JP2002344314A - Rubidium atomic oscillator - Google Patents
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Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電圧制御水晶発振
器の発振周波数を高精度に校正するガスセル型のルビジ
ウム原子発振器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas cell type rubidium atomic oscillator for calibrating the oscillation frequency of a voltage controlled crystal oscillator with high accuracy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】デジタル通信システムや移動体通信シス
テム、更には全地球測位システムなどの通信システムの
発展に伴い、小型でしかも精密な周波数標準やマスター
同期信号源としてルビジウム原子発振器の需要が高まっ
ている。ルビジウム原子発振器の動作原理を説明する基
本ブロック図を図３に示す。電圧制御水晶発振器の発振
信号（１０ＭＨｚ）を多数次に逓倍して作るマイクロ波
信号を、ルビジウムガスセルを中に納めたマイクロ波の
キャビティーであるルビジウム（Ｒｂ）共鳴セル中で共
鳴させ、同時にセル中にＲｂランプが発するポンピング
光（波長７９４．８ｎｍ）を注入する。ポンピング光
は、Ｒｂ原子を励起し、遷移周波数（６，８３４，６８
２，６１２．８Ｈｚ）近傍において遷移吸収特性が変化
するため、その吸収変化を低周波信号として光検出器に
よって検出し、電圧制御水晶発振器に帰還して、原子発
振器の出力である水晶発振器の発振周波数をルビジウム
遷移周波数に間接的にロックさせて安定化する。光とマ
イクロ波の２重共鳴法に基づく周波数標準であり、２×
１０-11 ／月以上の周波数安定度を有する。2. Description of the Related Art With the development of digital communication systems, mobile communication systems, and communication systems such as global positioning systems, there has been an increasing demand for small and precise frequency standards and rubidium atomic oscillators as master synchronization signal sources. I have. FIG. 3 is a basic block diagram illustrating the operation principle of the rubidium atomic oscillator. A microwave signal generated by multiplying the oscillation signal (10 MHz) of the voltage-controlled crystal oscillator by a number of times is resonated in a rubidium (Rb) resonance cell, which is a microwave cavity containing a rubidium gas cell, and is simultaneously resonated. The pumping light (wavelength 794.8 nm) emitted from the Rb lamp is injected therein. The pumping light excites the Rb atoms and causes the transition frequency (6,834,68).
2, 612.8 Hz), the transition absorption characteristic changes. Therefore, the absorption change is detected as a low-frequency signal by a photodetector and fed back to the voltage-controlled crystal oscillator to oscillate the crystal oscillator which is the output of the atomic oscillator. The frequency is indirectly locked and stabilized at the rubidium transition frequency. Frequency standard based on the double resonance method of light and microwave, 2 ×
It has a frequency stability of 10 −11 / month or more.
【０００３】マイクロ波キャビティーと、キャビティー
中に納めＲｂガスを充填したガスセルと、セル中のＲｂ
ガスにポンプ光を励起するＲｂランプと、セルを透過し
たポンプ光の強度を検出する光検出器とで構成されるユ
ニットを光マイクロ波ユニット（ＯＭＵ）と呼んでい
る。ポンプ光によって励起されたＲｂガスのマイクロ波
周波数に対する吸収特性は、前述の如くＲｂ原子のもつ
遷移周波数の６．８３４・・ＧＨｚに先鋭な吸収ピーク
を持つ。Ｒｂガスを透過したポンプ光の強度を検出する
光検出器出力は、図４に示すようにマイクロ波周波数に
対して鋭い谷を描く。Ｒｂ原子の遷移周波数である６．
８３４・・ＧＨｚの中心周波数よりマイクロ波周波数が
低い場合と高い場合とで、周波数変化に対する光検出器
出力変化の傾きの極性が異なる。マイクロ波の位相を低
周波（１３６Ｈｚ）で変調してキャビティーに注入する
と、光検出器出力に現れる低周波１３６Ｈｚの振幅変調
信号の位相は中心周波数の前後で反転する。光検出器で
検出したその正負の極性を持った誤差信号を電圧水晶発
振器に帰還することによって、水晶発振器の発振信号を
逓倍して作っているマイクロ波の周波数は、ルビジウム
の遷移周波数にロックされ、したがって水晶発振器の発
振信号の周波数自体もロックされ、高精度に周波数安定
化された１０ＭＨｚの正弦波信号出力が得られる。A microwave cavity, a gas cell filled in the cavity and filled with Rb gas, and a Rb gas in the cell
