JP2020123931A - 原子発振器および周波数信号生成システム - Google Patents

Abstract

【課題】周波数安定性が高い原子発振器および周波数信号生成システムを提供すること。【解決手段】アルカリ金属原子が収容されている原子セルと、前記原子セルを加熱するヒーターと、前記アルカリ金属原子を励起する光を前記原子セルに向って出射する発光素子と、前記原子セルを保持し、前記発光素子からの光が入射する第１開口部を有し、前記ヒーターの熱を前記原子セルに伝達する保持部材と、前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽する第１シールドと、光透過性を有し、前記第１開口部を塞ぐ第１光透過部材と、前記原子セルを透過した光を受光する受光素子と、を含む原子発振器。【選択図】図５

Description

本発明は、原子発振器および周波数信号生成システムに関するものである。

ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属原子のエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器が知られている。例えば、特許文献１に記載の原子発振器は、アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、ガスセルを加熱するヒーターと、ガスセルを収納し、磁気シールド性を有するシールドケースを有している。ガスセルがシールドケースに収納されていることにより、ガスセル内の磁場を安定させることができる。また、シールドケースには、ガスセルに入射する光が通過可能な前側開口および後側開口が形成されている。

特開２０１５−１１９１５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の原子発振器では、シールドケースに開口が設けられているため、ヒーターがガスセルを加熱する熱がシールドケースの開口を介して外部に逃げてしまうおそれがある。このため、ガスセルの温度が所望の温度からずれてしまうおそれがあり、原子発振器の周波数安定性を低下させるおそれがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。

本適用例に係る原子発振器は、アルカリ金属原子が収容されている原子セルと、
前記原子セルを加熱するヒーターと、
前記アルカリ金属原子を励起する光を前記原子セルに向って出射する発光素子と、
前記原子セルを保持し、前記発光素子からの光が入射する第１開口部を有し、前記ヒーターの熱を前記原子セルに伝達する保持部材と、
前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽する第１シールドと、
光透過性を有し、前記第１開口部を塞ぐ第１光透過部材と、
前記原子セルを透過した光を受光する受光素子と、を含む。

本適用例に係る原子発振器では、前記保持部材は、前記原子セルに対して反対側の面で、かつ、前記第１開口部の縁部に凹没して設けられた凹部を有し、
前記第１光透過部材は、前記凹部内に設置されることが好ましい。

本適用例に係る原子発振器では、前記第１シールドは、前記発光素子からの光が入射する第２開口部を有し、
さらに、前記第２開口部を塞ぐ第２光透過部材を含むことが好ましい。

本適用例に係る原子発振器では、さらに、前記発光素子からの光が入射する第３開口部を有し、前記第１シールドを収容する第２シールドと、
前記第３開口部を塞ぐ第３光透過部材と、を含むことが好ましい。

本適用例に係る原子発振器では、前記第１光透過部材、前記第２光透過部材および前記第３光透過部材は、ガラス材料で構成されていることが好ましい。

本適用例に係る原子発振器では、さらに、前記保持部材の前記第１開口部を有する壁部と、前記原子セルとを接着する接着部材を含むことが好ましい。
本適用例に係る原子発振器では、前記接着部材は、両面テープであることが好ましい。

本適用例に係る周波数信号生成システムは、原子発振器と、
前記原子発振器からの周波数信号を処理する処理部と、を備え、
前記原子発振器は、
アルカリ金属原子が収容されている原子セルと、
前記原子セルを加熱するヒーターと、
前記アルカリ金属原子を励起する光を前記原子セルに向って出射する発光素子と、
前記原子セルを保持し、前記発光素子からの光が入射する第１開口部を有し、前記ヒーターの熱を前記原子セルに伝達する保持部材と、
前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽する第１シールドと、
光透過性を有し、前記第１開口部を塞ぐ第１光透過部材と、
前記原子セルを透過した光を受光する受光素子と、を含む。

第１実施形態に係る原子発振器を示す概略図である。 第１実施形態に係る原子発振器の断面側面図、すなわち、ＸＺ平面に沿った断面図である。 第１実施形態に係る原子発振器のＸＹ平面に沿った断面図である。 第１実施形態に係る原子発振器が備える原子セルユニットのＸＹ平面に沿った断面図である。 第１実施形態に係る原子発振器が備える原子セルユニットのＸＺ平面に沿った断面図である。 第２実施形態に係る原子発振器が備える保持部材および原子セルの分解斜視図である。 第２実施形態に係る原子発振器が備える保持部材および原子セルの斜視図である。 第３実施形態に係る原子発振器が備える保持部材および原子セルを示す分解斜視図である。 ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を利用した測位システム、すなわち、周波数信号生成システムの一例の概略構成を示す図である。

以下、本発明の原子発振器および周波数信号生成システムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、第１実施形態に係る原子発振器を示す概略図である。
図１に示す原子発振器１は、アルカリ金属原子に対して特定の異なる波長の２つの共鳴光を同時に照射したときに当該２つの共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象が生じる量子干渉効果を利用した原子発振器である。この現象は、電磁有機透過現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）などとも呼ばれる。

この原子発振器１は、図１に示すように、発光素子モジュール１０と、原子セルユニット２０と、発光素子モジュール１０と原子セルユニット２０との間に設けられている光学系ユニット３０と、発光素子モジュール１０および原子セルユニット２０の作動を制御する制御回路５０と、を備える。以下、まず、原子発振器１の概略について説明する。

発光素子モジュール１０は、ペルチェ素子１０１と、発光素子１０２と、温度センサー１０３と、を備える。発光素子１０２は、周波数の異なる２種の光を含んでいる直線偏光の光ＬＬを出射する。また、温度センサー１０３は、発光素子１０２の温度を検出する。また、ペルチェ素子１０１は、発光素子１０２の温度を調節する、すなわち、発光素子１０２を加温または冷却する。

光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１と、集光レンズ３０２と、１／４波長板３０３と、を備え、これらが光ＬＬの光軸ａに沿って並んでいる。減光フィルター３０１は、前述した発光素子１０２からの光ＬＬの強度を減少させる。また、集光レンズ３０２は、例えば光ＬＬを平行光に近づけるように光ＬＬの放射角度を調整する。また、１／４波長板３０３は、光ＬＬに含まれる周波数の異なる２種の光を直線偏光から円偏光、すなわち、右円偏光または左円偏光に変換する。

原子セルユニット２０は、原子セル２０１と、受光素子２０２と、例えばペルチェ素子等のヒーター２０３と、温度センサー２０４と、コイル２０５と、を備える。

原子セル２０１は、光ＬＬに対する透過性を有し、原子セル２０１内には、アルカリ金属原子が封入されている。アルカリ金属原子は、互いに異なる２つの基底準位と励起準位とからなる３準位系のエネルギー準位を有する。原子セル２０１には、発光素子１０２からの光ＬＬが減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３を介して入射する。そして、受光素子２０２は、原子セル２０１を通過した光ＬＬを受光し、その受光強度に応じた信号を出力する。

