JPS6318820A - ガスセル形原子発振器 - Google Patents
ガスセル形原子発振器Info
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- JPS6318820A JPS6318820A JP16330486A JP16330486A JPS6318820A JP S6318820 A JPS6318820 A JP S6318820A JP 16330486 A JP16330486 A JP 16330486A JP 16330486 A JP16330486 A JP 16330486A JP S6318820 A JPS6318820 A JP S6318820A
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- semiconductor laser
- frequency
- atomic
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- light
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
ガスセル形原子発振器において、単色光でコヒレントな
光を発光する半導体レーザをポンピング光源とし、又光
検出器における光の直流分を常に一定とするよう光の通
過量を制御し、且つ該半導体レーザの波長を、原子共鳴
信号の低周波変調周波数の２倍波成分が常に最大となる
ように制御することで、周波数短期安定度を格段に向上
するようにしたものである。
光を発光する半導体レーザをポンピング光源とし、又光
検出器における光の直流分を常に一定とするよう光の通
過量を制御し、且つ該半導体レーザの波長を、原子共鳴
信号の低周波変調周波数の２倍波成分が常に最大となる
ように制御することで、周波数短期安定度を格段に向上
するようにしたものである。
本発明は、通信、計測、放送等の基準クロック発生器と
して使用するガスセル形原子発振器の改良に関する。
して使用するガスセル形原子発振器の改良に関する。
原子や分子の共鳴周波数を基準とし、内蔵の水晶発振器
の周波数を制御するガスセル形原子発振器は、優れた周
波数安定度を有する為高安定度周波数源を必要とする分
野に広く用いられているが、更に周波数短期安定度が向
上されることが望まれている。
の周波数を制御するガスセル形原子発振器は、優れた周
波数安定度を有する為高安定度周波数源を必要とする分
野に広く用いられているが、更に周波数短期安定度が向
上されることが望まれている。
第４図は従来例のルビジウムガスセル形原子発振器のブ
ロック図、第５図はマイクロ波周波数変化に対する共鳴
曲線を示す特性図、第６図はマイクロ波周波数変化に対
する同期整流器出力を示す特性図である。
ロック図、第５図はマイクロ波周波数変化に対する共鳴
曲線を示す特性図、第６図はマイクロ波周波数変化に対
する同期整流器出力を示す特性図である。
８は空洞共振器、９はルビジウム原子が封入しである共
鳴セル、１１は直流増幅器、１２はコンデンサ、１３は
サーボ回路、１４は増幅器、１５は同期整流器、１６は
積分器、１７は２倍波増幅器、１８はロック表示器、１
９は低周波発振器、２゜は周波数合成器、２１は電圧制
御水晶発振器を示す。
鳴セル、１１は直流増幅器、１２はコンデンサ、１３は
サーボ回路、１４は増幅器、１５は同期整流器、１６は
積分器、１７は２倍波増幅器、１８はロック表示器、１
９は低周波発振器、２゜は周波数合成器、２１は電圧制
御水晶発振器を示す。
動作を説明すると、ランプ励振器（図指していない）で
高周波放電発光させられるランプ７のポンピング光は、
共鳴セル９に入射し、これを通過した光量が光検出器２
に達する。
高周波放電発光させられるランプ７のポンピング光は、
共鳴セル９に入射し、これを通過した光量が光検出器２
に達する。
一方電圧制御水晶発振器２１の出力は周波数合成器２０
にて、低周波発振器１９の低周波数で位相変調されると
共に周波数合成され、マイクロ波周波数ｆｘの信号とな
りマイクロ波空洞共振器８に達し、そのマイクロ波周波
数が原子共鳴周波数と一敗すると、共鳴セル９内で原子
共鳴か起こって光の吸収が最も強くなるため、透過光量
が第５図に示す如く急激に減少する。 この減少した光
信号を光検出器２で検出し、直流増幅器１１で増幅し、