A unit composed of an Rb lamp that excites pump light in gas and a photodetector that detects the intensity of pump light transmitted through the cell is called an optical microwave unit (OMU). As described above, the absorption characteristic of the Rb gas excited by the pump light with respect to the microwave frequency has a sharp absorption peak at 6.834 GHz of the transition frequency of the Rb atom. The output of the photodetector for detecting the intensity of the pump light transmitted through the Rb gas draws a sharp valley with respect to the microwave frequency as shown in FIG. 5. Transition frequency of Rb atom
The polarity of the slope of the photodetector output change with respect to the frequency change is different between the case where the microwave frequency is lower than the center frequency of 834... When the phase of the microwave is modulated at a low frequency (136 Hz) and injected into the cavity, the phase of the low frequency 136 Hz amplitude modulation signal appearing at the output of the photodetector is inverted around the center frequency. By feeding back the error signal with positive and negative polarities detected by the photodetector to the voltage crystal oscillator, the frequency of the microwave that is made by multiplying the oscillation signal of the crystal oscillator is locked to the transition frequency of rubidium. Therefore, the frequency itself of the oscillation signal of the crystal oscillator is also locked, and a 10 MHz sine wave signal output whose frequency is stabilized with high precision can be obtained.
【０００４】光マイクロ波ユニットを構成するガスセル
は、ルビジウムガスが十分なポンプ光吸収特性を示すよ
うに、６０℃程度に一定に制御されており、このために
加熱し、温度を安定化する手段が設けられている。ＯＭ
Ｕの従来例を図５に示す。ＯＭＵはマイクロ波発生部８
０とガスセル３０を納めたマイクロ波キャビティー２０
からなり、ガスセル３０を加熱並びに温度制御を行うヒ
ータートランジスタと温度センサーが、マイクロ波発生
部またはキャビティーの表面に設けられており、これら
は温度制御回路５０とによって温度制御系を形成してい
る。また、Ｒｂ87のエネルギー準位間の遷移周波数を一
定にするため、ガスセルに磁場を発生するためのｃ−ｆ
ｉｅｌｄコイル４０がキャビティーの円筒外壁面に螺旋
状に巻かれている。制御回路７０は、Ｒｂガスセル３０
を透過した励起Ｒｂ光６０の強度を検出する光検出器
（図示せず）出力を入力し、マイクロ波信号をキャビテ
ィーに出力する。ルビジウム原子発振器では、低電圧
化、低消費電力化、素早い立ち上がり特性で通常状態へ
の移行時間を短くすることが重要な要素の一つとなって
いる。この目的のために、通常、キャビティーにヒータ
ートランジスタによる一点または多点加熱という手法が
採用されている。The gas cell constituting the optical microwave unit is controlled to a constant temperature of about 60 ° C. so that the rubidium gas exhibits a sufficient pump light absorption characteristic. Is provided. OM
A conventional example of U is shown in FIG. OMU is a microwave generator 8
Microwave cavity 20 containing 0 and gas cell 30
A heater transistor and a temperature sensor for heating and controlling the temperature of the gas cell 30 are provided on the surface of the microwave generating unit or the cavity, and these form a temperature control system with the temperature control circuit 50. . Further, in order to keep the transition frequency between the energy levels of Rb 87 constant, cf for generating a magnetic field in the gas cell
The field coil 40 is spirally wound around the cylindrical outer wall surface of the cavity. The control circuit 70 controls the Rb gas cell 30
An output of a photodetector (not shown) for detecting the intensity of the excitation Rb light 60 transmitted through the input port is input, and a microwave signal is output to the cavity. One of the important factors in the rubidium atomic oscillator is to reduce the transition time to the normal state with low voltage, low power consumption, and quick rise characteristics. For this purpose, usually, a technique of one-point or multi-point heating with a heater transistor in the cavity is adopted.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この局
