JPS6358385B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ポンピングを利用したルビジウムガ
スセル型原子発振器の改良に関するものである。

ルビジウムガスセル型原子発振器は、ルビジウ
ム原子の共鳴周波数を基準として水晶発信器を自
動制御する方式の高安定発振器で、特に長期周波
数安定度が優れているため、各種装置の周波数標
準器として利用されている。

この様な従来の一般的なガスセル型原子発振器
を第１図に示す。図中、１は光マイクロ波共鳴
部、２は電圧制御水晶発振器、３は周波数合成器
である。光マイクロ波共鳴部１は、ランプセル
４、ランプ励振コイル５、加熱槽６、ランプ励振
器７、フイルタセル８、空胴共振器９、共鳴セル
１０、光検出器１１、てい倍器１２等より構成さ
れている。ルビジウム（Rb）には２種類のアイ
ソトウプRb⁸⁷とRb⁸⁵があり、ランプセル４には
Rb⁸⁷が、フイルタセル８にはRb⁸⁵が、共鳴セル
１０にはRb⁸⁷がそれぞれ封入されている。ラン
プセル４は数十ＭHzのランプ励振器７によりラン
プ励振コイル５を介し励振されて高周波放電発光
するが、発光する光のうち、不要な波長の光はフ
イルタセル８により吸収され、所望の波長成分の
みが共鳴セル１０に入射する。また、電圧制御水
晶発振器２の出力は、周波数合成器３およびてい
倍器１２によりRb⁸⁷の共鳴周波数6834.68……Ｍ
Hzまであげられ、空胴共振器９に入力される。空
胴共振器９に入力されたマイクロ波の周波数が共
鳴セル１０内のRb⁸⁷の共鳴周波数と完全に一致
すると、光マイクロ波二重共鳴が起こり、共鳴セ
ル１０を通る光が吸収されて光検出器１１の検出
出力が減少する。この信号により電圧制御水晶発
振器２の制御が行われ、該電圧制御水晶発振器２
の出力周波数はRb⁸⁷の極めて安定な共鳴周波数
を基準として制御されるため高安定なものとな
る。なお、１３はサーボアンプである。この様な
構成のルビジウムガスセル型原子発振器において
は、光マイクロ波共鳴部１内のランプセル４、フ
イルタセル８、共鳴セル１０はそれぞれヒータ巻
線１４，１５，１６により加熱されるが、これら
は最適動作温度が互いに異なるため、一般に温度
制御器１７，１８，１９によりそれぞれ独立に温
度制御されている。しかも周囲温度の変化等によ
つて各セルの温度がわずかに変化しても共鳴信号
のＳ／Ｎおよび原子発振器出力周波数が変化する
ため、高安定な温度制御が要求される。この中で
ランプセル４の加熱装置の構成および問題点は次
の通りである。ランプセル４の加熱装置は、図示
のように、反射鏡を兼ねた加熱槽６の中心部にラ
ンプセル４を配設し、加熱槽６の外周にヒータ巻
線１６を設けるとともに加熱槽６の開放端にガラ
ス板２０を取り付けてなり、ヒータ巻線１６は温
度制御器１９に接続されている。ランプセル４は
前述のようにランプ励振器７により高周波放電発
光せしめられ、その光は厚さ１mm程度のガラス板
２０を通して放射される。

このように、従来のランプセルの加熱装置は、
加熱槽の外周にヒータ巻線を施すとともに該ヒー
タ巻線を加熱槽と別個に設けられた温度制御器に
接続して構成され、構造が複雑でかつ組立も面倒
であつた。またヒータ巻線による加熱槽外部から
の加熱は、形状が大きく熱容量も大きい加熱槽に
は適しているがランプセル加熱槽のような形状の
小さなものを加熱する場合は温度制御上得策でな
い。

本発明は上述の各種の欠点を解決するためのも
ので、構造が簡単でかつ組立が容易で、しかも加
熱効率が優れ温度制御が容易なランプセル加熱装
置を備えたガスセル型原子発振器を提供すること
を目的としている。

