JPH0754909B2

JPH0754909B2 - 原子周波数標準用一体化マイクロ波空胴共振器及び磁気遮蔽

Info

Publication number: JPH0754909B2
Application number: JP61278922A
Authority: JP
Inventors: ヴエルナ、ヴアイデマン
Original assignee: ボ−ル、コ−パレイシヤン
Priority date: 1985-11-25
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: US4661782A; ATE79993T1; JPS62151002A; EP0224093A2; DE3686555D1; EP0224093A3; DE3686555T2; ES2033670T3; EP0224093B1

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、原子周波数標準特に光ポンピング型原子周
波数標準の分野に関するものである。更に詳細に述べる
と、この発明は、原子周波数標準用の著しく小形化した
有効且つ一体化したマイクロ波空洞共振器及びその関連
提携部品、特に光ポンピング型の物理パツケージ（phys
ics package）に関するものである。

（ロ）従来の技術原子周波数標準は、原子又は分子の明確に定義された２
つのエネルギ準位間の遷移を経験している原子又は分子
核種から導かれた基本共振システムを備えた装置であ
る。この遷移は、電磁スペクトルの合理的に好都合な領
域即ちマイクロ波範囲内で起る。遷移は高度に安定した
周波数基準として使用され、この周波数基準に対して水
晶結晶共振器又は電圧制御結晶発振器（VCXO）の周波数
が電子的にクロツクされている。このようにして、原子
基準周波数と提携協力する高安定度及び相対的無感性
が、水晶結晶共振器又はVCXOに伝えられる。

水素、セシウム及びルピジウム周波数標準は原子制御式
発振器であつて、この発振器では通常5MHz又は10MHzの
結晶発振器の周波数が、割当られた出力を極めて長期の
極度な精確安定ベースに保つために専ら使用される物理
パツケージ及び関連電子装置によつて、制御されてい
る。水晶結晶発振器を原子遷移の周波数に適当に従属さ
せることにより、経年その他固有の又は環境的影響に基
づくドリフチングを表わそうする水晶結晶の傾向が著し
く抑えられる。

光ポンピングを使う非原子ビーム型の原子周波数標準の
物理パツケージは通常、マイクロ波空洞共振器、同位体
フイルタ・セル、吸収セル、光線源、光検出器、温度制
御器及びこれらの部品を取囲む少くとも１個の磁気遮蔽
を含んでいる。多年に亘り、この物理パツケージをその
作動特性を変えることなく、その物理的全寸法を減少さ
せるように変えるための大きな努力が、関係者によつて
なされてきた。

ルビジウム蒸気の周波数標準の全体寸法を減少させるた
めに今までに行なわれた開発の１つは、ランプから発射
される超微細成分の１つを取除く働きをする物理光学パ
ツケージ（optical−physics package）のエレメントの
１つ即ちフイルタ・セルを該パツケージから取除くこと
によつて達成された。これはその機能をこれと協力する
吸収セルと組合わせることによつて、簡単に実現された
ものである。このように、フイルタ材料即ち通常は緩衝
ガスを伴う同位体Rb 85が、Rb 87を含む吸収セル内に直
接に入れ込まれた。このように吸収セルは同時的役割を
果した。即ち吸収セルはRb 87に対して分布差を生じさ
せる吸収セルとして作用するだけではなく、更にフイル
タ・セルとしても作用したのである。１つの吸収セル内
に於てこれらの２つの機能を組合わせることによつて、
物理光学パツケージの寸法減少が可能になつたことにな
る。

このようなアプローチの仕方によつて、関係者は重要な
作動特性を失うことなくより小形の物理光学パツケージ
を作ることができたが、寸法を減少させるためのなおそ
の上の方法を見出するために大きな努力がなされつつあ
る。

従つて、この発明の第１の目的は、実質的に小形寸法に
した新規な物理光学パツケージを、光ポンピング型の物
理光学パツケージを使用する原子周波数標準と共に使用
するために提供するにある。

この発明の他の目的は、構造が例外的に簡潔で著しく単
純化され、しかも作動特性の損失を伴わない、特に通信
並びに航行に於て遭遇する環境用の、新規な物理光学パ
ツケージを提供するにある。

