JPS5921558Y2 - ルビジウム原子周波数標準器用光源ランプ - Google Patents
ルビジウム原子周波数標準器用光源ランプInfo
- Publication number
- JPS5921558Y2 JPS5921558Y2 JP11331178U JP11331178U JPS5921558Y2 JP S5921558 Y2 JPS5921558 Y2 JP S5921558Y2 JP 11331178 U JP11331178 U JP 11331178U JP 11331178 U JP11331178 U JP 11331178U JP S5921558 Y2 JPS5921558 Y2 JP S5921558Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lamp
- rubidium
- temperature section
- light source
- temperature
- 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
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- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は、光ポンピングを利用したルビジウムガスセル
型原子周波数標準器用光源ランプに係わり、（に詳しく
は、前記光源ランプの温度保持に関する。
型原子周波数標準器用光源ランプに係わり、（に詳しく
は、前記光源ランプの温度保持に関する。
高安定周波数の発生には、・従来多くは水晶発振器が用
いられ、長期安定度が１ｏ−１１／日程度まで実用に供
されている。
いられ、長期安定度が１ｏ−１１／日程度まで実用に供
されている。
水晶発振器の主要部たろ水晶振動子は、水晶片の研摩等
人工的作業によっており、長期に渡れば経時変化が生ず
るため、安定度の面での向上は大きくは望めない。
人工的作業によっており、長期に渡れば経時変化が生ず
るため、安定度の面での向上は大きくは望めない。
そこで電気通信分野、計測器分野等に代表される、高安
定周波数標準器の要求に対しては、マイクロ波を用いて
、分子原子の量子力学的振動を周波数の標準として利用
する方法がある。
定周波数標準器の要求に対しては、マイクロ波を用いて
、分子原子の量子力学的振動を周波数の標準として利用
する方法がある。
第１図は、ルビジウムガスセル型原子周波数標準器（以
後、Ｒｂ原子発振器と記す）の構成図であり、第２図は
、第１図の光マイクロ波共鳴部１０のブロック内部図で
ある。
後、Ｒｂ原子発振器と記す）の構成図であり、第２図は
、第１図の光マイクロ波共鳴部１０のブロック内部図で
ある。
Ｒｂ原子発振器においては、光ポンピングを利用する二
重共鳴法が使用されている。
重共鳴法が使用されている。
共鳴にあずかるＲｂ原子は、適当な緩衝気体と共に共鳴
セル２２に封じてあり、マイクロ波空胴共振器２３中に
設置しである。
セル２２に封じてあり、マイクロ波空胴共振器２３中に
設置しである。
Ｒｂ原子とクリプトン、ネオン、アルゴン等の不活性な
キャリアガスと共に封じた光源ランプ２０からのポンピ
ング光は、フィルターセル２１、共鳴セル２２を通って
光検出器２４に達し、その透過光量を太陽電池等により
電気的に検出される。
キャリアガスと共に封じた光源ランプ２０からのポンピ
ング光は、フィルターセル２１、共鳴セル２２を通って
光検出器２４に達し、その透過光量を太陽電池等により
電気的に検出される。
２６はＣ磁場用コイル、２７はヒーターである。ポンピ
ング光としてのルビジウムＤ光には２つの成分（波長７
９４８ Ａ、７８００ Ａ ）があり、ポンピング効率
を上げるためにフィルタセル２１が配置されているわけ
でフィルターセル２１は不可欠な構成要素ではない。
ング光としてのルビジウムＤ光には２つの成分（波長７
