JPS6028168B2 - 原子ビ−ム管 - Google Patents
原子ビ−ム管Info
- Publication number
- JPS6028168B2 JPS6028168B2 JP6576882A JP6576882A JPS6028168B2 JP S6028168 B2 JPS6028168 B2 JP S6028168B2 JP 6576882 A JP6576882 A JP 6576882A JP 6576882 A JP6576882 A JP 6576882A JP S6028168 B2 JPS6028168 B2 JP S6028168B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- atomic beam
- beam tube
- resistor
- frequency
- amplifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、周波数を標準として使用されるセシウム原子
発振器などに搭載され、周波数の基準となる原子ビーム
管の構成に関するものである。
発振器などに搭載され、周波数の基準となる原子ビーム
管の構成に関するものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕従来の原子ビーム管
は、第１図に示したように構成されている。
は、第１図に示したように構成されている。
セシウム原子ビーム管の場合には原子ビーム発生部１か
ら射出されたセシウム原子は、偏向磁石２による偏向、
高周波遷移部３による遷移などを受け、検出器４に到達
する。検出器４によってイオン化されたセシウム原子は
、セシウム原子数に相当する電子量に変換され、原子ビ
ーム管本体５から信号電流７として出力される。原子ビ
ーム管本体５からの信号電流７は、増幅器１０の入力抵
抗が抵抗１２に比較して十分大きければ、抵抗１２に流
れる。
ら射出されたセシウム原子は、偏向磁石２による偏向、
高周波遷移部３による遷移などを受け、検出器４に到達
する。検出器４によってイオン化されたセシウム原子は
、セシウム原子数に相当する電子量に変換され、原子ビ
ーム管本体５から信号電流７として出力される。原子ビ
ーム管本体５からの信号電流７は、増幅器１０の入力抵
抗が抵抗１２に比較して十分大きければ、抵抗１２に流
れる。
電流７の値と抵抗１２の値の積として求まる電圧が増幅
器１０１こ印加され、抵抗１３と１４によって定まる増
幅度で増幅される方式がとられていた。セシウム原子発
振器では、このセシウム原子ビーム管を用いて、電圧制
御水晶発振器（ＶＣＸＯ）を安定化する構成がとられる
。
器１０１こ印加され、抵抗１３と１４によって定まる増
幅度で増幅される方式がとられていた。セシウム原子発
振器では、このセシウム原子ビーム管を用いて、電圧制
御水晶発振器（ＶＣＸＯ）を安定化する構成がとられる
。
セシウム原子ビーム管本体５の出力信号電流７は、第２
図に示すように、セシウム原子ビーム管に加えるマイク
ロ波周波数によって変化し、約９．１９友Ｈｚ（し〃＝
０は９．１９２６３１７７ＧＨｚに相当）で共振特性を
示す。この特性を用いてマイクロ波周波数を低周波（約
１００世）変調したとき、セシウム原子ビーム管本体５
の出力信号電流７に含まれる変調波成分によってＶＣＸ
Ｏの制御電圧を得ている。この場合、セシウム原子発振
器の出力周波数ゆらぎの標準偏差。
図に示すように、セシウム原子ビーム管に加えるマイク
ロ波周波数によって変化し、約９．１９友Ｈｚ（し〃＝
０は９．１９２６３１７７ＧＨｚに相当）で共振特性を
示す。この特性を用いてマイクロ波周波数を低周波（約
１００世）変調したとき、セシウム原子ビーム管本体５
の出力信号電流７に含まれる変調波成分によってＶＣＸ
Ｏの制御電圧を得ている。この場合、セシウム原子発振
器の出力周波数ゆらぎの標準偏差。
ｙ（丁）は、原子ビーム管の共振特性とＳ／Ｎ比に依存
する。またＳ／Ｎ比は、変調波成分電力と信号電流によ
るショット雑音電力および抵抗１２の熱雑音電力で決定
される。これらの関係は次式で表わされる。叶（丁）＝