この発明のさらに他の目的は、マイクロ波空洞共振器を
規定する手段を備え、空洞共振器の外で生じた磁界から
原子周波数基準として働く超微細遷移を受けているマイ
クロ波空洞共振器内の原子を遮蔽するための物理光学パ
ツケージを提供するにある。

この発明の更に他の目的は、マイクロ波空洞共振器を規
定する手段を備え、原子周波数標準用の空洞共振器内の
均一又は不均一バイアス磁界を磁気的に遮蔽するための
物理光学パツケージを提供するにある。

この発明の更に他の目的は、物理光学パツケージに於
て、不要の外部磁界がマイクロ波空洞共振器の内部を貫
通するのを防止すると共に、均一即ち一様な磁界が使用
される場合にこの磁界が純粋且つその磁界の均一性を妨
げることのある外部干渉を受けることなく保たれるとい
う点に於て特別に有利である手段を提供するにある。

更にこの発明の他の目的は、従来のものと比較して物理
的質量のより小さい物理光学装置を提供するにある。

更にこの発明の重要な目的は、マイクロ波共振器を、物
理光学パツケージの分野に於けるのみならず原子又は分
子ビーム周波数標準用の空洞共振器としても有用なもの
とする面を持つ新規なマイクロ波空洞共振器を提供する
にある。

これらの目的及び利点はその他の目的・利点と共に以下
述べる所により明らかとなろう。

（ハ）発明の概要周波数標準と共に使用する空洞共振器は、いくつかの一
般形状を持つが、通常は円筒形又は長方形とし、例えば
銅、アルミニウムなどの非鉄系導電金属で作る。これら
の共振器は、一般にTE₀₁₁又はTE₁₁₁モードを支えるよう
に計画するが、これはこれら両者モードが従来の吸収セ
ルに対して良好な結合を提供するからである。更に従来
の方法では、このような空洞共振器を取囲み且つこれら
から隔てた磁気遮蔽装置を使用するのがならわしであ
る。これらの装置はしばしば相互に抱き合わせにし、空
洞共振器を含む物理光学パツケージを取巻く複数の同心
又は入れ子形遮蔽を形成させ、各遮蔽エレメントは例え
ばミューメタル（Mumetal）、モリパーマロイなどのよ
うな低磁界に於て高い透磁率を持つ材料で組成する。こ
のような遮蔽構造それ自体は、従来の原子周波数標準の
外面的の相対的寸法及びかさばりに寄与するところはあ
つたが、これらの構造に対しては、遮蔽がその他の部品
と比較して全物理光学パツケージの真に必要な構成物で
あつたので、あまり注意が払われなかつたとされてい
る。傾向としては、原子周波数標準の寸法を小形化即ち
寸法を著しく減少させる方に向いているので、このよう
な主要構造体に対する或る程度の変化変型が寸法減少に
極めて貢献するのであろうということが明らかになつ
た。

空洞共振器の機能的又は組成的性質を変える概念は、回
顧してみれば幾分かはわかりやすいアプローチであるよ
うに見えるかもしれないが、この開発及びその結果から
は、他のアプローチを避けたことがよかつたことを明ら
かにしており、このアプローチは、関連業界の専門家、
特に光ポンピング型の物理パツケージを備えた原子周波
数標準の分野に於ける専門家によつても先見予想されな
かつたし、又示唆暗示されたことがなかつことは明らか
である。

寸法を著しく小さくすることは、マイクロ波空洞共振器
自体に対して高い透磁率材料を使うこと、従つて非磁性
材料から成る従来のマイクロ波空洞共振器を全く取除く
ことよつて、著しい機能的損失を少しも伴なうことなく
容易に達成されることが発見された。空洞共振器自体の
境界内で作用する高透磁率材料を使用することによつ
て、マイクロ波エネルギで共振器内のスペースを励磁す
ることによつて生ずる磁界が、マイクロ波空洞共振器内
に発生する定常又は徐々に変化するバイアス磁界の磁界
と同範囲又はほぼ同範囲になるということが起る。この
バイアス磁界は、均一（一様）であつてもよいし、又は
不均一（一様でない）であつてもよい。原子又は分子核
種の副エネルギ準位間に分離を与えるために、不均一磁
界を生じさせる装置は、原子周波数標準の分野では周知
である。

