JPS62287714A - 周波数標準器 - 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】 ５、発明の詳細な説明 本発明は、一般に周波数標準器、ことにドリフトを含ま
ない安定な標準周波数を保持するのに水素メーザを使う
周波数標準器に関する。

原子周波数標準器は、原子又は分子に確定した２つのエ
ネルギー準位の間の遷移を受ける原子又は分子の種から
誘導される基本共振システムを持つ装置である。遷移は
電磁スペクトルの適宜の範囲すなわちマイクロ波頭域に
生ずる。このイ移は、電圧制御水晶発振器（ｖｃｘｏ）
の周波数を電子装置により深持する極めて安定な周波数
基準として使われる。すなわちこのことによって原子基
準周波数に伴う高い安定性及び相対的不感度がｖｃｘｏ
に移る。

水素セシウム及びルビジウムの周波数標準器は、通常５
　ＥＩＨｚ又はｉ　Ｑ　ＭＨｚの水晶発振器の周波数を
、割当てられた出力を極めて長期にわたり著しく正確か
つ安定な基準に保持するようにした物理的パッケージ及
び陽動する電子装置により制御する原子制御発振器を形
成することができる。水晶発振器を原子遷移の周波数に
適正に従属させることによりエージングとその他の固有
の又環境的な影響とに基づくドリフトを水晶が示す傾向
は著しく抑制される。

水素メーザ周波数標準器では、水素は、通常圧力のもと
に容器内に貯えられ、高温のバラゾウムー銀合金製拡散
壁を通過しこれにより浄化される。

この拡散壁は水素束及びこれに続いてビーム強さの制御
作用を生ずる。水素は分子の形で二原子水素を原子水素
に解離する解離室により仕切られた放電内に導入する。

次いで得られる水素原子は、低圧領域内に出て平行にビ
ームになり状態選択装置を経て向きを定められ又は集束
する。この選択装置は通常直径が数１の通路を持つ。こ
の状態選択装置は、極先端で一般に約Ｑ、７　Ｔ又はそ
れ以上の磁束密度を持つ大極又は四極の磁石である。状
態選択装置は、不均一の磁界を生じ、原子を一層低い超
微細工ネルゼー状態に引入れるように作られ、高い超微
細状態を持つ水素原子をマイクロ波界領域に位置する高
いＱ−空間共振器内（（入れることができる。この空胴
共振器内で水素の原子は約１．４０Ｈｚの共振周波数で
マイクロ波界との相互作用を受ける。

選定した水素原子を差向ける空胴共振器は、磁気連数に
より囲まれ、内部ソレノイドを設けである。この内部ン
レメイドは、マイクロ波頭域に加えられる弱い実質的に
一様な磁界を生じて、超微細状態の互いに異なる副準位
を互いに隔離しゼーマン効果が二次でちる場合にこれ等
の準位間だけに遷移が生ずるようにする。

空胴共振器は、その壁との衝突による原子摂動を減らす
ように特殊な組成物一般にはぶつ化炭素又は類似物をこ
の共振器の壁に被覆することにより、マイクロ波界に対
する原子の極めて長い相互作用時間が得られるようにし
である。マイクロ波界とのこの相互作用により水素原子
を選定したエネルギー状態に誘導して低い力の状態に遷
移させて、精密な周波数のエネルギーをこのマイクロ波
界に放射する。能動メーデシステムでは、空胴共振器内
の原子密度が得られる誘起遷移にエリ空胴損失を相殺す
る以上に十分なコヒレントエネルギーを放射するような
密度であるときに、メーデ振動が自動持続性を持つ。

空胴共振器から出る水素は、真空システムにより、一般
に高速ピックポンプと共にチタンスパンタイオンポンプ
により容易に取出すことができる。

これ等の両ポンプは一般に各別の真空室内に納めである
。このようなポンプに使われるブラタ材料には、Ｚｒ　
−ＡＡ＋　、　Ｚｒ−（！及びＺｒ−Ｖの°各合金があ
る。

前記した一般条件は能動メーデモーｒ、すなわち適当な
共振構造内て放射線のコヒレントな誘発放出が存在する
メーデ原理自体を使うメーデモードに関連するものであ
るが、別なモーＰすなわち標準周波数発生器に対し使わ
れるいわゆる受動モードもある。

この受動モードでは所望の量子４移を受ける粒子（すな
わち原子又は分子）と補助放射線源（従属発振器）との
組合せを使い、放射線の周波数が原子共振周波数に近い
ときに起る遷移を生じさせる。丁なわち受動式周波数標
準器では、補助周波数発生器により生ずる適正な周波数
の′ｉ！磁信号により原子共振を探査しなげればならな
いが、能動式周波数標準器では原子共振周波数の自動持
続振動が存在する。

１９２０年にアー・ダブリュ・ウッド（Ｒ，Ｗ。

Ｗｏｏｄ　）は原子水素を発生する装置を使った最初の
人であった。このとき以来、空気力学的衛単管、熱解離
手段と共に高周波放電装置を含む種種の原子水素生成手
段がその他の人達により使われている。この高周波放電
装置による方法は最も便利であることが分り従って当業
界で使われる好適な方法になっている。一般に、ガラス
製解離室の近くに外部電極を位置させ、この室内で発生
する気体放電又はプラズマに容ｔｔ３合又は誘導結合し
たｒ、ｆ、電界を生ずるようにしたｒ、ｆ、放電が使わ
れる。得られる水素原子はこの室から低圧領域にオリフ
ィスを経てビームの形の原子水素の流れを形成する。

解離室から出る水素原子の流れは、複数のエネルギー状
態の原子を含み、そして所望の超微細エネルギー状態に
ない水素原子は一般に、水素原子の流れを経て差向ける
状態選択磁石によりビームから外に集束する。

選定した超微細エネルギー状態にある水素原子は次いで
、約１．４ＧＨｚの水素共振周波数で共振するマイクロ
波空胴に差向ける。受動メーデの有効な動作が得られる
ようにするには、空洞を水素共振周波数に保持し又との
空胴内に導入されるマイクロ波エネルギーも水素共振周
波数に保持することが望ましい。しかし残念ながら、圧
力の変動と、空胴被覆のエージングと、ひずみ又は衝撃
又は温度変化に基づく空胴の変形と、空胴シリングとの
ような環境の乱により空胴が離調する。さらに空胴にマ
イクロ波エネルギーを送るのに使われる電子部品も又周
波数の変化又はｖ　ＩＪタフト生ずるエージング及び環
境変動を受ける。

空胴の離調及び周波数変動を補正しドリフトをなくし安
定な標準周波数源を形成するように、マイクロ波空胴内
に導入されるマイクロ波エネルギーを２種類の周波数に
より変調している。一方の周波数変調は、１Ｉｉ１１調
の影響の作用に対しマイクロ波空胴を探査し又空胴離調
に対し補正作用を生ずることができるようにする。又別
のはるかに小さい周波数変調は、空胴内に導入されるマ
イクロ波放射線の周波数の水素共振周波数からの偏差に
対し誤差信号を発生し、マイクロ波放射線の周波数をこ
の水素共振周波数に保持することができるよってする。