所的な加熱の手法では、ヒータートランジスタを設置す
る表面の領域が必要となり、また。ヒータートランジス
タの熱を効率よくガスセル全体に伝達する大型のキャビ
ティーが必要となっているため、キャビティー形状が大
型になり、また、多数のトランジスタを使用する場合、
急速加熱においては温度傾斜を大きくするため大きなピ
ーク電流が必要となる。同時にトランジスタの取り付け
部分は、取り付け用とキャビティー全体への伝熱効率を
上げるために十分な厚さの金属が必要になり、ｃ−ｆｉ
ｅｌｄコイルの設置場所を圧迫しかねない。ｃ−ｆｉｅ
ｌｄコイルの巻数が不十分であるとＲｂの遷移周波数の
安定度を損ない原子発振器としての十分な特性が得られ
ない。However, this local heating technique requires a surface area on which the heater transistor is to be installed, and also requires a heater. Since a large cavity is required to efficiently transfer the heat of the heater transistor to the entire gas cell, the cavity shape becomes large, and when a large number of transistors are used,
In rapid heating, a large peak current is required to increase the temperature gradient. At the same time, the mounting portion of the transistor requires a metal having a sufficient thickness for mounting and increasing the heat transfer efficiency to the entire cavity, and the c-fi
This can put pressure on the location of the eld coil. c-fie
If the number of turns of the ld coil is insufficient, the stability of the transition frequency of Rb is impaired, and sufficient characteristics as an atomic oscillator cannot be obtained.
【０００６】本発明の主な目的は、急速な立ち上がりに
必要なピーク電流の低減と機構部品の大型化を低減した
Ｒｂ原子発振器を提供することにある。[0006] A main object of the present invention is to provide an Rb atomic oscillator in which the peak current required for rapid rise and the size of mechanical parts are reduced.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る発明のルビジウム原子発振器は、ガスセル型のルビジ
ウム原子発振器であって、前記ガスセルの外側面に配設
され前記ガスセルを面状に加熱する加熱手段を備えるこ
とを特徴とする。また、本発明の請求項２に係わる発明
のルビジウム原子発振器は、ガスセル型のルビジウム原
子発振器であって、前記ガスセルを内蔵するマイクロ波
キャビティーの外側面に配設され前記マイクロ波キャビ
ティーを面状に加熱し前記マイクロ波キャビティーを介
して前記ガスセルを加熱する加熱手段を備えることを特
徴とする。また、本発明の請求項３に係わる発明のルビ
ジウム原子発振器は、前記請求項３に係わる発明記載の
前記加熱手段が、フィルム状のヒーターであること特徴
とする前記請求項１乃至２記載のルビジウム原子発振
器。また、本発明の請求項４に係わる発明のルビジウム
原子発振器は、前記請求項３に係わる発明記載の前記フ
ィルム状ヒーターは、薄板状若しくはフィルム状基材の
主面に膜状に形成された発熱体組成物が、前記膜面の両
端に配設された電極間に通電することによって発熱する
通電発熱体であることを特徴とする。また、本発明の請
求項５に係わる発明のルビジウム原子発振器は、前記請
求項４に係わる発明記載の前記基材が、軟質性の基材で
あることを特徴とする。また、本発明の請求項６に係わ
る発明のルビジウム原子発振器は、前記請求項１に係わ
る発明記載の前記ガスセルが、外側面に円筒面を有する
形状であって、前記請求項３及び５記載の前記フィルム
状ヒーターが、前記円筒面を周回して配設されているこ
とを特徴とする。また、本発明の請求項７に係わる発明
のルビジウム原子発振器は、前記請求項４に係わる発明
記載の前記マイクロ波キャビティーが、外側面に円筒面
を有する形状であって、前記請求項３及び５記載の前記
フィルム状ヒーターが、前記円筒面を周回して配設され
ていることを特徴とする。また、本発明の請求項８に係
わる発明のルビジウム原子発振器は、前記請求項４に係
わる発明記載の前記発熱体組成物が、前記薄板状若しく
はフィルム状基材の片方の主面に形成されていることを
特徴とする。また、本発明の請求項９に係わる発明のル
ビジウム原子発振器は、前記請求項４に係わる発明記載
の前記発熱体組成物が、前記薄板状若しくはフィルム状
基材の両方の主面に形成されていることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a rubidium atomic oscillator according to the present invention, which is a gas cell type rubidium atomic oscillator, which is disposed on an outer surface of the gas cell and heats the gas cell in a planar manner. It is characterized by having a heating means to perform. The rubidium atomic oscillator according to claim 2 of the present invention is a gas cell type rubidium atomic oscillator, which is disposed on an outer surface of a microwave