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JP2019092023A - Atomic oscillator, signal generation system, and electronic apparatus - Google Patents

Atomic oscillator, signal generation system, and electronic apparatus Download PDF

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JP2019092023A
JP2019092023A JP2017219004A JP2017219004A JP2019092023A JP 2019092023 A JP2019092023 A JP 2019092023A JP 2017219004 A JP2017219004 A JP 2017219004A JP 2017219004 A JP2017219004 A JP 2017219004A JP 2019092023 A JP2019092023 A JP 2019092023A
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Japan
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atomic
cell
light
atomic oscillator
heat transfer
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JP2017219004A
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Japanese (ja)
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峻介 渡邉
Shunsuke Watanabe
峻介 渡邉
康憲 大西
Yasunori Onishi
康憲 大西
幸弘 橋
Yukihiro Hashi
幸弘 橋
牧 克彦
Katsuhiko Maki
克彦 牧
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

【課題】ガスセル周辺の温度勾配を低減することができる原子発振器を提供する。また、この原子発振器を備える信号生成システムおよび電子機器を提供する。【解決手段】原子発振器1は、アルカリ金属原子が封入されている原子セル201と、アルカリ金属原子を励起する光を出射する光源102と、原子セルを透過した光を検出する光検出素子202と、光検出素子に接続されている配線510と、原子セルを加熱するヒーター203と、光検出素子202に対して原子セルとは反対側に配置され、ヒーター203および配線510に熱的に接続されている伝熱部材210と、を含む。【選択図】図3An atomic oscillator capable of reducing a temperature gradient around a gas cell is provided. In addition, a signal generation system and an electronic device including the atomic oscillator are provided. An atomic oscillator includes an atomic cell in which alkali metal atoms are enclosed, a light source that emits light that excites alkali metal atoms, and a light detection element that detects light transmitted through the atomic cell. The wiring 510 connected to the light detection element, the heater 203 for heating the atomic cell, and the light detection element 202 are arranged on the opposite side of the atomic cell, and are thermally connected to the heater 203 and the wiring 510. A heat transfer member 210. [Selection] Figure 3

Description

本発明は、原子発振器、信号生成システムおよび電子機器に関するものである。   The present invention relates to an atomic oscillator, a signal generation system, and an electronic device.

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では、一般に、アルカリ金属原子がガスセル内に封入されており、そのアルカリ金属原子が所定のガス状態に保たれるように、ガスセルがヒーターにより加熱されている。   In an atomic oscillator that oscillates based on energy transition of alkali metal atoms such as rubidium and cesium, generally, alkali metal atoms are enclosed in a gas cell, and the alkali metal atoms are maintained in a predetermined gas state, The gas cell is heated by the heater.

例えば、特許文献1に記載の原子発振器では、ガスセルを保持しているガスセル保持部材がヒーターからの熱をガスセルに伝導することによりガスセルを加熱する。また、ガスセル保持部材には、ガスセルを透過した光を検出する光検出部が接着剤を介して接合されている。   For example, in the atomic oscillator described in Patent Document 1, the gas cell holding member holding the gas cell heats the gas cell by transferring the heat from the heater to the gas cell. Further, a light detection unit for detecting light transmitted through the gas cell is joined to the gas cell holding member via an adhesive.

特開2017−112515号公報JP, 2017-112515, A

特許文献1には記載されていないが、一般に、光検出部には、外部に引き出された配線が接続される。特許文献1に記載の原子発振器においては、当該配線を通じてヒーターからの熱が移動する可能性がある。特許文献1には、当該配線を通じた熱の移動について開示がない。従来の構成では、当該配線を通じた熱の移動により、ガスセル周辺に意図しない温度勾配が生じる等する可能性がある。   Although not described in Patent Document 1, in general, a wire extracted to the outside is connected to the light detection unit. In the atomic oscillator described in Patent Document 1, heat from the heater may move through the wiring. Patent Document 1 does not disclose heat transfer through the wiring. In the conventional configuration, the movement of heat through the wiring may cause an unintended temperature gradient around the gas cell.

本発明の目的は、ガスセル周辺の温度勾配を低減することができる原子発振器を提供すること、また、この原子発振器を備える信号生成システムおよび電子機器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an atomic oscillator capable of reducing a temperature gradient around a gas cell, and also to provide a signal generation system and electronic equipment provided with the atomic oscillator.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。   The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following applications or embodiments.

本適用例の原子発振器は、アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、前記アルカリ金属原子を励起する光を出射する光源と、前記原子セルを透過した前記光を検出する光検出素子と、前記光検出素子に接続されている配線と、前記原子セルを加熱するヒーターと、前記光検出素子に対して前記原子セルとは反対側に配置され、前記ヒーターおよび前記配線に熱的に接続されている伝熱部材と、を含む。   The atomic oscillator of this application example includes an atomic cell in which an alkali metal atom is enclosed, a light source for emitting light for exciting the alkali metal atom, and a light detection element for detecting the light transmitted through the atom cell. A wire connected to the light detection element, a heater for heating the atom cell, and an opposite side to the atom cell with respect to the light detection element, and thermally connected to the heater and the wiring And a heat transfer member.

このような原子発振器によれば、ヒーターおよび配線に熱的に接続されている伝熱部材が光検出素子に対して原子セルとは反対側に配置されているため、伝熱部材を介したヒーターからの熱により光検出素子または配線を原子セルと同様に好適に温度調節(加熱)することができる。そのため、原子セルが配線を通じた熱の移動による外部の温度の影響を受け難く、原子セル周辺の温度勾配を低減することができる。   According to such an atomic oscillator, since the heat transfer member thermally connected to the heater and the wiring is disposed on the opposite side to the atomic cell with respect to the light detection element, the heater via the heat transfer member is The temperature of the light detection element or the wiring can be suitably adjusted (heated) similarly to the atomic cell by the heat from. Therefore, the atomic cell is not easily affected by the external temperature due to the heat transfer through the wiring, and the temperature gradient around the atomic cell can be reduced.

なお、本明細書において、「熱的に接続」とは、次の条件a、b、cのうち、条件aまたは条件bを満たし、かつ、条件cを満たすことを言う。条件a:2つの部材が直接または他の部材を介して物理的に接している。条件b:2つの部材が直接または他の部材を介して配置されており、これらの部材間の間隙(当該2つの部材間、または当該2つの部材のうちの一方の部材と当該他の部材との間の間隙)が50μm以下である。条件c:2つの部材間に他の部材が介在している場合、当該他の部材の構成材料の熱伝導率が10W・m−1・K−1以上である。なお、間隙は熱伝導率が10W・m−1・K−1未満の部分であり、当該部分には接着剤等が存在していても、空間(空気層)であってもよい。 In the present specification, “thermally connected” means that, among the following conditions a, b and c, the condition a or the condition b is satisfied and the condition c is satisfied. Condition a: Two members are in physical contact directly or through other members. Condition b: Two members are disposed directly or through other members, and a gap between these members (between the two members or one of the two members and the other member Gap) is 50 μm or less. Condition c: When another member is interposed between two members, the thermal conductivity of the constituent material of the other member is 10 W · m −1 · K −1 or more. The gap is a portion having a thermal conductivity of less than 10 W · m −1 · K −1 , and the portion may have an adhesive or the like or may be a space (air layer).

本適用例の原子発振器では、前記原子セルを保持している保持部材を備え、前記ヒーターは、前記保持部材を介して前記原子セルおよび前記伝熱部材に熱的に接続されていることが好ましい。   In the atomic oscillator of this application example, it is preferable that the holding member holding the atomic cell is provided, and the heater be thermally connected to the atomic cell and the heat transfer member through the holding member. .

これにより、ヒーターの数を少なくしたり、ヒーターの設置に関して設計の自由度を高めたりすることができる。   Thereby, the number of heaters can be reduced, and the degree of freedom in design regarding the installation of the heaters can be increased.