このような補正法及び補正装置は、米国特許第３，７９
２，３６８号及び同第４．１２２．４０８号の各明細書
と、ディー・エイ・ハウ（Ｄ、Ａ、Ｈｏｗｅ）、エフ・
エル・ウォールズ（１ｊＬ−Ｗａｌｌｓ　）、ハヮード
・イー・べ／ｌ／　（Ｈｏｗａｒｄ　Ｋ、　Ｂｅ１ｌ　
）及びエイチ・ヘルイグ（Ｈ，Ｈｅｌｌｗｉｇ）により
１９７９年第３３回アニュアル畳シンホシウムｅオン・
フリクエンシー〇コントｏ　−ル（Ａｎｎｕａｌ　Ｓｙ
ｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒ
ｏｌ　）の議事録４５５４＆いし５９２頁に述べられた
「ア・スモール・パッジブリ・オパレイテツド・ハイド
ロジエン・メーザ（Ａ　８ｍａｌｌ　Ｐａ５ｓｉｖｅｌ
ｙ　０ｐｅｒａｔｅｄ　Ｈｙｄｒｏｇｅｎ　Ｍａｓｅｒ
）Ｊとに記載しである。

密実で比較的安価な内蔵形の受動式水素メーザ周波数標
準器は、非実験室壊４で高い信頼性のもとに容易に使用
できるものが従来工栗的には得られていない。このよう
な実用的な工業用の受動式水素メーデ周波赦標準器は、
受動弐メーデにおける水素超微細遷移の有効かつ信頼性
のある使用を妨。

げる若干の要因により抑止されているものと考えられる
。

ビーム生成装置はメーザ及び類似の所望項目におけるマ
イクロ波増幅に対する臨界的部品である。

水素のような原子の流れを生成する効率が、利用できる
ビーム束従ってメーザの安定性をかなりの程度まで定め
るのは明らかである。

前記の考え方から原子種の流れを好ましい方向モー　ド
に置くには適正な整合が必要になるわけである。原子メ
ーザでは原子のビームを状態選択器を経て空胴共振器内
に差向けることが必要である。

一定の構成を持つ若干の解離装置が使われているが、こ
れ等はどれも放電源から直接得られる適当な集束又は整
合の手段を実際上提供しない。このことは従来無視され
ている欠点である。流れは磁界を持つ状態選択器と共に
メーザの空胴共振器内に通ずる空胴・ｇを通過しなけれ
ばならないから、径路はまっすぐであるのは明らかであ
る。しかしメーザ動作の有効性を最適にするには、ｄｉ
界を介して微細な角度調整を行う必要がある。空胴共振
器及び類似物内に原子ビームを精密に調整して差向ける
この臨界的な面で従来実用的な向き決め又は整合用の装
置は利用されていない。

さらにマイクロ波空胴は望ましくない振動モーｒで振動
する傾向がある。このような望ましくない振動は、マイ
クロ波空胴に、結合した回路手段により計測すると、水
素原子の各超微細エネルギー状態の間でこれ等の水素原
子の遷移の周波数に悪影響を及ぼす。

さらにマイクロ波、空胴内の変動に基づく空胴エネルギ
ーの変動を検出しこの空胴にエージング及び環境の乱れ
に対し補正作用を加える回路手段が比較的大きい周波数
変調たとえば１２ＫＨｚを使うから、又導入されるマイ
クロ波エネルギーの周波数の水素共振周波数からの変動
に基づく空胴エネルギーの変動を検出しｖｃｘｏに補正
作用を加える回路手段が小さい周波数変調たとえば１２
Ｈ２を筐うから、小さい周波数変調に基づく位相変調側
帯波の１つとくに偶数の変調間隔だけ搬送波から隔離し
た側帯波の１つたとえば第２の上側帯波又１ｌ−Ｉ１．
第２の下側帯波は、マイクロ波空胴内で水素共振エネル
ギーで保持されるようになる傾向があり、不安定、予知
できない周波数変化、不正確及び反復性の欠如のもとに
なる。

本発明によれば、正確で反復性があり安定な標準周波数
を容易に生ずるのに使われ密実な内蔵の経済的な周波数
標準器に受動水素メーザの有効な筐用ができる。本発明
による周波数標準器はＧＰＳ受信機と共に使われ、１０
ナノｓｅａ　７日より良好な刻時精度とすぐれた長期の
計時作用とができ又、航法及び通信に実質的な改良がで
きる。本発明による水素解離装置、マイクロ波空胴及び
回路手段は、互いに協働して従来のシステムに伴う周波
数変動を低減し、超微細水素原子から周波数標準器への
エネルギーの転移をこの標準器の安定化のために促進し
強調する。

本発明では解離装置は、基体と、放出原子水素の細い流
れを形成する穴を持ち水素原子の細い流れを生ずる解離
室と、この解離室に隣接し分子水素を解離して前記の原
子水素の流れを生成する解離手段と、前記解離室に連結
した屈従自在な部片と、この屈従自在な部片を前記解離
室に向くように変位させる変位手段とを備えこれ等によ
り構成しである。

屈従自在な部片は、解離室を支えこの室を大体囲むたわ
み性本体を備えるのがよい。この屈従自在な部片の一部
としてたわみ性の管又は導管を使い分子水素の源を前記
解離室に連結する。この解離室を囲む屈従自在な部片は
、基体に連結した外壁と、この外壁から間隔を隔て前記
解離室に連結した内壁とを備えている。前記の内外壁は
中間区間により互いに連結しである。水素源を解離室に
連結する屈従自在な部片は、所定の径路に沿いビームを
適正に位置決めするに当たり解離室の整合中にこの室が
運動する際に湾曲し又はたわむようにした折曲がり、屈
曲し又はその他の状態で湾曲した区間を持つ導管又は管
状部片を備えている。

屈従自在な部片を動かす手段は、適正な方向上の整合が
得られるように解離室に直接力を加えて保持するマイク
ロメータねじ又はその他の任意の部片を吏えはよい。

本発明では、解離装置は、選定した超微細状態の水素原
子をマイクロ波空胴に移送するように正確に整合させる
ことができる。誘電性容器は、所定の構成の導電性被覆
を被覆した外表面を持ち望ましくないモードの振動は抑
制し望ましいモードの振動は促進するようにしである。

マイクロ波空胴を形成する本体は、実質的に誘電性材料
から成り、約１．４ＧＨｚの水素共振周波数に同調する
マイクロ波空胴を形成する外面を持つ。本発明ではこの
空胴の端部及び側部に、この空胴内のほぼ水素共振周波
数のマイクロ波エネルギーに作用する形状配置を持つ不
連続の被覆を設けて、望ましくないモードのマイクロ波
空胴内の撮動を抑制するようにしである。空桐はその内
面に原子エネルギー状態の摂動を最少にする被覆を設げ
である。

本発明による解離装置及びマイクロ波空胴は互いに協働
して、この解離装置により生ずる超微細水素原子の得ら
れる最大の部分をマイクロ波空胴内に送り、水素共振周
波数における超微細原子の検出を向上する。

さらに本発明ではｖｃｘｏの標準周波数から生ずる搬送
周波数を搬送波の位相変調側帯波の１つでなくて水素共
振周波数に高い信頌性のもとに保持し、このようにして
予知できる正確かつ安定な標準周波数が得られる。この
ような操作ができるように本周波数標準器は、標準周波
数の源として作用するＶＣＸＯの周波数を水素共振周波
数にマイクロ波空胴を同調状態に保持するのに使われる
大周波数変調に対応する範囲より狭い周波数範囲にわた
って変える変更手段と、小周波数変調発振器の出力とシ
ステム位相検出器の出力とｖｃｘｏの周波数の範囲を定
める手段の出力とを制御する制御手段とを備えている。

