JPH11512876A - 小型原子周波数標準 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 小型原子周波数標準（１）は、ＴＥ210マイクロ波空洞（１５，７７）を横断して延びるチューブ状蒸気セル（７，７５）を利用している。本発明の一つの実施例では、チューブ状蒸気セル（７）は、該蒸気セル（７）の、マイクロ波空洞（１５）の外側を延びる端（４３，４９）に固定された電子ヒータ（５７）により直接に加熱される。蒸気セル（７）は、マイクロ波空洞の内側においてマイクロ波空洞と磁気遮蔽（１９）との間に配される断熱材（５９，６１）により絶縁されている。本発明の別の態様では、マイクロ波空洞（７７）全体が加熱され、空洞の内側における断熱が不要であり、小型化可能である。但し、マイクロ波空洞（７７）と磁気遮蔽（８５）との間に追加断熱材（８７）が設けられる。好ましくは、磁気遮蔽（８５）の丁度内側で断熱材（８７）にＣ界磁コイル（８９）が巻かれて、伝導による熱損失が低下する。磁気遮蔽（１９，８５）の外側にあるレーザダイオード（２７）は、集束レンズなしに、光ファイバ（３５）を介して蒸気セル（７，７５）に光を伝達する。一体レンズ（５３）を有したフォトダイオード（５１）が検出器（４７）として用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 小型原子周波数標準 発明の背景 発明の分野 本発明は、加熱要件が緩和されると共に光源を外側に設けた小型の原子周波数 標準に関する。背景情報 公知のタイプの原子周波数標準は、マイクロ波発振器を、セシウムやルビジウ ムなどの蒸気のハイパーファイン波長に同調させる。蒸気を通過した光ビームは 、原子を基底状態からより高い状態へ励起する。原子は、この励起状態から、基 底状態よりも上の、ハイパーファイン波長にある中間状態へ落下する。蒸気原子 をより高い状態へ励起する際における光の吸収は光検出器により検知される。基 底状態が欠乏したとき、検出器を通過する光が増大する。しかしながら、ハイパ ーファイン波長に同調させたマイクロ波信号を用いると、基底状態が再度増加し て、蒸気原子の励起に際して光が連続的に吸収される。この様に、高い状態への 蒸気原子の励起が行われる厳正波長（光学的共振波長）において、光の波長に対 する検出器の応答性にはディップが生じる。また、光吸収を最大にして光検出器 信号を最小にするには、マイクロ波周波数を正確なハイパーファイン周波数（マ イクロ波原子遷移周波数）にする必要がある。マイクロ波発振器は、マイクロ波 原子遷移周波数に比例する正確な周波数を有した時間標準信号を出力する。 典型的には、蒸気は、細長いチューブまたはセル内に封入され、このチューブ またはセルを通って光が長手方向に伝達される。蒸気を封入したチューブまたは セルはマイクロ波共振器を貫通して延び、このマイクロ波共振器はマイクロ波信 号を蒸気に結合する。従来、光源は、セルまたはチューブ内に封入されるものと 同一の蒸気を封入したガス放電ランプである。そして、レンズを用いて、チュー ブまたはセルへ導入される光ビームを集束させている。チューブまたはセルの他 端の追加レンズは、蒸気を通過した光を光検出器に集束させる。典型的には、こ の装置は磁気遮蔽により包囲されている。また、縮退したハイパーファイン周波 数を分離するため、通常はＣ界磁巻線が設けられる。更に、遷移波長を安定化す ると共に十分な蒸気圧を与えるために熱が加えられる。磁気遮蔽の外側にあって は熱源が発生する磁界が蒸気遷移周波数に影響を及ぼさず、典型的には、磁気遮 蔽の外側に電子加熱器が設けられる。 この様な原子周波数標準は嵩高でかつ高価である。米国特許第５，１９２，９ ２１号に開示された小型原子周波数標準は、蒸気としてセシウムを用いたときに 例えば１２立方センチメートル以下というようにその寸法が非常に低減されてい る。マイクロ波空洞（空洞共振器）の寸法は波長に関連しかつセシウムの波長は ルビジウムのものよりも相当に短いので、ルビジウムよりもセシウムが好ましい 。上記の特許は、所要寸法を更に低減させる低損失誘電体を充填したＴＥ10空洞 を使用することを示唆している。