ヒーター２０３は、原子セル２０１内のアルカリ金属原子を加熱し、そのアルカリ金属原子の少なくとも一部を所望濃度のガス状態とする。また、温度センサー２０４は、原子セル２０１の温度を検出する。コイル２０５は、原子セル２０１内のアルカリ金属原子に所定方向の磁場を印加し、そのアルカリ金属原子のエネルギー準位をゼーマン***させる。このようにアルカリ金属原子のエネルギー準位がゼーマン***した状態において、前述したような円偏光の共鳴光対がアルカリ金属原子に照射されると、アルカリ金属原子がゼーマン***した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が増大し、所望のＥＩＴ信号、すなわち、ＥＩＴ現象に伴って受光素子２０２の出力信号に現れる信号が大きくなり、その結果、原子発振器１の発振特性、特に短期周波数安定度を向上させることができる。

制御回路５０は、温度制御回路５０１と、光源制御回路５０２と、磁場制御回路５０３と、温度制御回路５０４と、を備える。温度制御回路５０１は、温度センサー２０４の検出結果に基づいて、原子セル２０１内が所望の温度となるように、ヒーター２０３への通電を制御する。また、磁場制御回路５０３は、コイル２０５が発生する磁場が一定となるように、コイル２０５への通電を制御する。また、温度制御回路５０４は、温度センサー１０３の検出結果に基づいて、発光素子１０２の温度が所望の温度となるように、ペルチェ素子１０１への通電を制御する。

光源制御回路５０２は、受光素子２０２の検出結果に基づいて、ＥＩＴ現象が生じるように、発光素子１０２からの光ＬＬに含まれる２種の光の周波数を制御する。ここで、これら２種の光が原子セル２０１内のアルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差の共鳴光対となったとき、ＥＩＴ現象が生じる。また、光源制御回路５０２は、前述した２種の光の周波数の制御に同期して安定化するように発振周波数が制御される図示しない電圧制御型発振器（ＶＣＯ：Voltage controlled Oscillator）を備えており、この電圧制御型発振器の出力信号を原子発振器１の出力信号、すなわち、クロック信号として出力する。

以上、原子発振器１の概略について説明した。以下、図２ないし図５に基づいて、原子発振器１のより具体的な構成について説明する。

図２は、実施形態に係る原子発振器の断面側面図、すなわち、ＸＺ平面に沿った断面図である。図３は、第１実施形態に係る原子発振器のＸＹ平面に沿った断面図である。図４は、実施形態に係る原子発振器が備える原子セルユニットのＸＹ平面に沿った断面図である。図５は、実施形態に係る原子発振器が備える原子セルユニットのＸＺ平面に沿った断面図である。

以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて説明を行う。なお、本明細書において、Ｚ軸は、後述する支持部材４０の設置面４０１および設置面４０３に垂直な軸である。Ｘ軸は、発光素子モジュール１０から出射された光ＬＬに沿う軸である。言い換えると、Ｘ軸は、発光素子モジュール１０と原子セルユニット２０との配列方向に沿う軸である。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な軸である。

図２に示すように、原子発振器１は、発光素子モジュール１０と、原子セルユニット２０と、発光素子モジュール１０を保持している光学系ユニット３０と、原子セルユニット２０および光学系ユニット３０を一括して支持している支持部材４０と、発光素子モジュール１０および原子セルユニット２０に電気的に接続されている制御回路５０と、これらを収納しているパッケージ６０と、を備えている。

（発光素子モジュール）
発光素子モジュール１０は、ペルチェ素子１０１と、発光素子１０２と、温度センサー１０３と、これらを収納しているパッケージ１０４と、を有している。

パッケージ１０４は、図示しないが、互いに接合されているベースおよびリッドを有し、これらの間に、ペルチェ素子１０１、発光素子１０２および温度センサー１０３を収納している気密空間が形成されている。このようなパッケージ１０４内は、減圧（真空）状態であることが好ましい。これにより、パッケージ１０４の外部の温度変化がパッケージ１０４内の発光素子１０２や温度センサー１０３等に与える影響を低減し、パッケージ１０４内の発光素子１０２や温度センサー１０３等の温度変動を低減することができる。なお、パッケージ１０４内は、減圧状態でなくともよく、また、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。

ここで、ベースは、例えば、絶縁性のセラミックス材料で構成されている。また、ベースの内表面には、ペルチェ素子１０１、発光素子１０２および温度センサー１０３に電気的に接続される複数の接続電極が設けられており、これらの接続電極は、それぞれ、ベースを貫通する貫通電極を介して、ベースの外表面に設けられた外部実装電極に電気的に接続されている。一方、リッドは、例えば、セラミックスと線膨張係数の近いコバールのような金属材料で構成されている。そして、リッドは、ベースに対して、例えば、シーム溶接等により接合されている。また、リッドには、発光素子１０２からの光ＬＬを透過する孔が設けられており、この孔は、ガラス材料等の光透過性の板状の部材により気密的に塞がれている。このようなパッケージ１０４のベースの内表面には、図示しないが、ペルチェ素子１０１が接着剤により固定されている。

ペルチェ素子１０１は、供給される電流の向きにより、発光素子１０２側が発熱側となる状態と、発光素子１０２側が吸熱側となる状態と、を切り換えることができる。そのため、環境温度の範囲が広くても、発光素子１０２等を所望の温度、すなわち、目標温度に温度調節することができる。これにより、温度変化による悪影響、例えば、光ＬＬの波長変動等をより低減することができる。ここで、発光素子１０２の目標温度は、発光素子１０２の特性に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、２５℃以上４５℃以下程度である。このようなペルチェ素子１０１上には、発光素子１０２および温度センサー１０３が設置されている。

発光素子１０２は、例えば、垂直共振器面発光レーザー、すなわち、ＶＣＳＥＬ等の半導体レーザーである。半導体レーザーは、直流バイアス電流に高周波信号を重畳して、すなわち、変調を掛けて用いることにより、波長の異なる２種の光を出射させることができる。本実施形態では、発光素子１０２から出射する光は、直線偏光している。また、温度センサー１０３は、例えば、サーミスタ、熱電対等の温度検出素子である。

（光学系ユニット）
図２に示すように、光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１と、集光レンズ３０２と、１／４波長板３０３と、これらを保持しているホルダー３０４と、を有している。ここで、ホルダー３０４は、両端が開口した貫通孔３０５を有する。この貫通孔３０５は、光ＬＬの通過領域であり、貫通孔３０５内には、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３がこの順で光ＬＬの光軸ａに沿って並んで配置されている。図３に示すように、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３は、それぞれ、図示しない接着剤等によりホルダー３０４に対して固定されている。このようなホルダー３０４は、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されており、放熱性を有する。