本発明周波数標準器の動作を開始するには、受。

動水素メーデの正しい動作点は次のようにして選定する
。すなわちこの選定は、ｖＣＸＯの出力から生ずる搬送
波の小さい変調を遮断すると共に搬送波の一層大きい周
波数変調を生じそして受胴を水素共振周波数に同調した
状態に保持し、マイクロ波空胴同調を保持するのに欧わ
れる大きい周波数変調に基づいて搬送波の第１側帯波の
周波数の間にあるがこれ等の周波数より幾分小さい周波
数の範囲にわたってＶＣＸＯの周波数を変え、マイクロ
波空胴の電磁エネルギーのサンプリングを行い、搬送波
が水素共振周波数にあるときを検出し、ｖｃｘｏの周波
数変動を終らせ、前記の大きい変調周波数より大きさが
なるべくは複数位数だけ小さい小周波数で搬送波を変調
することにより水素共振周波数の搬送波の発生に対応す
る周波数にｖｃｘ。

を鎖錠して保持し、標準周波数出力としてＶＯＸＯ周波
数を生ずることによって行う。

以下本発明周波数標準器の実施例を添付図面について詳
細に説明する。

本発明周波数標準器は第１図のブロック図に例示しであ
る。受動水素メーザは、水素ガスの源１１と、水素ガス
を解離所望の超微細状態の水素原子を含む水素原子の流
れを生ずる解離手段と、前記流れから水素原子をこれ等
の水素原子が所望の超微細状態にない場合に集束する状
態選択器１３と、はぼ水素共振周波数（ｆＨＲ）に同調
するマイクロ波空胴を形成する空胴装置５２とを備えて
いる。パラジウム漏れ弁１９は、水素源１１から解離装
置１２への水素の流れを制御する。周波数発生手段１０
０は、中間範囲の標準周波数とこの標準周波数な約１．
４ＧＨｚの水素共振周波数（ｆＨＲ）　Ｋ増すのに十分
な倍周器の周波数とを含む可変の周波数範囲を生ずる。

周波数発生手段１００は又２個の変調周波数発生器を備
えている。第１の変調周波数発生器１１１（，４６図）
は小さい周波数（たとえば１２　Ｈｚ　）を生じ又第２
の変調周波数発生器１１２（第３図）は小さい周波数よ
り複数位数だけ大きい大周波数（たとえば１２ＫＨ２）
を生ずる。大きい変調周波数は、エージング及び環境の
乱れの影響に対しマイクロ波空胴な探査するのに大分大
きい範囲を生ずるように選定する。

小さい変調周波数は、マイクロ波搬送波を精密に制御し
てこの搬送波を水素共振周波数に保持することができる
ように選定する。水素共振周波数にほぼ等しい倍周した
標準周波数は、搬送波として使われよく知られているよ
うにして小さい又大きい各変調周波数により変調して標
準周波数を制御し又空胴を水素共振周波数に同調した状
態に保持する。

周波数発生手段１００からの変調搬送波はマイクロ波入
力績線１０１によりマイクロ波望胴手段５２に加える。

このマイクロ波空胴のエネルギーは、周波数及び空胴同
調制御手段１２０に接続したマイクロ波出力結線１０２
によりサンプリングを行う。周波数及び空胴同調制御手
段１２０は、水素共振周波数からのマイクロ波搬送波の
変動を検出し、周波数補正線路１１１３．１０４により
周波数補正信号を生じ、水素共振周波数からのマイクロ
波空胴装置５２の離調を検出し、空胴同調線路１２１に
エリ補正作用を生ずる。

水素共振周波数保持手段１４０は、標準周波数に保持し
た周波数発生手段１００により本周波数標準器システム
を始動することができる。周波数発生手段１００は、水
素共振周波数に等しい精密な倍数の周波数を持つ搬送波
を発生して、周波数及び空胴同調制御手段１２０が周波
数発生手段１００の標準周波数出力に予知できる正確か
つ安定な標準周波数を保持できるようにする。周波数発
生手段１００、周波数及び空胴制御手段１２０及び周波
数保持手段１４０は、受動水素メーザ１０に接続され、
正確安定な標準周波数を保持するために原子の超微側遷
移により定まる周波数の筐用を増すようにする。

本発明による受動水素メーザ１０は第２図に線図的に示
しである。メーザ１０は、水素供給源１１、解離装置１
２、状態選択器１３及びマイクロ波空胴５２を備えてい
る。水素ガスは供給手段１１により送られる。供給手段
は、圧力変換器１７に管路１６により連結され次いでパ
ラジウム漏れ弁１９に管路１８により連結した水素貯蔵
容器１５を備えている。漏れ弁１９は管路３４を介して
解離装置１２に通じている。解離装置１２は、側壁４８
及びカラー２１を持つ基体すなわちノ・ウソング５１を
備えている。カラー２１内には回転自在なマイクロメー
タねじ部片２２を取付けである。ハウジング５１内には
解離器２０が支えられハウジング５１のスリープ３１に
固着しである。

解離器２０は、中間の湾曲部分２５により相互に連結し
た外側直立壁２３及び内側直立壁２４を備えている。壁
２４の下部脚は環状部片２Ｔに一体に固定しである。環
状部片２γは、解離が内部で起る円筒形の室３０に結合
した延長した第１連結部分２８及び第２連結部分２９を
備えている。室３１には、その一端部にくぼみ部分４Ｔ
の先端に位置するオリフィス４６を形成され又他端に柄
部分４３を設けである。柄部分４３はカラー２１内にこ
れを貫いて延びている。一般にオリフィス４６は約０−
１＋ｏ＋ないし約０．３謂の直径を持つ。くぼみ部分４
７ｒｔ、オリスイス４６に終る貫通穴又は管状穴を設け
ることにより小さなノズル状構造を形成するのがよい。

円筒形室３０には、パラジウム漏れ弁１９から来る管路
３４を介して水素を導入する入口３５を設しナである。

管路３４は・・ウジフグ５１内に、直線管３γ（第３図
）と室（３０）に開口する人口３５に連通ずる湾曲管３
９とを介して通じている。直線管３７及び湾曲管３９は
、なお詳しく後述する目的のために成る程度の弾性を生
ずる大がま形の形状を形成するものである。

図示のように通常ガラスから作った解離器２０は、円筒
形室３０のまわりて同心円を形成するスリーブ３１に接
着面４１に沿い融着しである。外側壁２３は償断面図か
ら明らかなように湾曲表面を生ずる。この湾曲表面は、
外側壁２３に内ｆｉｌｌ壁２４を連結するＵ字形輪郭を
形成する中間湾曲部分２５に通ずる。外側壁２３及び内
側壁２４は互いに間隔を隔てて環状室４４を形成する。

図示のように内側壁２４はその下部脚を第１連結部分２
８及び第２連結部分２９に連結しである。各連結部分２
８．２９は、内側壁２４を円筒形室３０に結合する。

環状室４４は、円筒形室３０の縦方向軸線のまわりに、
この軸線から間隔を隔てて位置する上下方向の譲状空間
と共にこの空間につながる水平配置の環状空間を仕切る
。この譲状空間は、ノ・ウジング５１及び譲状部片２γ
の間に延び又円筒形室３０の下側に延びている。すなわ
ち室３０は、これが環状部片２γ°により支えられてい
るから成る程度自由に浮動している。

本発明による解離装置は、ガラスから容易に作られ、従
って成る程度の弾性を生ずる構造を持つ。

本解離装置は、普通のガラス形成法により、叶い、１ｔ
ラス、とくにほうけい酸ガラス（すなわちパイレックス
ガラスブランド７７４０番）から容易に形成できる。こ
の解離装置は、真空系内で機能し、一般に室内で約１　
ｍｘ　Ｈｇ以下の圧力を受ける。