マイクロ波空洞の代替として、この特許は、低 速波螺旋励振器を示唆している。 また、特許第５，１９２，９２１号は、光源として従来の放電共振ランプに代 えてダイオードレーザを使用することを教示している。その様なダイオードレー ザは、所要周波数において安定化しなければならない。米国特許第５，４４２， ３２６号は、レーザダイオードの波長を制御するための構成を開示している。 最適な小型原子周波数標準の開発に際しては、その他のファクタを考慮する必 要がある。重要なファクタは、装置の運転電力である。蒸気温度の安定化に必要 な加熱器は電力を相当に消費する。従って、小型原子周波数標準の設計にあたっ ては蒸気温度を維持するための電力要件を低減する必要がある。また、光を蒸気 に集束させ光検出器用の光を集めるために必要な光学系の寸法を低減させるべき という別の要請がある。また、加熱器および光源に引き込まれる電流が発生する 磁界の影響を最小化する必要もある。 発明の概要 上述の要請およびその他の要請は、小型原子周波数標準に関連する本発明によ り満たされる。本発明の一つの態様によれば、蒸気の加熱をより効率化するため 、磁気遮蔽の内側に加熱手段が設けられる。一つの実施例では、加熱手段は、蒸 気セルを直接に加熱する。好ましくは、セルは、マイクロ波空洞を横断して延び るチューブ状部材の形式にされる。蒸気を封入したチャンバはマイクロ波空洞部 内に設けられる。チューブ状部材は空洞から外方へ延び、チューブ状部材の端は 、延長部に設けられた電子加熱器を備える。アッセンブリ全体は磁気遮蔽により 包 囲される。熱損失、ひいては、安定な蒸気温度を維持するのに必要な電力を低減 するべく、磁気遮蔽は、排気可能または断熱材を充填可能にされる。また、チュ ーブ状部材が貫通して延びる空洞に設けられる開口を拡大することにより、熱損 失を低減可能である。但し、空洞開口の拡大が空洞のマイクロ波共振に与える悪 影響とのバランスをとる必要がある。 或いは、電子加熱手段は、蒸気セル自体にではなく、マイクロ波空洞に対して 適用される。ここでも電子加熱手段は磁気遮蔽の内側にある。いずれの場合にも 、マイクロ波信号が同調されておらず、従って、加熱器内の電流が発生する磁界 がマイクロ波信号を不安定にしないとき、これらの電子加熱器は間隔をおいて付 勢されるに過ぎない。別の特徴は、蒸気セルに対して熱を直接に与えまたはマイ クロ波空洞に対して熱を与える場合の熱損失を低減させるものであり、マイクロ 波空洞から磁気遮蔽の内壁へＣ界磁コイルを外方へ移転させている。便宜には、 このコイル移転は、マイクロ波空洞を包囲する断熱材にＣ界磁巻線を配置するこ とにより実施可能である。 本発明の別の態様によれば、レーザダイオード光源は、マイクロ波信号に対し て光源の影響が及ぶことのない磁気遮蔽の外側に配置される。光ビームは、光フ ァイバによりチューブ状蒸気セルの一端に導入される。光ファイバの選択では、 集束レンズを必要とすることなしに蒸気チャンバを実質的に満たす発散角度を有 するような光ファイバが選択される。更に、光検出器は、チューブ状部材の他端 の内側に嵌合する小型のフォトダイオードの形式をとる。この小型のフォトダイ オードは、蒸気を通過した光を光検出器の光感応要素に集束させる一体レンズを 有している。 これらの特徴の結果、実際的でコンパクトかつ安定な物理学的パッケージが提 供され、該パッケージはその容積が１０立方センチメートル程度であると共に加 熱電力要件がワット当たり約１００メートルに過ぎない。 図面の簡単な説明 添付図面と共に下記の好適実施例の説明を読むことにより本発明を十分に理解 可能である。 図１は、本発明の第１実施例による原子周波数標準の長手方向断面図である。 図２は、図１に示した原子周波数標準の２−２線に沿う断面図である。 図３は、本発明の原子周波数標準の一部分を形成するレーザアッセンブリの長 手方向断面図である。 図４は、本発明の第２実施例の長手方向断面図である。 図５は、図３に示した原子周波数標準の４−４線に沿う断面図である。 好適態様の説明 本発明は、本明細書で引用することにする特許第５，１９２，９２１号に記載 されたタイプの小型原子周波数標準に関する。