本適用例の原子発振器では、前記保持部材の熱伝導率は、前記原子セルの熱伝導率よりも大きく、前記伝熱部材は、前記保持部材に固定されていることが好ましい。   In the atomic oscillator of this application example, it is preferable that the thermal conductivity of the holding member is higher than the thermal conductivity of the atomic cell, and the heat transfer member is fixed to the holding member.

これにより、ヒーターからの熱を保持部材を介して原子セルおよび伝熱部材に効率的に伝導することができる。   Thereby, the heat from the heater can be efficiently conducted to the atom cell and the heat transfer member through the holding member.

本適用例の原子発振器では、前記光検出素子が配置され、前記配線が設けられている配線基板を含み、前記伝熱部材は、前記配線基板を前記保持部材に向かって付勢していることが好ましい。   In the atomic oscillator of this application example, the light detection element is disposed, and the heat transfer member includes the wiring substrate provided with the wiring, and the heat transfer member biases the wiring substrate toward the holding member. Is preferred.

これにより、配線基板を保持部材および伝熱部材に密着させることができ、これらの間の熱の伝導を安定的に行うことができる。   Thus, the wiring substrate can be brought into close contact with the holding member and the heat transfer member, and heat conduction between these can be stably performed.

本適用例の原子発振器では、前記配線基板に配置されている温度センサーを含むことが好ましい。   In the atomic oscillator of this application example, it is preferable to include a temperature sensor disposed on the wiring substrate.

伝熱部材により原子セルと配線基板との温度差が低減されているため、配線基板に配置されている温度センサーを用いることで、原子セルの温度を高精度に検出することができる。これにより、原子発振器の周波数特性を向上させることができる。   Since the temperature difference between the atom cell and the wiring substrate is reduced by the heat transfer member, the temperature of the atom cell can be detected with high accuracy by using the temperature sensor disposed on the wiring substrate. Thereby, the frequency characteristic of the atomic oscillator can be improved.

本適用例の原子発振器では、前記配線基板がフレキシブル配線基板であることが好ましい。   In the atomic oscillator of this application example, the wiring substrate is preferably a flexible wiring substrate.

これにより、配線基板の熱容量を小さくすることができ、伝熱部材から配線への熱の伝導を効率的に行うことができる。   As a result, the heat capacity of the wiring board can be reduced, and conduction of heat from the heat transfer member to the wiring can be efficiently performed.

本適用例の原子発振器では、前記ヒーターおよび前記配線に熱的に接続され、前記原子セルおよび前記光検出素子を収容している容器を含み、前記容器は、前記光検出素子に対して前記原子セルとは反対側に配置されている部分を含むことが好ましい。
これにより、原子セル周辺の温度勾配をより低減することができる。
In the atomic oscillator of this application example, the container includes a container which is thermally connected to the heater and the wiring, and accommodates the atomic cell and the light detection element, and the container is the atom relative to the light detection element. It is preferable to include the part arrange | positioned on the opposite side to a cell.
This can further reduce the temperature gradient around the atom cell.

本適用例の原子発振器では、前記伝熱部材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い。
これにより、配線の光検出素子近傍部分を伝熱部材により好適に加熱することができる。
In the atomic oscillator of this application example, the thermal conductivity of the constituent material of the heat transfer member is preferably 10 W · m −1 · K −1 or more.
Thereby, the heat detection member can heat the light detection element vicinity part of wiring suitably.

本適用例の信号生成システムは、本適用例の原子発振器と、前記原子発振器からの信号を処理する処理部と、を含む。   The signal generation system of this application example includes the atomic oscillator of this application example, and a processing unit that processes a signal from the atomic oscillator.

このような信号生成システムによれば、原子発振器の原子セル周辺の温度勾配を低減することで、信号生成システムの特性を向上させることができる。   According to such a signal generation system, the characteristics of the signal generation system can be improved by reducing the temperature gradient around the atomic cell of the atomic oscillator.

本適用例の電子機器は、本適用例の原子発振器を含む。
このような電子機器によれば、原子発振器の原子セル周辺の温度勾配を低減することで、電子機器の特性を向上させることができる。
The electronic device of this application example includes the atomic oscillator of this application example.
According to such an electronic device, the characteristics of the electronic device can be improved by reducing the temperature gradient around the atomic cell of the atomic oscillator.

実施形態に係る原子発振器を示す概略図である。It is a schematic diagram showing an atomic oscillator concerning an embodiment. 実施形態に係る原子発振器の断面側面図(XZ平面に沿った断面図)である。FIG. 3 is a cross-sectional side view (cross-sectional view along the XZ plane) of the atomic oscillator according to the embodiment. 実施形態に係る原子発振器の平面図(XZ平面に沿った断面図)である。It is a top view (cross section along an XZ plane) of an atomic oscillator concerning an embodiment. 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。It is sectional drawing along XY plane of the atomic cell unit with which the atomic oscillator which concerns on embodiment is equipped. 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。It is sectional drawing along XZ plane of the atomic cell unit with which the atomic oscillator which concerns on embodiment is equipped. 実施形態に係る原子発振器が備える伝熱部材の固定状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fixed state of the heat-transfer member with which the atomic oscillator which concerns on embodiment is equipped. GPS(Global Positioning System)衛星を利用した測位システム(信号生成システムの一例)の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the positioning system (an example of a signal generation system) using GPS (Global Positioning System) satellite.

以下、本発明の原子発振器、信号生成システムおよび電子機器を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, an atomic oscillator, a signal generation system, and an electronic apparatus according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the attached drawings.

1.原子発振器
図1は、実施形態に係る原子発振器を示す概略図である。
1. Atomic Oscillator FIG. 1 is a schematic view showing an atomic oscillator according to an embodiment.

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。なお、この量子干渉効果による現象は、CPT(Coherent Population Trapping)現象または電磁誘起透明化(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象と言う。   The atomic oscillator 1 shown in FIG. 1 is a quantum that causes a phenomenon in which, when two resonance lights of a specific different wavelength are simultaneously irradiated to an alkali metal atom, the two resonance lights are transmitted without being absorbed by the alkali metal atoms. It is an atomic oscillator that uses the interference effect. The phenomenon due to the quantum interference effect is referred to as a CPT (Coherent Population Trapping) phenomenon or an Electromagnetically Induced Transparency (EIT) phenomenon.

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ユニット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。   As shown in FIG. 1, the atomic oscillator 1 includes a light emitting element module 10, an atomic cell unit 20, an optical system unit 30 provided between the light emitting element module 10 and the atomic cell unit 20, and a light emitting element And a control unit 50 that controls the operation of the module 10 and the atomic cell unit 20. Hereinafter, an outline of the atomic oscillator 1 will be described first.

発光素子モジュール10は、ペルチェ素子101と、発光素子102(光源部)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(発光素子102を加温または冷却)する。   The light emitting element module 10 includes a Peltier element 101, a light emitting element 102 (light source unit), and a temperature sensor 103. The light emitting element 102 emits linearly polarized light LL including two types of light having different frequencies. Further, the temperature sensor 103 detects the temperature of the light emitting element 102. Further, the Peltier element 101 adjusts the temperature of the light emitting element 102 (warms or cools the light emitting element 102).

光学系ユニット30は、減光フィルター301と、集光レンズ302(レンズ)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、光LLの放射角度を調整する(例えば光LLを平行光に近づける)。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(右円偏光または左円偏光)に変換する。   The optical system unit 30 includes a light reduction filter 301, a condenser lens 302 (lens), and a 1⁄4 wavelength plate 303, which are aligned along the optical axis a of the light LL. The light reduction filter 301 reduces the intensity of the light LL from the light emitting element 102 described above. Further, the condenser lens 302 adjusts the radiation angle of the light LL (for example, the light LL approaches parallel light). In addition, the 1⁄4 wavelength plate 303 converts two types of light having different frequencies included in the light LL from linearly polarized light to circularly polarized light (right circularly polarized light or left circularly polarized light).