前述したように、減光フィルター３０１は、前述した発光素子１０２からの光ＬＬの強度を減少させる機能を有する。減光フィルター３０１としては、特に限定されず、吸収型または反射型のいずれであってもよい。また、集光レンズ３０２は、光ＬＬの放射角度を例えば光ＬＬを平行光に近づけるよう調整する機能を有する。これにより、原子セル２０１内において光ＬＬのパワー密度が進行方向で変化するのを低減し、ＥＩＴ信号の線幅の拡がりを抑制することができる。その結果、原子発振器１の発振特性、特に短期周波数安定度を向上させることができる。また、１／４波長板３０３は、光ＬＬに含まれる周波数の異なる２種の光を直線偏光から円偏光、すなわち、右円偏光または左円偏光に変換する機能を有する。これにより、コイル２０５からの磁界との相互作用により、ＥＩＴ信号の強度を大きくすることができる。

なお、光学系ユニット３０は、発光素子１０２からの光ＬＬの強度等によっては、減光フィルター３０１を省略することができる。また、光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３以外の光学素子を有していてもよい。また、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３の配置順は、図示の順に限定されず、任意である。また、減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３のそれぞれの姿勢は、任意である。

（原子セルユニット）
原子セルユニット２０は、前述したように、原子セル２０１と、受光素子２０２と、ヒーター２０３と、温度センサー２０４と、コイル２０５と、を備える。また、これらの他に、原子セルユニット２０は、図４に示すように、原子セル２０１を保持している保持部材２０６と、保持部材２０６に固定されている伝熱部材２１０と、原子セル２０１、受光素子２０２、温度センサー２０４、コイル２０５、保持部材２０６および伝熱部材２１０を収納している第１シールド２０７と、第１シールド２０７を収納している第２シールド２０８と、第１シールド２０７と第２シールド２０８との間に配置されている複数のスペーサー２０９と、を備える。

原子セル２０１内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属原子が封入されている。また、原子セル２０１内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。

原子セル２０１は、２つの柱状の貫通孔を有する胴体部２０１ａと、その胴体部２０１ａに接合されている１対の窓部２０１ｂ、２０１ｃと、を有し、これらにより気密封止された内部空間Ｓを形成している。

本実施形態では、内部空間Ｓは、光ＬＬが通過する空間Ｓ１と、空間Ｓ１に連通し、図示しない固体または液体のアルカリ金属原子を収納している空間Ｓ２と、を有する。ここで、一方の窓部２０１ｂには、空間Ｓ１へ入射する光ＬＬが透過し、他方の窓部２０１ｃには、空間Ｓ１から出射した光ＬＬが透過する。なお、内部空間Ｓは、前述したような空間Ｓ１、Ｓ２を有する形態に限定されず、例えば、空間Ｓ２を省略した形態であってもよい。

各窓部２０１ｂ、２０１ｃの構成材料としては、光ＬＬに対する透過性を有していればよく、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。一方、胴体部２０１ａの構成材料としては、特に限定されず、金属材料、ガラス材料、シリコン材料、水晶等が挙げられるが、加工性や各窓部２０１ｂ、２０１ｃの接合の観点から、ガラス材料、シリコン材料を用いるのが好ましい。また、胴体部２０１ａと各窓部２０１ｂ、２０１ｃとの接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、直接接合法、陽極接合法、溶融接合法、オプティカル接合法等を用いることができる。

図４に示すように、保持部材２０６は、光ＬＬの通過領域を避けつつ原子セル２０１の外表面を覆うように設けられている２つのブロック２０６ａ、２０６ｂで構成されている。ここで、２つのブロック２０６ａ、２０６ｂは、それぞれ、熱伝導率が１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であり、かつ、コイル２０５から原子セル２０１への磁界を阻害しない材料、例えば、アルミニウム等の非磁性の金属材料で構成されている。また、保持部材２０６には、原子セル２０１に入射する光ＬＬが通過する第１開口部である開口部２０６ｃと、原子セル２０１から出射した光ＬＬが通過する開口部２０６ｄと、が設けられている。なお、以下では、１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であることを、「熱伝導性に優れた」「熱伝導性が良い」等と表現する場合がある。

ブロック２０６ａは、原子セル２０１の外表面の空間Ｓ１側の部分に熱的に接続されている。具体的には、ブロック２０６ａは、原子セル２０１の外表面の空間Ｓ１側の部分に対して、接触しているか、または、熱伝導性に優れた例えば金属等の部材を介して接続されている。そして、ブロック２０６ａは、第１シールド２０７を介してヒーター２０３に熱的に接続されている。これにより、ヒーター２０３からの熱により原子セル２０１、より具体的には空間Ｓ１を加熱することができる。また、このように、原子セル２０１とヒーター２０３との間にブロック２０６ａを介在させることで、原子セル２０１とヒーター２０３との間の距離を大きくし、ヒーター２０３への通電により生じた不要磁場が原子セル２０１内のアルカリ金属原子に悪影響を与えるのを抑制することができる。また、原子セル２０１にヒーターを接触させる構成に比べて、ヒーターの数を少なくすることができるという利点もある。

一方、ブロック２０６ｂは、原子セル２０１の外表面の空間Ｓ２側の部分に熱的に接続されている。具体的には、ブロック２０６ｂは、原子セル２０１の外表面の空間Ｓ２側の部分に対して、接触しているか、または、熱伝導性に優れた例えば金属等の部材を介して接続されている。そして、ブロック２０６ｂは、ブロック２０６ａに対して離間している。そのため、ブロック２０６ｂは、ブロック２０６ａに比べて、ヒーター２０３からの熱が伝わりにくくなっている。これにより、空間Ｓ２の温度を空間Ｓ１の温度よりも低くすることができる。そのため、空間Ｓ２に固体または液体のアルカリ金属原子を安定的に存在させることができる。

なお、ブロック２０６ａ、２０６ｂの形状は、空間Ｓ１への光ＬＬの通過を許容しつつヒーター２０３からの熱を空間Ｓ１に伝達することができればよく、図示の形状に限定されない。また、保持部材２０６は、ブロック２０６ａ、２０６ｂが一体化してもよいし、ブロック２０６ａ、２０６ｂがそれぞれ複数の部材で構成されていてもよい。

このような保持部材２０６の外周には、中心軸が光ＬＬの光軸ａに沿うように巻回されたコイル２０５が配置されている。コイル２０５は、ソレノイド型のコイル、または、ヘルムホルツ型の１対のコイルである。このコイル２０５は、原子セル２０１内に光ＬＬの光軸ａに沿った方向、すなわち、平行な方向の磁場を発生させる。これにより、原子セル２０１内のアルカリ金属原子の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップをゼーマン***により拡げて、分解能を向上させ、ＥＩＴ信号の線幅を小さくすることができる。なお、コイル２０５が発生する磁場は、直流磁場または交流磁場のいずれかの磁場であってもよいし、直流磁場と交流磁場とを重畳させた磁場であってもよい。

また、保持部材２０６の開口部２０６ｄ内には、受光素子２０２および温度センサー２０４が配置されている。受光素子２０２としては、原子セル２０１内を透過した光ＬＬ、すなわち、共鳴光対の強度を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、フォトダイオード等の受光素子である光検出器が挙げられる。温度センサー２０４としては、原子セル２０１またはヒーター２０３の温度を検出することができれば、特に限定されないが、例えば、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーが挙げられる。