この特許には、非常にコンパクト な原子周波数標準を作る原理およびその様な周波数標準の実施例が記載されてい る。本発明は、その様な小型の原子周波数標準の好適実施例に関し、特に、この 様な小型周波数標準の物理学的パッケージ（非電子的）部分に関する。 図１及び図２は、本発明による原子周波数標準１の第１実施例を示す。この原 子周波数標準１は、物理学的パッケージ３と電子的パッケージ５とを含む。物理 学的パッケージの心臓部は蒸気セルである。特許第５，１９２，９２１号で検討 されているように、蒸気としてセシウムまたはルビジウムを使用可能であり、ま た、セシウムのマイクロ波原子遷移周波数がルビジウムのものよりも短くて物理 学的パッケージをより小型化可能なことからセシウムの使用が好ましい。蒸気セ ルは、コーニング７７４またはコーニング７０７０等のホウケイ酸塩などから構 成されるチューブ状部材７により形成され、好ましくは、約６ミリメートルの直 径を有している。チューブ状部材７内で互いに離隔した一対のガラス窓９は、セ シウム蒸気１３用のチャンバ１１を形成している。チューブ状部材７は、マイク ロ波空洞（空洞共振器）１５を貫通して側方に延び、マイクロ波空洞１５は、そ の外側へ延びる延長部１７を有している。好ましくは、マイクロ波空洞１５はＴ Ｅ210であり、このＴＥ210は、チューブ状部材７の長さに直交する平面にある分 割線１５ａを有する２つの半部で構成可能である。 マイクロ波空洞１５は磁気遮蔽１９により包囲されており、磁気遮蔽１９は空 間２１を形成し、この空間の内部を、チューブ状部材１７の延長部が延びている 。光源２３は、磁気遮蔽１９の外部にあるレーザダイオードアッセンブリ２５を 含んでいる。図３に示すように、レーザダイオードアッセンブリ２５は、円筒状 の 断熱支持体２９内に装着されたレーザダイオード２７を含む。熱電子冷却・加熱 器３１はレーザダイオードに固定され、レーザダイオードの適正な作動温度を維 持するようにしている。熱電子冷却・加熱器３１は、円筒状支持体２９にボルト 止めされたヒートシンク３３を有している。レーザダイオードが発生した光は、 光ファイバ３５により蒸気セル７に送られる。レーザダイオード２７が必要以上 の光を発生すると、濃度ガラスフィルタ３７は、光ファイバ３５へ導入される光 を減衰させる。これらのフィルタ３７はクランプ３９及びスペーサ４１により支 持体２９内に固定される。 光ファイバ３５は、フェルール４５により、延長部１７においてチューブ状部 材７の第１端４３に固定されている。光ファイバ３５により伝達される光は、蒸 気１３を通過して、チューブ状部材７の第２端において延長部１７に挿入されて いる光検出器４７に衝突する。好ましくは、光検出器４７は、蒸気セル１１から 現れる光をフォトダイオード５１の光感応要素５５に集束させる一体レンズ５３ を有するフォトダイオード５１である。光ファイバ３５は、集束レンズなしにレ ンズ５３を満たす発散角度を有するように選択される。 上述のように、原子周波数標準の作動安定化のため、チャンバ１１内に十分な 蒸気圧を維持するべくセシウムを加熱しなければならない。図１及び図２に示す 本発明の実施例によれば、蒸気チャンバ１１は、好ましくは、チューブ状部材７ の延長部１７の電子加熱テープ５７により、直接に加熱される。これにより、窓 ９への蒸気の凝縮を確実に防止できるという利点を有する窓９に対して加熱器を 隣接可能になる。この構成によって、蒸気セルに熱が直接に与えられ、従って、 加熱に要する電力が最小になる。しかしながら、マイクロ波空洞１５は、蒸気セ ルから熱を伝導により奪う良熱伝導体である。従って、マイクロ波空洞１５の内 側においてチューブ状部材７に断熱材５９が設けられる。空洞共振器１５と磁気 遮蔽１９との間の空間２１には、追加断熱材６１が設けられる。高誘電率の誘電 体６３が空洞共振器１５の外側部分に設けられ、周知のように、空洞共振器の物 理的寸法が低減される。断熱材を設けた場合にも、空洞共振器１５を介する蒸気 セルからの熱損失は相当なものになる。