原子セルユニット20は、原子セル201と、受光素子202(受光部)と、ヒーター203と、温度センサー204と、コイル205と、を備える。   The atomic cell unit 20 includes an atomic cell 201, a light receiving element 202 (light receiving unit), a heater 203, a temperature sensor 204, and a coil 205.

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。   The atom cell 201 is transparent to light LL, and an alkali metal is enclosed in the atom cell 201. The alkali metal atom has an energy level of a three-level system composed of two ground levels and excitation levels different from each other. The light LL from the light emitting element 102 is incident on the atom cell 201 through the light reducing filter 301, the condenser lens 302 and the 1⁄4 wavelength plate 303. Then, the light receiving element 202 receives the light LL that has passed through the atom cell 201, and outputs a signal according to the received light intensity.

ヒーター203は、原子セル201内のアルカリ金属を加熱し、そのアルカリ金属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分裂させる。このようにアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、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分裂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(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。   The heater 203 heats the alkali metal in the atomic cell 201 to bring at least a part of the alkali metal into a gas state of a desired concentration. Further, the temperature sensor 204 detects the temperature of the atomic cell 201. The coil 205 applies a magnetic field in a predetermined direction to the alkali metal in the atomic cell 201 to cause Zeeman splitting of the energy level of the alkali metal atom. Thus, in the state where the alkali metal atom is Zeeman-split, when the alkali metal atom is irradiated with the resonance light pair of circular polarization as described above, the desired energy among a plurality of levels in which the alkali metal atom is Zeeman-split is desired. The number of alkali metal atoms in the level can be made relatively larger than the number of alkali metal atoms in other energy levels. Therefore, the number of atoms expressing a desired EIT phenomenon increases, and a desired EIT signal (a signal appearing in the output signal of the light receiving element 202 along with the EIT phenomenon) becomes large. As a result, the oscillation characteristics of the atomic oscillator 1 (particularly, Short-term frequency stability can be improved.

制御ユニット50は、温度制御部501と、光源制御部502と、磁場制御部503と、温度制御部504と、を備える。温度制御部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、磁場制御部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、温度制御部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(温度領域内)となるように、ペルチェ素子101への通電を制御する。   The control unit 50 includes a temperature control unit 501, a light source control unit 502, a magnetic field control unit 503, and a temperature control unit 504. The temperature control unit 501 controls the energization of the heater 203 based on the detection result of the temperature sensor 204 so that the temperature in the atomic cell 201 becomes a desired temperature. Further, the magnetic field control unit 503 controls the energization of the coil 205 so that the magnetic field generated by the coil 205 becomes constant. Further, based on the detection result of the temperature sensor 103, the temperature control unit 504 controls the energization of the Peltier element 101 so that the temperature of the light emitting element 102 becomes a desired temperature (within the temperature range).

光源制御部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、光源制御部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電圧制御型水晶発振器(図示せず)を備えており、この電圧制御型発振器(VCO:Voltage controlled Oscillator)の出力信号を原子発振器1の出力信号(クロック信号)として出力する。   The light source control unit 502 controls the frequencies of the two types of light included in the light LL from the light emitting element 102 based on the detection result of the light receiving element 202 so that the EIT phenomenon occurs. Here, when these two types of light become a resonant light pair of a frequency difference corresponding to an energy difference between two ground levels of alkali metal atoms in the atomic cell 201, an EIT phenomenon occurs. The light source control unit 502 also includes a voltage controlled crystal oscillator (not shown) whose oscillation frequency is controlled to be stabilized in synchronization with the control of the two types of light frequencies described above. An output signal of a controlled oscillator (VCO: Voltage controlled Oscillator) is output as an output signal (clock signal) of the atomic oscillator 1.

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6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。   The outline of the atomic oscillator 1 has been described above. Hereinafter, a more specific configuration of the atomic oscillator 1 will be described based on FIGS. 2 to 6.

図2は、実施形態に係る原子発振器の断面側面図(XZ平面に沿った断面図)である。図3は、実施形態に係る原子発振器の平面図(XZ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。図6は、実施形態に係る原子発振器が備える伝熱部材の固定状態を示す斜視図である。   FIG. 2 is a cross-sectional side view (cross-sectional view along the XZ plane) of the atomic oscillator according to the embodiment. FIG. 3 is a plan view (cross-sectional view along the XZ plane) of the atomic oscillator according to the embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view along an XY plane of an atomic cell unit provided in the atomic oscillator according to the embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view along an XZ plane of an atomic cell unit provided in the atomic oscillator according to the embodiment. FIG. 6 is a perspective view showing a fixed state of the heat transfer member provided in the atomic oscillator according to the embodiment.

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42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。   In the following, for convenience of explanation, the description will be made using the X axis, the Y axis, and the Z axis which are three axes orthogonal to each other. In the present specification, the Z axis is an axis perpendicular to the mounting surface 42 of the support member 40 described later. The X axis is an axis along the light LL emitted from the light emitting element module 10. In other words, the X axis is an axis along the arrangement direction of the light emitting element module 10 and the atomic cell unit 20. The Y axis is an axis perpendicular to the X axis and the Z axis.

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ユニット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。   As shown in FIG. 2, the atomic oscillator 1 collectively includes a light emitting element module 10, an atomic cell unit 20, an optical system unit 30 holding the light emitting element module 10, an atomic cell unit 20 and an optical system unit 30. And a control unit 50 which is electrically connected to the light emitting element module 10 and the atomic cell unit 20, and a package 60 which accommodates them.

(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。
(Light emitting element module)
The light emitting element module 10 includes a Peltier element 101, a light emitting element 102, a temperature sensor 103, and a package 104 that accommodates these.

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。   Although not shown, the package 104 has a base and a lid joined to each other, and an airtight space is formed between these to accommodate the Peltier element 101, the light emitting element 102 and the temperature sensor 103. The inside of such a package 104 is preferably in a reduced pressure (vacuum) state. Thereby, the influence of the temperature change outside the package 104 on the light emitting element 102 and the temperature sensor 103 in the package 104 is reduced, and the temperature fluctuation of the light emitting element 102 and the temperature sensor 103 in the package 104 is reduced. it can. The inside of the package 104 does not have to be in a reduced pressure state, and an inert gas such as nitrogen, helium or argon may be sealed.

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。   Here, the base is made of, for example, an insulating ceramic material. Further, on the inner surface of the base, a plurality of connection electrodes electrically connected to Peltier element 101, light emitting element 102 and temperature sensor 103 are provided, and these connection electrodes respectively penetrate through the base The electrodes are electrically connected to external mounting electrodes provided on the outer surface of the base via the electrodes. On the other hand, the lid is made of, for example, a ceramic and a metallic material such as Kovar which has a linear expansion coefficient close to that of the ceramic. The lid is joined to the base by seam welding, for example. Further, the lid is provided with a hole through which the light LL from the light emitting element 102 is transmitted, and this hole is airtightly closed by a light transmitting plate-like member such as a glass material. Although not shown, a Peltier device 101 is fixed to the inner surface of the base of such a package 104 by an adhesive.

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(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)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、30℃以上40℃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。   The Peltier element 101 can switch between a state in which the light emitting element 102 is on the heat generation side and a state in which the light emitting element 102 is on the heat absorption side according to the direction of the supplied current. Therefore, even if the range of the environmental temperature is wide, the temperature of the light-emitting element 102 and the like can be adjusted to a desired temperature (target temperature). Thereby, an adverse effect (for example, wavelength fluctuation of light LL) due to temperature change can be further reduced. Here, the target temperature of the light emitting element 102 is determined according to the characteristics of the light emitting element 102, and is not particularly limited, and is, for example, about 30 ° C. or more and 40 ° C. or less. A light emitting element 102 and a temperature sensor 103 are provided on such a Peltier element 101.

