JPH0220926A - 原子ビーム共鳴装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、例えば網同期用の標準クロックを発生ずる場
合に使用される原子ビーム発振器に係わり、特に、発振
周波数の高確度化を図った原子ビーム共鳴装置に関する
。

「従来の技術」 光ボンピング方式原子ビーム発振器は、セシウム原子の
超微細構造における電子エネルギ準位間の遷移周波数を
基準として水晶発振器の発振周波数を安定化させること
により、極めて安定な周波数を得る発振器である。

第３図に従来の光ボンピング方式原子ビーム発振器の構
成を示す。原子ビーム発生炉ｌから放出された原子ビー
ムは、励起用レーザ２．２゛から放射されたレーザ光に
よって一定の電子エネルギーベへ位にされた後、空胴共
振器３へ到達する。空胴共振器３はマイクロ波で励振さ
れており、この空胴共振器３に到達した原子はマイクロ
波と相互作用し、誘導遷移する。誘導遷移した原子は励
起用レーザ４から放射されたレーザ光によって励起され
、蛍光を放出する。この蛍光は光検出器５によって電気
信号に変換された後、同期検出器７へ出力される。同期
検出器７は低周波発振器６の出力を参照信号として光検
出器５の出力を同期検波する。

この検波出力は、空胴共振器３のマイクロ波の周波数が
セシウム原子の遷移周波数ν。（９，１９Ｇ＋−１ｚ）
に一致した時「０」となる信号であり、ＶＣＯ（ｉ圧制
御発振器）制御部８へ出力される。ＶＣＯ制御部８は、
同期検波器７の出力に基づいて、空胴共振器３のマイク
ロ波の周波数がν。となるようにＶＣＯ９の発振周波数
を制御する。このＶＣＯ９の出力は、発振器出力として
外部へ出力されると共に、周波数逓倍器１３によって逓
倍され、周波数ν。のマイクロ波に変換され、位相変調
器ＩＯを介して空胴共振器３へ出力される。

「発明が解決しようとする課題」 上述した光ボンピング方式原子ビーム発振器は従来の磁
界偏向方式原子ビーム発振器の欠点であった原子利用効
率の低さ、磁界に起因する周波数オフセット、複雑な原
子軌道等の問題点を解決することができ、周波数安定度
、確度の大幅な、改善が可能である。しかしながら、原
子と励起光が相互作用した際に発生する蛍光の一部が空
胴共振器３中に混入すると、原子のエネルギー準位はこ
の蛍光によって変化し、共鳴周波数もシフトしてしまう
。これは光シフトと呼ばれる（例えば、＾、Ｂｒ１ｌｌ
ｅｔ、“Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｒ　ｔｈｅ　ｌｉｇ
ｈｔ　５ｈｉｒｔｓ　ｉｎ　ａｎ　ｏｐｔｉｃａｌｌｙ
　ｐｕｍｐｅｄ　ｃｅｓｉｕｍ　ｂｅａｍ　ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ　５ｔａｎｄａｒｄ。

”　Ｍｅｔｒｏｌｏｇｉａ、　１７．　ｐｐ、１４７−
１５０．１９８１参照）。そして、このシフト量は空胴
共振器３中における蛍光の強度に比例する。従って、原
子と励起光が相互作用する領域と空胴共振器３の間の距
離を長くすると、その距離に反比例してシフト量を小さ
くすることができる。しかし、この原子と励起光が相互
作用する領域と空胴共振器３の間の距離を長くすると装
置が大きくなる欠点があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、光シフト
を根本的に除去して、周波数確度を改善した原子ビーム
共鳴装置を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明は、所定の電子エネルギー準位にある原子をマイ
クロ波を用いて共鳴させる空胴共振器と、原子ビームを
前記空胴共振器に供給する原子ビーム発生炉と、前記空
胴共振器に入る前の原子ビームを照射して前記所定の電
子エネルギー準位に励起すると共に前記空胴共振器から
出た後の原子ビームを照射するための励起光を発生する
励起用レーザと、前記空胴共振器から出て前記励起光に
より励起された原子ビームからの蛍光を検出する光検出
器とを有する原子ビーム共鳴装置において、前記原子ビ
ーム中の原子が励起光部分を通過するのに要する時間と
該原子が空胴共振器を通過するのに要する時間とによっ
て前記励起光を繰り返しオン／オフする光スイッチ手段
を設けたことを特徴としている。