この熱損失は、チューブ状部材７が貫通 して延びる空洞共振器１５の壁に設けられる開口６５を拡大することによって低 減可能である。しかしながら、これらの開口６５は空洞共振器のマイクロ波性能 を阻害するので、開口６５の寸法には限度がある。開口は、結合度を低減させ、 空洞共振器に対してマイクロ波を出入り自由にする。Ｃ界磁巻線６７が空洞共振 器１５に設けられ、周知のように、ハイパーファイン波長を安定化させる。製造 に際して、断熱材５９及び誘電体６３をチューブ状部材７のまわりに成形可能で あり、次いで、この成形パッケージの外面にフィルムとして空洞共振器１５を配 設可能である。 電子パッケージ５は、物理学的パッケージ３に電力を付与し同パッケージを制 御する。電子パッケージは、セシウムのマイクロ波原子遷移周波数にロックされ たマイクロ波発振器を含む。このマイクロ波発振器は、セシウムについては約９ ．２ＧＨｚであるハイパーファイン周波数に比例するような原子周波数標準出力 周波数を発生する。マイクロ波信号は、同軸ケーブル６９により物理学的パッケ ージ３に与えられ、磁気空洞１５内へ挿入されるようになっている。また、電子 パッケージ５は、蒸気セルを通過する光に比例する信号に応動する回路を含んで いる。この信号は、光検出器５１により発生され電子パッケージに伝送される。 電子パッケージ５は、レーザダイオード２７、Ｃ界磁コイル６７及び熱電子冷却 ・加熱器３１を制御する回路を含んでいる。加熱コイル５７が引き込む電流が、 セシウム蒸気に結合されるマイクロ波信号に影響を及ぼし得る磁界を発生する間 、マイクロ波信号が電子パッケージの制御回路により同調されていないとき、加 熱器は、時間間隔をおいて作動するに過ぎない。典型的には、時間で約３分の１ である。加熱器が３分の１の時間だけ作動するようになっているので、加熱器は 、マイクロ波信号が正確に同調される前の、始動中には連続的に作動可能であり 、追加電流を消費することなしに或いは補助ヒータを要することなしに、蒸気セ ル７を迅速に作動温度まで移行させる。 マイクロ波空洞１５と磁気遮蔽１９との間の空間２１を断熱材６１で充填する 代わりに、断熱性向上のためにこの空間を排気可能である。また、断熱性向上の ため、マイクロ波空洞１５内の断熱材６１に代えて、排気を行うようにしても良 い。この場合、磁気遮蔽１９内にマイクロ波空洞及び蒸気セルを支持するために 、断熱支持体が必要になるであろう。 本発明の第２実施例を図４及び図５に示す。この実施例では、マイクロ波空洞 が加熱される。蒸気セルを直接に加熱するのではなくて、マイクロ波空洞内で蒸 気セルを加熱する。そこで、物理学的パッケージ７３は、マイクロ波空洞７７の 内側に装着されたチューブ状の蒸気セル７５を含んでいる。熱伝達フィルム形式 の加熱器７９は、マイクロ波空洞の外側に設けられる。この場合、加熱されたマ イクロ波空洞とチューブ状の蒸気セル７５との間の熱伝達を増大させるため、マ イクロ波空洞の内側の断熱材は除去される。よって、マイクロ波空洞７７は、図 １及び図２の実施例の場合よりも小さくなる。しかしながら、マイクロ波性能の 向上のため、マイクロ波空洞には誘電体８１が依然として充填されている。ここ でもマイクロ波空洞と磁気遮蔽８５との間の空間８３には断熱材８７が充填され ている。断熱材の厚さは、磁気遮蔽８５の外側寸法が、図１及び図２の実施例の ものと略同一になるようなものになっている。第１実施例の場合と同様、空間８ ３に断熱材８７を充填する代わりに同空間を排気可能である。この場合、マイク ロ波空洞７７のための断熱性支持体が必要になるであろう。本実施例では、Ｃ界 磁コイル８９は断熱材８７の外側に巻回され、これにより、磁気遮蔽８５の丁度 内側にこれを配置するようにしている。これにより、Ｃ界磁コイルを介する伝導 による熱損失が低減する。 図４及び図５に示す本発明の実施例では、磁気遮蔽８５の外側にあるレーザダ イオードアッセンブリ２５を光源として利用している。光源のレーザダイオード からの光は、光ファイバ３５を介して伝達される。チューブ状蒸気セル７５には 延長部はなく、光ファイバ３５は、マイクロ波空洞７７の壁に設けた孔の内部に 固定されたプラグにより、蒸気セルの端に保持されるようになっている。