９４８ Ａ、７８００ Ａ ）があり、ポンピング効率
を上げるためにフィルタセル２１が配置されているわけ
でフィルターセル２１は不可欠な構成要素ではない。
ポンピング光の入射により共鳴セル内のＲｂ原子は、熱
平衡状態からずれ負温度状態になる。
平衡状態からずれ負温度状態になる。
そこに、遷移周波数に等しい周波数のマイクロ波を、ダ
イオード２５から挿入すると、誘導放出が生ずる。
イオード２５から挿入すると、誘導放出が生ずる。
放出された原子は、再びポンピング光を吸収して光ポン
プされるので、ポンピング光の透過光量が減少する。
プされるので、ポンピング光の透過光量が減少する。
即ち、標準に使用されるマイクロ波遷移は、ポンピング
光量の変化として検出される。
光量の変化として検出される。
この光マイクロ波部がらの出力は、遷移周波数の所で吸
収される共鳴曲線を描くが、マイクロ波には、低周波で
変調をがけであるので共鳴の中心の上下で、１８０度位
相が異った共鳴信号を得る。
収される共鳴曲線を描くが、マイクロ波には、低周波で
変調をがけであるので共鳴の中心の上下で、１８０度位
相が異った共鳴信号を得る。
この共鳴信号を増幅器１１及び位相弁別器１２を通が異
った低域フィルターを通し、水晶発振器１５に加える。
った低域フィルターを通し、水晶発振器１５に加える。
サーボ増幅器１３は、積分要素を持たせ、長期変動を除
いているものである。
いているものである。
水晶発振器１５は、同調容量の一部をバリキャブのよう
な電圧で容量を変えられる素子をもつｖｃｘ。
な電圧で容量を変えられる素子をもつｖｃｘ。
（電圧制御型水晶発振器、Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔ
ｒｏｌｅｄＣｒｙｓｔａｌ ０ｓｃｉｌｌａｔｏｒ）
になっており、マイクロ波の周波数と遷移周波数が異っ
てくると、水晶発振器の発振周波数を引き戻すような制
御が加わる。
ｒｏｌｅｄＣｒｙｓｔａｌ ０ｓｃｉｌｌａｔｏｒ）
になっており、マイクロ波の周波数と遷移周波数が異っ
てくると、水晶発振器の発振周波数を引き戻すような制
御が加わる。
ダイオード２５から描入されるマイクロ波信号は、水晶
発振器１５の出力と低周波発振器１４の出力を周波数変
調器１６で変調し、更に周波数逓倍器１７で逓倍して作
製している。
発振器１５の出力と低周波発振器１４の出力を周波数変
調器１６で変調し、更に周波数逓倍器１７で逓倍して作
製している。
外部へとり出す標準信号は、周波数合成器１８を通して
、Ｉ ＭＨｚ、５ＭＨｚ等の周波数を得ている。
、Ｉ ＭＨｚ、５ＭＨｚ等の周波数を得ている。
従って、制御のかかった定常状態では、水晶発振器の発
振周波数と原子の遷移周波数との関係は、周波数合成、
周波数逓倍の方式のみで決まることになるので、水晶発
振器からは、原子の遷移周波数の安定度まで安定化され
た標準周波数を取りだすことができる。
振周波数と原子の遷移周波数との関係は、周波数合成、
周波数逓倍の方式のみで決まることになるので、水晶発
振器からは、原子の遷移周波数の安定度まで安定化され
た標準周波数を取りだすことができる。
上記の様に、基準とする分子、原子の量子力学的振動の
共鳴周波数そのものは、環境条件が一定である限り永久
不変であるが、この振動に基づいた原子発振器を構成す
るには、下記の問題が生ずる。
共鳴周波数そのものは、環境条件が一定である限り永久
不変であるが、この振動に基づいた原子発振器を構成す
るには、下記の問題が生ずる。
即ち、ルビジウムガスセル型原子周波数標準器では、基
準とするルビジウムをガラス容器内に封じ込んで使用す
るが、容器内のルビジウムの量を正確にコントロールす
ることが難しいことである。
準とするルビジウムをガラス容器内に封じ込んで使用す
るが、容器内のルビジウムの量を正確にコントロールす
ることが難しいことである。
第３図は、ルビジウム金属をランプ内に封入する装置の
概略図である。
概略図である。
３１は光源用ランプ、３２は反応管、３３は排気口兼封