ここで、受光素子２０２および温度センサー２０４は、後述するフレキシブル配線基板５０８ｂ上に配置されている。このフレキシブル配線基板５０８ｂは、受光素子２０２および温度センサー２０４に電気的に接続されている配線５１０を有しており、保持部材２０６と伝熱部材２１０との間に挟まれることで、保持部材２０６に対して固定されている。これにより、受光素子２０２および温度センサー２０４を原子セル２０１に対して位置決めすることができる。

伝熱部材２１０は、熱伝導性を有し、保持部材２０６およびフレキシブル配線基板５０８ｂに対して熱的に接続されている。そして、伝熱部材２１０は、保持部材２０６を介してヒーター２０３とも熱的に接続されている。これにより、伝熱部材２１０が保持部材２０６からの熱をフレキシブル配線基板５０８ｂおよび受光素子２０２に伝導することができる。本実施形態では、図４および図５に示すように、伝熱部材２１０は、板状をなし、ＹＺ平面に沿って配置され、保持部材２０６のブロック２０６ａに対して、ネジ２１１を用いたネジ止めにより固定されている。

また、伝熱部材２１０は、図４および図５に示すように、保持部材２０６の開口部２０６ｄをできるだけ塞ぐように設けられている。これにより、伝熱部材２１０が保持部材２０６と一体的に熱を伝導することができる。また、伝熱部材２１０は、光軸ａ方向から見たとき、受光素子２０２および温度センサー２０４に重なっている。これにより、伝熱部材２１０からの熱が受光素子２０２および温度センサー２０４に伝導されやすくなる。

このような伝熱部材２１０の構成材料としては、熱伝導性に優れ、かつ、コイル２０５から原子セル２０１への磁界を阻害しない材料、例えば、銅、アルミニウム等の非磁性の金属材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：carbon fiber reinforced plastic）、シリカ等の熱伝導性のフィラーを添加した樹脂材料等が挙げられる。

伝熱部材２１０の構成材料の熱伝導率は、１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であることが好ましく、２０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であることがより好ましく、１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であることがさらに好ましい。これにより、配線５１０の受光素子２０２近傍部分を伝熱部材２１０により好適に加熱することができる。これに対し、かかる熱伝導率が小さすぎると、伝熱部材２１０に温度勾配が生じやすくなる傾向を示す。

前述したような原子セル２０１、受光素子２０２、温度センサー２０４、コイル２０５、保持部材２０６および伝熱部材２１０は、図４に示すように、第１シールド２０７に収納されている。第１シールド２０７は、保持部材２０６を介して原子セル２０１を支持しており、これにより、保持部材２０６を介して原子セル２０１に熱的に接続されている。また、第１シールド２０７には、原子セル２０１の空間Ｓ１に入射する光ＬＬの通過を許容する第２開口部である開口部２０７ａが設けられている。また、第１シールド２０７は、前述した伝熱部材２１０に対して離間した状態で対向している部分２０７ｂを有する。なお、第１シールド２０７は、伝熱部材２１０に対して接触していてもよい。

ここで、第１シールド２０７の構成材料としては、熱伝導性に優れ、かつ、磁気シールド性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、鉄、コバール、パーマロイ、ステンレス鋼等の鉄系合金等を用いることが好ましい。第１シールド２０７が優れた熱伝導性を有することで、ヒーター２０３からの熱を効率的に保持部材２０６に伝導することができる。また、第１シールド２０７の温度分布の均一化を図ることができ、原子セル２０１周辺の温度勾配を低減することもできる。さらに、第１シールド２０７が磁気シールド性を有することで、外部磁場により第１シールド２０７内、特に原子セル２０１内の磁場が変動するのを低減することができる。

このような第１シールド２０７は、図４に示すように、第２シールド２０８に収納されている。第２シールド２０８は、複数のスペーサー２０９を介して第１シールド２０７を支持しており、これにより、第１シールド２０７に対して離間している。これにより、第１シールド２０７と第２シールド２０８との間に隙間が形成され、当該隙間が断熱層として機能するため、第１シールド２０７と第２シールド２０８との間の熱の移動を低減することができる。ここで、各スペーサー２０９は、断熱性を有する材料、例えば、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂等の樹脂材料で構成されていることが好ましい。これにより、スペーサー２０９を介した第１シールド２０７と第２シールド２０８との間の熱の移動を低減することができる。また、第２シールド２０８には、原子セル２０１の空間Ｓ１に入射する光ＬＬの通過を許容する第３開口部である開口部２０８ａが設けられている。

ここで、第２シールド２０８の構成材料としては、前述した第１シールド２０７と同様、熱伝導性に優れ、かつ、磁気シールド性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、鉄、コバール、パーマロイ、ステンレス鋼等の鉄系合金等を用いることが好ましい。これにより、外部磁場により第２シールド２０８内、特に原子セル２０１内の磁場が変動するのを低減することができる。

また、第２シールド２０８には、ヒーター２０３が設置されており、このヒーター２０３は、第１シールド２０７の外表面に熱的に接続している。このヒーター２０３としては、原子セル２０１、より具体的には原子セル２０１内のアルカリ金属原子を加熱することができれば、特に限定されないが、例えば、発熱抵抗体を有する各種ヒーター、ペルチェ素子等が挙げられる。

（支持部材）
ここで、図２に戻り、支持部材４０は、板状をなし、その一方の面上には、前述した原子セルユニット２０および光学系ユニット３０が載置されている。この支持部材４０は、光学系ユニット３０のホルダー３０４の下面の形状に沿った設置面４０１を有する。この設置面４０１には、段差部４０２が形成されている。この段差部４０２は、ホルダー３０４の下面の段差部と係合して、ホルダー３０４が原子セルユニット２０側へ移動するのを規制する。同様に、支持部材４０は、原子セルユニット２０の第２シールド２０８の下面の形状に沿った設置面４０３を有する。この設置面４０３には、段差部４０４が形成されている。この段差部４０４は、第２シールド２０８の端面、すなわち、図２中左側の端面と係合して、第２シールド２０８が光学系ユニット３０側へ移動するのを規制する。

このように、支持部材４０により原子セルユニット２０および光学系ユニット３０の相対的な位置関係を規定することができる。そして、発光素子モジュール１０がホルダー３０４に対して固定されているため、原子セルユニット２０および光学系ユニット３０に対する発光素子モジュール１０の相対的な位置関係も規定されることとなる。ここで、第２シールド２０８およびホルダー３０４は、それぞれ、図示しないネジ等の固定部材により、支持部材４０に対して固定されている。また、支持部材４０は、図示しないネジ等の固定部材により、パッケージ６０に対して固定されている。また、支持部材４０は、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されており、放熱性を有する。これにより、発光素子モジュール１０の放熱を効率的に行うことができる。