同様に 、光検出器４７は、マイクロ波空洞７７の反対側の壁に設けられた開口の内部に 直接に固定されている。 上記では、本発明の特定の実施例を詳細に記載したが、本願明細書の全体的な 教示に照らして、上記の詳細に対して種々の変形、代替が可能であることは本分 野のものには明らかである。従って、上記に開示の特定の構成例は単なる例示で あって、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の請求の 範囲全体およびその均等物全てにわたるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年７月２４日 【補正内容】請求の範囲 １．マイクロ波空洞（１５，７７）と、 前記マイクロ波空洞（１５，７７）を横断して延びると共に、光学的共振波長 およびマイクロ波原子遷移周波数を含む所定の原子遷移周波数／波長を有する蒸 気（１３）を封入したチャンバ（１１）を前記マイクロ波空洞（１５，７７）内 に有したチューブ状部材（７，７５）と、 前記マイクロ波空洞（１５，７７）と前記チューブ状部材（７，７５）とを包 囲する磁気遮蔽手段（１９，８５）と、 前記光学的共振周波数の光のビームを前記チャンバ（１１）内の前記蒸気（１ ３）へ導入する光ビーム発生手段（２５）と、 前記蒸気（１３）を通った後に前記チューブ状部材（７，７５）の第２端に現 れる前記光ビームに応じて、検出器信号を発生させる光検出器手段（４７）と、 前記検出器信号に応じて前記光ビームを前記光学的共振波長へ制御すると共に 、前記マイクロ波原子遷移周波数にロックされたマイクロ波信号を前記マイクロ 波空洞（１５，７７）に印加し、前記マイクロ波原子遷移周波数に比例する周波 数の周波数標準信号を発生させる制御手段（５）とを備え、 前記光ビーム発生手段（２５）は、前記磁気遮蔽（８５）の外部にあり前記光 学的共振周波数の前記光ビームを発生するレーザダイオードユニット（２７）と 、前記磁気遮蔽手段（８５）とマイクロ波空洞（７７）とを通って、前記レーザ ダイオードユニット（２７）から前記チューブ状部材（７５）の第１端へ延びる 光ファイバ（３５）とを備えることを特徴とし、 前記光検出手段（４７）は、前記チューブ状部材（７５）の前記第２端に隣接 して位置づけられたフォトダイオードユニット（５１）を備え、前記ダイオード ユニット（５１）は光感応要素（５５）と前記蒸気（１３）を通った光を前記光 感応要素（５５）に集束させる一体レンズ（５３）とを備えることを特徴とする 、小型原子周波数（１）標準。 ２．前記フォトダイオードユニット（５１）は、前記チューブ状部材（７，７ ５）の前記第２端に隣接した前記マイクロ波空洞（１５，７７）により支持され ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ３．前記光ファイバ（３５）は、前記フォトダイオードユニット（５１）に少 なくとも隣接した前記チャンバを満たす発散角度で、前記光ビームを前記チャン バ（１１）内へ直接に導入するように選択された直径を有するファイバであるこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ４．前記光ファイバ（３５）は、集束レンズなしに前記チャンバ（１１）を実 質的に満たす発散角度を有するファイバであることを特徴とする請求の範囲第３ 項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ５．前記光ファイバ（３５）は、前記チューブ状部材（７，７５）の前記第１ 端に隣接した前記マイクロ波空洞（１５，７７）により支持されることを特徴と する請求の範囲第３項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ６．前記磁気遮蔽手段（１９，８５）の内側に配置され前記蒸気（１３）を加 熱する加熱手段（５７，７９）を追加的に含むことを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ７．