cavity containing the gas cell and faces the microwave cavity. And heating means for heating the gas cell through the microwave cavity. Also, in the rubidium atomic oscillator according to the invention according to claim 3 of the present invention, the heating means according to the invention according to claim 3 is a film-shaped heater, wherein the rubidium atomic oscillator is a film heater. Atomic oscillator. Further, in the rubidium atomic oscillator according to the invention according to claim 4 of the present invention, the film heater according to the invention according to claim 3 is configured such that the film-shaped heater is formed in a film shape on a main surface of a thin plate or film substrate. The body composition is an energizing heating element that generates heat by energizing between electrodes disposed at both ends of the film surface. Further, a rubidium atomic oscillator according to the invention according to claim 5 of the present invention is characterized in that the base material according to the invention according to claim 4 is a soft base material. Further, in the rubidium atomic oscillator according to the invention according to claim 6 of the present invention, the gas cell according to the invention according to claim 1 has a shape having a cylindrical surface on an outer surface. The film-shaped heater is disposed around the cylindrical surface. Further, in the rubidium atomic oscillator according to the invention according to claim 7 of the present invention, the microwave cavity according to the invention according to claim 4 has a shape having a cylindrical surface on an outer surface, and the microwave cavity according to claim 3 and 5. The film-shaped heater according to 5, wherein the film-shaped heater is disposed around the cylindrical surface. Further, in the rubidium atomic oscillator according to the invention according to claim 8 of the present invention, the heating element composition according to the invention according to claim 4 is formed on one main surface of the thin plate or film base. It is characterized by being. Further, in the rubidium atomic oscillator according to the ninth aspect of the present invention, the heating element composition according to the fourth aspect of the present invention is formed on both main surfaces of the thin plate or film substrate. It is characterized by being.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態の
Ｒｂ原子発振器のＯＭＵの構成を説明する図である。図
１を参照すると、ＯＭＵはＲｂガスセル３を内部に納
め、Ｒｂの遷移周波数である周波数約６．８３４ＭＨｚ
のマイクロ波を所望のモードで共振するキャビティー２
と、ガスセル１に静磁界のｃ−ｆｉｅｌｄを発生させる
ためにキャビティー１の外側円筒面に巻回されたｃ−ｆ
ｉｅｌｄコイル４と、さらに本実施形態のＯＭＵの特徴
である、キャビティー１の円筒面に巻かれたｃ−ｆｉｅ
ｌｄコイル４のさらに上からフィルム状ヒーター１が円
筒面を全て覆うように設置されている。このフィルム状
ヒーター１は、キャビティーの適切な位置に配設された
温度センサーからの温度検出信号９に基づいて駆動電流
を制御する温度制御回路５によって発熱が制御される。
励起光であるＲｂ光６は、キャビティーの開口の一方か
ら注入され、ガスセル３に透過される。反対の開口部に
配設された光検出器（図示せず）によって透過強度が検
出される。制御回路７は、光検出器出力信号を入力し、
マイクロ波信号をマイクロ波発生部８を介してキャビテ
ィーに出力して、高確度に安定化された１０ＭＨｚの信
号出力を生成する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the OMU of the Rb atomic oscillator according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the OMU houses the Rb gas cell 3 therein, and a frequency of about 6.834 MHz, which is a transition frequency of Rb.