コンデンサ１２にて直流はカットし、増幅器１４．同期
整流器１５．積分器１６，２倍波増幅器１７．低周波発
振器１９よりなるサーボ回路１３に入力する。
にて、低周波発振器１９の低周波数で位相変調されると
共に周波数合成され、マイクロ波周波数ｆｘの信号とな
りマイクロ波空洞共振器８に達し、そのマイクロ波周波
数が原子共鳴周波数と一敗すると、共鳴セル９内で原子
共鳴か起こって光の吸収が最も強くなるため、透過光量
が第５図に示す如く急激に減少する。 この減少した光
信号を光検出器２で検出し、直流増幅器１１で増幅し、
コンデンサ１２にて直流はカットし、増幅器１４．同期
整流器１５．積分器１６，２倍波増幅器１７．低周波発
振器１９よりなるサーボ回路１３に入力する。
実際にはマイクロ波は、低周波発振′２′ｊｒ１９の低
周波数で周波数合成器２０にて僅かに位相変調がかけら
れているので、共鳴の中心の上下では第５図に示す如く
、その位相が１８０度異なった変調周波数と同じ周波数
の共鳴信号を得、共鳴周波数の中心では変調周波数の２
倍の周波数の共鳴信号を得る。
周波数で周波数合成器２０にて僅かに位相変調がかけら
れているので、共鳴の中心の上下では第５図に示す如く
、その位相が１８０度異なった変調周波数と同じ周波数
の共鳴信号を得、共鳴周波数の中心では変調周波数の２
倍の周波数の共鳴信号を得る。
尚この２倍の周波数の共鳴信号は２倍波増幅器１７にて
増幅され、ロック表示器１８にてこの２倍波の大きの表
示によりロックされたかを示している。
増幅され、ロック表示器１８にてこの２倍波の大きの表
示によりロックされたかを示している。
この原子共鳴信号を同期整流器１５にて低周波発振器１
９よりの低周波数で同期整流し１．積分器１６を通せば
第６図に示すような直流信号を得、電圧制御水晶発振器
２１に供給される。
９よりの低周波数で同期整流し１．積分器１６を通せば
第６図に示すような直流信号を得、電圧制御水晶発振器
２１に供給される。
この直流信号が０となる、即ちマイクロ波周波数ｆｘが
原子共鳴周波数と一致するように、サーボ回路１３によ
り電圧制御水晶発振器２１の周波数が自動制御される。
原子共鳴周波数と一致するように、サーボ回路１３によ
り電圧制御水晶発振器２１の周波数が自動制御される。
この場合ガスセル形原子発振器の周波数短期安定度は原
子共ｒ！ｑ器６゛がらの出力である原子共鳴信号のＳ／
Ｎで決まる。
子共ｒ！ｑ器６゛がらの出力である原子共鳴信号のＳ／
Ｎで決まる。
この共鳴信号の雑音は、ポンピング光源であるランプ７
内から発する原子共鳴に寄与する光とは波長が異なる緩
衝気体からの不要な光による光検出器２における直流出
力に起因している。
内から発する原子共鳴に寄与する光とは波長が異なる緩
衝気体からの不要な光による光検出器２における直流出
力に起因している。
即ちこの直流分は原子共鳴には全く関与せず光検出器２
における散弾雑音発生源となる。
における散弾雑音発生源となる。
したがって、この直流分を出来るだけ小さくすることが
原子共鳴のＳ／Ｎ延いては周波数短期安定度の向上を計
る大きな課題となっている。
原子共鳴のＳ／Ｎ延いては周波数短期安定度の向上を計
る大きな課題となっている。
しかしながら、従来のランプ７を光源とする場合は、ラ
ンプ７内の緩衝気体の光が共鳴に寄与する光より桁違い
に強い為、この直流分を小さくすることは困難であるの
で、略１０日２より更に周波数短期安定度の向上を計る
ことは困難である問題点がある。
ンプ７内の緩衝気体の光が共鳴に寄与する光より桁違い
に強い為、この直流分を小さくすることは困難であるの
で、略１０日２より更に周波数短期安定度の向上を計る
ことは困難である問題点がある。
上記問題点は、第１図の原理ブロック図に示す如く、半
導体レーザ１を原子共鳴器６のポンピング光源とし、又
光検出器２における光の直流分を常に一定とするよう、
半導体レーザ１の次段に設けた光の通過量を可変する手
段３を第１の制御回路４にて制御する制御ループを設け
、且つ原子共ザ１の波長を可変するようにした、本発明
のガスセル形原子発振器により解決される。
導体レーザ１を原子共鳴器６のポンピング光源とし、又
光検出器２における光の直流分を常に一定とするよう、
半導体レーザ１の次段に設けた光の通過量を可変する手
段３を第１の制御回路４にて制御する制御ループを設け
、且つ原子共ザ１の波長を可変するようにした、本発明