フ藁辰＝７‐す ……。
する。またＳ／Ｎ比は、変調波成分電力と信号電流によ
るショット雑音電力および抵抗１２の熱雑音電力で決定
される。これらの関係は次式で表わされる。叶（丁）＝
フ藁辰＝７‐す ……。
’ただし丁：１Ｍ殿以上の観測時間
Ｆ：定数（土１．７３１０‐１１・ＢＷ）また
ＳＮＲ：｛（０．５９・ＩＰＰ）２．Ｒ，２／２｝／｛
４ｋＴ十左（ＩＢＭＦ十０．６５１ＰＰ）Ｒ，２｝
・・・‘２１ただしＩＰＰ，ＩＢｏＦＦ，ＢＷ：
第２図参照Ｒ，２：抵抗１２の値Ｋ：ボルッマン定数 ｅ：電子の電荷 Ｔ：絶対温度 第１図に示した従釆の原子ビーム管における電流電圧変
換増幅装置９では、増幅器１０の入力に存在する寄生容
量１１（約２岬Ｆ）と、抵抗１２による低域通過特性が
存在する。
４ｋＴ十左（ＩＢＭＦ十０．６５１ＰＰ）Ｒ，２｝
・・・‘２１ただしＩＰＰ，ＩＢｏＦＦ，ＢＷ：
第２図参照Ｒ，２：抵抗１２の値Ｋ：ボルッマン定数 ｅ：電子の電荷 Ｔ：絶対温度 第１図に示した従釆の原子ビーム管における電流電圧変
換増幅装置９では、増幅器１０の入力に存在する寄生容
量１１（約２岬Ｆ）と、抵抗１２による低域通過特性が
存在する。
そのしや断周波数ｆｃは第３図に併記したように抵抗１
２の値が増大するにつれて低下し、変調波成分はしや断
され安定な動作は困難となる。信号検出回路の実現性か
ら変調波周波数を１００比前後に設定する必要があり、
抵抗１２としては従来１ぴＱ程度に限定される。原子ビ
ーム発生部１でのセシウム原子の消耗を考慮すると、原
子ビーム管の共振特性としては、ｌｐｐ：数１岬Ａ，Ｉ
ＢｏＦＦ：数１岬Ａ〜約２０倣Ａ，ＢＷ：数１００Ｈｚ
である原子ビーム管が通常用いられる。
２の値が増大するにつれて低下し、変調波成分はしや断
され安定な動作は困難となる。信号検出回路の実現性か
ら変調波周波数を１００比前後に設定する必要があり、
抵抗１２としては従来１ぴＱ程度に限定される。原子ビ
ーム発生部１でのセシウム原子の消耗を考慮すると、原
子ビーム管の共振特性としては、ｌｐｐ：数１岬Ａ，Ｉ
ＢｏＦＦ：数１岬Ａ〜約２０倣Ａ，ＢＷ：数１００Ｈｚ
である原子ビーム管が通常用いられる。
′ そこで、ｌｐｐ＝２蛇Ａ，１８Ｏｆｆ＝１０岬Ａ，
Ｔ＝３００〔Ｋ〕としたときの抵抗１２の値によるＳ／
Ｎ比の変化を第３図に示したが、抵抗１２の値の上限１
ぴＱにより５母Ｂ程度しか得られない。
Ｔ＝３００〔Ｋ〕としたときの抵抗１２の値によるＳ／
Ｎ比の変化を第３図に示したが、抵抗１２の値の上限１
ぴＱにより５母Ｂ程度しか得られない。
以上説明したように従来のものではしや断周波＊数を１
０のセ前後に高くしようとするとＳ／Ｎ比が限定され、
Ｓ／Ｎ比を大きくしようとすればしや断周波数が高くで
きない欠点があった。〔発明の目的〕 本発明は原子ビーム管本体のイオン化検出器の出力に接
続される電流電圧変換増幅装置を、反転形増幅器の帰還
抵抗に検出器出力に存在する寄生容量より小さい寄生容
量をもつ高抵抗を使用した構成としたことを特徴とし、
その目的は寄生容量の信号電流に与える影響を除去し、
しや断周波数を高くすることとＳ／Ｎ比を向上すること
にある。
０のセ前後に高くしようとするとＳ／Ｎ比が限定され、
Ｓ／Ｎ比を大きくしようとすればしや断周波数が高くで
きない欠点があった。〔発明の目的〕 本発明は原子ビーム管本体のイオン化検出器の出力に接
続される電流電圧変換増幅装置を、反転形増幅器の帰還
抵抗に検出器出力に存在する寄生容量より小さい寄生容
量をもつ高抵抗を使用した構成としたことを特徴とし、
その目的は寄生容量の信号電流に与える影響を除去し、
しや断周波数を高くすることとＳ／Ｎ比を向上すること
にある。
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第４図は本発明の一実施例であって、原子ビーム管本体
５は第１図と同様に、原子ビーム発生部１、偏向磁石２
、高周波遷移部３、及び検出器４より構成される。前記
検出器４の出力端は反転増幅器として動作する半導体増
幅器例えば演算増幅器１０′の一側入力端に接続され、
前記増幅器１０′の十側入力端は接地される。前記増幅
器１０′の−側入力端は帰還抵抗１２′及び増幅度調整