Cavity 2 that resonates the microwave in a desired mode
And c-f wound on the outer cylindrical surface of the cavity 1 to generate a c-field of a static magnetic field in the gas cell 1.
The c-field wound around the cylindrical surface of the cavity 1, which is a feature of the field coil 4 and the OMU of the present embodiment.
The film heater 1 is installed from above the ld coil 4 so as to cover the entire cylindrical surface. Heat generation of the film heater 1 is controlled by a temperature control circuit 5 that controls a drive current based on a temperature detection signal 9 from a temperature sensor provided at an appropriate position in the cavity.
The Rb light 6 as the excitation light is injected from one of the openings of the cavity and transmitted through the gas cell 3. The transmission intensity is detected by a photodetector (not shown) arranged at the opposite opening. The control circuit 7 inputs the photodetector output signal,
The microwave signal is output to the cavity via the microwave generator 8 to generate a 10 MHz signal output stabilized with high accuracy.
【０００９】フィルム状ヒーターは、多結晶半導体複合
体に絶縁物質を加えてフィルム状に形成された薄型面状
発熱体であり、市販されている。薄くて形状の自由度が
高く、電流を流すことによって面全体が均一に発熱し、
熱変換率が９３％以上と高い。その製法は、複数の金属
塩化物が分解された有機溶液にエチルアルコールとカー
ボンとアセトンを加え、基材の片面または両面に塗布し
て電気及び電気熱によって材質を変化させて薄膜状に形
成される。基材は硬質の固体材だけではなく軟質の樹脂
も可能である。このため円筒形などの曲面形状を有する
部品に巻き付けることが可能であるため、ＯＭＵ本体に
直接または、熱伝導グリスなどを塗布し巻き付け、ＯＭ
Ｕを直接包むようにして広い面積で加熱することがで
き、ＯＭＵ全体を均一に加熱することができる。A film heater is a thin planar heating element formed into a film by adding an insulating substance to a polycrystalline semiconductor composite, and is commercially available. It is thin and has a high degree of freedom in shape.
The heat conversion rate is as high as 93% or more. The manufacturing method is to form a thin film by adding ethyl alcohol, carbon and acetone to an organic solution in which a plurality of metal chlorides are decomposed, applying it to one or both sides of a substrate, and changing the material by electricity and electric heat. You. The base material can be not only a hard solid material but also a soft resin. For this reason, it is possible to wind around a component having a curved surface shape such as a cylindrical shape.
U can be heated over a wide area by directly wrapping it, and the entire OMU can be heated uniformly.
【００１０】次に、本実施例の動作につき説明する。キ
ャビティーの円筒形金属部分を、フィルム状ヒーターが
広範囲に熱し内部のガスセルを加熱し、所望の温度に達
すると温度制御回路により一定に保温される。従来のＯ
ＭＵでは、前述のようにヒータートランジスタによっ
て、キャビティーの一点を点的に加熱するため、キャビ
ティー全体を暖めるにはヒータートランジスタを高温に
発熱する必要があり過大なピーク電流を必要とする。ま
た、立ち上がりの早い急速な加熱を行う場合、キャビテ
ィー自体の熱抵抗を下げる必要があるため、熱伝導率の
高い素材を用い、また構造的にも十分な厚さが必要にな
る。Next, the operation of this embodiment will be described. The film-shaped heater heats the cylindrical metal portion of the cavity extensively to heat the internal gas cell, and when the desired temperature is reached, the temperature is kept constant by the temperature control circuit. Conventional O
In the MU, as described above, since one point of the cavity is heated pointwise by the heater transistor, it is necessary to heat the heater transistor to a high temperature in order to warm the entire cavity, which requires an excessive peak current. In addition, when performing rapid heating with rapid rise, it is necessary to reduce the thermal resistance of the cavity itself, so that a material having a high thermal conductivity is used, and a sufficient thickness is required structurally.