幾分か広い且つむしろ重要な面からすれば、この発明
は、物理光学パッケージ型の原子周波数標準のみならず
原子又は分子ビーム技術を用いる原子周波数標準にも容
易に適用できる原子周波数標準用の新規な共振器構造で
あつて、所望の有用な原子遷移を生ずるマイクロ波放射
を受け入れるための空洞共振器として動作するだけでな
く、磁気遮蔽特性を備え原子又は分子核種の副エネルギ
準位間に分離を与える均一磁界又は不均一磁界を中に生
じさせる閉じ込め用ハウジングとしても動作する新規な
共振器構造を提供するものである。

この発明は、広く云うならば原子周波数標準用のマイク
ロ波空洞共振器に関するもので、透磁率の高い材料で形
成した空洞共振器と、この共振器内にマイクロ波放射を
注入するための、原子の原子遷移を生じさせることので
きる装置と、この空洞共振器の存在のもとに磁界をかけ
る装置とを備えている。更にこの発明は、原子の原子遷
移を磁界内で生じさせそこから安定した周波数を誘導す
る方法に関するもので、一定の原子容の原子を磁気的に
遮蔽し、原子のエネルギ副準位間に分離が生ずるように
この原子容に限定された磁界を発生させ、この原子容内
にマイクロ波エネルギを注入し前記周波数を発生させる
ように前記原子の遷移を起させることを包含する。

この発明のもう１つの態様によれば、この発明は原子周
波数標準に関するものであつて、光源と、スペクトルの
マイクロ波範囲内で超微細遷移を受けることのできる或
る量の原子を含み光源からの光線を受けるように配置し
た予め定められた容積の吸収セルと、強磁性体又は磁気
的に同等な材料から成り前記原子を含む前記吸収セルの
予め定められた容積と容積に於て一致する又は実質的に
つり合う空洞を持つ一体のマイクロ波空洞共振器と、前
記吸収セルを通つて伝達されると共に通つた光線の伝達
を表示する検出信号を発生する光線を検出する装置と、
前記マイクロ波前記空洞共振器内の吸収セルをこの吸収
セルによる光線の吸収を増加させるために原子の超微細
遷移を起させる電磁波にさらす装置と、前記マイクロ波
空洞共振器内に実質的バイアス磁界を提供するために前
記マイクロ波空洞共振器内に均一又は不均一の磁界を生
じさせる装置と、前記電磁波の周波数を問題の原子の超
微細遷移の周波数に向けるように検出信号に応答して前
記電磁波の周波数を変える制御装置とを備えている。

この発明の更に１つの態様は特に原子周波数標準と共に
使用するための物理光学パツケージの改良ともみられ、
この物理光学パツケージは、光源と、内部でのマイクロ
波放射用空洞共振器と同じ共振空洞内に磁界を規定する
磁気遮蔽とを提供する装置と、これと組合わせ前記共振
空洞を中に置いて収容する外形を持たせて前記バイアス
磁界及び前記マイクロ波電磁界に同時にさらすようにし
た吸収セルとを備えている。

別の見方をすれば、この発明はマイクロ波空洞共振器を
含む原子周波数標準と組合わせた原子遷移を受けること
のできる原子用の物理光学パツケージの改良に関するも
ので、この改良には、前記原子の集団内に原子遷移を開
始させるために前記空洞共振器内にマイクロ波エネルギ
界を提供する装置と、同じ空洞共振器内にバイアス磁界
を提供し前記エネルギ界及びバイアス磁界の両方を調和
させるようにすると共に空洞共振器によつて規定される
ほぼ同一境界内にあるようにした装置とが含まれる。