入気体導入口、３４は反応用試料である。
入気体導入口、３４は反応用試料である。
先ず、反応管３２及びランプ３１を１０−６ｍｍＨｇ以
上の真空に排気した後、ルビジウムを金属蒸気としてラ
ンプ３１に追い込むわけであり、主に、２通りの方法は
ある。
上の真空に排気した後、ルビジウムを金属蒸気としてラ
ンプ３１に追い込むわけであり、主に、２通りの方法は
ある。
第１の方法は、反応用試料として、Ｒｂアンプルを、窒
素雰囲気にした反応管３２内で割って使用するものであ
り、第２は、塩化ルビジウムを水素化カルシウムにより
還元し、ルビジウムを作製してゆく方法である。
素雰囲気にした反応管３２内で割って使用するものであ
り、第２は、塩化ルビジウムを水素化カルシウムにより
還元し、ルビジウムを作製してゆく方法である。
現在、ルビジウムが、アルカリ金属に属し、反応性が強
いことから、第２の方法が主流である。
いことから、第２の方法が主流である。
いづれにしても、ガスバーナー等で反応管を加熱し金属
蒸気としてランプ内に追い込み、適当な封入気体を入れ
た後、封するものであり、ランプ内に入った金属量は、
ランプ内壁に付着した状態を目視するのみで、厳密に規
定することはできない。
蒸気としてランプ内に追い込み、適当な封入気体を入れ
た後、封するものであり、ランプ内に入った金属量は、
ランプ内壁に付着した状態を目視するのみで、厳密に規
定することはできない。
しかし、ランプ内のＲｂの量が多すぎると、雑音が増し
、動作も不安定になる一方、少なすぎると、ランプの寿
命が短かくなるという、重要な要素である。
、動作も不安定になる一方、少なすぎると、ランプの寿
命が短かくなるという、重要な要素である。
本考案は、上記欠点を除去したものであって、多量に封
入したルビジウム金属のうち、必要な量だけ、発光に寄
与することを可能にした光源用ランプである。
入したルビジウム金属のうち、必要な量だけ、発光に寄
与することを可能にした光源用ランプである。
ルビジウムを封入した光源ランプでは、管内に電極がな
く、励振用コイルを管の外側に巻きつけて励振する無電
極放電が用いられる。
く、励振用コイルを管の外側に巻きつけて励振する無電
極放電が用いられる。
先ず、封入気体の放電でスタートし、温度上昇とともに
Ｒｂ金属蒸気が増し、Ｒｂが主の発光に移行する。
Ｒｂ金属蒸気が増し、Ｒｂが主の発光に移行する。
又、温度により発光スペクトルのプロフィールが異って
くるので、成る一定の温度Ｔ（通常は、９０°Ｃ〜１２
σＣ位）でランプ全体を保っているのが通常である。
くるので、成る一定の温度Ｔ（通常は、９０°Ｃ〜１２
σＣ位）でランプ全体を保っているのが通常である。
本発明は、ランプ内を主温度部と副温度部に分け、主温
度部を主温度ＴＭ、副温度部を副温度Ｔ５で保持するこ
とにより、発光スペクトルに寄与するルビジウム金属の
量を制御するものである。
度部を主温度ＴＭ、副温度部を副温度Ｔ５で保持するこ
とにより、発光スペクトルに寄与するルビジウム金属の
量を制御するものである。
第４図は、本考案に関するランプ部の形状、構成例であ
る。
る。
４１は主温度部、４２は副温度部、４３は主温度源、４
４は副温度部、４５は励振用コイルである。
４は副温度部、４５は励振用コイルである。
主温度源４３及び副温度部４４は、コイル等を巻き、電
流を流して発熱させる、或いは、トランジスタ等の放熱
を利用する等、幾つかの方法が考えられるが、所望の温
度に保持し得るものならば、その方法は問わない。
流を流して発熱させる、或いは、トランジスタ等の放熱
を利用する等、幾つかの方法が考えられるが、所望の温
度に保持し得るものならば、その方法は問わない。
ランプ内のＲｂ金属は密封されており、保持温度、励振
電力等の外部因子により定められる割合のＲｂ金属蒸気
となる。
電力等の外部因子により定められる割合のＲｂ金属蒸気
となる。
従って、仮に保持温度を増加させてゆけば、Ｒｂ金属が
残存する限り、Ｒｂ金属蒸気の量は増えてゆき、自己吸