発光素子102は、例えば、垂直共振器面発光レーザー(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(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。   The light emitting element 102 is, for example, a semiconductor laser such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). The semiconductor laser can emit two types of light having different wavelengths by superimposing (modulating) a high frequency signal on a DC bias current. In the present embodiment, the light emitted from the light emitting element 102 is linearly polarized. Further, the temperature sensor 103 is, for example, a temperature detection element such as a thermistor or a thermocouple.

(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。
(Optical system unit)
As shown in FIG. 2, the optical system unit 30 includes a light reduction filter 301, a condensing lens 302, a quarter wavelength plate 303, and a holder 304 for holding these. Here, the holder 304 has a through hole 305 which is open at both ends. The through hole 305 is a passage area of the light LL, and in the through hole 305, the light reducing filter 301, the condenser lens 302 and the quarter wavelength plate 303 are arranged along the optical axis a of the light LL in this order. They are arranged side by side. As shown in FIG. 3, the light reduction filter 301, the condenser lens 302 and the quarter wavelength plate 303 are each fixed to the holder 304 by an adhesive or the like (not shown). Such a holder 304 is made of, for example, a metal material such as aluminum and has heat dissipation.

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の放射角度を調整する(例えば光LLを平行光に近づける)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(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。   As described above, the light reduction filter 301 has a function of reducing the intensity of the light LL from the light emitting element 102 described above. The light reducing filter 301 is not particularly limited, and may be either an absorption type or a reflection type. In addition, the condenser lens 302 has a function of adjusting the radiation angle of the light LL (for example, to make the light LL approach parallel light). As a result, it is possible to reduce the change in the power density of the light LL in the traveling direction in the atom cell 201, and to suppress the spread of the line width of the EIT signal. As a result, the oscillation characteristics (especially short-term frequency stability) of the atomic oscillator 1 can be improved. In addition, the 1⁄4 wavelength plate 303 has a function of converting two types of light having different frequencies included in the light LL from linearly polarized light to circularly polarized light (right circularly polarized light or left circularly polarized light). Thereby, the strength of the EIT signal can be increased by the interaction with the magnetic field from the coil 205.

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。   The optical system unit 30 can omit the light reduction filter 301 depending on the intensity of the light LL from the light emitting element 102 and the like. Further, the optical system unit 30 may have optical elements other than the light reduction filter 301, the condensing lens 302, and the 1⁄4 wavelength plate 303. Further, the arrangement order of the neutral density filter 301, the condenser lens 302 and the quarter wavelength plate 303 is not limited to the illustrated order and is arbitrary. Further, the postures of the neutral density filter 301, the condensing lens 302 and the quarter wavelength plate 303 are arbitrary.

(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容器207と、第1容器207を収納している第2容器208と、第1容器207と第2容器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。
(Atom cell unit)
As described above, the atomic cell unit 20 includes the atomic cell 201, the light receiving element 202, the heater 203, the temperature sensor 204, and the coil 205. In addition to these, as shown in FIG. 4, the atomic cell unit 20 includes a holding member 206 holding the atomic cell 201, a heat transfer member 210 fixed to the holding member 206, and an atomic cell 201. , The first container 207 containing the light receiving element 202, the temperature sensor 204, the coil 205, the holding member 206 and the heat transfer member 210, the second container 208 containing the first container 207, and the first container 207 And a plurality of spacers 209 disposed between the second container 208 and the second container 208.

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。   In the atomic cell 201, gaseous alkali metals such as rubidium, cesium, sodium and the like are enclosed. In the atomic cell 201, if necessary, a rare gas such as argon or neon, or an inert gas such as nitrogen may be enclosed as a buffer gas together with an alkali metal gas.

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。   The atomic cell 201 has a body portion 201a having two columnar through holes, and a pair of window portions 201b and 201c joined to the body portion 201a, and an internal space hermetically sealed by these. S is formed.

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。   In the present embodiment, the internal space S has a space S1 through which the light LL passes, and a space S2 communicating with the space S1 and containing a solid or liquid alkali metal (not shown). Here, the light LL entering the space S1 is transmitted through the one window portion 201b, and the light LL emitted from the space S1 is transmitted through the other window portion 201c. In addition, the internal space S is not limited to the form which has space S1 and S2 which were mentioned above, For example, the form which abbreviate | omitted space S2 may be sufficient.

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、2013c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。   The constituent material of each window portion 201 b and 201 c is not particularly limited as long as it has transparency to the light LL, and examples thereof include a glass material, quartz crystal, and the like. On the other hand, the constituent material of the body portion 201a is not particularly limited, and metal materials, glass materials, silicon materials, quartz crystals, etc. may be mentioned, but from the viewpoint of processability and bonding of the windows 201b and 2013c, glass materials, It is preferred to use a silicon material. The method of bonding the body portion 201a and the windows 201b and 201c may be determined according to the constituent materials thereof, and is not particularly limited. For example, the direct bonding method, the anodic bonding method, and the fusion bonding method And optical bonding methods can be used.

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。 As shown in FIG. 4, the holding member 206 is composed of two blocks 206 a and 206 b provided so as to cover the outer surface of the atomic cell 201 while avoiding the passage area of the light LL. Here, the two blocks 206 a and 206 b each have a thermal conductivity of 10 W · m −1 · K −1 or more, and do not inhibit the magnetic field from the coil 205 to the atomic cell 201, such as aluminum. Is made of nonmagnetic metal material. The holding member 206 is provided with an opening 206 c through which the light LL incident on the atom cell 201 passes, and an opening 206 d through which the light LL emitted from the atom cell 201 passes. In the following, that 10 W · m −1 · K −1 or more may be expressed as “excellent in heat conductivity”, “good in heat conductivity”, and the like.

ブロック206a(保持部材206の一部)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、熱伝導性に優れた部材(金属等)を介して接続されている。そして、ブロック206a(保持部材206の一部)は、第1容器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。   The block 206 a (a part of the holding member 206) is thermally connected to the space S 1 side of the outer surface of the atomic cell 201. Specifically, the block 206a is in contact with or is connected to a portion on the space S1 side of the outer surface of the atomic cell 201 via a member (such as metal) excellent in thermal conductivity. . The block 206 a (a part of the holding member 206) is thermally connected to the heater 203 via the first container 207. Thereby, the atom cell 201 (more specifically, the space S1) can be heated by the heat from the heater 203. Further, by interposing the block 206a between the atom cell 201 and the heater 203 as described above, the distance between the atom cell 201 and the heater 203 is increased, and an unnecessary magnetic field generated by energization of the heater 203 is generated. An adverse effect on alkali metal atoms in the atomic cell 201 can be suppressed. In addition, there is an advantage that the number of heaters can be reduced as compared with the configuration in which the heater is in contact with the atomic cell 201.

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、熱伝導性に優れた部材(金属等)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を安定的に存在させることができる。   On the other hand, the block 206 b is thermally connected to the space S 2 side of the outer surface of the atomic cell 201. Specifically, the block 206b is in contact with or is connected to a portion on the space S2 side of the outer surface of the atom cell 201 via a member (such as metal) excellent in thermal conductivity. . The block 206b is spaced apart from the block 206a. Therefore, the heat from the heater 203 is less likely to be transmitted to the block 206 b than to the block 206 a. Thereby, the temperature of space S2 can be made lower than the temperature of space S1. Therefore, solid or liquid alkali metal can be stably present in the space S2.

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。   The shapes of the blocks 206a and 206b are not limited to the illustrated shape as long as heat from the heater 203 can be transmitted to the space S1 while allowing passage of the light LL to the space S1. Further, the holding member 206 may be integrated with the blocks 206a and 206b, or the blocks 206a and 206b may be configured by a plurality of members.