前記加熱手段（５７）は、前記チューブ状部材（７）の外方端に配置され ることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ８．前記加熱手段（７９）は、前記マイクロ波空洞（７７）の外面に配置され ることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ９．前記制御手段（５）は、前記検出器信号に応じて、特定期間において前記 マイクロ波信号を調節すると共に、前記特定期間以外のときにのみ前記電子加熱 手段（５７，７９）を付勢する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の小型原子周波数標準（１）。 １０．前記磁気遮蔽手段（１９，８５）は、前記マイクロ波空洞（１５，７７ ）から離隔され、排気される空間（８３）を形成することを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １１．前記磁気遮蔽手段（１９，８５）は、前記マイクロ波空洞（１５，７７ ）から離隔され、断熱材（６１，８７）が充填される空間（２１，８３）を形成 することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １２．前記磁気遮蔽手段（１９）の内側で前記マイクロ波空洞（１５）に配置 されたＣ界磁巻線（６７）を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 原子周波数標準。 １３．前記磁気遮蔽手段（８５）の内側に配され前記マイクロ波空洞（７７） から離隔されたＣ界磁巻線（８９）を備えることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の原子周波数標準。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャントリー，ピーター ジェイ アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 15235，ピッツバーグ，チャーチル ロー ド 323 【要約の続き】 （５１）が検出器（４７）として用いられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マイクロ波空洞（１５，７７）と、 前記マイクロ波空洞（１５，７７）を横断して延びると共に、光学的共振波長 およびマイクロ波原子遷移周波数を含む所定の原子遷移周波数／波長を有する蒸 気（１３）を封入したチャンバ（１１）を前記マイクロ波空洞（１５，７７）内 に有したチューブ状部材（７，７５）と、 前記マイクロ波空洞（１５，７７）と前記チューブ状部材（７，７５）とを包 囲する磁気遮蔽手段（１９，８５）と、 前記磁気遮蔽手段の内側にあり、前記蒸気を加熱する加熱手段（５７）と、 前記チューブ状部材（７）の第１端（４３）を介して前記チャンバ（１１）内 の前記蒸気（１３）内に、前記光学的共振周波数の光のビームを導入する光ビー ム発生手段（２５）と、 前記チャンバ（１１）内の前記蒸気（１３）を通って前記光ビーム発生手段（ ２５）から前記チューブ状部材（７）の第２端（４９）へ向かう光に応じて検出 器信号を発生させる光検出器手段（４７）と、 前記検出器信号に応じて前記光ビームを前記光学的共振波長へ制御すると共に 、マイクロ波原子遷移周波数にロックされたマイクロ波信号を前記マイクロ波空 洞（１５，７７）に印加し、前記マイクロ波原子遷移周波数に比例する周波数の 周波数標準信号を発生させる制御手段（５）と を備えることを特徴とする、小型原子周波数標準（１）。 ２．前記加熱手段（５７，７９）は、前記チューブ状部材（７）を直接に加熱 する手段（５７）を備えて、前記チャンバ（１１）に熱を伝達させて前記蒸気（ １３）を加熱することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の小型原子周波数 標準（１）。 ３．