収、自己反転現象が生ずる以前においては、スペクトル
強度は強くなってゆく。
残存する限り、Ｒｂ金属蒸気の量は増えてゆき、自己吸
収、自己反転現象が生ずる以前においては、スペクトル
強度は強くなってゆく。
第４図において、主温度部は、従来使用されていた程度
の温度Ｔ（９０°Ｃ〜１２０°Ｃ）に保ち、副温度部は
、この主温度ＴＭより低い温度Ｔ５に保つことにより、
気化しないＲｂ金属の量を、副温度部において主温度部
より多くすることが出来る。
の温度Ｔ（９０°Ｃ〜１２０°Ｃ）に保ち、副温度部は
、この主温度ＴＭより低い温度Ｔ５に保つことにより、
気化しないＲｂ金属の量を、副温度部において主温度部
より多くすることが出来る。
即ち、過剰にＲｂ金属を封入した場合には、副温度Ｔ８
を低くすることにより、主温度部において発光に寄与す
る即ちスペクトル強度に影響を及ぼすＲｂ金属蒸気の量
をコントロールできる。
を低くすることにより、主温度部において発光に寄与す
る即ちスペクトル強度に影響を及ぼすＲｂ金属蒸気の量
をコントロールできる。
これ故、本考案によれば、発光に寄与させるに相当する
以上のＲｂ金属をランプ内に封入すれば、主温度部と副
温度部の温度差を変化させることにより、発光時に主温
度部に存在するＲｂ金属蒸気の量を、最つも所望する値
にすることが可能になる。
以上のＲｂ金属をランプ内に封入すれば、主温度部と副
温度部の温度差を変化させることにより、発光時に主温
度部に存在するＲｂ金属蒸気の量を、最つも所望する値
にすることが可能になる。
特に本考案では副温度部を主温度部に比べて小さく形威
し、第２のヒーターと共働させて、ランプ内のルビジウ
ム金属蒸発量を調整するものであり、副温度部が小さい
ので、第２のヒーターの調整温度に応じて迅速なルビジ
ウム金属蒸発量を調整でき、また主温度部と対向する第
１のヒーターと、副温度部に対向する第２のヒーターと
の組合せにより、発光と蒸発量を連動して調整すること
が可能なので、封入ルビジウム金属が多すぎるために生
じる雑音や、動作の不安定さ、また少なすぎることのラ
ンプの低寿命化のいずれの問題も解決した。
し、第２のヒーターと共働させて、ランプ内のルビジウ
ム金属蒸発量を調整するものであり、副温度部が小さい
ので、第２のヒーターの調整温度に応じて迅速なルビジ
ウム金属蒸発量を調整でき、また主温度部と対向する第
１のヒーターと、副温度部に対向する第２のヒーターと
の組合せにより、発光と蒸発量を連動して調整すること
が可能なので、封入ルビジウム金属が多すぎるために生
じる雑音や、動作の不安定さ、また少なすぎることのラ
ンプの低寿命化のいずれの問題も解決した。
第１図は、ルビジウムガスセル型原子周波数標準器の構
成図である。 第２図は、第１図中１０の光マイクロ波共鳴部の内部図
である。 第３図は、ルビジウム金属をランプ内に封入する装置の
簡略図である。 第４図は、本考案となる、ランプ部の構成例を記した図
である。 第１図において、１０・・・・・・光マイクロ波共鳴部
、１１・・・・・・増幅器、１２・・・・・・位相弁別
器、１５・・・・・・水晶発振器、１７・・・・・・周
波数逓倍器、１８・・・・・・周波数合成器、第２図に
おいて、２０・・・・・・光源ランプ、２１・・・・・
・フィルターセル、２２・・・・・・共鳴セル、２３・
・・・・・マイクロ波空胴共振器、２４・・・・・・光
検出器、２５・・・・・・ダイオード、２６・・・・・
・Ｃ磁場用コイル、第３図において、３１・・・・・・
光源ランプ、３４・・・・・・反応物、第４図において
、４１・・・・・・主温度部、４２・・・・・・副温度
部、４３・・・・・・主温度源、４４・・・・・・副温
度部、４５・・・・・・励振用コイル。
成図である。 第２図は、第１図中１０の光マイクロ波共鳴部の内部図
である。 第３図は、ルビジウム金属をランプ内に封入する装置の
簡略図である。 第４図は、本考案となる、ランプ部の構成例を記した図
である。 第１図において、１０・・・・・・光マイクロ波共鳴部