（ニ）実施例以下この発明を実施例に基づき添付図面を使用して詳細
に説明する。

図面に例示した物理光学パツケージ（10）（以下単にパ
ツケージ（10）とも云う。）は、アルカリ金属の１つ即
ちルビジウムを使用したもので、この場合真空にした後
ルビジウムを充填し通常約2torr（0.27k Pa）の圧力で
適当な緩衝ガスを加えた無電極放電灯［electrodeless
gas discharge lamp］（11）は、無線周波数発振器（2
4）によつて活性化される励振コイル（17）で囲んであ
る。パツケージ（10）のランプハウジング（12）内の無
電極放電灯（11）には、無電極放電灯（11）内に必要な
ルビジウム蒸気圧を発生させるのに要する通常約115℃
の制御自在な温度を供与するサーモスタツト（22）を配
置する。サーモスタツト（22）は、液体ルビジウム金属
の温度を狭い範囲内で一定に保つが、これは無電極放電
灯（11）から発射される光がルビジウムの蒸気圧の変動
に、従つてこの温度に、依存するからである。

無電極放電灯（11）から出る光線は光検出器（16）に到
達するが、その前に無電極放電灯（11）と光検出器（1
6）と間に置いた吸収セル（25）を横切る。吸収セル（2
5）は、適当な蒸気圧を持つ気化したルビジウム、タリ
ウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、水銀又は
水素と、例えば窒素、アルゴン、のような緩衝ガスと或
はこのような緩衝ガスの混合物とを充たした真空円筒形
ガラス球から成る。

パツケージ（10）の前述の特定の実施例に於て注目すべ
きことは、従来のこのような装置にしばしば使われてい
るような個別のフイルタ室は使用せず、その代りとして
米国特許第3,903,481号に記載されている特殊構造を持
つ吸収セル（25）の使用を企図していることである。即
ち、吸収セル（25）は同位体混合物、更に詳細に云うな
らばRb 85及びRb 87の混合物を含むもので、無電極放電
灯（11）も又上記米国特許の教示に従つてRb 85及びRb
87原子の混合物を含む。無電極放電灯（11）内のRb 87
を励振すると、無電極放電灯（11）はRb 87の２つの強
い光線（794.8mmに於てD₁、780.0nmに於てD₂）を含むス
ペクトルを持つ光を発射するが、これらの光線の各々は
２つの主超微細成分を含んでいる。緩衝ガスと共に同位
体Rb 85及びRb 87の混合物を含む吸収セル（25）を横切
る上記光のビームは、D₁及びD₂線に対する超微細成分の
１つの優先吸収を起させる。残りのD₁及びD₂スペクトル
成分は光ポンピング用光線の働きをし、吸収セル（25）
内のRb 87の２つの基底状態超微細レベル間に分布反転
をもたらす。優先的に、下位の超微細状態にある原子だ
けが光ポンピング用光線を吸収し、光励振された高エネ
ルギ状態に高められる。

更にこのような原子は自然放出により基底超微細状態の
１つに戻る。光ポンピング用光を吸収することのできる
原子の数が少なくなるので、吸収セル（25）は透明にな
り易くなる。２つの基底状態超微細レベル間のエネルギ
ギヤツプに相当する6.834…GHzの周波数に共鳴するマイ
クロ波空洞共振器内に、マイクロ波放射（31）を、この
ような放射を発する装置によつて導入すれば、下位の超
微細レベルに於ける原子の分布増が生ずる。このことは
光吸収の増加となる。云うまでもなく、この下位状態に
到達した原子は、光ポンピングを受けてより高いエネル
ギ状態に揚げられる。原子が上位基底超微細レベルから
下位基底状態超微細レベルに落ちるにつれ、光がRb 87
によつて積極的に吸収されつつあるので、対応する少量
の光が光検出器（16）に達する。光検出器（16）に達す
る光が少なければ検出器（16）によつて生ずる光電流も
これに対応して減少する。マイクロ波周波数が極めて鋭
く規定されたルビジウム周波数に等しければ、この光の
減少は、VCXO（27）をその制御電圧によつて10MHzの周
波数に保つように操縦するのに使われる振幅及び位相情
報を持つ誤差信号に電子的に変換される。このことが起
ると、VCXO（27）の周波数は安定した原子遷移周波数に
ロツクされる。このように、上記のような機構を使うこ
とによつて、VCXO（27）は、マイクロ波の周波数がルビ
ジウム遷移の周波数に精確に等しい場合には精確に10MH
zになる。