【００１１】これに対して、本発明ではキャビティー全
体を面的にフィルム状ヒーターで巻く構成であり、広範
囲を均一に同時加熱することが可能になるために、立ち
上がりの早い急速な加熱が行え、また、ピーク電流を押
さえることが可能になる。また、初期加熱温度をヒータ
ートランジスタによる場合に比べ低く設定することがで
きる。また、キャビティー全体をフィルム状ヒーター暖
めるため、キャビティー全体が初期加熱温度に達するま
での過渡時間を支配する面内の熱抵抗を考慮する必要が
ない。このため、キャビティーの肉厚を薄くすることが
できるため、熱容量も減少して過渡時間の短縮を可能に
し、同時にキャビティーの小型化も可能になる。また、
ヒータートランジスタを初期加熱温度にするためには高
い電圧が必要であり低電圧化が困難であったが、フィル
ム状ヒーターはその形状や特性の為、比較的低い電圧で
制御することができ、ヒーター電源を低圧化することが
できる。On the other hand, in the present invention, the whole cavity is wound by a film-shaped heater over the entire surface, and it is possible to heat the whole area uniformly at the same time. In addition, the peak current can be suppressed. Further, the initial heating temperature can be set lower than in the case of using a heater transistor. Further, since the entire cavity is heated by the film-shaped heater, it is not necessary to consider the in-plane thermal resistance which governs the transient time until the entire cavity reaches the initial heating temperature. For this reason, since the thickness of the cavity can be reduced, the heat capacity is also reduced, so that the transient time can be shortened, and at the same time, the size of the cavity can be reduced. Also,
A high voltage was necessary to bring the heater transistor to the initial heating temperature, and it was difficult to lower the voltage.However, film heaters can be controlled at a relatively low voltage because of their shape and characteristics. The voltage of the power supply can be reduced.
【００１２】上記の説明では、一枚の軟質部材を基材と
したフィルム状ヒーターによってキャビティーを海苔巻
きの如くに覆う場合を述べたが、必ずしもこの形態に限
るものではなく、例えば、硬質な基材のヒーターを複数
用い、キャビティーの円筒外側面を簀巻き状に覆っても
よい。In the above description, the case was described in which the cavity was covered like a laver winding by a film-like heater made of one soft member as a base material. However, the present invention is not necessarily limited to this form. A plurality of base heaters may be used to cover the cylindrical outer surface of the cavity in a winding manner.
【００１３】次に、本発明の第２の実施形態の構成を示
す。その基本的構成は図１の第１の実施形態と同様であ
るが、保温箇所についてさらに工夫している。その構成
を図２に示す。本図において、加熱箇所をガスセル３に
することで、加熱部分の熱容量を下げることによってさ
らに加熱温度を下げることが可能になり小型化低消費電
力化を実現できる。Next, the configuration of a second embodiment of the present invention will be described. The basic configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The configuration is shown in FIG. In this figure, by using the gas cell 3 as the heating portion, it is possible to further reduce the heating temperature by reducing the heat capacity of the heating portion, thereby realizing miniaturization and low power consumption.