好適とする実施例ではこの解離装置は、相互に相尋性を
持つ互いに異なるほうけい酸ガラスから作ることができ
る。実際上円筒形室３０はパイレックスガラスプランｌ
５７７４０番から作られ、内側壁２４の隣接部分を含む
環状部片２７はパイレックスガラス３６２０番から作り
、そして中間湾曲部分２５及び直立外側壁２３はパイレ
ックスガラス７０５２番から作る。最後に述べたガラス
は、スリーブ３１に容易に接着することができ最低の軟
化温度を持つ。さらにパイレックスガラス６６２０番は
他の２種のガラスのほぼ中間の膨張係数を持つ。実際上
前記の６種の互いに異なるガラスから形成した解離装置
を７０５２番のガラスの軟化温度にしたかま又はアニー
ル室内に入れ、次いで所要の整合作用を行い、次いでこ
の解離装置を冷却しその整合状態を固定することにより
、メーデ装置内への取付けに先だって初期′Ｖ整合作用
を行うのが有利であることが分った。このようにして初
期の粗整合作用を行うと、マイクロメータねじ部片又は
類似物の精密調整により一層精密な調整を容易に行うこ
とができる。

マイクロメータねじ部片２２は適正な設定状態に回し又
は割出しして柄部分４３に対し力を加え屈従自在な部片
を湾曲させ又変位させる。この屈従自在な部片は、円筒
形室３０及び基体５１０間でたわみ性リンク仕掛として
作用する中間の湾曲部分２５から成っている。室３０は
、カラー２１のまわりの複数の点にわたり変位させ又は
偏移させてオリフィス４６の向きに対応する変化を生じ
させることができるのは明らかである。側壁２３゜２４
と共に湾曲部分２５から成るＵ字形構造は、ガラス質材
料から作られ前記した屈従自在な構造に構成しであるか
ら、実質的な程度のたわみ運動が得られ、オリスイスの
半径方向変位が生ずるように対応するマイクロメータね
じ部片又は各ねじ部片を調整するだけで縦方向軸線のま
わりのオリフィスの十分な半径方向変位を生ずる。実際
上オリフィス４６は各別の範囲の向きを持つビーム差向
はノズルとして作用する。

水素ガスが解離室３ａから出るに伴い、一層多くの水素
がパラジウム漏れ弁１９により室３０に絶えず供給され
る。漏れ弁１９は、水素を洗浄し、これと同時に解離室
内に定常状態圧カ一般に約０．１トルの水素圧力を保持
する。プラズマ又は気体放電を生成するには、ｒ、ｆ、
電力源（図示してない）を室３０に協働する手段に接続
する。この手段は、室３００円筒形表面のまわりに外側
に、誘導性結合又は容量性結合のいずれかを使うかに従
って２個のプローブ又はコイルのいずれかに結合する。

この解離装置の全部の部品はすべて剛性を持ちガラス又
は金属から作っである。これは実際上高真空システムに
対しては、各部分又は各部品をエラストマー、プラスチ
ック材及び類似物から成る材料から作った場合のように
化学的に不安定な媒質の分解から余分な蒸気又はガスが
導入されることがない点で最も好ましい構造である。

第２図ではｒ、ｆ、電力は、適当な電力源（図示してな
い）により給電される誘導コイル５０により、結合する
。解離装置には、約５０ないし１００ＭＨｚの周波数で
動作する発掘回路５４を設けである。回路５４は隔離板
５５に取付げである。放電領域を見ると、水素メーザの
実際の動作で原子水素の赤色がかった紫色の呈色特性が
認められる。

この呈色特性は、気体プラズマ内の高品電子との衝突に
エリ連続的に解離する分子水素により生ずる。放電領域
で生ずる原子水素は、オリフィス４６から流れすなわち
ビーム４０の形で出る。ビーム４０は、解離室内に隣接
して配置した状態選択器１３すなわち磁石を通過する。

これらの磁石は、所望の超微細エネルギー状態にない水
素原子を集束する。実際上状態選択磁石にエリ生成する
磁界により水素原子径路４２に沿い原子を下部の超微細
状態に投出し原子をビーム４０の径路に沿い上部の超微
細状態に進める。

前記したようにビーム４０は、室３０の向きを定めるね
じ部片２２の動きによりマイクロ波空胴４９に最も有利
に容易に整合させることができるのは明らかである。選
定した原子のビーム４０は通路として作用する空胴穴２
６を経て差向けられオリフ、イス４６からのビーム４０
内の軸線方向に向いた原子だけをマイクロ波空洞装置５
２０マイクロ波空胴４９内に入れることができる。マイ
クロ波空胴４９は、なお後述するように誘電性材料から
成る隔室６０に外面により形成しである。一般にマイク
ロ波空胴４９はＴ”０１１モーＰで動作する。空胴４９
は同心のモリパーマロイ（ｍｏｌｙ−ｐｅｒｍａｘｌｏ
ｙ）磁石遮蔽３．１３により囲んである。コイル５Ｇに
よりマイクロ波空洞の外側に靜磁界を生じ上部超微細状
態のピーマン準位を隔離する。

良好な充満容量が得られるようにするにはマイクロ波空
胴４９を形成する誘導性隔室６０は若干の種類の形状に
できる。しかし一般に隔室６０は、水素原子を収容する
別個の又は一本の球体を持つ直円形円筒体の形にする。

よく知られているようにマイクロ波空胴４ｇを遷移周波
数に精密に同調させ、原子の入りビームの強さが十分に
大へいときは、上部エネルギー準位の入り水素原子：？
誘発して極めて安定な周波数？持つ信号な放射する振動
が生ずることができる。

実際上マイクロ波空胴４９に入る水素原子は、上部超微
細状態で相互作用領域に入り、誘発されて下部超微細状
態への移移が生ずる。発生する信号はマイクロ波出力ル
ープ３２により収出丁。出力ループ３２は、マイクロ波
出力結線１０２に接続され、電子制御手段１５０により
ｗｃｘｏを安定な水素遷移周波数に保持するのに快う。

マイクロ波空胴装置は、各別のエネルギー準位の間で共
振遷移を受ける量子機械的粒子から水素共振周波数のエ
ネルギーを発生する主装置である。

本発明の隔室６０は、温度により所定の値に容易に同調
することのできる空胴を形成し、又望ましくないモード
の振動と、クラントン（Ｃｒａｍｐｔｏｎ）効果に基づ
いて低減した半径方向ｒ、ｆ、ｑＪ＆界及び低減した周
波数シフトを持つ振動との抑制作用を生ずる。隔室６０
の構造上及び設計上或はこれ等の両方の特長は本発明の
重要な特長でちる。

良好な充満容量が得られるようにするにはマイクロ波空
胴４９を形成する隔室６０は幾つかの形状にすることが
できる。本発明に丈う隔室は特殊な設計゛Ｉて作られ、
密封したマイクロ波空洞４９を形成するように密封状態
に連結した端部壁を持つ直円形円筒体の形にしである。

この円筒体及び端部壁は、成る範囲の誘電性材料とくに
９より大きい誘電定数を持つ誘電性組成物から作る。ガ
ラス又はセラミック材とくにアルミナセラミック材がこ
のような製作に十分適合することが分った。前記したよ
うに一方の端Ｎ壁は通路２６を形成し水素原子の流れを
マイクロ波空胴内に差向けることができる。