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(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分裂により拡げて、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。   A coil 205 wound around the center axis of the holding member 206 along the optical axis a of the light LL is disposed on the outer periphery of the holding member 206. The coil 205 is a solenoid coil or a pair of Helmholtz coils. The coil 205 generates a magnetic field in a direction (parallel direction) along the optical axis a of the light LL in the atomic cell 201. As a result, the gap between the degenerate different energy levels of the alkali metal atoms in the atomic cell 201 can be expanded by Zeeman splitting, the resolution can be improved, and the line width of the EIT signal can be reduced. The magnetic field generated by the coil 205 may be either a DC magnetic field or an AC magnetic field, or may be a magnetic field in which a DC magnetic field and an AC magnetic field are superimposed.

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(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光検出器(受光素子)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。   Further, the light receiving element 202 and the temperature sensor 204 are disposed in the opening 206 d of the holding member 206. The light receiving element 202 is not particularly limited as long as it can detect the intensity of the light LL (resonant light pair) transmitted through the inside of the atom cell 201, but for example, a light detector (light receiving element) such as a photodiode It can be mentioned. The temperature sensor 204 is not particularly limited as long as the temperature of the atom cell 201 or the heater 203 can be detected, and examples thereof include various known temperature sensors such as a thermistor and a thermocouple.

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。   Here, the light receiving element 202 and the temperature sensor 204 are disposed on a flexible wiring board 508 b described later. The flexible wiring board 508 b has a wire 510 electrically connected to the light receiving element 202 and the temperature sensor 204, and is held between the holding member 206 and the heat transfer member 210, thereby holding the holding member 206. It is fixed against. Thereby, the light receiving element 202 and the temperature sensor 204 can be positioned with respect to the atomic cell 201.

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(配線510)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(配線510)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、図6に示すように、保持部材206には、伝熱部材210の外周部の一部が挿入される溝206fが設けられており、伝熱部材210の当該一部は、溝206fによりX軸方向での位置決めがなされている。また、伝熱部材210の厚さは、特に限定されないが、0.3mm以上であることが好ましい。   The heat transfer member 210 has thermal conductivity and is thermally connected to the holding member 206 and the flexible wiring board 508 b (wiring 510). The heat transfer member 210 is also thermally connected to the heater 203 via the holding member 206. Thus, the heat transfer member 210 can conduct the heat from the holding member 206 to the flexible wiring board 508 b (the wiring 510) and the light receiving element 202. In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the heat transfer member 210 has a plate shape, is disposed along the YZ plane, and is a screw using the screw 211 with respect to the block 206a of the holding member 206. It is fixed by the stop. Further, as shown in FIG. 6, the holding member 206 is provided with a groove 206f into which a part of the outer peripheral portion of the heat transfer member 210 is inserted, and the part of the heat transfer member 210 is formed by the groove 206f. Positioning in the X-axis direction is performed. The thickness of the heat transfer member 210 is not particularly limited, but is preferably 0.3 mm or more.

このように、ネジ211および溝206fを用いて伝熱部材210を保持部材206に対して固定することにより、接着剤のみで伝熱部材210を保持部材206に対して固定する場合のような経年劣化の問題がなく、伝熱部材210を保持部材206に対して長期にわたって安定的に固定することができる。また、保持部材206等に対するフレキシブル配線基板508bの接触状態を長期にわたって一定に保つことができる。そのため、ヒーター203から原子セル201への熱の伝導経路の経時的な変化を低減し、原子発振器1の経時的な特性変化を低減することもできる。ネジ211で伝熱部材210を固定すると、伝熱部材210は、フレキシブル配線基板508bを保持部材206に向かって付勢する。換言すると、伝熱部材210は、フレキシブル配線基板508bを保持部材206に押し付ける。そのため、フレキシブル配線基板508bが保持部材に密着しやすくなる。なお、伝熱部材210の形状は、図示の形状に限定されず、例えば、ブロック状をなしていてもよい。また、保持部材206に対する伝熱部材210の固定方法は、前述したネジ211および溝206fを用いた固定方法に限定されず、例えば、ネジまたは溝の数が複数であってもよいし、ネジ止めのみにより固定してもよいし、溝のみにより固定されていてもよい。また、ネジまたは溝による固定方法に接着剤による固定方法を併用してもよい。   As described above, by fixing the heat transfer member 210 to the holding member 206 using the screw 211 and the groove 206f, aging as in the case of fixing the heat transfer member 210 to the holding member 206 only with an adhesive agent There is no problem of deterioration, and the heat transfer member 210 can be stably fixed to the holding member 206 for a long time. In addition, the contact state of the flexible wiring board 508b with the holding member 206 and the like can be kept constant over a long period of time. Therefore, it is possible to reduce the temporal change of the heat conduction path from the heater 203 to the atomic cell 201 and to reduce the temporal change of the characteristic of the atomic oscillator 1. When the heat transfer member 210 is fixed by the screw 211, the heat transfer member 210 urges the flexible wiring board 508 b toward the holding member 206. In other words, the heat transfer member 210 presses the flexible wiring board 508 b against the holding member 206. Therefore, the flexible wiring board 508 b is easily in close contact with the holding member. In addition, the shape of the heat-transfer member 210 is not limited to the shape of illustration, For example, you may make block shape. Further, the method of fixing the heat transfer member 210 to the holding member 206 is not limited to the above-described fixing method using the screw 211 and the groove 206f, for example, the number of screws or grooves may be plural. It may be fixed only by itself or may be fixed only by the groove. Moreover, you may use the fixing method by an adhesive agent together with the fixing method by a screw | thread or a groove | channel.

ここで、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。   Here, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, the heat transfer member 210 is provided to close the opening 206 d of the holding member 206 as much as possible. Thus, the heat transfer member 210 can conduct heat integrally with the holding member 206. Further, the heat transfer member 210 overlaps the light receiving element 202 and the temperature sensor 204 when viewed from the optical axis a direction. Thereby, the heat from the heat transfer member 210 is easily conducted to the light receiving element 202 and the temperature sensor 204.

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。   As a constituent material of such a heat transfer member 210, a material which is excellent in thermal conductivity and does not inhibit the magnetic field from the coil 205 to the atomic cell 201, for example, nonmagnetic metal material such as copper and aluminum, carbon fiber A reinforced plastic (CFRP: carbon fiber reinforced plastic), a resin material to which a thermally conductive filler such as silica is added, and the like can be mentioned.

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。 The thermal conductivity of the constituent material of the heat transfer member 210 is preferably 10 W · m −1 · K −1 or more, more preferably 20 W · m −1 · K −1 or more, and 100 W · m More preferably, it is 1 · K −1 or more. Thus, the heat transfer member 210 can suitably heat the portion of the wiring 510 near the light receiving element 202. On the other hand, if the heat conductivity is too small, the heat transfer member 210 tends to be prone to a temperature gradient.

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容器207に収納されている。第1容器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容器207には、原子セル201(空間S1)に入射する光LLの通過を許容する開口部207aが設けられている。また、第1容器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容器207は、伝熱部材210に対して接触していてもよい。   The atomic cell 201, the light receiving element 202, the temperature sensor 204, the coil 205, the holding member 206, and the heat transfer member 210 as described above are accommodated in the first container 207, as shown in FIG. The first container 207 supports the atomic cell 201 via the holding member 206, and is thereby thermally connected to the atomic cell 201 via the holding member 206. Further, the first container 207 is provided with an opening 207a which allows the passage of the light LL incident on the atom cell 201 (space S1). In addition, the first container 207 has a portion 207 b opposed to the heat transfer member 210 in a separated state. The first container 207 may be in contact with the heat transfer member 210.