【００１４】従来ガラス材質のガスセルを保温するに
は、硬質の半導体素子では直接円筒形のガスセルを暖め
ることが不可能であった。本発明によれば、従来不可能
であったガスセルに直接フィルム状ヒーターを巻き付け
ることができるため、加熱のための消費電力の低減、省
消費電流化や電源電圧の低電圧化を同時に実現できると
いう効果が得られる。Conventionally, in order to keep the temperature of a gas cell made of glass, it is impossible to directly heat a cylindrical gas cell with a hard semiconductor element. According to the present invention, a film heater can be directly wound around a gas cell, which was impossible in the past, so that it is possible to simultaneously reduce power consumption for heating, reduce current consumption, and reduce power supply voltage. The effect is obtained.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上説明したように、ルビジウム原子発
振器内の光マイクロ波ユニット（OMU）おいて、キャビ
ティー内部に設置されたガスセルを６０℃程度の温度に
一定にするために、従来の半導体素子（ＴＲや３端子レ
ギュレータなどの発熱体）によりキャビティーの一部を
高温にし、温度を監視し半導体の発熱温度をコントロー
ルするという構成に対し、本発明は、ヒーター部分の半
導体素子の代わりに軟質薄膜基材を使用したフィルム状
ヒーターを設けたことによって以下の効果を奏す。As described above, in an optical microwave unit (OMU) in a rubidium atomic oscillator, a conventional semiconductor is used to keep a gas cell installed inside a cavity at a temperature of about 60 ° C. In contrast to a configuration in which a part of the cavity is heated to a high temperature by an element (a heating element such as a TR or a three-terminal regulator) and the temperature is monitored to control the heat generation temperature of the semiconductor, the present invention uses a semiconductor element instead of the semiconductor element in the heater part. The following effects are obtained by providing a film-shaped heater using a soft thin film substrate.
【００１６】従来はキャビティーを局所加熱し、キャビ
ティーからの輻射によって間接的に加熱してガスセルを
保温するために、保温用に熱容量を増す必要がありキャ
ビティーの形状が大きくなっていた。本発明によれば、
キャビティーの円筒部分に巻き付けることやキャビティ
ー全体を均一に暖めることが可能となり、従来一部を高
温にする構成であることによる、過大なピーク電流の低
減やキャビティー部の温度傾斜を大幅に削減することが
でき高性能化が可能になり、また、キャビティーの金属
部の熱容量を小さくすることができるためキャビティー
形状を小さくすることが可能になり、システム全体の信
頼性が向上する。また、従来ガラス材質のガスセルを保
温するためは、硬質の半導体素子では直接円筒形のガス
セルを暖めることが不可能であった。本発明によれば、
湾曲形状のガスセルにフィルム状ヒーターを巻き付ける
ことができるため、従来不可能であったガスセルに直接
しかもソフトに巻き付けることができるため、効率よく
ガスセルを暖めることができ、加熱のための消費電力の
低減、省消費電流化や電源電圧の低電圧化を同時に実現
できるという効果が得られる。Conventionally, since the cavity is locally heated and indirectly heated by radiation from the cavity to keep the gas cell warm, it is necessary to increase the heat capacity for keeping the temperature, and the shape of the cavity has been increased. According to the present invention,
It is possible to wind around the cylindrical part of the cavity and evenly heat the whole cavity, and to reduce the excessive peak current and drastically reduce the temperature gradient of the cavity due to the conventional configuration that heats part of the cavity. Therefore, the performance can be improved, and the heat capacity of the metal part of the cavity can be reduced, so that the shape of the cavity can be reduced, thereby improving the reliability of the entire system. In addition, in order to keep the gas cell made of glass material warm, it was impossible to directly heat a cylindrical gas cell with a hard semiconductor element. According to the present invention,
A film-shaped heater can be wound around a curved gas cell, so that it can be wound directly and softly on a gas cell, which was not possible in the past, so that the gas cell can be efficiently heated and power consumption for heating can be reduced. In addition, it is possible to achieve the effect of simultaneously reducing power consumption and lowering the power supply voltage.
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
【図３】Ｒｂ原子発振器のブロック図を示す。FIG. 3 shows a block diagram of an Rb atomic oscillator.
【図４】Ｒｂ原子発振器の動作を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of an Rb atomic oscillator.
【図５】従来のＲｂ原子発振器の光・マイクロ波ユニッ
トの構成を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an optical / microwave unit of a conventional Rb atomic oscillator.