円筒体及びその２つの端部壁の内方を持つマイクロ波空
洞４９の内壁には、摂動を生じない被覆を設けである。

この被覆の主な目的は、空胴又は隔室内の相互作用を最
少にし、従って量子機械的粒子の衝突を制御し壁シフト
が減少するようにすることである。この被覆は一般に、
ジクロルジメチルシラン、テトラフルオルエチレン、ふ
っ素化エチレン−プロピレン又は長い直鎖の飽和水垢で
ある。テトラフルオルエチレンを１更うと、これが接合
面に沿い有効な密封材になり接合面間にすぐれた接着部
を形成するから有利であることが分った内面の被覆後に
この共振器をその被覆樹脂を軟化し固着させるのに十分
な温度のかま又はアニール室内に入れる。共振器１′４
室の内部被覆はこのようにして連続層に形成される。こ
の層は、互いに接合した表面が結合して緊密に一緒に保
持されるから低圧又は直空系を保持するのに極めて適し
た密封部を形成する。内部被覆の厚さは、乱れを生じな
い被覆として有効になるようにするには約’Ａ　ｏ　ｏ
　ｏないし”Ａｏｏｏ　ｉＨの範囲でなければならない
。所望の厚さを得るには複数回の被覆を逐次に施せばよ
い。

マイクロ波空胴装置５２０重要を特長は、隔室６０が外
部導電性被覆をもつことである。円筒体及び各端部壁は
それぞれ外部部分を、なお詳しく後述する「所定の配置
」を持つ導電性組成物で処理する。この導電性材料自体
は若干の導電性組成物の任意のものでよい。１実施例で
は、先ずセラミック材製共振器隔室の外面に直接鋼基体
被覆を使いこれに次いでロジウムさらに金の上部層を設
ける。一般に第１０銅被覆は、電気によらない普通の方
法により単純なフラッシュコーティングとして導入され
次いで普通の電着法を使い銅の厚さをさらに増すように
する。これに対しクロム及び金を容易に付着させること
ができる。種種の金属層に対する厚さの適当な範囲は、
鋼については約１０ないし約１００μｉｎ、ロジウムに
ついては約１０ないし１２５μｉｎ、又金については約
１０ないし約１００μｍｎである。このような金属の６
層系は、この系がセラミック材及び金属間の境界面を接
着により損傷したり弱めたりするおそれが少く所望の所
定配置に付着させたときに望ましくない界又はモードの
振動を抑制する効果を持つ点で従来よりすぐれた実質的
な利点がある。さらに導電性金属から成る外層によりこ
の系を種種の接合部に一体に接着し又はろう付けするこ
とによりその全体をメーデ装置１０内に固着することが
できる。

マイクロ波空胴４９は、高い方のエネルギー準位から低
い方の準位への遷移中に原子により放出される波の周波
数に基本モードで共振するように同調する。空胴４９が
遷移周波数に精密に同調し入り水素原子の強さが十分に
大きくて、空胴４９内にマイクロ波エネルギーが水素共
振周波数で導入されるときは、上部エネルギー準位の原
子が誘発され極めて安定な周波数を持つ信号を放射する
振動が生ずる。すなわち共振器に入る原子は上部超微細
状態で相互作用領域に入り誘発されて下部超微細状態に
遷移する。水素の場合には水素共振周波数の発生信号は
、マイクロ波出力ループにより取上げられ、電子制御手
段１５０により安定な水素遷移エネルギーに周波数発生
手段１００のＶＣＫＯを保持するのに使う。

マイクロ波空胴は、一般にＴ”０１１モードで動作し通
常モリパーマロイ等のような適当な磁気遮蔽により囲ん
である。共振器隔室は、空胴内の一定位相の軸線方向の
高周波数磁界の領域に位置し約１−４２０．４５０，７
５１　ＧＨｚの水素の超微細遷移周波数に同調する。さ
らにマイクロ波空胴の外側でコイル５６により静磁界が
生じ上部超微細状態のゼーマン準位を隔離する。

マイクロ波空胴４９を形成する隔室６０は、固定の端部
壁を持つ中空の円形空胴形成構造である。

共振器隔室の外面は、円形側壁部分の不連続の被覆と固
定の各端部壁の不連続の被覆とを持ち、導電性被覆を、
マイクロ波エネルイーと相互作用し望ましくないモード
の振動を抑制するようにした所定の構成に形成する。こ
のマイクロ波空胴は、このマイクロ波空胴な所定の振動
モードの電磁エネルギーで励起する手段を協働させであ
る。各端部壁の外面の導電性被覆の構成は、各表面に少
くとも１つの円心環を備えている。同心環の中心は円形
空胴構造の従方向軸線に一致し、ＴＥｏ工１モードで動
作する空胴４９では水素共振周波数において所望の所定
配置を生ずる。

第４図、第３ａ図、第３ｂ図及び第３Ｃ図はそれぞれ本
発明による電気共振器隔室を示す。図示のように電気共
振器隔室６０は、薄い導電性層６２を外面に被覆した円
筒体６１を備えている。

端部壁６３には穴６５を形成しである。第３ａ図及び第
３ｂ図に示すように各端部壁６３．６４は薄い不連続の
導電性被覆６１ａ、６２ｔ）によシ被覆しである。これ
等の端部壁被覆は１つ又は複数の同心環に形成しである
。各端部壁６３．６４には、円筒体６１の内側みぞ６Ｔ
と相互に連結したみぞ６６ａ、６６ｂ（第４図）を設け
である。

第３ａ図及び第３ｂ図に示すようにマ・イクａ波空胴を
形成する隔室６０の各端部部分の導電性被覆は不連続で
ある。これ等の不連続の端部被覆は、好適とする実施例
では複数の同心環から成る所定の配置で施しである。第
３ａ図に示すように室６０の底端部６４は導電性材料を
不連続に被覆され４個の幅の狭い環６２ａ′？：形成し
である。６環−６２＆は底端部６４の外面に隔室６ｏの
中心軸線のまわシに同軸に同心に配置しである。隔室６
０の上端部６３も又導電性材料を不連続に被覆され６個
の幅の狭い環６２１）ｔ−形成しである。６環６２ｂは
隔室６０と水素原子がこのマイクロ波空胴内に導入され
るオリフィス６５との中心軸線のまわりに同心に又同軸
に配置しである。隔室６０の底端部の６環６２ａの直径
と上端部６３の外面の６環６２ｂの直径とは互いに等し
くなくて、隔室６０の上端部６３の最外側の環６２ｂ￥
′ｉ湖部６３の外周辺から内方に延び、又底端部６４の
最外側の環は底端部６４の外周辺から環６２１）の幅に
ほぼ等しい距離だけ内方に間隔を隔てている。

この所定の配置によフ、隔室６０の各端部６３゜６４の
外面に形成した複数の同心の導電性環を仕切す、ＴＥｏ
１１モードのマイクロ波空胴４９の振動に干渉しないで
望ましくないその他のモードの振動を抑制する。

良好な充満容量が得られるようにするには空胴６０を着
干の形状にすることができる。本発明による空胴共振器
は、特別に設計され各端部壁６３゜６４ｔ−密封状態で
接合した直円筒体６１の形状を持ち、エネルギー遷移を
受ける原子を移動させ又は排除する手段とこのようなエ
ネルギー遷移の生ずる閉じ九空胴とを仕切るようにしで
ある。円筒体６１及び各端部壁６３，６４は成る範囲の
誘電性材料とくに９よシ大きい誘電定数を持つ組成物か
ら作る。ガラス又はセラミック材とくにアルミナセラミ
ック材がこのような製造に十分適合することが分った。

一方の端部壁には、共振器すなわち空胴隔室６０の内外
の部分間を互いに連通させるように穴６５を形成しであ
る。１実施例では空胴の縦方向＠線に沿う内法長さは約
６ｉｎであり、円筒体構造の厚さは約ｌ　ｉｎであり、
各端部壁の厚さはそれぞれ１／４ｉｎである。