のガスセル形原子発振器により解決される。
Ｃ作用〕
半導体レーザ１は周知の如く単色光で且つコヒレントな
光を発生するので、従来のランプを用いた場合に比べる
と原子共鳴に寄与する光だけを共鳴セルに照射出来るこ
とになる。
光を発生するので、従来のランプを用いた場合に比べる
と原子共鳴に寄与する光だけを共鳴セルに照射出来るこ
とになる。
従って、半導体レーザ１をポンピング光源とすることで
、光検出器２における不要光による直流成分が大幅に減
少し、これに基づく散弾雑音を大幅に少な（することが
可能となりガスセル形原子発振器の周波数短期安定度が
格段に向上することになる。
、光検出器２における不要光による直流成分が大幅に減
少し、これに基づく散弾雑音を大幅に少な（することが
可能となりガスセル形原子発振器の周波数短期安定度が
格段に向上することになる。
又従来例の場合で説明した如く、マイクロ波による原子
共鳴によっても、変調周波数の２倍波信号が得られるが
、半導体レーザＩの波長が原子共鳴周波数に全（一致す
ると、第３図に示す如く特性は先鋭となり２倍波信号が
最大になる。
共鳴によっても、変調周波数の２倍波信号が得られるが
、半導体レーザＩの波長が原子共鳴周波数に全（一致す
ると、第３図に示す如く特性は先鋭となり２倍波信号が
最大になる。
そこで、半導体レーザ１の波長は温度変化、注入電流に
より僅か変化するので、波長を制御しても光検出器２へ
の光の直流分を常に一定にするよう光のＪｌ ３８ ｍ
を可変する手段３を用い、第１の制御回路４にて制御し
、且つ波長が原子共鳴周波数に合致するように原子共鳴
信号の２倍波成分が常に最大となるよう第２の制？：ｆ
１１回路５で制御する。
より僅か変化するので、波長を制御しても光検出器２へ
の光の直流分を常に一定にするよう光のＪｌ ３８ ｍ
を可変する手段３を用い、第１の制御回路４にて制御し
、且つ波長が原子共鳴周波数に合致するように原子共鳴
信号の２倍波成分が常に最大となるよう第２の制？：ｆ
１１回路５で制御する。
尚光検出器２への光の直流分を常に一定にするのは、波
長を制御する場合、半導体レーザ１よりの光量が変わり
光検出器２への光の直流分が変わったのでは、２倍波信
“号の最大がつかめないからである。
長を制御する場合、半導体レーザ１よりの光量が変わり
光検出器２への光の直流分が変わったのでは、２倍波信
“号の最大がつかめないからである。
このようにすれば半導体レーザを用いることで光検出器
のＳ／Ｎが向上し且つ半導体レーザの波長は全く原子共
鳴周波数に一致するので周波数短期安定度は非常に向上
する。
のＳ／Ｎが向上し且つ半導体レーザの波長は全く原子共
鳴周波数に一致するので周波数短期安定度は非常に向上
する。
第２図は本発明の実施例のルビジウムガスセル形原子発
振器のブロック図、第３図は第２図の場合の波長合致度
と原子共鳴信号の大きさの関係を示す特性図である。
振器のブロック図、第３図は第２図の場合の波長合致度
と原子共鳴信号の大きさの関係を示す特性図である。
図中１は半導体レーザ、３゛は電圧制御偏光フィルタ、
４は第１の制御回路、５は第２の制御回路、６は原子共
鳴器、１０はレンズ、２２は半導体レーザドライバーを
示し、尚全図を通じ同一符号は同一機能のものを示す。
４は第１の制御回路、５は第２の制御回路、６は原子共
鳴器、１０はレンズ、２２は半導体レーザドライバーを
示し、尚全図を通じ同一符号は同一機能のものを示す。
第２図は、半導体レーザ１の波長を原子共鳴周波数に全
く一敗するように注入電流を半４体レーザドライバー２
２を介して制御する場合の例である。
く一敗するように注入電流を半４体レーザドライバー２
２を介して制御する場合の例である。
第２図で第４図の場合と異なる点は、ポンピング光源と
して、半導体レーザ１を用い、これよりの光を、レンズ
１０で平行光線とした後、電圧により光の通過量がかわ
る電圧制御″ｉ■偏光フィルタ３゛を通して共鳴セル９
に入射するようにし、光検出器２の出力を増幅する直流
増幅器１１の出力電圧を検出し、この直流出力が常に一
定となるよう （光量が一定）電圧制御偏向フィルタ３
゛への印可電圧を第１の制御回路４にて制御するように
した点及び２倍波増幅器１７の出力を第２の制御回路５
に人力し、制御回路５では、第３図に示す如く２倍波が
最大即ち２倍波増幅器１７の出力が、最大になるように
半導体レーザドライバー２２を介して半導体レーザ１の