ここで、第1容器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(Fe)、コバール、パーマロイ(Ni合金)、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容器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容器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容器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容器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。   Here, as a constituent material of the first container 207, it is preferable to use a material which is excellent in thermal conductivity and has a magnetic shielding property, and specifically, iron (Fe), kovar, permalloy (Ni alloy) It is preferable to use an iron-based alloy such as stainless steel or the like. The heat conductivity from the heater 203 can be efficiently conducted to the holding member 206 because the first container 207 has excellent thermal conductivity. Further, the temperature distribution of the first container 207 can be made uniform, and the temperature gradient around the atom cell 201 can also be reduced. Furthermore, the first container 207 having magnetic shielding properties can reduce fluctuations in the magnetic field in the first container 207 (particularly in the atomic cell 201) due to the external magnetic field.

このような第1容器207は、図4に示すように、第2容器208に収納されている。第2容器208は、複数のスペーサー209を介して第1容器207を支持しており、これにより、第1容器207に対して離間している。これにより、第1容器207と第2容器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容器207と第2容器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容器207と第2容器208との間の熱の移動を低減することができる。また、第2容器208には、原子セル201(空間S1)に入射する光LLの通過を許容する開口部208aが設けられている。   Such a first container 207 is housed in a second container 208, as shown in FIG. The second container 208 supports the first container 207 via a plurality of spacers 209, thereby separating the first container 207 from the first container 207. Thereby, a gap is formed between the first container 207 and the second container 208, and the gap functions as a heat insulating layer, so that the transfer of heat between the first container 207 and the second container 208 is reduced. be able to. Here, each spacer 209 is preferably made of a heat insulating material, for example, a resin material such as a polyimide resin or an acrylic resin. Thereby, the transfer of heat between the first container 207 and the second container 208 via the spacer 209 can be reduced. Further, the second container 208 is provided with an opening 208a which allows the passage of the light LL incident on the atom cell 201 (space S1).

ここで、第2容器208の構成材料としては、前述した第1容器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(Fe)、コバール、パーマロイ(Ni合金)、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容器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。   Here, as a constituent material of the second container 208, like the first container 207 described above, it is preferable to use a material which is excellent in thermal conductivity and has a magnetic shielding property, and specifically, iron (Fe) It is preferable to use iron-based alloys such as Kovar, permalloy (Ni alloy), stainless steel and the like. Thereby, it is possible to reduce the fluctuation of the magnetic field in the second container 208 (particularly in the atomic cell 201) due to the external magnetic field.

また、第2容器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容器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)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。   In addition, a heater 203 is installed in the second container 208, and the heater 203 is thermally connected to the outer surface of the first container 207. The heater 203 is not particularly limited as long as it can heat the atom cell 201 (more specifically, the alkali metal in the atom cell 201), but various heaters having a heating resistor, a Peltier element, etc. may be mentioned. Be

(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(当接)して、ホルダー304が原子セルユニット20側(図2中右側)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容器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容器208の端面(図2中左側の端面)と係合(当接)して、第2容器208が光学系ユニット30側(図2中左側)へ移動するのを規制する。
(Supporting member)
Here, referring back to FIG. 2, the support member 40 has a plate shape, and the atomic cell unit 20 and the optical system unit 30 described above are mounted on one surface of the support member 40. The support member 40 has an installation surface 401 along the shape of the lower surface of the holder 304 of the optical system unit 30. A stepped portion 402 is formed on the installation surface 401. The stepped portion 402 engages with (is in contact with) the stepped portion on the lower surface of the holder 304 to restrict the movement of the holder 304 to the atomic cell unit 20 side (right side in FIG. 2). Similarly, the support member 40 has an installation surface 403 along the shape of the lower surface of the second container 208 of the atomic cell unit 20. A stepped portion 404 is formed on the installation surface 403. The step portion 404 engages (contacts) the end surface (the end surface on the left side in FIG. 2) of the second container 208, and the second container 208 moves to the optical system unit 30 side (the left side in FIG. 2). Regulate.

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容器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。   Thus, the relative positional relationship between the atomic cell unit 20 and the optical system unit 30 can be defined by the support member 40. And since the light emitting element module 10 is fixed to the holder 304, the relative positional relationship of the light emitting element module 10 with respect to the atomic cell unit 20 and the optical system unit 30 is also defined. Here, the second container 208 and the holder 304 are each fixed to the support member 40 by a fixing member such as a screw (not shown). The support member 40 is fixed to the package 60 by a fixing member such as a screw (not shown). The support member 40 is made of, for example, a metal material such as aluminum and has heat dissipation. Thereby, heat dissipation of the light emitting element module 10 can be performed efficiently.

(制御ユニット)
図3に示すように、制御ユニット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。
(Controller unit)
As shown in FIG. 3, the control unit 50 includes a circuit board 505, two connectors 506a and 506b provided on the circuit board 505, and a flexible wiring board connecting the connector 506a and the light emitting element module 10. A flexible wiring board 508 b connecting the connector 506 b to the atomic cell unit 20 and a plurality of lead pins 509 penetrating the circuit board 505 are provided.

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部501、光源制御部502、磁場制御部503および温度制御部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。   Here, the circuit board 505 is provided with an electric circuit (not shown), and this electric circuit functions as the temperature control unit 501, the light source control unit 502, the magnetic field control unit 503, and the temperature control unit 504 described above. Also, the circuit board 505 has a through hole 5051 through which the support member 40 described above is inserted. The circuit board 505 is supported by the package 60 via a plurality of lead pins 509. The plurality of lead pins 509 pass through the inside and the outside of the package 60 and are electrically connected to the circuit board 505.

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。   The configuration for electrically connecting the circuit board 505 to the light emitting element module 10 and the configuration for electrically connecting the circuit board 505 to the atomic cell unit 20 are the connectors 506a and 506b and the flexible wiring board 508a shown in the figure. , 508b, and may be other known connectors and wires, respectively.

パッケージ60は、前述した第1容器207および第2容器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。   Similar to the first container 207 and the second container 208 described above, the package 60 is preferably made of a metallic material having magnetic shielding properties such as Kovar. This can reduce the adverse effect of the external magnetic field on the characteristics of the atomic oscillator 1. The inside of the package 60 may be decompressed or may be atmospheric pressure, but is preferably an airtight space.

以上のように、原子発振器1は、アルカリ金属原子が封入されている原子セル201と、原子セル201内のアルカリ金属原子を励起する光LLを出射する光源である発光素子102と、原子セル201を透過した光LLを検出する光検出素子である受光素子202と、受光素子202に接続されている配線510と、原子セル201を加熱するヒーター203と、受光素子202に対して原子セル201とは反対側(+X軸方向側)に配置され、ヒーター203および配線510に熱的に接続されている伝熱部材210と、を含む。   As described above, the atomic oscillator 1 includes the atomic cell 201 in which alkali metal atoms are enclosed, the light emitting element 102 which is a light source for emitting light LL for exciting the alkali metal atoms in the atomic cell 201, and the atomic cell 201 And the wiring 510 connected to the light receiving element 202, the heater 203 for heating the atomic cell 201, and the atomic cell 201 with respect to the light receiving element 202. And a heat transfer member 210 disposed on the opposite side (the + X axis direction side) and thermally connected to the heater 203 and the wire 510.