円筒体６１及びその２つの端部壁６３，６４の内面を構
成する空胴隔室６０の内壁には、エネルギー状態最小化
被覆７０ｔ−設けである。被覆ＴＯの主な目的は、空胴
内の相互作用を最小にし従って量子機械的粒子の衝突割
合を制御して、壁シフトが減小するようにすることであ
る。被覆７０は一般にジクロルジメチルシラン、テトラ
フルオルエチレン、ふっ素化エチレン、プロぎレン又は
長亘鎖飽和水素である。テトラフルオルエチレンはエネ
ルギー状態過小化被覆になり各接合面に沿う有効な密封
材料として作用しこれ等の接合面間のすぐれた接着作用
を生ずるので、このテトラフルオルエチレンを使うのが
有利であることが分った。

各内面の被覆後に共振益金その被覆樹脂を軟化し合体さ
せるのに十分な温度のかま又はアニール室内に入れる。

共振器隔室の内部被覆はこのようにして、各接合・面が
相互に結合され確実に保持されるから、上圧又は真空を
保持するのに極めて適した緊密な密封部を生成する連続
層に形成される。

内部被覆厚さは、エネルギー状態最小化被覆として有効
になるように約１／１０００ないし２／１０００　ｉｎ
の範囲でなければならない。所望の厚さが得られるよう
にするには複数回の被覆を遂次に施せばよい。

本発明の空胴共振器の重要な構造上の特長は、その端部
壁６３，６４がそれぞれ導電性被覆６２にすぐ隣接し又
は近接した領域に水素原子が入らないようにする誘電性
材料から成る充てん領域Ａ及びＢを形成することでおる
。誘電性被覆の厚さは空胴共振器の寸法に従って広い範
囲にわたって変化する。本発明による小形共振器モード
では誘電性材料の厚さは空胴共振器の長さの約１／２４
であった。

前記したように円筒体６１及び各端部壁６３゜６４はそ
の外部部分を所定の配置の導電性組成物で処理する。被
覆６２自体の導電性材料は若干の導電性組成物の任意の
ものでよい。１実施例では互いに異なる３層を使うのが
有利であることが分った。すなわち第１にセラミック材
製空胴共振器の外面に直接設けた銅基体被覆とこれに次
いでクロムの上側層又次いで金を設ける。一般に第１の
銅被覆を普通の非電気的方法によシ次いで普通の電着法
を使い銅の厚さ全さらに増すことによシ単にフラッシュ
コーティングとして導入する。クロム及び金はこれに容
易に付着させることができる。

種穏の導電性又は金属の層の適当な厚さ範囲は、銅が０
．５０ないし約１００μｍｎであシ、クロムが約０．５
０ないし約１２５　μｍｎであり金が約０．２５危いし
約７５μｉｎである。金属のこのような３層の系は、本
発明のこの系がセラミック材及び金属の境界面を接着に
より損傷したり弱めたりする傾向が少いので従来の場合
よシ実質的に有利である。

さらに前記したような所定の配置に従って作るときは導
電性被覆は望ましくない界又はモードの振動を抑制する
効果を持つ。さらに導電性金属から成る層によシ、この
被覆を種種の接合構造及び類似物に一体に接着又はろう
付けすることによって全体をメーザ装置内に固着する。

第３図は標準周波数及び標準周波数の倍数を生じ水素共
振周波数でマイクロ波空胴内に噴射し標準周波数及びそ
の正確な倍数を受動水素メーザ１０のマイクロ波空胴装
置５２を使うことにより水素共振周波数で保持し、本シ
ステムのエージングとこのシステムの動作する環境内の
振動とに関係なく、標準周波数を予知できる正確かつ安
定な値に保持する電子制御手段を示す。

第３図に示すように電子制御手段１５０の周波数発生手
段１００は、電圧可変水晶発振器（ｖｃＸｏ）１１０と
％　　１２　Ｈｚのような小さい変調周波数全発生する
第１の変調周波数発振器１１１と、１２に、Ｈｚのよう
な大きい変調周波数を発生する第２の周波数変調発振器
１１２と、位相変調倍周器回路１１３とを備えている。

電圧可変水晶発振器は、なるべくはその可変周波数範囲
の中間に位置する５　ＭＨｚのような標準周波数を含む
可変周波数範囲を生ずるように作っである。小周波数変
調発撮器１１１はｉ　２Ｈｚのような小さい周波数を発
生し、標準周波数をその回路１１３による倍周とマイク
ロ波空胴内への導入に先だって変調する。たとえば１２
Ｈ２の小さい周波数は、標準周波数が変化して水素共振
周波数以外でマイクロ波空胴内に周波数を導入しようと
する場合に誤差信号を生じて補正作用を許容する。大き
い周波数変調発信器１１２によシ発生するたとえばｉ　
２ＫＨｚの大きい変調周波数は、その回路１１３におけ
る倍周に先だって標準周波数ｔ−ｆ調する。１２　ＫＨ
ｚの変調周波数は、圧力の変化と空胴被覆のエージング
とひずみに対する空胴の変形又は温度等の衝撃又は変化
とのようなニーソング及び環境変化の同調効果に対しマ
イクロ波空胴を探査する。このような効果に対する空胴
の同調の感度は、空胴の長さの変化に基づくその周波数
感度がたとえば約４００ＫＨｚ　／　ＩＩＢであると考
えられるときに現われる。標準周波数を変動に対して補
正する際にこのシステムの応答時間を減らすには、小さ
い変調周波数を増しシステム応答時間を短縮するのがよ
い。しかし標準周波数を水素共振周波数に保持する際に
システムの信頼性及び予知性ヲ高めるには、小さい変調
周波数が大きい変調周波数よ！数位数だけ小さいことが
望ましい。従って本発明の好適とする実施例では大きい
変調周波数は小さい変調周波数のｉ　ｏｏｏ倍にするの
がよい。１２Ｈｚ及び１２ＫＨｚによシ変調した標準周
波数は位相変調倍周器回路１１３で２８８の係数を乗じ
、マイクロ波空胴装置５２にそのマイクロ波入力結ａｌ
１０１（第２図）によシ加える変調搬送波を生ずる。

マイクロ波入力結線１０１とマイクロ波空胴４９内の超
微細水素原子との復合のエネルギーは、マイクロ波空胴
装Ｒ５２内で検知され、マイクロ波出力結線１０２によ
！１ｌｌａ幅変調検出器分周器（デマルチプライヤ９回
路１２２に送る。振幅変調検出器分周器回路１２２は小
さい変調周波数ｆ工及び大きい変調周波数ｆ２に対応す
る２つの出力を生ずる。これ等の出力は後述のようにし
てこのシステムの運転に使う。

第３図に示すように電子制御手段１５０は水素共振周波
数によシこの標準周波数の正確な倍数を保持する保持手
段を備えている。すなわち本発明によるシステムの始動
中に位相変調倍周器回路１１３によシ発生する搬送側帯
波の１つでなくて周波数発生手段１００により発生する
搬送周波数（２８８Ｘ　５　ＭＨｚ　）は、水素原子に
よシマイクロ波空胴４９内で放出されるエネルギーで保
持さする。小さい変調周波数に基づく密譲な奉送側帯波
によって、従来の周波数標準器は、マイクロ波空胴内で
検出された密接な搬送側帯波の１つにより標準周波数を
頻繁に不測に不正確な保持作用をする傾向があった。搬
送波の第２の小さい周波数の側帯波は従来のシステムで
はとくにやっかいである。本発明によるシステムは、標
準周波数の精密な倍数（このシステムでは５　ＭＨｚの
標準周波数の２８８倍）である搬送波を水素共振周波数
に保持する手段１４０全備えている。