、１１・・・・・・増幅器、１２・・・・・・位相弁別
器、１５・・・・・・水晶発振器、１７・・・・・・周
波数逓倍器、１８・・・・・・周波数合成器、第２図に
おいて、２０・・・・・・光源ランプ、２１・・・・・
・フィルターセル、２２・・・・・・共鳴セル、２３・
・・・・・マイクロ波空胴共振器、２４・・・・・・光
検出器、２５・・・・・・ダイオード、２６・・・・・
・Ｃ磁場用コイル、第３図において、３１・・・・・・
光源ランプ、３４・・・・・・反応物、第４図において
、４１・・・・・・主温度部、４２・・・・・・副温度
部、４３・・・・・・主温度源、４４・・・・・・副温
度部、４５・・・・・・励振用コイル。
Claims (1)
- ルビジウム金属と不活性ガスを封入した光源ランプにお
いて、前記ランプ体に主温度部と副温度部を一体に構成
するとともに、前記副温度部を前記主温度より小さく形
成し、前記主温度部外周には第１のヒーターと励振用コ
イルを対向させ、前記副温度部外周に第２のヒーターに
よりランプ内のルビジウム金属の蒸気量を調整するよう
構成したことを特徴とするルビジウム原子周波数標準器
用光源ランプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11331178U JPS5921558Y2 (ja) | 1978-08-18 | 1978-08-18 | ルビジウム原子周波数標準器用光源ランプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11331178U JPS5921558Y2 (ja) | 1978-08-18 | 1978-08-18 | ルビジウム原子周波数標準器用光源ランプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5529573U JPS5529573U (ja) | 1980-02-26 |
| JPS5921558Y2 true JPS5921558Y2 (ja) | 1984-06-26 |
Family
ID=29063004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11331178U Expired JPS5921558Y2 (ja) | 1978-08-18 | 1978-08-18 | ルビジウム原子周波数標準器用光源ランプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5921558Y2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63236699A (ja) * | 1987-03-25 | 1988-10-03 | コクヨ株式会社 | バインダ金具 |
| JP4591298B2 (ja) * | 2005-09-28 | 2010-12-01 | エプソントヨコム株式会社 | ルビジウム原子発振回路用のランプ励振器 |
| JP2016029362A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-03-03 | セイコーエプソン株式会社 | ガスセルおよび磁気測定装置 |
| JP2017215226A (ja) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | セイコーエプソン株式会社 | ガスセル、磁場計測装置 |
-
1978
- 1978-08-18 JP JP11331178U patent/JPS5921558Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5529573U (ja) | 1980-02-26 |
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