注目すべきことは、光検出器（16）及び吸収セル（25）
をマイクロ波空洞共振器（35）内に完全に囲んだ点であ
つて、このマイクロ波空洞共振器（35）は円筒形とし、
光を透過させる誘電体窓（30）を持つ円筒形の本体（1
4）及びこの本体（14）と一体に連結しこれによつて共
振器を完全に密閉するふた（15）を持つようにする。こ
の発明によれば、マイクロ波空洞共振器（35）は低い磁
界で高い透磁率を持つ物質で作るのが最も有利であるこ
とが判明した。マイクロ波空洞共振器（35）は外気に対
し閉じてあるので、加熱リング（18）に接続すればサー
モスタット（22）によつて例えば75℃の一定温度を保持
するように有利に制御することが判ろう。マイクロ波空
洞共振器（35）の材料として、約17ないし20％の鉄、約
５％の銅、低い％のマンガン又はクロームを含むニツケ
ル鋼合金を含むものを使うことができる。しかし一般に
は、等価の透磁性を発揮する例えば多くの高透磁率の金
属又は合金のような強磁性体又は合成物はそのどの１つ
でも、このような透磁率が例えばコバルト又はクローム
のような追加成分を持つか又は持たない純鉄の透磁率よ
りも著しく大きくないとしても少なくともこれと等しい
限り、マイクロ波空洞共振器（35）として使用すること
ができる。このような材料は周知のように、使用共振周
波数の精密な所望の制御が行なえるように、干渉を起し
かねない地球の磁界及びその他のあらゆる磁界からの有
効な遮蔽を提供する。一般に、マイクロ波空洞共振器
（35）は、銀メツキをするか又は始めに銅メツキをした
後銀メツキをする。

巻線（19）に供給される電流は、Ｃ磁界（C field）と
して知られている磁界を、マイクロ波空洞共振器（35）
内に設定する。マイクロ波空洞共振器の内壁のまわり、
したがつて吸収セル（25）のまわりにいくつかのＣ磁界
設定用の巻線（19）が設けられる。マイクロ波空洞共振
器（35）の内側に配置した巻線（19）に、制御器（23）
により供給される電力によつて、所定の強さの磁界が生
ずる。一般にこの強さは広範囲に亘つて変えることがで
きるが、通常は約０ないし１ガウスの間とする。任意の
数の巻線セクシヨンを使用することができるが、（19
a）（19b）で示すように２つの個々に生かせることので
きるセクシヨンが使用に有利である。巻線（19）の機能
の１つは、マイクロ波空洞共振器（35）内従つて吸収セ
ル（25）内に、使用中バイアス磁界を作ることである。
巻線セクション（19a）（19b）は吸収セル（25）の外側
の回りに巻き、吸収セル（25）とマイクロ波空洞共振器
（35）との間の隔離スペース（32）は、室温硬化シリコ
ンゴム化合物、オルガノシロキサンポリマ及びその類似
物を含むポリメリツク・シリコン・エラストマのような
非磁性ポリマ材料で容易に満たすことができる。巻線
（19）は通常絶縁銅線から成る単一の巻層から成る。巻
線（19）は、吸収セル（25）を磁気的にバイアスしこれ
によつて蒸気原子の各超微細状態のゼーマンレベルを分
離するために、約１ガウスを越えない予め定めた不均一
磁界をこの実施例に於て創成するように適当な位置に置
く。導線（33）によつてステツプリカバリーダイオード
（20）に結合した貫通コンデンサ（13）から成るマイク
ロ波入力装置をふた（15）の壁を通して接続する。この
ような入力装置により、マイクロ波エネルギをマイクロ
波空洞共振器（35）の内部に送り、これにマイクロ波結
合をする。