１ フィルム状ヒーター ２ キャビティー ３ ガスセル ４ ｃ−ｆｉｅｌｄコイル ５ 温度制御回路 ６ Ｒｂ光 ７ 制御回路 ８ マイクロ波発生部 ９ 温度検出信号 ２０ キャビティー ３０ ガスセル ４０ ｃ−ｆｉｅｌｄコイル ５０ 温度制御回路 ６０ Ｒｂ光 ７０ 制御回路 ８０ マイクロ波発生部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-shaped heater 2 Cavity 3 Gas cell 4 c-field coil 5 Temperature control circuit 6 Rb light 7 Control circuit 8 Microwave generation part 9 Temperature detection signal 20 Cavity 30 Gas cell 40 c-field coil 50 Temperature control circuit 60 Rb light 70 control circuit 80 microwave generator
Claims (9)
って、前記ガスセルの外側面に配設され前記ガスセルを
面状に加熱する加熱手段を備えることを特徴とするルビ
ジウム原子発振器。1. A rubidium atomic oscillator of a gas cell type, comprising a heating means disposed on an outer surface of the gas cell and heating the gas cell in a planar manner.
って、前記ガスセルを内蔵するマイクロ波キャビティー
の外側面に配設され前記マイクロ波キャビティーを面状
に加熱し前記マイクロ波キャビティーを介して前記ガス
セルを加熱する加熱手段を備えることを特徴とするルビ
ジウム原子発振器。2. A gas cell-type rubidium atomic oscillator, which is disposed on an outer surface of a microwave cavity containing the gas cell, heats the microwave cavity in a planar shape, and passes through the microwave cavity. A rubidium atomic oscillator comprising heating means for heating the gas cell.
であること特徴とする前記請求項１乃至２記載のルビジ
ウム原子発振器。3. The rubidium atomic oscillator according to claim 1, wherein the heating means is a film-shaped heater.
くはフィルム状基材の主面に膜状に形成された発熱体組
成物が、前記膜面の両端に配設された電極間に通電する
ことによって発熱する通電発熱体であることを特徴とす
る前記請求項３記載のルビジウム原子発振器。4. The film-shaped heater is characterized in that a heating element composition formed in a film shape on a main surface of a thin plate or a film-shaped substrate is energized between electrodes provided at both ends of the film surface. 4. The rubidium atomic oscillator according to claim 3, wherein the current generator is an electric heating element that generates heat.
特徴とする前記請求項４記載のルビジウム原子発振器。5. The rubidium atomic oscillator according to claim 4, wherein said base material is a soft base material.
る形状であって、前記請求項３および５記載のフィルム
状ヒーターが、前記円筒面を周回して配設されているこ
とを特徴とする前記請求項１記載のルビジウム原子発振
器。6. The gas cell according to claim 3, wherein the gas cell has a cylindrical surface on an outer surface, and the film-shaped heater according to claim 3 is arranged around the cylindrical surface. The rubidium atomic oscillator according to claim 1, wherein
に円筒面を有する形状であって、前記請求項３および５
記載のフィルム状ヒーターが、前記円筒面を周回して配
設されていることを特徴とする前記請求項２記載のルビ
ジウム原子発振器。7. The microwave cavity according to claim 3, wherein the microwave cavity has a cylindrical shape on an outer surface.
The rubidium atomic oscillator according to claim 2, wherein the film-shaped heater described above is disposed around the cylindrical surface.
はフィルム状基材の片方の主面に形成されていることを
特徴とする前記請求項４記載のルビジウム原子発振器。8. The rubidium atomic oscillator according to claim 4, wherein the heating element composition is formed on one main surface of the thin plate or film substrate.
はフィルム状基材の両方の主面に形成されていることを
特徴とする前記請求項４記載のルビジウム原子発振器。9. The rubidium atomic oscillator according to claim 4, wherein said heating element composition is formed on both main surfaces of said thin plate or film substrate.
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