用抵抗１４′を介して増幅器１０′の出力端に接続され
、この増幅器１０′の出力端は増幅度調整用抵抗１３′
を介して接地される。前記帰還抵抗１２′は検出器４の
出力に存在する寄生容量１１より小さい寄生容量１５を
もつ高低杭を使用する。図中、点線の部分は電流電圧変
換増幅装置９′を構成する。即ち、検出器４からの信号
電流７はオフセット電流の小さい増幅器１０′を使用す
れば、ほとんど抵抗１２に流れこむこととなり、出力１
７の電圧Ｖｏしては、Ｖ。
５は第１図と同様に、原子ビーム発生部１、偏向磁石２
、高周波遷移部３、及び検出器４より構成される。前記
検出器４の出力端は反転増幅器として動作する半導体増
幅器例えば演算増幅器１０′の一側入力端に接続され、
前記増幅器１０′の十側入力端は接地される。前記増幅
器１０′の−側入力端は帰還抵抗１２′及び増幅度調整
用抵抗１４′を介して増幅器１０′の出力端に接続され
、この増幅器１０′の出力端は増幅度調整用抵抗１３′
を介して接地される。前記帰還抵抗１２′は検出器４の
出力に存在する寄生容量１１より小さい寄生容量１５を
もつ高低杭を使用する。図中、点線の部分は電流電圧変
換増幅装置９′を構成する。即ち、検出器４からの信号
電流７はオフセット電流の小さい増幅器１０′を使用す
れば、ほとんど抵抗１２に流れこむこととなり、出力１
７の電圧Ｖｏしては、Ｖ。
こ−■ご十Ｒ′・４）Ｒ詩事実台学芸青毒さき三ねＲＭ
Ｒ・２Ｃは‐・Ｓ …｛３１ただし
ｌｓ：信号電流Ｒ′，２：抵抗１２′の値 Ｒ′，３：抵抗１３′の値 Ｒ′，４：抵抗１４′の値 Ｃ，５：容量１５の値 の＝２竹ナ ナコ周波数 のように表わされる。
Ｒ・２Ｃは‐・Ｓ …｛３１ただし
ｌｓ：信号電流Ｒ′，２：抵抗１２′の値 Ｒ′，３：抵抗１３′の値 Ｒ′，４：抵抗１４′の値 Ｃ，５：容量１５の値 の＝２竹ナ ナコ周波数 のように表わされる。
‘３ー式からわかるように従来技術で問題となった容量
１１の影響がないことがわかる。また‘３１式は容量１
５によるしや断周波数が存在することを示している。し
かし容量１５は、抵抗１２′を選択することによりｌｐ
Ｆ以下とすることができ、抵抗１２′と容量１５による
しや断周波数は、第１図の方式と比較して２の音〜１０
ぴ音とすることができる。したがって抵抗１２′を増加
させることができ、Ｓ／Ｎ比の高い原子ビーム管を実現
できる。第５図は本発明を実施した場合の周波数特性の
一例である。
１１の影響がないことがわかる。また‘３１式は容量１
５によるしや断周波数が存在することを示している。し
かし容量１５は、抵抗１２′を選択することによりｌｐ
Ｆ以下とすることができ、抵抗１２′と容量１５による
しや断周波数は、第１図の方式と比較して２の音〜１０
ぴ音とすることができる。したがって抵抗１２′を増加
させることができ、Ｓ／Ｎ比の高い原子ビーム管を実現
できる。第５図は本発明を実施した場合の周波数特性の
一例である。
第１図に示したような従釆の原子ビーム管では抵抗１２
に１ぴ○を使用した場合しや断周波数は８０Ｈｚである
が、第４図に示した回路を適用した場合は抵抗１２′に
１びＱを使用してもしや断周波数は２００世以上であり
、本発明の有効性が確認できる。このように従来抵抗１
２の値は変調周波数を約１００Ｈｚ程度を用いるとき１
ぴ○が限度であったが、本発明の抵抗１２′では１び。
○程度まで使用できるようになる。これによって第５図
に示した例ではＳ／Ｎ比として約ＩＭＢ改善される。第
５図中、白丸は従来の原子ビーム管Ｒ，２＝１ぴ○の場
合、黒丸は第４図の実施例の原子ビーム管Ｒ′，２＝１
び。○の場合である。〔発明の効果〕以上説明したよう
に、本発明によって原子ビーム管のしや断周波数は１０
０Ｈｚ程度から５０位セ以上と周波数特性が改善され、
これにともない抵抗１２′の値を１００倍以上に大きく
できることから、Ｓ／Ｎ比を＆旧以上改善できる利点が
ある。
に１ぴ○を使用した場合しや断周波数は８０Ｈｚである
が、第４図に示した回路を適用した場合は抵抗１２′に
１びＱを使用してもしや断周波数は２００世以上であり
、本発明の有効性が確認できる。このように従来抵抗１
２の値は変調周波数を約１００Ｈｚ程度を用いるとき１