（制御回路）
図３に示すように、制御回路５０は、回路基板５０５と、回路基板５０５上に設けられている２つのコネクター５０６ａ、５０６ｂと、コネクター５０６ａと発光素子モジュール１０とを接続しているフレキシブル配線基板５０８ａと、コネクター５０６ｂと原子セルユニット２０とを接続しているフレキシブル配線基板５０８ｂと、回路基板５０５を貫通している複数のリードピン５０９と、を有する。

ここで、回路基板５０５には、図示しない電気回路が設けられ、この電気回路が前述した温度制御回路５０１、光源制御回路５０２、磁場制御回路５０３および温度制御回路５０４として機能する。また、回路基板５０５は、前述した支持部材４０が挿通されている貫通孔５０５１を有する。また、回路基板５０５は、複数のリードピン５０９を介してパッケージ６０に対して支持されている。複数のリードピン５０９は、それぞれ、パッケージ６０の内外を貫通しており、回路基板５０５に電気的に接続されている。

なお、回路基板５０５と発光素子モジュール１０とを電気的に接続する構成、および、回路基板５０５と原子セルユニット２０とを電気的に接続する構成は、図示のコネクター５０６ａ、５０６ｂおよびフレキシブル配線基板５０８ａ、５０８ｂに限定されず、それぞれ、他の公知のコネクターおよび配線であってもよい。

パッケージ６０は、前述した第１シールド２０７および第２シールド２０８と同様、コバール等の磁気シールド性を有する金属材料で構成されていることが好ましい。これにより、外部磁場が原子発振器１の特性に悪影響を与えるのを低減することができる。なお、パッケージ６０内は、減圧されていてもよいし、大気圧であってもよいが、気密空間であることが好ましい。

このような原子発振器１では、図４および図５に示すように、保持部材２０６の第１開口部である開口部２０６ｃが、第１光透過部材である光透過部材７１によって塞がれており、第１シールド２０７の第２開口部である開口部２０７ａが、第２光透過部材である光透過部材７２によって塞がれており、第２シールド２０８の第３開口部である開口部２０８ａが、第３光透過部材である光透過部材７３によって塞がれている。以下、このことについて説明する。

光透過部材７１は、光透過性を有し、すなわち、光ＬＬを透過させ得る部材であり、板状をなしている。また、光透過部材７１は、その平面視で円形をなしており、その厚さ方向が、光軸ａに沿った向きで設置されている。このような光透過部材７１が設置、固定されていることにより、光ＬＬが原子セル２０１に入射するのを許容しつつ、原子セル２０１の熱が開口部２０６ｃを介して外部に放出されたり、外部からの熱が開口部２０６ｃを介して内側、すなわち、原子セル２０１側に伝達されたりするのを防止または抑制することができる。よって、保持部材２０６の内側の原子セル２０１の温度を可及的に所望の温度に保つことができる。その結果、原子発振器１の周波数安定性を高めることができる。

また、保持部材２０６は、原子セル２０１に対して反対側の面、すなわち、−Ｘ軸側の面２０６ｅで、かつ、開口部２０６ｃの縁部に＋Ｘ軸側に凹没して設けられた凹部２０６ｇを有している。光透過部材７１は、この凹部２０６ｇ内に設置されている。これにより、凹部２０６ｇが形成されている分、光透過部材７１は、原子セル２０１側に位置することとなる。よって、保持部材２０６の−Ｘ軸側の部分と、第１シールド２０７の−Ｘ軸側の部分との間隙を可及的に小さくすることができる。その結果、原子セルユニット２０、ひいては、原子発振器１の小型化に寄与する。

なお、図示の構成とは異なり、凹部２０６ｇが省略され、かつ、保持部材２０６の面２０６ｅ上に光透過部材７１を設置、固定してもよい。この場合、凹部２０６ｇを形成したり、凹部２０６ｇ内に光透過部材７１を設置するという精密な工程を省略することができ、製造を容易に行うことができるという利点がある。なお、この構成の場合、光透過部材７１は、平面視形状が円形である必要が無く、例えば、四角形、楕円形等、いかなる形状のものであってもよい。

また、本実施形態では、光透過部材７１の−Ｘ軸側の面７１１は、保持部材２０６の面２０６ｅと面一である。これにより、前述したような原子発振器１の周波数安定性を高めるという効果と、原子発振器１の小型化に寄与するという効果とを得ることができる。なお、光透過部材７１の−Ｘ軸側の面７１１が保持部材２０６の面２０６ｅよりも＋Ｘ軸側に位置していてもよい。この場合であっても、前述したような原子発振器１の周波数安定性を高めるという効果と、原子発振器１の小型化に寄与するという効果とを得ることができる。また、光透過部材７１の−Ｘ軸側の面７１１が保持部材２０６の面２０６ｅよりも−Ｘ軸側に位置していても前述したような原子発振器１の周波数安定性を高めるという効果が得られる。

また、光透過部材７１および保持部材２０６と、第１シールド２０７および光透過部材７２とは、離間している、すなわち、これらの間に空気層が介在していてもよい。これにより、保持部材２０６と第１シールド２０７との間での熱の受け渡しを低減することができ、原子セル２０１の温度安定性という観点から有利である。なお、光透過部材７１および保持部材２０６は、第１シールド２０７および光透過部材７２と接触していてもよい。この場合、第１シールド２０７を介して熱を効率よく伝達することができ、また、原子発振器１の小型化という観点から有利である。

光透過部材７２は、光透過性を有し、すなわち、光ＬＬを透過し得る部材であり、板状をなしている。また、光透過部材７２は、その平面視で円形をなしており、その厚さ方向が、光軸ａに沿った向きで設置されている。このような光透過部材７２が設置、固定されていることにより、光ＬＬが原子セル２０１に入射するのを許容しつつ、保持部材２０６の熱が第１シールド２０７の開口部２０７ａを介して外部に放出されたり、外部からの熱が開口部２０７ａを介して内側、すなわち、原子セル２０１側に伝達されたりするのを防止または抑制することができる。よって、保持部材２０６および内側の原子セル２０１の温度を可及的に所望の温度に保つことができる。その結果、原子発振器１の周波数安定性をさらに高めることができる。

また、本実施形態では、光透過部材７２は、第１シールド２０７の開口部２０７ａの内側に設置、固定されている。すなわち、光透過部材７２の側端面が開口部２０７ａの内面に固定されている。また、光透過部材７２は、第１シールド２０７の−Ｘ軸側の壁部の厚さと同じである。これにより、光透過部材７２が開口部２０７ａから＋Ｘ軸側または−Ｘ軸側に突出するのを防止することができ、例えば光透過部材７１との間に空気層を十分に形成することができ、前述したような原子セル２０１の温度安定性を高めるのに寄与する。

なお、図示の構成とは異なり、光透過部材７２は、第１シールド２０７の−Ｘ軸側の壁部の外面または内面上に設置、固定された構成であってもよい。この構成の場合、光透過部材７２の形状および大きさが開口部２０７ａの形状および大きさと一致している必要が無く、光透過部材７２の高精度な加工が要求されないという利点がある。なお、この構成の場合、光透過部材７２は、平面視形状が円形である必要が無く、例えば、四角形、楕円形等、いかなる形状のものであってもよい。