「作用」 本発明においては、一定の電子エネルギー準位になった
原子が空胴共振器中を走行している間、励起光を遮断し
て蛍光が空胴共振器中に混入することを防ぎ、これによ
って光ソフトを根本的に除去している。このような構成
によれば、装置を大きくすることなく原子ビーム発振器
の周波数確度を向上させることが可能となる。

「実施例」 第１図は本発明の一実施例による原子ビーム共鳴装置を
用いた光ボンピング方式原子ビーム発振器の構成を示す
ブロック図であり、この図において第３図の各部に対応
する部分（こは同一の符号を付し、その説明を省略する
。この図に示す原子ビーム発振器が第３図に示すものと
異なる点は、励起用レーザ２．２゛からの励起光の光路
に光スィッチ１１が、また、励起用レーザ４からの励起
光の光路に光スィッチ１１°が各々挿入されている点、
および、この光スイッチ１１，１１°をオン／オフ制御
する制御信号を発生するタイミング信号発生器１２が設
けられている点である。

ここで、タイミング信号発生器１２は、光スイッチ１１
，１．１°を第２図に示すタイミングでオン／オフ制御
する。すなわち、時間τの間オンとし、次いで時間Ｔの
間オフとし、この制御を繰り返す。

この場合、時間τは原子ビームに含まれる最確速度の原
子が励起光部分を通過するのに要する時間、すなわち、
該原子が励起用レーザ２，２′からの光によって照射さ
れる時間に等しく、また、時間Ｔはその原子が空胴共振
器３を通過するのに要する時間に等しくなっている。

このような構成において、まず、時間τの開光スイッチ
ｔ　＋、ｔ　ｔ’がオンとなると、レーザ２゜２°から
の光が原子ビームを照射する。次に、上記の光照射によ
り一定の電子エネルギー準位になった原子が空胴」（振
器３を通過する時間Ｔの間、光スィッチ＋　１．１１’
がオフとなる。従って、光シフトが全くない状態で原子
が空胴共振器３を通過し、この時、共鳴周波数で原子が
誘導遷移する。

次に、再び光スィッチ１１．１１’がオン状態になり、
空胴共振器３を通過した原子がレーザ４からのレーザ光
によって励起され、蛍光を放出する。

この時、■ＣＯ制御部８も動作状態となり、このＶＣＯ
制御部８によってＶＣＯ９の発振周波数が制御される。

またこの時、同時に、レーザ２．２からのレーザ光によ
って原子ビームの照射が行なわれ、以下、上記動作が繰
り返される。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、空胴共振器にお
ける光シフトを完全に除去することができ、これにより
、周波数確度の優れた時間・周波数標準器を実現するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による原子ビーム共鳴装置を
適用した光ボンピング方式原子ビーム発振器の構成を示
すブロック図、第２図は同実施例における光スイッチ１
１．１１’のオン／オフタイミングを示す図、第３図は
従来の光ポンピング方式原子ビーム発振器の構成例を示
すブロック図である。 ｌ・・・・・・原子ビーム発生炉、２．２°・・・・・
励起用レーザ、３・・・・・・空胴共振器、４・・・・
・励起用レーザ、５・・・・・・光検出器、１１．１１
’ ・・光スィッチ、１２ ・・・・・タイミング信号発生器。 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の電子エネルギー準位にある原子をマイクロ波を用
   いて共鳴させる空胴共振器と、原子ビームを前記空胴共
   振器に供給する原子ビーム発生炉と、前記空胴共振器に
   入る前の原子ビームを照射して前記所定の電子エネルギ
   ー準位に励起すると共に前記空胴共振器から出た後の原
   子ビームを照射するための励起光を発生する励起用レー
   ザと、前記空胴共振器から出て前記励起光により励起さ
   れた原子ビームからの蛍光を検出する光検出器とを有す
   る原子ビーム共鳴装置において、前記原子ビーム中の原
   子が励起光部分を通過するのに要する時間と該原子が空
   胴共振器を通過するのに要する時間とによって前記励起
   光を繰り返しオン／オフする光スイッチ手段を設けたこ
   とを特徴とする原子ビーム共鳴装置。