このような原子発振器1によれば、ヒーター203および配線510に熱的に接続されている伝熱部材210が受光素子202に対して原子セル201とは反対側に配置されているため、伝熱部材210を介したヒーター203からの熱により受光素子202または配線510を原子セル201と同様に好適に温度調節(加熱)することができる。そのため、原子セル201が配線510を通じた熱の移動による外部の温度の影響を受け難く、原子セル201周辺の温度勾配を低減することができる。このように原子セル201周辺の温度勾配を低減することで、原子セル201内を安定的に所望の温度分布とすることができ、その結果、原子発振器1の短期周波数安定度を向上させることができる。また、外部の温度変化の影響を受け難くなることから、原子発振器1の周波数温度特性を向上させることもできる。   According to such an atomic oscillator 1, since the heat transfer member 210 thermally connected to the heater 203 and the wiring 510 is disposed on the opposite side of the light receiving element 202 to the atomic cell 201, the heat transfer is performed. The light receiving element 202 or the wiring 510 can be suitably temperature-controlled (heated) similarly to the atomic cell 201 by the heat from the heater 203 via the member 210. Therefore, the atomic cell 201 is not easily affected by the external temperature due to the heat transfer through the wiring 510, and the temperature gradient around the atomic cell 201 can be reduced. By thus reducing the temperature gradient around the atom cell 201, the atom cell 201 can be stably provided with a desired temperature distribution, and as a result, the short-term frequency stability of the atomic oscillator 1 can be improved. it can. In addition, the frequency temperature characteristic of the atomic oscillator 1 can be improved because it becomes less susceptible to the influence of the external temperature change.

前述したように、原子発振器1は、原子セル201を保持している保持部材206を備え、ヒーター203は、保持部材206を介して原子セル201および伝熱部材210に熱的に接続されている。これにより、ヒーター203の数を少なくしたり、ヒーター203の設置に関して設計の自由度を高めたりすることができる。   As described above, the atomic oscillator 1 includes the holding member 206 holding the atomic cell 201, and the heater 203 is thermally connected to the atomic cell 201 and the heat transfer member 210 via the holding member 206. . As a result, the number of heaters 203 can be reduced, and the degree of freedom in design regarding the installation of the heaters 203 can be increased.

前述したように、伝熱部材210は、保持部材206に固定(本実施形態ではネジ211によりネジ止め)されている。ここで、保持部材206の熱伝導率は、原子セル201の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。これにより、ヒーター203からの熱を保持部材206を介して原子セル201および伝熱部材210に効率的に伝導することができる。   As described above, the heat transfer member 210 is fixed to the holding member 206 (in this embodiment, screwed by the screw 211). Here, the thermal conductivity of the holding member 206 is preferably higher than the thermal conductivity of the atomic cell 201. Thereby, the heat from the heater 203 can be efficiently conducted to the atom cell 201 and the heat transfer member 210 through the holding member 206.

また、原子発振器1は、前述したように、受光素子202(検出素子)が配置され、配線510が設けられている配線基板であるフレキシブル配線基板508bを含み、伝熱部材210は、フレキシブル配線基板508bを保持部材206に向かって付勢している。これにより、フレキシブル配線基板508bを保持部材206および伝熱部材210に密着させることができ、これらの間の熱の伝導を安定的に行うことができる。ここで、フレキシブル配線基板508bは、一般的なリジッド配線基板に比べて、熱容量を小さくすることができる。そのため、伝熱部材210から配線510への熱の伝導を効率的に行うことができる。   Further, as described above, the atomic oscillator 1 includes the flexible wiring board 508 b which is a wiring board on which the light receiving element 202 (detection element) is disposed and the wiring 510 is provided, and the heat transfer member 210 is a flexible wiring board 508 b is urged toward the holding member 206. Thus, the flexible wiring board 508 b can be brought into close contact with the holding member 206 and the heat transfer member 210, and heat conduction between these can be stably performed. Here, the flexible wiring board 508 b can reduce the heat capacity as compared to a general rigid wiring board. Therefore, the conduction of heat from the heat transfer member 210 to the wiring 510 can be efficiently performed.

なお、フレキシブル配線基板508bに代えてリジッド配線基板を用いてもよく、この場合、できるだけ熱伝導性に優れる基板を用いることが好ましい。熱伝導性に優れるリジッド配線基板としては、例えば、基材に金属を用いた基板、熱伝導性フィラーを用いた基板、厚さ方向に貫通した熱伝導用の導体ポストを有する基板等が挙げられる。   Note that a rigid wiring board may be used instead of the flexible wiring board 508b, and in this case, it is preferable to use a board that is as good as possible in thermal conductivity. Examples of the rigid wiring substrate excellent in thermal conductivity include a substrate using a metal as a substrate, a substrate using a thermal conductive filler, and a substrate having a conductor post for thermal conduction penetrating in the thickness direction. .

さらに、原子発振器1は、フレキシブル配線基板508b(配線基板)に配置されている温度センサー204を含む。これにより、伝熱部材210により原子セル201とフレキシブル配線基板508bとの温度差が低減されているため、フレキシブル配線基板508bに配置されている温度センサー204を用いることで、原子セル201の温度を高精度に検出することができる。これにより、原子発振器1の周波数特性を向上させることができる。   Furthermore, the atomic oscillator 1 includes a temperature sensor 204 disposed on the flexible wiring board 508 b (wiring board). Thereby, since the temperature difference between the atom cell 201 and the flexible wiring board 508 b is reduced by the heat transfer member 210, the temperature of the atom cell 201 can be reduced by using the temperature sensor 204 disposed on the flexible wiring board 508 b. It can be detected with high accuracy. Thereby, the frequency characteristic of the atomic oscillator 1 can be improved.

また、原子発振器1は、ヒーター203および配線510に熱的に接続され、原子セル201および受光素子202(光検出素子)を収容している容器である第1容器207を含み、第1容器207は、受光素子202に対して原子セル201とは反対側に配置されている部分207bを含む。これにより、この部分207bが伝熱部材210と同様に機能し、原子セル201周辺の温度勾配をより低減することができる。   Further, the atomic oscillator 1 includes a first container 207 which is a container which is thermally connected to the heater 203 and the wiring 510 and accommodates the atomic cell 201 and the light receiving element 202 (light detecting element). Includes a portion 207 b disposed on the opposite side of the light receiving element 202 from the atom cell 201. Thereby, this portion 207 b functions in the same manner as the heat transfer member 210, and the temperature gradient around the atom cell 201 can be further reduced.

2.信号生成システム
以上説明したような原子発振器1は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、そのような電子機器を備える信号生成システムの実施形態について説明する。
2. Signal Generation System The atomic oscillator 1 as described above can be incorporated into various electronic devices. Hereinafter, an embodiment of a signal generation system including such an electronic device will be described.

図7は、GPS衛星を利用した測位システム(信号生成システムの一例)の概略構成を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a positioning system (an example of a signal generation system) using GPS satellites.

図7に示す測位システム1100(信号生成システムの一例)は、GPS衛星1200と、基地局装置1300と、GPS受信装置1400とで構成されている。
GPS衛星1200は、測位情報(GPS信号)を送信する。
A positioning system 1100 (an example of a signal generation system) shown in FIG. 7 is configured of a GPS satellite 1200, a base station device 1300, and a GPS receiving device 1400.
The GPS satellites 1200 transmit positioning information (GPS signals).

基地局装置1300は、例えば電子基準点(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からの測位情報を高精度に受信する受信装置1302と、この受信装置1302で受信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。   The base station device 1300 receives the positioning information from the GPS satellite 1200 with high accuracy via the antenna 1301 installed at the electronic reference point (GPS continuous observation station), for example, and the receiving device 1302 And a transmitter 1304 for transmitting positioning information via the antenna 1303.

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。   Here, the receiving device 1302 includes an atomic oscillator 1 that is the reference frequency oscillation source, and a processing unit 1302 a that processes a signal from the atomic oscillator 1. Also, the positioning information received by the receiving device 1302 is transmitted by the transmitting device 1304 in real time.

このように、電子機器である受信装置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。   Thus, the receiver 1302 which is an electronic device includes the atomic oscillator 1. According to such a receiver 1302, the characteristics of the receiver 1302 can be improved by reducing the temperature gradient around the atom cell 201 of the atomic oscillator 1.

GPS受信装置1400は、GPS衛星1200からの測位情報をアンテナ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。   The GPS receiver 1400 includes a satellite receiver 1402 that receives positioning information from the GPS satellite 1200 via the antenna 1401, and a base station receiver 1404 that receives positioning information from the base station 1300 via the antenna 1403. Prepare.

