant cell containing R b 85 is installed. The outer conductor 18 in the region where this resonance cell is arranged includes:
A heater 19 is wound around the resonance cell, and a temperature controller 20 controls the resonance cell to an optimum temperature. The R b 85 sealed in the resonant cell acts as a filter that absorbs unnecessary wavelength light of the R b 87 discharge emission generated in the lamp cell 6, and as a result, R b 87 is contained in the resonant cell. Only light with a wavelength component of the resonant frequency will pass through.
上記同軸形空胴共振器９の前方には、光検出器
１１が設けられている。この光検出器１１は、ラ
ンプセル６で高周波放電発光したRb 87の光が上記
同軸形空胴共振器９内の共鳴セルを通過した後の
光の強度を検出するものである。すなわち、上記
同軸形空胴共振器９に印加される入力マイクロ波
信号S3の周波数と上記共鳴セル内のRb 87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
り該共鳴セルを通過する光の強度が極小となり、
これによつて光検出器１１の検出出力が減少し、
検出信号S4を発する。 A photodetector 11 is provided in front of the coaxial cavity resonator 9 . This photodetector 11 detects the intensity of the R b 87 light emitted by high-frequency discharge in the lamp cell 6 after passing through the resonant cell in the coaxial cavity resonator 9 . That is, when the frequency of the input microwave signal S 3 applied to the coaxial cavity resonator 9 matches the resonant frequency of R b 87 in the resonant cell, the resonant cell is activated by optical microwave double resonance. The intensity of the light passing through becomes minimal,
This reduces the detection output of the photodetector 11,
Emit a detection signal S4 .
この検出信号S4は増幅器１２に入力して適宜増
幅され、制御信号S5として電圧制御水晶発振器１
に帰還される。この電圧制御水晶発振器１では、
上記Rb 87の極めて安定な共鳴周波数を基準として
取り出された制御信号S5によつて、その発振周波
数を制御し、10-10程度の極めて高い周波数安定
度を有する出力周波数を得ることができる。 This detection signal S4 is input to the amplifier 12, where it is amplified as appropriate, and the control signal S5 is sent to the voltage controlled crystal oscillator 1.
will be returned to. In this voltage controlled crystal oscillator 1,
The oscillation frequency can be controlled by the control signal S 5 taken out based on the extremely stable resonance frequency of R b 87 mentioned above, and an output frequency with an extremely high frequency stability of about 10 -10 can be obtained. .
なお、上記同軸形空胴共振器９においては、外
部から印加する静磁界の強さの内導体１７からの
距離による変化を考慮して、空胴内に配設される
共鳴セルの形状及び配設場所を決定する。 In the coaxial cavity resonator 9, the shape and arrangement of the resonant cells arranged in the cavity are determined in consideration of changes in the strength of the static magnetic field applied from the outside depending on the distance from the inner conductor 17. Decide on the installation location.
本発明は以上のように構成されたので、空胴共
振器として同軸形空胴共振器９を用いたことによ
り、該同軸形空胴共振器９の径をいくらでも小さ
くできる。また、その軸方向の長さは、例えばル
ビジウム（Rb 87）の共鳴周波数6834.68……ＭHz
において、約２cmと短くすることができる。従つ
て、従来の円筒形空胴共振器に比し、格段と小形
化することができ、原子発振器としての装置全体
を小形化することができる。 Since the present invention is constructed as described above, by using the coaxial cavity resonator 9 as the cavity resonator, the diameter of the coaxial cavity resonator 9 can be made as small as desired. In addition, the length in the axial direction is, for example, the resonance frequency of rubidium (R b 87 ) 6834.68...MHz
It can be shortened to about 2 cm. Therefore, it can be made much smaller than a conventional cylindrical cavity resonator, and the entire device as an atomic oscillator can be made smaller.
第１図及び第２図は従来の原子発振器を示す説
明図、第３図は本発明による原子発振器を示す説
明図である。
１……電圧制御水晶発振器、２……周波数合成
器、３……光マイクロ波部、４……逓倍器、６…
…ランプセル、９……同軸形空胴共振器、１１…
…光検出器、１２……増幅器、１７……内導体、
１８……外導体。
1 and 2 are explanatory diagrams showing a conventional atomic oscillator, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing an atomic oscillator according to the present invention. 1... Voltage controlled crystal oscillator, 2... Frequency synthesizer, 3... Optical microwave section, 4... Multiplier, 6...