第３図に示すように手段１４０は、小さい周波数の変調
発振器の出力とシステム位相検出器の出力とＶＣＸＯ周
波数の変動とを制御するようにスイッチｓｗ１、ｓｗ２
、ｓｗ３を備えている。始動中にこれ等のスイッチは、
搬送波の小周波数変調全不能化し、スイープゼネレータ
１４１の出力をｖｃｘｏ　１１０に加え、そして入力結
線１０１によシマイクロ波空胴に加えられる倍周された
標準周波数が水素共振周波数に等しくなるときを検出す
る手段にマイクロ波空胴装置５２の復調分周出力全接続
する。倍周された標準周波数が水素共振周波数に等しい
ときは、各スイッチによシスイープゼネレータｉ　４１
′！ｉ−止め周波数及び空胴同調の制御手段（第１図及
び第３図）を電子制御手段に接続し標準周波数を水素共
振周波数に相当する周波数に保持する。

本発明によるシステムは、任意の始動方式で自動的に又
はシステム操作者が選んだ任意の時刻に手動で手段１４
０及び各スイッチＳＷ１．８ｗ２、ＳＷ３を作動するよ
うにしである。これ等のスイッチは第３図では継電器Ｒ
１によシ作動されるものとして示しであるが、半導体ス
イッチを使ってもよい。継電器を使う場合には、これが
比較的早く作用し消費電力が少いので有利である。

手段１４０がｖｃｘｏ　ｉ　ｉ　ｏの標準周波数を水素
共振周波数に保持するように作動しているときは各スイ
ッチｓｗ１、ＳＷ２、ＳＷ３は第３図に示すようにａ端
子に接続されｂ端子からは接続が切られている。スイー
プゼネレータ１４１の出力はこのようにしてスイッチｓ
ｗ３’ｌ経てｖｃＸｏ　１１０に加えられる。へそれぞ
れ動作中のスイープゼネレータ１４１及びｖｃｘｏ　１
１０はｖｃｘｏ　（７）周波数を標準周波数を含む範囲
にわた°りて変える。ＶＣＩＯ周波数の変動範囲は、回
路１１３の倍周器回路によシ倍周したときに、第２変調
発振器１１２の大周波数出力による搬送波の変調によっ
て生じた第１の上下の側帯波に相当する周波数であるよ
うな周波数の範囲より幾分狭い範囲であるのがよい。

ｆ　ＨＲ周波数保持手段１４０の動作中に又ｖｃｘ。

１１０の周波数掃引中に、第１変調発据器１１１をスイ
ッチｓｗ１により本システムカ）ら切離す。

マイクロ波入力結線１０１によυマイクロ波空胴装置５
２に導入されるマ・イクロ波エネルギーは、第１変調発
振器１１１の小周波数によっては変調されない。Ｖ’ｃ
ＸＯ１１０の周波数全スイープゼネレータ１４１によ）
変えると、マ・イクロ波空胴４９内のエネルギーはマイ
クロ波出力結線１０２により検知される。振幅変調検出
器分周器回路１２２の動作によって、回路１２２の検出
され分周された出力はｆ２結線１２３により第２位相検
出器１２４に送られる。第２位相検出器１２４の他方の
入力は第２変調発撮器１１２に接続しである。線路１０
１によシマイクロ波空胴５２に導入されるマイクロ波エ
ネルギーが水素共振周波数にあシ又マイクロ波空胴５２
内に導入される超微細水素原子が低い方のエネルギ状態
に遷移するように付勢されこれ等の水素原子のエネルギ
ー全水素共振周波数で放出するときは、これ等の水素原
子のエネルギーはマイクロ波空胴内で一致する。マイク
ロ波空胴５２の被検出力は結ａ１０２により回路１２２
，１２４の作用によって信号を生ずる。

この信号は、スイープゼネレータ１４１を止め、ＶＣ！
ＸＯ１１０の標準周波数を水素共振周波数に保持し、各
スイッチｓｗ１、ＳＷ２、ｓｗ３を作動するのに使うこ
とができ、電子制御手段１５０によシ標準周波数全水素
共振周波数に保持さ汎た状態に維持することができるよ
うにする。

各回路１２２，１２４により発生する信号は第３図に示
すように周波数保持手段１４０のスイッチｓｗ２に送ら
れる。周波数保持手段１４０は、微分器１４２と停止ス
イープアクチュエータ１４４に接続したパルス検出器１
４３とを備えている。

すなわちマイクロ波空胴５２内のエネルギーの急速な変
化によシ、微分器１４２により微分するとパルスを生ず
る信号を生ずる。パルス検出器１４３は、停止スイープ
アクチュエータ１４４によシ使われスイープゼネレータ
１４１ｔ−停止し継電器Ｒ１ｔ−作動する出力を生ずる
ことにより、各スイッチｓｗ１、ＳＷ２、ＳＷ３の接触
片をそれぞれｂ端子に接続しａ端子から切離す。手段１
４０は、微分器、パルス検出器及び停止スイープアクチ
ュエータの各回路を使うものとして述べたが、このよう
な回路はスイープゼネレータ１４１ｆｊ！：制御する好
適な手段の例であり、電子回路手段１５０のスイープゼ
ネレータ１４１及びその他の手段を制御する唯一の手段
というわけではない。

スイッチＳＷ１．８ｗ２．５ｗ３ｙそれぞれｂ端子に接
続すると、ＶＣＸＯ１１０の標準周波数は５　ＭＢ２に
保持され、その正確な２８８の倍数がマイクロ波空胴装
置５２に加えられる。しかしこの搬送波は、第１変調発
揚器１１１の出力をスイッチｓｗ１のｂ端子を経て位相
変調倍周器回路１１３に加えることによって小周波数ｆ
１で変調さｎる。

標準周波数が変動すると、振幅変調検出器分周器回路１
２２ので１出力から誤差信号を生ずる。この誤差信号は
線路１２２ａによシ第１位相検矧検出器１２５に加えら
れる。第１変調発振器１１１の出力は、スイッチＳＷ１
のｂ端子を経て第１位相検知検出器１２５の他方の入力
に加えられる。標準周波数の変動の場合に第１位相検知
検出器１２５は誤差信号を生ずる。この誤差信号は、第
１ループフイルタ１２６とスイッチｓＷ３のｂ端子とを
経てＶｃＸＯ１１０に加えられ標準周波数の偏差を防ぐ
。

マイクロ波空胴を水素共振周波数から離調させる作用に
よシ、振幅変調検出器分周器回路１２２かも信号を生じ
ｆ２結線１２３を経て第２位相検知検出器１２４に送る
。第２位相検知検出器１２４の他方の入力は前記したよ
うに第２変調発振器１１２に接続しである。空胴同調の
変動によシ線路１２１に出力信号を生ずる。線路１２１
は、スイッチｓｖ２のｂ端子を経て第２のループフィル
タ１２γに接続され、又マイクロ波空胴装置５２に接続
され、尚業界にはよく知られているようにしてマイクロ
波空胴を水素共振周波数に保持する補正作用を生ずる。