以上のように、信号生成システムである測位システム1100は、原子発振器1と、原子発振器1からの信号を処理する処理部1302aと、を含む。このような測位システム1100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、測位システム1100の特性を向上させることができる。   As described above, the positioning system 1100, which is a signal generation system, includes the atomic oscillator 1 and a processing unit 1302a that processes the signal from the atomic oscillator 1. According to such a positioning system 1100, the characteristics of the positioning system 1100 can be improved by reducing the temperature gradient around the atomic cell 201 of the atomic oscillator 1.

なお、電子機器は、前述したものに限定されず、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、信号生成システムは、原子発振器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。   Note that the electronic device is not limited to the one described above, and for example, a smartphone, a tablet terminal, a watch, a mobile phone, a digital still camera, an inkjet discharge device (for example, an inkjet printer), a personal computer (mobile personal computer, laptop) Type personal computers), TVs, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic organizers (including communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, video phones, television for crime prevention Monitors, electronic binoculars, POS (Point of Sales) terminals, medical devices (such as electronic thermometers, sphygmomanometers, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasound diagnostic devices, electronic endoscopes), fish finders, various measuring devices, meters (E.g., gages for vehicles, aircraft, and ships), a flight simulator, terrestrial digital broadcasting, can be applied to a mobile phone base station or the like. Further, the signal generation system may be any system that processes a signal from the atomic oscillator to generate a signal, and is not limited to the one described above, and may be, for example, a clock transmission system.

以上、本発明の原子発振器、信号生成システムおよび電子機器について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。   Although the atomic oscillator, the signal generation system, and the electronic device of the present invention have been described above based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to these.

また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。   In addition, the configuration of each part of the present invention can be replaced with an arbitrary configuration that exerts the same function as that of the above-described embodiment, and any configuration can be added.

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、アルカリ金属を封入したランプ等を用いることができる。   Although the case where the present invention is applied to an atomic oscillator using a quantum interference effect has been described as an example in the embodiment described above, the present invention is not limited to this and is also applied to an atomic oscillator using double resonance phenomenon. In this case, the light source is not limited to the semiconductor laser. For example, a light emitting diode, a lamp in which an alkali metal is sealed, or the like can be used.

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…制御ユニット、60…パッケージ、101…ペルチェ素子、102…発光素子(光源)、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(光検出素子)、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、206f…溝、207…第1容器、207a…開口部、207b…部分、208…第2容器、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…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…温度制御部、502…光源制御部、503…磁場制御部、504…温度制御部、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(配線基板)、509…リードピン、510…配線、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、2013c…窓部、5051…貫通孔、LL…光、S…内部空間、S1…空間、S2…空間、a…光軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... atomic oscillator, 10 ... light emitting element module, 20 ... atomic cell unit, 30 ... optical system unit, 40 ... support member, 50 ... control unit, 60 ... package, 101 ... Peltier element, 102 ... light emitting element (light source), DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 ... Temperature sensor, 104 ... Package, 201 ... Atomic cell, 201a ... Body part, 201b ... Window part, 201c ... Window part, 202 ... Light receiving element (light detection element), 203 ... Heater, 204 ... Temperature sensor, 205 ... Coil 206 holding member 206a block 206b block 206c opening 206d opening 206f groove 207 first container 207a opening 207b portion 208 second container 208a ... opening portion, 209 ... spacer, 210 ... heat transfer member, 211 ... screw, 301 ... attenuation filter, 302 Condenser lens, 303: 4 wavelength plate, 304: holder, 305: through hole, 401: installed surface, 402: stepped portion, 403: installed surface, 404: stepped portion, 501: temperature controller, 502: light source controller 503: magnetic field control unit 504: temperature control unit 505: circuit board 506a: connector 506b: connector 508a: flexible wiring board 508b: flexible wiring board (wiring board) 509: lead pin 510: wiring 1100 ... positioning system, 1200 ... GPS satellite, 1300 ... base station apparatus, 1301 ... antenna, 1302 ... receiving apparatus, 1302 a ... processing unit, 1303 ... antenna, 1304 ... transmitting apparatus, 1400 ... GPS receiving apparatus, 1401 ... antenna, 1402 ... satellite reception unit, 1403 ... antenna, 1404 ... base station reception unit, 20 3c ... window portions, 5051 ... through hole, LL ... light, S ... internal space, S1 ... space, S2 ... space, a ... optical axis

Claims (10)

アルカリ金属原子が封入されている原子セルと、
前記アルカリ金属原子を励起する光を出射する光源と、
前記原子セルを透過した前記光を検出する光検出素子と、
前記光検出素子に接続されている配線と、
前記原子セルを加熱するヒーターと、
前記光検出素子に対して前記原子セルとは反対側に配置され、前記ヒーターおよび前記配線に熱的に接続されている伝熱部材と、を含む、原子発振器。
An atomic cell in which an alkali metal atom is enclosed,
A light source for emitting light for exciting the alkali metal atom;
A light detection element for detecting the light transmitted through the atom cell;
A wire connected to the light detection element;
A heater for heating the atomic cell;
An atomic oscillator comprising: a heat transfer member disposed on the opposite side to the atom cell with respect to the light detection element and thermally connected to the heater and the wiring.
前記原子セルを保持している保持部材を備え、
前記ヒーターは、前記保持部材を介して前記原子セルおよび前記伝熱部材に熱的に接続されている、請求項1に記載の原子発振器。
A holding member holding the atom cell,
The atomic oscillator according to claim 1, wherein the heater is thermally connected to the atomic cell and the heat transfer member via the holding member.
前記保持部材の熱伝導率は、前記原子セルの熱伝導率よりも大きく、
前記伝熱部材は、前記保持部材に固定されている、請求項2に記載の原子発振器。
The thermal conductivity of the holding member is greater than the thermal conductivity of the atomic cell,
The atomic oscillator according to claim 2, wherein the heat transfer member is fixed to the holding member.
前記光検出素子が配置され、前記配線が設けられている配線基板を含み、
前記伝熱部材は、前記配線基板を前記保持部材に向かって付勢している、請求項2または3に記載の原子発振器。
Including a wiring board on which the light detection element is disposed and the wiring is provided;
The atomic oscillator according to claim 2, wherein the heat transfer member biases the wiring substrate toward the holding member.
前記配線基板に配置されている温度センサーを含む、請求項4に記載の原子発振器。   The atomic oscillator according to claim 4, further comprising a temperature sensor disposed on the wiring substrate. 前記配線基板がフレキシブル配線基板である、請求項4または5に記載の原子発振器。   The atomic oscillator according to claim 4, wherein the wiring substrate is a flexible wiring substrate. 前記ヒーターおよび前記配線に熱的に接続され、前記原子セルおよび前記光検出素子を収容している容器を含み、
前記容器は、前記光検出素子に対して前記原子セルとは反対側に配置されている部分を含む、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の原子発振器。
A container thermally connected to the heater and the wiring and containing the atomic cell and the light detection element;
The atomic oscillator according to any one of claims 1 to 6, wherein the container includes a portion disposed on the opposite side to the atomic cell with respect to the light detection element.
前記伝熱部材の構成材料の熱伝導率は、10W・m−1・K−1以上である、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の原子発振器。 The atomic oscillator according to any one of claims 1 to 7, wherein a thermal conductivity of a constituent material of the heat transfer member is 10 W · m -1 · K -1 or more. 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の原子発振器と、
前記原子発振器からの信号を処理する処理部と、を含む、信号生成システム。
An atomic oscillator according to any one of claims 1 to 8;
And a processor configured to process a signal from the atomic oscillator.
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の原子発振器を含む、電子機器。   An electronic device comprising the atomic oscillator according to any one of claims 1 to 8.
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