次に第２図および第３図に関連して本発明の実
施例を説明する。

第２図は本発明に係るガスセル型原子発振器に
適用されるガスセル加熱装置の実施例を示す正面
図、第２図は同分解斜視図で、加熱装置３１は、
プリント板３２と、ラン励振コイル５を巻装した
ランプセル４を内蔵する加熱槽３３と、ガラス板
３４と、カバー３５とよりなる。

プリント板３２には、加熱用トランジスタ３
６、温度制御回路、ランプ励振回路が搭載されて
いる。

加熱槽３３は、Al、Cu等の熱伝導率の大きい
材料よりなり、加熱用トランジスタ３６に密着さ
せてプリント板３２に取り付けられており、該加
熱槽３３に収納されるランプセル４のランプ励振
コイル５は加熱槽３３を通りプリント板３２の回
路に接続されている。

カバー３５は、光透過用の多数の小孔３７を備
え、加熱槽３３の開放端（光出力側）にガラス板
３４を介し取り付けられている。このカバー３５
はCu、Al等の熱伝導率の大きい材料より形成さ
れている。

このように、ランプ励振回路、温度制御回路、
および従来のヒータ巻線１６に代る加熱用トラン
ジスタ３６が一括してプリント板３２に搭載され
るため、従来に比し構造が簡単化されかつ組立も
容易化される。加熱槽３３の加熱は、加熱用トラ
ンジスタ３６のコレクタ損失を有効に利用し、こ
の熱を該トランジスタ３６に密着し熱伝導率の大
きい材料からなる加熱槽３３に効率よく伝達して
行われ、ヒータ巻線なしでも充分な加熱効率と温
度均一性が得られる。また、加熱用トランジスタ
３６と同様に励振用トランジスタを加熱槽３３に
密着させることも可能で、この場合、励振用トラ
ンジスタの消費電力も加熱用として有効に利用で
きるため、本加熱装置を適用する原子発振器の消
費電力が減少する。さらに、本例のように加熱槽
３３の開放端にはガラス板３４と併せて光透過用
の多数の小孔３７を設けた熱伝導率の大きい材料
からなるカバー３５を取り付けると、加熱槽３３
は熱伝導の大きい材料により等温ポテンシヤル面
でとり囲まれるため、槽内温度分布の均一性が一
層向上し、外気の影響による局部的な温度変化が
減少し、原子発振器の特性が向上する。

以上述べたように、本発明によれば、ランプセ
ル加熱用トランジスタ、温度制御回路、ランプ励
振回路は一括してプリント板に搭載され、熱伝導
率の大きい材料よりなるランプセル加熱槽がこの
プリント板にランプセル加熱用トランジスタに密
着させて取り付けられているため、構造の簡単
化、組立の容易化をはかることが可能で、しかも
加熱槽は加熱用トランジスタにより直接加熱され
るため、充分な加熱効率と温度均一性が得られ
る。また本例のように燃伝導率の大きい材料から
なり多数の光通過用小孔を有するカバーを加熱槽
開口端に取り付ければ槽内温度分布の均一性は一
層向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガスセル型原子発振器の全体概
要図、第２図は本発明に係るガスセル型原子発振
器の要部の実施例を示す正面図、第３図は同分解
斜視図で、図中、１は光マイクロ波共鳴部、２は
電圧制御水晶発振器、３は周波数合成器、４はラ
ンプセル、５はランプ励振コイル、３１はランプ
セル加熱装置、３２はプリント板、３３は加熱
槽、３４はガラス板、３５はカバー、３６は加熱
用トランジスタ、３７は小孔である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プリント板に加熱用トランジスタ、ランプ励
   振回路、および前記加熱用トランジスタの発熱量
   を制御する温度制御回路を搭載するとともに、該
   プリント板に、熱伝導率の大きい材料より構成さ
   れた有底円筒型加熱槽からなり、該加熱槽の上部
   凹陥部にランプセルを収容するとともに、該加熱
   槽の底部に設けた凹部に加熱用トランジスタを嵌
   入して密着させるとともに、前記ランプセルに巻
   装したランプ励振コイルを前記ランプ励振回路に
   接続して取り付けてなるランプセル加熱装置を有
   することを特徴とするガスセル型原子発振器。