Ｃ磁界を除いて、上述のような有利な方法で超微細遷移
を受けることのできる原子に不利な効果をもたらすであ
ろう低周波数磁界を含む外部的に生じた磁界を除外する
除外装置が、マイクロ波空洞共振器を貫くことが許され
るならば、本発明の主題装置は、この除外装置を、マイ
クロ波空洞共振器内に設ける。この発明の教示する所に
よれば、従来のマイクロ波空洞共振器、特に物理光学パ
ツケージに使われている共振器に対して、マイクロ波空
洞共振器自体に囲い内に且つこの囲いと寸法を同じくし
てＣ磁界を提供し且つ保持するための装置を供与するこ
とにより、著しい進歩がもたらされる。従来のこのよう
なパツケージに於ては、標準マイクロ波空洞共振器の外
側ではあるがパツケージの磁気遮蔽構造物の内側に位置
する電流の流れつつある部品（例えば発熱体）が、吸収
セルの作動に干渉を生じ且つより詳しくは室内の超微細
遷移を受け得る原子を妨げているらしいと云われてい
る。このような部品によつて生ずるこのような干渉又は
疑似磁界の不利な効果は、この発明によつて吸収セル及
びその中の閉じ込められた原子がこのような効果から完
全に分離されることによつて、完全に除かれる。或る実
施例に於て、このことは均一又は一様な磁界のこのよう
な共振器内に於ける発生に関して極めて有利であること
が判明しているが、それは一度このような均一な磁界が
発生するとこの磁界はその純粋な形に容易に保つことが
でき、均一成を破壊し勝ちな外部干渉を受けることはな
いからである。

前述のように、マイクロ波空洞共振器（35）は、吸収セ
ル（25）内の原子蒸気の原子共振周波数に、即ちルビジ
ウムの場合には周波数6.834…GHzに、マイクロ波エネル
ギで励振する。実用上は、この信号は、10MHz VCXO（2
7）から周波数合成器兼変調器（21）によつて引出す。
マイクロ波空洞共振器（35）に加えられるマイクロ波エ
ネルギは、通常約150ヘルツというような低い変調周波
数で、周波数変調を受ける。通常約60MHzプラス5.3125M
Hzの追加信号である周波数合成器兼変調器（21）の出力
は、貫通コンデンサ（13）、ステツプリカバリーダイオ
ード（20）、及び導線（33）の長さを含むマイクロ波発
生装置に加える。周知のように、ステツプリカバリーダ
イオード（20）は、入力信号の多数の調波を含む出力信
号を発生する調波発生器兼混合器として働くが、入力60
MHzの周波数の第114調波は6.84GHzである。更に、ステ
ツプリカバリーダイオード（20）は好適実施例によるRb
87の周波数である6834.6875MHz（6840.000MHz−5.3125
MHz）の周波数でマイクロ波エネルギを発する混合器と
して仂く。前述のように、この周波数に於ける電磁エネ
ルギの注入はルビジウム吸収セル（25）と相互作用を
し、光ポンピング処理の検出可能な部分的反転をもたら
す。

次のような計画によつてVCXO（27）を制御するために、
誤差信号を発生させる。光検出器（16）からの交流信号
は、ステーション（26）に位置する増幅器に結ばれ、増
幅された信号は位置（26）にある同期復調器に加えら
れ、又この復調器も変調用発振器（29）から信号を受け
る。この方法によつてマイクロ波空洞共振器（35）に加
えられた信号の搬送周波数の超微細遷移の周波数6.834
…GHzに適当に集中されているかどうかを決定する。ど
のような偏移又は変位であつても、ステーション（26）
にある復調器の出力に於ける誤差信号をもたらす結果と
なる。この信号は、合成マイクロ波信号の周波数をルビ
ジウムの超微細遷移の周波数に集中された6.834…GHzに
保つように変形することのできるVCXO（27）を制御する
のに使用する。

以上この発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、こ
の実施例はこの発明の精神を逸脱することなく種々の変
化変型を行ない得ることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