また、光透過部材７２および第１シールド２０７は、第２シールド２０８および光透過部材７３とは、離間している、すなわち、これらの間に空気層が介在している構成であるのが好ましい。これにより、第１シールド２０７と第２シールド２０８との間での熱の受け渡しを低減することができ、原子セル２０１の温度安定性という観点から有利である。

光透過部材７３は、光透過性を有し、すなわち、光ＬＬを透過し得る部材であり、板状をなしている。また、光透過部材７３は、その平面視で円形をなしており、その厚さ方向が、光軸ａに沿った向きで設置されている。このような光透過部材７３が設置、固定されていることにより、光ＬＬが原子セル２０１に入射するのを許容しつつ、保持部材２０６の熱や第１シールド２０７の熱が第２シールド２０８の開口部２０８ａを介して外部に放出されたり、外部からの熱が開口部２０８ａを介して内側、すなわち、原子セル２０１側に伝達されたりするのを防止または抑制することができる。よって、第１シールド２０７、保持部材２０６および内側の原子セル２０１の温度を可及的に所望の温度に保つことができる。その結果、原子発振器１の周波数安定性をさらに高めることができる。

また、本実施形態では、光透過部材７３は、第２シールド２０８の開口部２０８ａの内側に設置、固定されている。すなわち、光透過部材７３の側端面が開口部２０８ａの内面に固定されている。また、光透過部材７３は、第２シールド２０８の−Ｘ軸側の壁部の厚さと同じである。これにより、光透過部材７３が開口部２０８ａから＋Ｘ軸側または−Ｘ軸側に突出するのを防止することができ、例えば光透過部材７２との間に空気層を十分に形成することができ、前述したような原子セル２０１の温度安定性を高めるのに寄与する。

なお、図示の構成とは異なり、光透過部材７３は、第２シールド２０８の−Ｘ軸側の壁部の外面または内面上に設置、固定された構成であってもよい。この構成の場合、光透過部材７３の形状および大きさが開口部２０８ａの形状および大きさと一致している必要が無く、光透過部材７３の高精度な加工が要求されないという利点がある。なお、この構成の場合、光透過部材７３は、平面視形状が円形である必要が無く、例えば、四角形、楕円形等、いかなる形状のものであってもよい。

このような光透過部材７１、光透過部材７２および光透過部材７３の構成材料としては、光透過性を有していれば特に限定されないが、例えば、アクリル系樹脂等の樹脂材料や、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等のガラス材料等が挙げられる。これらの中でも耐熱性に優れるという観点からガラス材料であるのが好ましい。

また、光透過部材７１、光透過部材７２および光透過部材７３の、保持部材２０６、第１シールド２０７および第２シールド２０８に対する固定方法としては、特に限定されず、例えば、嵌合、嵌入および圧入による機械的な接合や、接着、融着等の固着等が挙げられるが、接着であるのが好ましい。接着による固定の場合、接着剤を介して接合するという簡単な方法で容易に固定することができるとともに、光透過部材７１、光透過部材７２および光透過部材７３の高精度な加工が要求されないという利点がある。

前記接着剤としては、特に限定されないが、例えば、天然ゴム系接着剤、合成ゴム系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ポリビニルエーテル樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、ポリエチレン系接着剤、エチレン−酢酸ビニル樹脂系接着剤、ポリエステル樹脂系接着剤、ポリウレタン樹脂系接着剤、合成ゴム系接着剤等が挙げられる。これらのなかでも、常温で硬化するまたは光硬化性の接着剤を用いるのが好ましい。これにより、光透過部材７１、光透過部材７２および光透過部材７３を固定する工程において加熱する工程を省略することができ、原子セル２０１内のアルカリ金属原子に該加熱による影響が生じるのを防止することができる。

以上説明したように、原子発振器１は、アルカリ金属原子が収容されている原子セル２０１と、原子セル２０１を加熱するヒーター２０３と、アルカリ金属原子を励起する光ＬＬを原子セル２０１に向って出射する発光素子１０２と、原子セル２０１を保持し、発光素子１０２からの光ＬＬが入射する第１開口部である開口部２０６ｃを有し、ヒーター２０３の熱を原子セル２０１に伝達する保持部材２０６と、原子セル２０１を収容し、磁場を遮蔽する第１シールド２０７と、光透過性を有し、開口部２０６ｃを塞ぐ第１光透過部材である光透過部材７１と、原子セル２０１を透過した光を受光する受光素子２０２と、を含む。これにより、光ＬＬが原子セル２０１に入射するのを許容しつつ、原子セル２０１の熱が開口部２０６ｃを介して外部に放出されたり、外部からの熱が開口部２０６ｃを介して内側、すなわち、原子セル２０１側に伝達されたりするのを防止または抑制することができる。よって、保持部材２０６の内側の原子セル２０１の温度を可及的に所望の温度に保つことができる。その結果、原子発振器１の周波数安定性を高めることができる。

また、原子発振器１では、第１シールド２０７は、発光素子１０２からの光ＬＬが入射する第２開口部である開口部２０７ａを有し、さらに、開口部２０７ａを塞ぐ第２光透過部材である光透過部材７２を含む。そして、原子発振器１は、さらに、発光素子１０２からの光ＬＬが入射する第３開口部である開口部２０８ａを有し、第１シールド２０７を収容する第２シールド２０８と、第３開口部２０８ａを塞ぐ第３光透過部材である光透過部材７３と、を含む。これにより、第１シールド２０７および第２シールド２０８においても、光ＬＬが原子セル２０１に入射するのを許容しつつ、原子セル２０１の熱が開口部２０６ｃ、開口部２０７ａおよび開口部２０８ａを介して外部に放出されたり、外部からの熱が、開口部２０８ａ、開口部２０７ａおよび開口部２０６ｃを介して内側、すなわち、原子セル２０１側に伝達されたりするのを防止または抑制することができる。よって、原子セル２０１の温度を可及的に所望の温度に保つことができる。その結果、原子発振器１の周波数安定性をさらに高めることができる。

なお、保持部材２０６の＋Ｘ軸側に位置する開口部２０６ｄについても、光透過部材７１と同様の光透過部材によって塞がれていてもよい。これにより、原子セル２０１の温度をさらに効果的に所望の温度に保つことができる。その結果、原子発振器１の周波数安定性をより一層高めることができる。

また、本実施形態では原子発振器１が光透過部材７１、７２、７３を有する例を説明したが、光透過部材の数はこれに限定されない。原子発振器１が光透過部材７１、７２、７３のうち１つ以上を有していれば、光透過部材がない場合よりも原子セル２０１の温度を安定させることができる。なお、光透過部材を１つだけ設ける場合は、光透過部材７１を設けることが最も好ましく、次いで、光透過部材７２を設けることが好ましい。また、光透過部材を２つ設ける場合は、光透過部材７１および７２を設けることが好ましい。光透過部材がブロック２０６ａに相対的に近いほど熱の移動を制限しやすいので、原子セル２０１の温度を安定させやすい。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る原子発振器が備える保持部材および原子セルの分解斜視図である。図７は、第２実施形態に係る原子発振器が備える保持部材および原子セルの斜視図である。