注入電流を制御して、半導体レーザ１の波長を原子共鳴
周波数に全く一致するようにしている点である。
して、半導体レーザ１を用い、これよりの光を、レンズ
１０で平行光線とした後、電圧により光の通過量がかわ
る電圧制御″ｉ■偏光フィルタ３゛を通して共鳴セル９
に入射するようにし、光検出器２の出力を増幅する直流
増幅器１１の出力電圧を検出し、この直流出力が常に一
定となるよう （光量が一定）電圧制御偏向フィルタ３
゛への印可電圧を第１の制御回路４にて制御するように
した点及び２倍波増幅器１７の出力を第２の制御回路５
に人力し、制御回路５では、第３図に示す如く２倍波が
最大即ち２倍波増幅器１７の出力が、最大になるように
半導体レーザドライバー２２を介して半導体レーザ１の
注入電流を制御して、半導体レーザ１の波長を原子共鳴
周波数に全く一致するようにしている点である。
尚半導体レーザ１の注入電流を変化させると、それにつ
れて発光強度も変わるため、２倍波信号の最大がつかめ
ないから、上記説明の如く、電圧制御偏光フィルタ３゛
を用い、共鳴セル９の受ける光量が一定になるようにし
ている。
れて発光強度も変わるため、２倍波信号の最大がつかめ
ないから、上記説明の如く、電圧制御偏光フィルタ３゛
を用い、共鳴セル９の受ける光量が一定になるようにし
ている。
勿論電圧制御水晶発振器２１の制御系は従来と同じ構成
である。
である。
このようにすれば、半導体レーザ１の波長は原子共鳴周
波数に全く一致し、且つ光検出器２におけるＳ ／ Ｎ
が向上するので周波数短期安定度を略１０− ”程度に
向上することが出来た。
波数に全く一致し、且つ光検出器２におけるＳ ／ Ｎ
が向上するので周波数短期安定度を略１０− ”程度に
向上することが出来た。
向上記は注入電流を制御する場合の例を示したが、温度
を変化して半導体レーザ１の波長を原子共鳴周波数に全
く一敗させるには、温度を殆ど一定にする冷却器（クラ
イオスタット）の温度を、２倍波増幅器１７の出力が最
大になるように制御するようにすればよい。
を変化して半導体レーザ１の波長を原子共鳴周波数に全
く一敗させるには、温度を殆ど一定にする冷却器（クラ
イオスタット）の温度を、２倍波増幅器１７の出力が最
大になるように制御するようにすればよい。
以上詳細に説明せる如く本発明によれば、ポンピング光
源として、単色光でコヒレントな光を発する半導体レー
ザを用い、且つ半導体レーザの波長を原子共鳴周波数に
全く一致するように制御しているので、原子共鳴信号の
Ｓ／Ｎが向上し、周波数短ｆ！Ａ安定度を格段に向上出
来る効果がある。
源として、単色光でコヒレントな光を発する半導体レー
ザを用い、且つ半導体レーザの波長を原子共鳴周波数に
全く一致するように制御しているので、原子共鳴信号の
Ｓ／Ｎが向上し、周波数短ｆ！Ａ安定度を格段に向上出
来る効果がある。
第１図は本発明の原理ブロック図、
第２図は本発明の実施例のルビジ７ムガスセル形原子発
振器のブロック図、 第３図は第２図の場合の波長合致度と原子共鳴信号の大
きさの関係を示す特性図、 第４図は従来例のルビジウムガスセル形原子発振器のブ
ロック図、 第５図はマイクロ波周波数変化に対する共鳴曲線を示す
特性図、 第６図はマイクロ波周波数変化に対する同期整流器出力
を示す特性図である。 図において、 １は半導体レーザ、 ２は光検出器、 ３は光の通過上を可変する手段、 ３”は電圧制御偏光フィルタ、 ４は第１の制御回路、 ５は第２の制御回路、 ６．６゛ はマイクロ波原子共鳴器、 ７はランプ、 ８は空洞共振器、 ９は共鳴セル、 １０はレンズ、 １１は直流増幅器、 １２はコンデンサ、 １３はサーボ回路、 １４は増幅器、 １５は同期整流器、 １６は積分器、 １７は２倍波増幅器、 １８はロック表示器、 １９は低周波発振器、 ２０は周波数合成器、 ２１は電圧制御水晶発振器を示す。 ＄４ 珂
振器のブロック図、 第３図は第２図の場合の波長合致度と原子共鳴信号の大
きさの関係を示す特性図、 第４図は従来例のルビジウムガスセル形原子発振器のブ
ロック図、 第５図はマイクロ波周波数変化に対する共鳴曲線を示す
特性図、 第６図はマイクロ波周波数変化に対する同期整流器出力