添付図面はこの発明によるパツケージをその付属電気部
品と共に示す概略切断側面図である。 10……物理光学パツケージ（optical−physics packag
e）、11……無電極放電灯、12……ランプハウジング、1
3……貫通コンデンサ、14……35の本体、15……14のふ
た、16……光検出器、17……励振コイル、18……加熱リ
ング、19……巻線、20……ステツプリカバリーダイオー
ド、21……周波数合成器兼変調器、22……サーモスタツ
ト、23……制御器、24……無線周波数発振器、25……吸
収セル、26……位置（増幅器、同期復調器）、27……VC
XO、29……変調用発振器、30……窓、31……放射、32…
…隔離スペース、間隙、33……導線、35……マイクロ波
空洞共振器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）鉄の透磁率に少なくとも等しい透磁
率を持つ、透磁率の高い材料で形成した空洞共振器と、
（ロ）この空洞共振器内にマイクロ波放射を注入するた
めに設けられ、原子の原子遷移を生じさせることのでき
るマイクロ波放射注入装置と、（ハ）前記空洞共振器の
存在のもとに磁界をかける装置とを備えた、原子周波数
標準用マイクロ波空洞共振器。
【請求項２】前記磁界をかける装置が、均一磁界をかけ
る装置から成る、特許請求の範囲第（１）項記載のマイ
クロ波空洞共振器。
【請求項３】前記空洞共振器が、スペクトルのマイクロ
波範囲内で超微細遷移を受けることのできる原子の供給
源を内部に含み、前記マイクロ波放射注入装置が、超微
細遷移を引き起すようにした、特許請求の範囲第（１）
項記載の原子周波数標準用マイクロ波空洞共振器。
【請求項４】プランク定数をｈとした場合、式Ｅ＝hfに
よつて所定周波数ｆに関係させられるエネルギＥを、前
記マイクロ波放射注入装置が前記所定周波数で注入し、
前記所定周波数のマイクロ波放射によつて原子の原子遷
移を生じさせ、前記空洞共振器の存在のもとに磁界をか
ける装置が、前記原子のエネルギ副準位間に分離を生じ
させるようにした、特許請求の範囲第（１）項記載の原
子周波数標準用マイクロ波空洞共振器。
【請求項５】（イ）光源と、（ロ）超微細遷移を受けて
いる原子を外部に生ずる磁界から遮蔽するために共振空
洞と磁気遮蔽とを実質的に同一の広がりを持つように形
成する装置と、（ハ）この共振空洞に適応する輪郭を持
ち、前記光源からの光線と前記共振空洞内に生ずるバイ
アス磁界とに同時にさらすために前記共振空洞内に位置
させた吸収セルとを備えた、原子周波数標準と共に使用
する小形寸法にした物理光学パッケージ。
【請求項６】前記空洞共振器を鉄を含む合金で形成し
た、特許請求の範囲第（５）項記載の物理光学パッケー
ジ。
【請求項７】前記鉄を含む合金を、ニッケル鋼合金とし
た、特許請求の範囲第（６）項記載の物理光学パッケー
ジ。
【請求項８】前記空洞共振器を、TE₁₁₁モードを支える
ように設計した、特許請求の範囲第（５）項記載の物理
光学パッケージ。
【請求項９】前記空洞共振器内の磁界を均一磁界とし
た、特許請求の範囲第（５）項記載の物理光学パッケー
ジ。
【請求項１０】前記吸収セルに、タリウム、ルビジウ
ム、水素、セシウム、マグネシウム、カルシウム及び水
銀をいれた、特許請求の範囲第（５）項記載の物理光学
パッケージ。
【請求項１１】前記吸収セルに、原子の同位体混合物を
いれた、特許請求の範囲第（５）項記載の物理光学パッ
ケージ。
【請求項１２】前記同位体混合物が、Rb 85及びRb 87を
包含する、特許請求の範囲第（11）項記載の物理光学パ
ッケージ。
【請求項１３】原子の原子遷移を磁界内に生じさせて、
安定した周波数を引き起すようにする安定周波数発生方
法において、（イ）一定の原子容を磁気的に遮蔽し、か
つこの磁気的遮蔽と同一の広がりを持つように前記原子
容のための共振空洞を形成することと、（ロ）前記原子
のエネルギ副準位間に分離が生ずるように、前記原子容
と同じ原子容に閉じ込められた磁界を発生させること
と、（ハ）マイクロ波エネルギを前記原子容内に注入し
て、前記原子の遷移を引き起して前記安定した周波数を
生じさせること、とを包含する安定周波数発生方法。
【請求項１４】発生する磁界が均一磁界である、特許請
求の範囲第（13）項記載の安定周波数発生方法。