本実施形態は、保持部材の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。

図６および図７に示すように、保持部材２０６のブロック２０６ａは、２つの部材であるブロック２０６ｘおよびブロック２０６ｙに分割された構成となっている。これらブロック２０６ｘおよびブロック２０６ｙは、＋Ｘ軸側からこの順で並んで配置され、Ｘ軸方向に沿ってスライド可能に構成されている。

ブロック２０６ｘは、＋Ｚ軸側に位置し、Ｚ軸方向を厚さ方向とする壁部２０６_ｘ１と、＋Ｘ軸側に位置し、Ｘ軸方向を厚さ方向とする壁部２０６_ｘ２と、−Ｙ軸側に位置し、Ｙ軸方向を厚さ方向とする壁部２０６_ｘ３と、を有している。また、壁部２０６_ｘ３は、後述する突起２０６_ｙ４が挿入される挿入部２０６_ｘ４を有する。挿入部２０６_ｘ４は、Ｘ軸方向に延在する溝である。

ブロック２０６ｙは、−Ｚ軸側に位置し、Ｚ軸方向を厚さ方向とする壁部２０６_ｙ１と、−Ｘ軸側に位置し、Ｘ軸方向を厚さ方向とする壁部２０６_ｙ２と、−Ｙ軸側に位置し、Ｙ軸方向を厚さ方向とする壁部２０６_ｙ３と、を有する。また、壁部２０６_ｙ３は、挿入部２０６_ｘ４に挿入され、その挿入状態で挿入部２０６_ｘ４内をＸ軸方向に移動可能な突起２０６_ｙ４を有する。突起２０６_ｙ４は、Ｘ軸方向に延在している。

このようなブロック２０６ａによれば、原子セル２０１を収納する、すなわち、組立てる作業において、まず、図６に示すように、ブロック２０６ｘおよびブロック２０６ｙの間に原子セル２０１を配置し、図７に示すように、ブロック２０６ｘおよびブロック２０６ｙを互いに接近させるようにＸ軸方向に移動させることにより、容易に組立作業を行うことができる。また、原子セル２０１やブロック２０６ａに寸法誤差が生じていたとしても、ブロック２０６ｘおよびブロック２０６ｙをＸ軸方向にスライド可能に構成することにより、原子セル２０１と、壁部２０６_ｙ２および壁部２０６_ｘ２を密着させることができる。これにより、原子セル２０１を効率よく加熱することができる。

＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態に係る原子発振器が備える保持部材および原子セルを示す分解斜視図である。

本実施形態は、保持部材の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態では、原子セル２０１と保持部材２０６とは、接着部材としての両面テープ６００によって固定される。具体的には、原子セル２０１の−Ｘ軸側の面と、保持部材２０６の−Ｘ軸側の壁部、すなわち、開口部２０６ｃを有する壁部との間に両面テープ６００が設置され、これらが固定される。これにより、原子セル２０１の−Ｘ軸側の面と、保持部材２０６の開口部２０６ｃを有する壁部とを可及的に近づけることができ、原子セル２０１を効率よく加熱することができる。

また、両面テープ６００は、開口部６０１を有している。この開口部６０１は、開口面が円形をなし、少なくとも原子セル２０１の開口部２０６ａよりも大きい。これにより、両面テープ６００が光ＬＬの通過を阻害するのを防止することができる。

両面テープ６００としては、特に限定されないが、基材と、基材の両側にそれぞれ設けられた粘着剤層と、を有する構成や、基材が省略されて１層または複数層の粘着剤層を有する構成のもの等を用いることができる。

上記基材としては、特に限定されず、紙基材、樹脂基材および金属基材等を用いることができるが、耐熱性という観点から金属基材であるのが好ましい。この金属基材を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミ、銅等が挙げられる。

また、粘着剤としては、耐熱性に優れるものであるのが好ましく、例えば、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤等が挙げられる。なお、粘着剤層には、酸化アルミニウム等の熱伝導性に優れるフィラーが含まれていてもよい。

また、両面テープ６００は、原子セル２０１を構成する材料よりも熱伝導率が高いのが好ましい。これにより、両面テープ６００を介して保持部材２０６の熱が原子セル２０１に伝達されやすくなる。よって、原子セル２０１をより効果的に加熱することができる。

このように本実施形態では、原子発振器１は、さらに、保持部材２０６の開口部２０６ｃを有する壁部と、原子セル２０１とを接着する接着部材を含む。これにより、原子セル２０１の−Ｘ軸側の面と、保持部材２０６の開口部２０６ｃを有する壁部とを可及的に近づけることができ、原子セル２０１を効率よく加熱することができる。

また、接着部材は、両面テープ６００である。これにより、例えば接着剤が他の部位、特に光ＬＬが通過する部位に付着するのを防止しつつ、簡単に組立作業を行うことができる。

なお、原子セル２０１および保持部材２０６の間の間隙には、充填材が充填されていてもよい。この充填材は、原子セル２０１を構成する材料よりも熱伝導率が高いのが好ましい。これにより、保持部材２０６の熱が原子セル２０１にさらに効果的に伝達されやすくなる。よって、原子セル２０１をさらに効果的に加熱することができる。

＜原子発振器適用例＞
以上説明したような原子発振器１は、各種の周波数信号生成システムに組み込むことができる。以下、そのような周波数信号生成システムの実施形態について説明する。

図９は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を利用した測位システム、すなわち、周波数信号生成システムの一例の概略構成を示す図である。

図９に示す測位システム１１００は、基地局装置１３００と、ＧＰＳ受信装置１４００とで構成されている。ここで、原子発振器１を搭載した電子機器を周波数信号生成システムと呼ぶこともできるし、原子発振器１を搭載した電子機器を含む複数の電子機器からなる各種システムを周波数信号生成システムと呼ぶこともできる。

ＧＰＳ衛星１２００は、測位用情報を含む衛星信号（ＧＰＳ信号）を送信する。
基地局装置１３００は、例えば電子基準点としてのＧＰＳ連続観測局に設置されたアンテナ１３０１を介してＧＰＳ衛星１２００からの衛星信号を受信する受信装置１３０２と、受信した衛星信号から受信装置１３０２が取得した測位情報をアンテナ１３０３を介して送信する送信装置１３０４とを備える。

ここで、受信装置１３０２は、その基準周波数発振源である原子発振器１と、原子発振器１からの周波数信号を処理する処理部１３０２ａと、を備える。また、受信装置１３０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置１３０４により送信される。

このように、周波数信号生成システムである受信装置１３０２は、原子発振器１を含む。このような受信装置１３０２によれば、原子発振器１の原子セル２０１周辺の温度勾配を低減することで、受信装置１３０２の特性を向上させることができる。また、上述した受信装置１３０２を含むことで、周波数信号生成システムの別の一例である測位システム１１００の特性を向上させることができる。