前記チューブ状部材の前記第１及び第２端（４３，４９）は、前記磁気遮 蔽（１９）内において前記マイクロ波空洞（１５）を越えて側方に延び、 前記加熱手段（５７）は、前記マイクロ波空洞の外側で、前記チューブ状部材 の前記第１及び第２端の少なくとも一方に適用される電子加熱器を備える ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ４．前記磁気遮蔽（１９）は前記マイクロ波空洞から離隔されて空間（２１） を形成し、 前記チューブ状部材の前記第１及び第２端は前記空間内を延び、 前記空間（２１）は排気されて熱的障壁を形成する ことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ５．前記マイクロ波空洞（１５）は誘電体（６３）を含むことを特徴とする請 求の範囲第４項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ６．前記マイクロ波空洞（１５，７７）は、前記チューブ状部材（７）のまわ りに断熱材（５９）を少なくとも部分的に含み、前記磁気遮蔽（１９、８５）は 、前記マイクロ波空洞（１５，７７）から離隔されて、前記チューブ状部材（７ ）の前記第１及び第２端が延びる空間（２１，８３）を形成し、前記空間（２１ ）は追加断熱材（６１，８７）を含む ことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ７．前記磁気遮蔽（８５）内にあって前記断熱材（８７）により前記マイクロ 波空洞（７７）から離隔されたＣ界磁巻線（８９）を含むことを特徴とする請求 の範囲第６項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ８．前記マイクロ波空洞（１５）は、前記チューブ状部材（７）の前記第１及 び第２端が通る開口（６５）を有し、前記開口（６５）は、前記チューブ状部材 （７）から離隔された縁を有して前記マイクロ波空洞（１５）を介する前記チュ ーブ状部材（７）からの伝導熱損失を低減させることを特徴とする請求の範囲第 ３項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ９．前記チューブ状部材（７）は、前記チャンバ（１１）を形成する一対の離 隔した窓（９）を有し、前記電子加熱器（５７）は、前記窓に隣接した前記チュ ーブ状部材（７）の前記第１及び第２端（４３，４７）に位置づけられることを 特徴とする請求の範囲第３項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １０．前記光ビーム発生手段（２５）は、前記磁気遮蔽（１９）の外側に位置 づけられ前記光学的共振周波数の前記光ビームを発生させるレーザダイオードと 、前記チューブ状部材（７）の前記第１端（４３）を介して前記チャンバ（１１ ）内の前記蒸気（１３）内へ前記光ビームを導入する光ファイバ（３５）とを備 え ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １１．前記加熱手段（７））は前記マイクロ波空洞（７７）に適用されること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １２．前記マイクロ波空洞（７７）と前記磁気遮蔽（８５）と間の断熱材（８ ７）と、前記磁気遮蔽（８５）内において前記断熱材（８７）により前記マイク ロ波空洞（７７）から離隔されたＣ界磁巻線（８９）とを含むことを特徴とする 請求の範囲第１１項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １３．前記制御（５）手段は、前記検出器信号に応じて、特定期間のみにおい て前記マイクロ波信号をオンにすると共に、前記特定期間以外のときにのみ前記 電子加熱手段（５７）を付勢する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２項 に記載の小型原子周波数標準（１）。 １４．