次の各仕様に示すように前記した本発明によシ極めて高
い精度及び安定性を持つ密実な工業的に使用できる周波
数標準器が得られる。

電気的仕様 出力５ＭＨ２正弦波、５０へのｉ　Ｖｒｍｓ２緩衝出力
　　出力量分離１１０ｄＥ１位相雑音　１Ｈｚで−１１
３ｄＢ （Ｅ？５ＢＩＨｚＢＷ）　１０　Ｈｚで一１３５ｄＢ１
００Ｈｚで一１５５ｄＢ 短期 １［）［）ｓｅａで２×１０−” 〔アラど分散（Ａｍ１ａｎ　Ｖａｒｉａｎｃｅ）］　　
ｉ　［）、Ｑ［］Ｑｓｅｃで２×１０−１４１日で１×
１０−１４ 長期ドリフト　　Ｉ　Ｘ　１０−”／日雇大周波数 変化　　　　単位の寿命にわたりＩ　Ｘ　１０−１２リ
　　ト　　ｖ　　−、ｘ、　　（Ｒｅｔｒａｃｅ）（タ
ーンオフ、ターンオン）５ｉｘｉｏ−”入力電力 （定常状態）２８ＶＤＯにおいて７０Ｗウオ一ムアツプ
時間　　保持まで２４　ｈｒ同調分解度（チューニング
レゾリュージョン）１×１０−１４環境仕様 温度 係数　　５　ｘ　１０−”／　ｃ　　Ｏｃないし＋５０
ｃ内磁界　　１０ｅの外部磁界に対しｉ　ｘ　ｉ　ｏ−
１３感度　　変化 湿度　　９５％相対湿度非凝縮 物理的仕様 寸法　　高さ１０．５　ｉｎ　Ｘ深さ２０　ｉｎ　、　
１９　ｊ、ｎ重量　　７０１ｂ 以上本発明をその実施例について詳細に説明したが本発
明はなおその精神を逸脱しないで種種の変化変型を行う
ことができるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１囚は本発明周波数標準器の１実施例のブロック図、
第２図は本発明周波数標準器の解離装置（図の上部部分
）と共に受動水素メーデシステムの縦断面図、第３図は
第２図の解離装置の下面図である。第４図は本発明によ
るマイクロ波空胴を形成する隔室構造の縦断面図、第３
ａ図及び第３ｂ図はマイクロ波空胴隔室の端面図、第３
Ｃ図は第３ａ図及び第３ｂ図の隔室の側面図である。第
３図は本発明周波数標準器の回路のブロック図である。 １０・・・水素メーザ、３０・・・円筒形室、４０・・
・原子ビーム、４９・・・マイクロ波空胴、５０・・・
訪導コイル、５２・・・マイクロ波空胴装置、６０・・
・誘電性隔室、６２　ａ　、　６２１）−・・導電性被
覆、１２’４　。 １２５・・・位相検知検出器（第２手段、第１手段）、
１４０・・・第３手段（周波数保持手段）、１５０・・
・電子制御手段 ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　５ａ　　　ＦＩＧ、　５ｂ　　　　　　　　
ＦＩＧ、　５ｃＦＩＧ、　６

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）可変の周波数の電磁エネルギーを発生する周波数
   発生手段と、水素原子の流れを超微細エネルギー状態で
   マイクロ波空胴装置内に差向ける差向け手段を持ち水素
   共振周波数の電磁エネルギーを発生するようにした水素
   メーザと、前記周波数発生手段の周波数を制御し前記水
   素メーザにより発生する電磁エネルギーにより標準周波
   数を保持するようにした電子制御手段とを備え、前記マ
   イクロ波空胴装置にほぼ水素共振周波数に同調するマイ
   クロ波空胴を外面により仕切りこの外面に所定の配置に
   不連続の導電性被覆を設けて前記マイクロ波空胴の望ま
   しくない振動を抑制するようにした誘電性容器を設け、
   前記電子制御手段に前記のマイクロ波空胴装置及び周波
   数発生手段を接続し、前記電子制御手段に、周波数の変
   動動に基づく前記マイクロ波空胴のエネルギーの変動を
   検出し水素共振周波数に保持した前記周波数発生手段の
   周波数の正確な倍数を維持する第１の手段と、前記マイ
   クロ波空胴の離調に基づくこのマイクロ波空胴のエネル
   ギーの変動を検出しこのマイクロ波空胴を水素共振周波
   数に同調した状態に保つ第２の手段と、前記周波数発生
   手段の周波数を空胴同調範囲より狭い範囲にわたって変
   え前記周波数発生手段が前記水素共振周波数に等しくな
   るように正確に倍周された信号を生ずるときを検出し又
   前記標準周波数が前記水素共振周波数の正確な倍数であ
   るときに第３手段切離しと前記第１手段の前記周波数発
   生手段への接続とを行う第３の手段とを設けて成る周波
   数標準器。
2. （２）誘電性容器を、固定の各端部壁を持つ円筒形胴体
   の形に実質的にセラミックガラスから成る群から選定し
   た誘電性材料から形成し、前記胴体にその円筒形外面に
   連続した導電性組成物を接着し又前記胴体の両端部壁に
   所定の配置の不連続の導電性被覆を設けた特許請求の範
   囲第（１）項記載の周波数標準器。
3. （３）不連続被覆の所定の配置を、誘電性容器の穴に一
   致する中心を持つ少くとも１つの同心環状にした特許請
   求の範囲第（１）項記載の周波数標準器。
4. （４）不連続の導電性被覆の所定の配置を両端部壁の複
   数の環の形にし、これ等の複数の環を円筒形胴体の縦方
   向軸線に同心にしかつ同軸にした特許請求の範囲第（３
   ）項記載の周波数標準器。
5. （５）磁気遮蔽体と、誘電性容器を囲む約７０℃の温度
   で１／１００℃に制御できる協働する加熱手段とを備え
   た特許請求の範囲第（１）項記載の周波数標準器。
6. （６）共振器にさらに、この共振器を囲みこの共振器に
   強さの低い量子化磁界を供給するようにしたソレノイド
   を設けた特許請求の範囲第（１）項記載の周波数標準器
   。
7. （７）量子化磁界が１０＾−＾８Ｔ以上の強さを持つよ
   うにした特許請求の範囲第（６）項記載の周波数標準器
   。
8. （８）マイクロ波空胴装置に、電子制御手段に接続され
   マイクロ波空胴の共振周波数を制御する粗い同調手段及
   び精密な同調手段を設けた特許請求の範囲第（１）項記
   載の周波数標準器。
9. （９）水素メーザに、水素原子を発生する室と、出口と
   して作用し前記の水素原子の細いビームを形成する穴と
   、超微細水素原子の細いビームをマイクロ波空胴に整合
   させる屈従自在な部片とを持つ解離装置を設けた特許請
   求の範囲第（１）項記載の周波数標準器。
10. （１０）屈従自在な部片を、中間区分により相互に間隔
    を隔てて連結した内壁及び外壁と、前記内壁を解離室に
    連結する環状部分とにより構成した特許許請求の範囲第
    （９）項記載の周波数標準器。
11. （１１）解離室として、この解離室の上部部分に固着し
    た柄部分を持つ円筒形容器を使った特許請求の範囲第（
    ９）項記載の周波数標準器。
12. （１２）分子種の導入用の入口を、解離装置の基体を貫
    いて延びその解離室に連通する管状体により構成した特
    許請求の範囲第（９）項記載の周波数標準器。
13. （１３）解離室を管状体により部分的に囲み前記解離室
    を囲むたわみ性の区間を形成するようにした特許請求の
    範囲第（１）項記載の周波数標準器。
14. （１４）第３の手段に、周波数発生手段が水素原子によ
    り水素共振周波数で発生するエネルギーに保持されるま
    で第１手段の接続を切り、前記第３手段のスイープゼネ
    レータに前記周波数発生手段を接続し、マイクロ波空胴
    内に発生するエネルギーに対応する信号を前記第３手段
    に送るようにする複数個のスイッチを設け、前記第３手
    段に、前記周波数発生手段が標準周波数にあるときに前
    記スイープゼネレータを停止し又前記の複数個のスイッ
    チを駆動して前記スイープゼネレータを前記周波数発生
    手段から接続を切りこの周波数発生手段及びマイクロ波
    空胴装置にそれぞれ第１及び第２の手段を接続するよう
    にした回路を設けた特許請求の範囲第（１）項記載の周
    波数標準器。