ＧＰＳ受信装置１４００は、ＧＰＳ衛星１２００からの測位用情報をアンテナ１４０１を介して受信する衛星受信部１４０２と、基地局装置１３００からの測位情報をアンテナ１４０３を介して受信する基地局受信部１４０４とを備える。

以上のように、周波数信号生成システムの一例としての測位システム１１００の受信装置１３０２は、原子発振器１と、原子発振器１からの周波数信号を処理する処理部１３０２ａと、を備えている。

また、原子発振器１は、アルカリ金属原子が収容されている原子セル２０１と、原子セル２０１を加熱するヒーター２０３と、アルカリ金属原子を励起する光ＬＬを原子セル２０１に向って出射する発光素子１０２と、原子セル２０１を保持し、発光素子１０２からの光ＬＬが入射する第１開口部である開口部２０６ｃを有し、ヒーター２０３の熱を原子セル２０１に伝達する保持部材２０６と、原子セル２０１を収容し、磁場を遮蔽する第１シールド２０７と、光透過性を有し、開口部２０６ｃを塞ぐ第１光透過部材である光透過部材７１と、原子セル２０１を透過した光を受光する受光素子２０２と、を含む。

このような発明によれば、前述した原子発振器１の利点を生かし、測位システム１１００および受信装置１３０２の特性を向上させることができる。

なお、周波数信号生成システムは、前述したものに限定されず、原子発振器１と、原子発振器１からの周波数信号を処理する処理部とを含むシステムであればよい。例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、パーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター）、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ（Point of Sales）端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、地上デジタル放送、携帯電話基地局等に適用することができる。また、複数の電子機器等から構成される周波数信号生成システムは、原子発振器１からの信号を処理して信号を生成するシステムであればよく、前述したものに限定されず、例えば、クロック伝送システム等であってもよい。

以上、本発明の原子発振器および周波数信号生成システムを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、原子発振器および周波数信号生成システムを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前述した実施形態では、量子干渉効果を利用した原子発振器に本発明を適用した場合を例に説明したが、本発明は、これに限定されず、二重共鳴現象を利用した原子発振器にも適用可能であり、この場合、光源としては、半導体レーザーに限定されず、例えば、発光ダイオード、アルカリ金属原子を封入したランプ等を用いることができる。

１…原子発振器、１０…発光素子モジュール、２０…原子セルユニット、３０…光学系ユニット、４０…支持部材、５０…制御回路、６０…パッケージ、７１…光透過部材、７２…光透過部材、７３…光透過部材、１０１…ペルチェ素子、１０２…発光素子、１０３…温度センサー、１０４…パッケージ、２０１…原子セル、２０１ａ…胴体部、２０１ｂ…窓部、２０１ｃ…窓部、２０２…受光素子、２０３…ヒーター、２０４…温度センサー、２０５…コイル、２０６…保持部材、２０６ａ…ブロック、２０６ｂ…ブロック、２０６ｃ…開口部、２０６ｄ…開口部、２０６ｅ…面、２０６ｇ…凹部、２０６ｘ…ブロック、２０６_ｘ１…壁部、２０６_ｘ２…壁部、２０６_ｘ３…壁部、２０６_ｘ４…挿入部、２０６ｙ…ブロック、２０６_ｙ１…壁部、２０６_ｙ２…壁部、２０６_ｙ３…壁部、２０６_ｙ４…突起、２０７…第１シールド、２０７ａ…開口部、２０７ｂ…部分、２０８…第２シールド、２０８ａ…開口部、２０９…スペーサー、２１０…伝熱部材、２１１…ネジ、３０１…減光フィルター、３０２…集光レンズ、３０３…１／４波長板、３０４…ホルダー、３０５…貫通孔、４０１…設置面、４０２…段差部、４０３…設置面、４０４…段差部、５０１…温度制御回路、５０２…光源制御回路、５０３…磁場制御回路、５０４…温度制御回路、５０５…回路基板、５０６ａ…コネクター、５０６ｂ…コネクター、５０８ａ…フレキシブル配線基板、５０８ｂ…フレキシブル配線基板、５０９…リードピン、５１０…配線、６００…両面テープ、６０１…開口部、７１１…面、１１００…測位システム、１２００…ＧＰＳ衛星、１３００…基地局装置、１３０１…アンテナ、１３０２…受信装置、１３０２ａ…処理部、１３０３…アンテナ、１３０４…送信装置、１４００…ＧＰＳ受信装置、１４０１…アンテナ、１４０２…衛星受信部、１４０３…アンテナ、１４０４…基地局受信部、５０５１…貫通孔、ＬＬ…光、Ｓ…内部空間、Ｓ１…空間、Ｓ２…空間、ａ…光軸

Claims (8)

1. アルカリ金属原子が収容されている原子セルと、
   前記原子セルを加熱するヒーターと、
   前記アルカリ金属原子を励起する光を前記原子セルに向って出射する発光素子と、
   前記原子セルを保持し、前記発光素子からの光が入射する第１開口部を有し、前記ヒーターの熱を前記原子セルに伝達する保持部材と、
   前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽する第１シールドと、
   光透過性を有し、前記第１開口部を塞ぐ第１光透過部材と、
   前記原子セルを透過した光を受光する受光素子と、を含む原子発振器。
2. 前記保持部材は、前記原子セルに対して反対側の面で、かつ、前記第１開口部の縁部に凹没して設けられた凹部を有し、
   前記第１光透過部材は、前記凹部内に設置される、請求項１に記載の原子発振器。
3. 前記第１シールドは、前記発光素子からの光が入射する第２開口部を有し、
   さらに、前記第２開口部を塞ぐ第２光透過部材を含む、請求項１または２に記載の原子発振器。
4. さらに、前記発光素子からの光が入射する第３開口部を有し、前記第１シールドを収容する第２シールドと、
   前記第３開口部を塞ぐ第３光透過部材と、を含む、請求項３に記載の原子発振器。
5. 前記第１光透過部材、前記第２光透過部材および前記第３光透過部材は、ガラス材料で構成されている、請求項４に記載の原子発振器。
6. さらに、前記保持部材の前記第１開口部を有する壁部と、前記原子セルとを接着する接着部材を含む、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子発振器。
7. 前記接着部材は、両面テープである、請求項６に記載の原子発振器。
8. 原子発振器と、
   前記原子発振器からの周波数信号を処理する処理部と、を備え、
   前記原子発振器は、
   アルカリ金属原子が収容されている原子セルと、
   前記原子セルを加熱するヒーターと、
   前記アルカリ金属原子を励起する光を前記原子セルに向って出射する発光素子と、
   前記原子セルを保持し、前記発光素子からの光が入射する第１開口部を有し、前記ヒーターの熱を前記原子セルに伝達する保持部材と、
   前記原子セルを収容し、磁場を遮蔽する第１シールドと、
   光透過性を有し、前記第１開口部を塞ぐ第１光透過部材と、
   前記原子セルを透過した光を受光する受光素子と、を含む、周波数信号生成システム。

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