マイクロ波空洞（７７）と、 前記マイクロ波空洞（７７）を横断して延びると共に、光学的共振波長および マイクロ波原子遷移周波数を含む所定の原子遷移周波数／波長を有する蒸気（１ ３）を封入したチャンバを前記マイクロ波空洞内に有したチューブ状部材（７５ ）と、 前記マイクロ波空洞（７７）と前記チューブ状部材（７５）とを包囲する磁気 遮蔽手段（８５）と、 前記磁気遮蔽（８５）の外部にあって前記光学的共振周波数の光のビームを発 生するレーザダイオードユニット（２７）と、前記レーザダイオードユニット（ ２７）から前記磁気遮蔽手段（８５）とマイクロ波空洞（７７）とを通って、前 記光学的共振周波数の前記光ビームを前記チャンバ内の前記蒸気へ導入する前記 チューブ状部材（７５）の第１端へ延びる光ファイバ（３５）とを備えた光ビー ム発生手段（２５）と、 前記チャンバ（１１）内の前記蒸気（１３）を通った後で前記チューブ状部材 （７）の第２端（４９）に現れる前記光ビームに応じて、検出器信号を発生させ る光検出器手段（４７）と、 前記検出器信号に応じて前記光ビームを前記光学的共振波長へ制御すると共に 、マイクロ波原子遷移周波数にロックされたマイクロ波信号を前記マイクロ波空 洞 （７７）に印加し、前記マイクロ波原子遷移周波数に比例する周波数の周波数標 準信号を発生させる制御手段（５）と を備えることを特徴とする小型原子周波数標準（１）。 １５．前記光検出手段（４７）は、前記チューブ状部材（７５）の前記第２端 に隣接して位置づけられたフォトダイオードユニット（５１）を備え、前記ダイ オードユニット（５１）は光感応要素（５５）と前記蒸気を通った光を前記光感 応要素（５５）に集束させる一体レンズ（５３）とを備えることを特徴とする、 請求の範囲第１４項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １６．前記フォトダイオードユニット（５１）は、前記チューブ状部材（７５ ）の前記第２端に隣接した前記マイクロ波空洞（７７）により支持されることを 特徴とする請求の範囲第１５項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １７．前記光ファイバ（３５）は、前記フォトダイオードユニット（５１）に 少なくとも隣接した前記チャンバを満たす発散角度で、前記光ビームを前記チャ ンバ内へ直接に導入するように選択された直径を有する ことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １８．前記光ファイバ（３５）は、前記チューブ状部材（７５）の前記第１端 に隣接した前記マイクロ波空洞（７７）により支持されることを特徴とする請求 の範囲第１７項に記載の小型原子周波数標準（１）。 １９．前記マイクロ波空洞（７７）に適用される加熱手段（７９）を含むこと を特徴とする請求の範囲第１８項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ２０．前記制御手段（５）は、前記検出器信号に応じて、特定期間において前 記マイクロ波信号を調節すると共に、前記特定期間以外のときにのみ前記加熱手 段（７９）を付勢する手段を備えることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載 の小型原子周波数標準（１）。 ２１．前記磁気遮蔽（８５）は前記マイクロ波空洞（７７）から離隔されて、 排気される空間（８３）を形成することを特徴とする請求の範囲第１９項に記載 の小型原子周波数標準（１）。 ２２．前記磁気遮蔽手段（８５）に隣接しかつ前記マイクロ波空洞（７７）か ら離隔された前記空間（８３）内にＣ界磁巻線（８９）を含むことを特徴とする 請求の範囲第２１項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ２３．前記磁気遮蔽手段（８５）は、前記マイクロ波空洞（７７）から離隔さ れて、断熱材（８７）が充填される空間（８３）を形成することを特徴とする請 求の範囲第１９項に記載の小型原子周波数標準（１）。 ２４．前記断熱材（８７）により前記マイクロ波空洞から離隔されたＣ界磁巻 線（８９）を前記磁気遮蔽手段（８５）の内側に含むことを特徴とする請求の範 囲第２３項に記載の小型原子周波数標準（１）。