JPH0744453B2 - ルビジウム原子発振器 - Google Patents

ルビジウム原子発振器

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JPH0744453B2
JPH0744453B2 JP60008680A JP868085A JPH0744453B2 JP H0744453 B2 JPH0744453 B2 JP H0744453B2 JP 60008680 A JP60008680 A JP 60008680A JP 868085 A JP868085 A JP 868085A JP H0744453 B2 JPH0744453 B2 JP H0744453B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は光ポンピング法を用いたルビジウム原子発振
器に関する。
「従来の技術」 従来のルビジウム原子発振器における光−マイクロ波共
鳴部は、その特性上から、ルビジウムガスセル内のルビ
ジウムのエネルギー状態を励起するために光ポンピング
法を用いている。そのエネルギー状態の励起のためにル
ビジウムランプが使用されている。またこのランプは充
分なスペクトル強度を得るために約100℃の温度を保つ
様に構成されていた。
「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はルビジウムラン
プの温度が高いため、その構造は断熱性を良くするため
に大きなものとなり、さらにはランプ自身の寿命も、ル
ビジウム金属とガラスが反応するために短いものとなる
という欠点があつた。
「問題点を解決するための手段」 この発明のルビジウム原子発振器は従来技術の欠点を除
去し、小型で低電力化、長寿命化するために、ルビジウ
ムを光励起する光源としてルビジウムランプではなく半
導体発光素子が用いられ、光−マイクロ波共鳴部のキヤ
ビテイにその半導体発光素子は一体構造とされ、さらに
その半導体発光素子のスペクトルを安定化させるために
原子共鳴により検出された同期信号、つまりルビジウム
に照射するマイクロ波の周波数を制御するための低周波
信号の２倍の周波数成分の変動を検出して半導体発光素
子への電圧が制御される。
「実施例」 第１図はこの発明の実施例を示す。光−マイクロ波共鳴
部11においてキヤビテイ12内にルビジウムガスセル13が
設けられ、キヤビテイ12の外側はシールドケース14によ
りシールドされている。ルビジウムガスセル13内のルビ
ジウム原子のエネルギー状態が光ポンピング法により励
起される。
一方電圧制御水晶発振器15の発振出力は出力端子16へ出
力されると共に位相変調器17にも分岐供給され、低周波
発振器18の低周波信号により位相変調される。この位相
変調出力は周波数合成器19により発励起されているルビ
ジウムの共鳴周波数のマイクロ波に変換され、そのマイ
クロ波はキヤビテイ12内に入射されて、ルビジウムガス
セル13内のルビジウム原子に照射され、エネルギーがル
ビジウムに吸収される。キヤビテイ12内に設けられ、ル
ビジウムから放射される光が太陽電池21で位相変調に用
いた低周波の電気信号に変換され、その電気信号は低周
波増幅器22で増幅され、その増幅出力は位相検波器23で
低周波発振器18の出力により位相検波される。その検波
出力は積分増幅器24で積分増幅され、その出力によりそ
の出力がゼロになるように電圧制御水晶発振器15の発振
周波数が制御される。つまり周波数合成器19の出力マイ
クロ波の周波数はルビジウムの共鳴周波数と常に一致す
るように制御される。
また、このとき、第２図の光吸収特性図に示すようにマ
イクロ波周波数がルビジウム原子固有の周波数に完全に
一致すると、位相変調信号の２倍の周波数の信号が太陽
電池21で検出でき、光マイクロ波ユニットの出力とな
る。
この発明においてはルビジウムを光励起する光源として
半導体発光素子（例えばレーザダイオード）25が用いら
れ、この半導体発光素子25はキヤビテイ12の開口を塞ぐ
ように支持体26により支持されてキヤビテイ12と一体構
造とされる。
また低周波増幅器22の出力の一部は分岐されて同期信号
増幅器27に供給され、同期信号増幅器27では低周波発振
器18の発振周波数の２倍の成分、つまりマイクロ波周波
数がルビジウム原子固有の周波数に一致したときの成分
が取出されて増幅され、その増幅出力は発光電圧制御器
28へ供給され、発光電圧制御器28は半導体発光素子25の
発光電圧を制御して発光スペクトルがルビジウムガスセ
ルの遷移周波数に一致するようにする。
つまり原子共鳴に必要なスペクトルが安定に得られる様
に、同期信号の変化によって半導体発光素子25の発光電
圧を制御し、半導体発光素子25の発光スペクトルの周波
数が安定化される様に構成されている。ルビジウム原子
発振器においては、半導体発光素子のスペクトルとルビ
ジウムガスセルの遷移周波数が一致したときにルビジウ
ムガスセルの吸収が最大となり、このとき、太陽電池21
から出力される位相変調周波数は低周波発振周波数の２
倍となり、その出力レベルも最大となり、つまり同期信
号が最大となる。従って、発光電圧制御器28は例えば位
相変調信号の２倍の周波数の出力レベルに応じて出力電
圧を前後に変動させて、半導体発光素子25の発光スペク
トルがルビジウムガスセルの遷移周波数に一致する点を
常に中心電圧に設定する様な構成の制御系とされる。
またシールドケース14の外周にヒータ29が巻付けられ、
ヒータ29は温度制御器31に接続される。光−マイクロ波
共鳴部11は温度制御器31によつて温度制御され、半導体
発光素子25及びキヤビテイ12は一定の温度に保たれる。
「発明の効果」 以上説明したようにこの発明は、発光スペクトルを安定
化した半導体発光素子を用いる構造にしたために、従来
のランプのように高温度に保つ必要がなく、このため、
発振器としての寿命が伸びさらには小型低電力化できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は光
吸収特性を示す図である。 11:光−マイクロ波共鳴部、12:キヤビテイ、13:ルビジ
ウムガスセル、14:シールドケース、15:電圧制御水晶発
振器、18:低周波発振器、17:位相変調器、19:周波数合
成器、21:太陽電池、22:低周波増幅器、23:位相検波
器、25:半導体発光素子、27:同期信号増幅器、28:発光
電圧制御器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光−マイクロ波共鳴部のルビジウムを光ポ
    ンピング法により励起し、電圧制御水晶発振器の発振出
    力を低周波発振器の出力により位相変調し、その位相変
    調出力を周波数合成器によりルビジウムの共鳴波数のマ
    イクロ波に変換し、そのマイクロ波を上記ルビジウムに
    照射し、そのルビジウムから放射される光を電気信号に
    変換し、その電気信号を上記低周波発振器の出力により
    位相検波器で位相検波し、その位相検波出力がゼロにな
    るように上記電圧制御水晶発振器の発振周波数を制御
    し、上記電圧制御水晶発振器の出力を発振出力とするル
    ビジウム原子発振器において、 上記ルビジウムを光励起する光源として上記光−マイク
    ロ波共鳴部のキヤビテイと一体構造で設けられた半導体
    発光素子と、 上記電気信号から上記低周波発振器の発振周波数の２倍
    の成分を検出する同期信号増幅器と、 その同期信号増幅器の出力により、その出力が最大にな
    るように上記半導体発光素子の出力光スペクトラムを制
    御する発光電圧制御器とを設けたことを特徴とするルビ
    ジウム原子発振器。
JP60008680A 1985-01-21 1985-01-21 ルビジウム原子発振器 Expired - Lifetime JPH0744453B2 (ja)

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JPS61167225A JPS61167225A (ja) 1986-07-28
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