ぴ○が限度であったが、本発明の抵抗１２′では１び。
○程度まで使用できるようになる。これによって第５図
に示した例ではＳ／Ｎ比として約ＩＭＢ改善される。第
５図中、白丸は従来の原子ビーム管Ｒ，２＝１ぴ○の場
合、黒丸は第４図の実施例の原子ビーム管Ｒ′，２＝１
び。○の場合である。〔発明の効果〕以上説明したよう
に、本発明によって原子ビーム管のしや断周波数は１０
０Ｈｚ程度から５０位セ以上と周波数特性が改善され、
これにともない抵抗１２′の値を１００倍以上に大きく
できることから、Ｓ／Ｎ比を＆旧以上改善できる利点が
ある。
第１図は従来の原子ビーム管を示す構成説明図、第２図
は従来の原子ビーム管の共振特性の一例を示す曲線図、
第３図は従来の抵抗１２の値によるしや断周波数ナｃと
Ｓ／Ｎ比の変化の一例を示す曲線図、第４図は本発明の
一実施例を示す構成説明図、第５図は第４図の原子ビー
ム管の周波数特性の一例を従来と比較して示す図である
。 １…原子ビーム発生部、２…偏向磁石、３・・・高周波
遷移部、４・・・検出器、７・・・信号電流、９′…電
流電圧変換増幅装置、１０′・・・増幅器、１ １・・
・寄生容量、１２′・・・帰還抵抗、１３′，１４′増
幅度調整用抵抗、１５・・・抵抗１２′の寄生容量。 第１図図 Ｎ 船 第３図 第４図 第５図
は従来の原子ビーム管の共振特性の一例を示す曲線図、
第３図は従来の抵抗１２の値によるしや断周波数ナｃと
Ｓ／Ｎ比の変化の一例を示す曲線図、第４図は本発明の
一実施例を示す構成説明図、第５図は第４図の原子ビー
ム管の周波数特性の一例を従来と比較して示す図である
。 １…原子ビーム発生部、２…偏向磁石、３・・・高周波
遷移部、４・・・検出器、７・・・信号電流、９′…電
流電圧変換増幅装置、１０′・・・増幅器、１ １・・
・寄生容量、１２′・・・帰還抵抗、１３′，１４′増
幅度調整用抵抗、１５・・・抵抗１２′の寄生容量。 第１図図 Ｎ 船 第３図 第４図 第５図
Claims (1)
- １ 原子ビーム発生部、偏向磁石、高周波遷移部、及び
検出器よりなる原子ビーム管本体と、この原子ビーム本
体から出力信号を得るための電流電圧変換を半導体増幅
器によつて行なう電流電圧変換増幅装置とを有する原子
ビーム管おいて、前記電電圧変換増幅装置として反転形
増幅器の帰還抵抗に、検出器出力に存在する寄生容量よ
り小さい寄生容量をもつ高抵抗を使用することを特徴と
する原子ビーム管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6576882A JPS6028168B2 (ja) | 1982-04-20 | 1982-04-20 | 原子ビ−ム管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6576882A JPS6028168B2 (ja) | 1982-04-20 | 1982-04-20 | 原子ビ−ム管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58182325A JPS58182325A (ja) | 1983-10-25 |
| JPS6028168B2 true JPS6028168B2 (ja) | 1985-07-03 |
Family
ID=13296526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6576882A Expired JPS6028168B2 (ja) | 1982-04-20 | 1982-04-20 | 原子ビ−ム管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028168B2 (ja) |
-
1982
- 1982-04-20 JP JP6576882A patent/JPS6028168B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58182325A (ja) | 1983-10-25 |
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