...Lamp cell, 9...Coaxial cavity resonator, 11...
...Photodetector, 12...Amplifier, 17...Inner conductor,
18... Outer conductor.
Claims (1)
記水晶発振器の周波数より合成された入力マイク
ロ波周波数に共振する空胴共振器を有する光マイ
クロ波部とからなる原子発振器において、上記光
マイクロ波部の空胴共振器を同軸形空胴共振器と
し、この同軸形空胴共振器に上記水晶発振器から
の入力マイクロ波信号を入力すると共に、内導体
には静磁界発生用の電流を接続したことを特徴と
する原子発振器。1. In an atomic oscillator comprising a voltage controlled crystal oscillator, a frequency synthesizer, and an optical microwave section having a cavity resonator that resonates at an input microwave frequency synthesized from the frequency of the crystal oscillator, the optical microwave section The cavity resonator is a coaxial cavity resonator, and the input microwave signal from the crystal oscillator is input to the coaxial cavity resonator, and a current for generating a static magnetic field is connected to the inner conductor. An atomic oscillator featuring
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9429181A JPS57208734A (en) | 1981-06-18 | 1981-06-18 | Atomic oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9429181A JPS57208734A (en) | 1981-06-18 | 1981-06-18 | Atomic oscillator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57208734A JPS57208734A (en) | 1982-12-21 |
| JPS6340496B2 true JPS6340496B2 (en) | 1988-08-11 |
Family
ID=14106151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9429181A Granted JPS57208734A (en) | 1981-06-18 | 1981-06-18 | Atomic oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57208734A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02117185A (en) * | 1988-10-27 | 1990-05-01 | Nec Corp | Rubidium atomic oscillator |
| US6133800A (en) * | 1999-08-02 | 2000-10-17 | Datum Inc. | Subminiature microwave cavity |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5745985A (en) * | 1980-09-04 | 1982-03-16 | Fujitsu Ltd | Atomic beam tube |
-
1981
- 1981-06-18 JP JP9429181A patent/JPS57208734A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5745985A (en) * | 1980-09-04 | 1982-03-16 | Fujitsu Ltd | Atomic beam tube |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57208734A (en) | 1982-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3515794B2 (en) | Atomic frequency standard | |
| US6265945B1 (en) | Atomic frequency standard based upon coherent population trapping | |
| EP0622905A2 (en) | Evanescent-field interrogator for atomic frequency standards | |
| US6255647B1 (en) | Atomic frequency standard based on coherent state preparation | |
| US5196905A (en) | Radio frequency excited ring laser gyroscope | |
| US3937917A (en) | Method for producing and heating a plasma | |
| US3395367A (en) | System for stabilizing the amplitude of a laser output | |
| JP3963998B2 (en) | Atomic oscillator | |
| JP5407570B2 (en) | Atomic oscillator | |
| US5136261A (en) | Saturated absorption double resonance system and apparatus | |
| JPS6340496B2 (en) | ||
| JPS6153879B2 (en) | ||
| US4939740A (en) | Cyclotron autoresonance maser with helical electron guiding center | |
| US3609570A (en) | Light excited maser | |
| JP3172777B2 (en) | Atomic oscillator | |
| JPH0728064B2 (en) | Gas discharge pulsed laser system | |
| JP2643808B2 (en) | Rubidium atomic oscillator | |
| US3387207A (en) | Optically transparent cavity resonator and gaseous atomic resonance apparatus using same | |
| JPS6334638B2 (en) | ||
| JPH07263776A (en) | Gas cell type atomic oscillator | |
| JPS5917903B2 (en) | atomic oscillator | |
| US3176247A (en) | Fajans maser | |
| JP3260015B2 (en) | Atomic oscillator | |
| JPH07193499A (en) | Atomic oscillator | |
| JP3797434B2 (en) | Electrodeless discharge lamp lighting device, electrodeless discharge lamp lighting device, and electrodeless discharge lamp illumination device |