を示す特性図である。 図において、 １は半導体レーザ、 ２は光検出器、 ３は光の通過上を可変する手段、 ３”は電圧制御偏光フィルタ、 ４は第１の制御回路、 ５は第２の制御回路、 ６．６゛ はマイクロ波原子共鳴器、 ７はランプ、 ８は空洞共振器、 ９は共鳴セル、 １０はレンズ、 １１は直流増幅器、 １２はコンデンサ、 １３はサーボ回路、 １４は増幅器、 １５は同期整流器、 １６は積分器、 １７は２倍波増幅器、 １８はロック表示器、 １９は低周波発振器、 ２０は周波数合成器、 ２１は電圧制御水晶発振器を示す。 ＄４ 珂
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体レーザ（１）をマイクロ波原子共鳴器（６）のポ
ンピング光源とし、又光検出器（２）における光の直流
分を常に一定とするよう、該半導体レーザ（１）の次段
に設けた光の通過量を可変する手段（３）を第１の制御
回路（４）にて制御する制御ループを設け、 且つ原子共鳴信号の低周波変調周波数の２倍波成分が常
に最大となるよう第２の制御回路（６）にて該半導体レ
ーザ（１）の波長を可変するようにしたことを特徴とす
るガスセル形原子発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61163304A JPH0748661B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | ガスセル形原子発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61163304A JPH0748661B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | ガスセル形原子発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6318820A true JPS6318820A (ja) | 1988-01-26 |
| JPH0748661B2 JPH0748661B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=15771280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61163304A Expired - Lifetime JPH0748661B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | ガスセル形原子発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0748661B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5063568A (en) * | 1988-09-05 | 1991-11-05 | Fujitsu Limited | Wavelength stabilized light source |
| USRE36088E (en) * | 1990-03-01 | 1999-02-09 | Fujitsu Limited | Optical transmitter |
| JP2009049623A (ja) * | 2007-08-17 | 2009-03-05 | Epson Toyocom Corp | 原子発振器 |
| JP2010232792A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Seiko Epson Corp | 原子発振器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5685886A (en) * | 1979-12-14 | 1981-07-13 | Fujitsu Ltd | Atomic oscillator |
-
1986
- 1986-07-11 JP JP61163304A patent/JPH0748661B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5685886A (en) * | 1979-12-14 | 1981-07-13 | Fujitsu Ltd | Atomic oscillator |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5063568A (en) * | 1988-09-05 | 1991-11-05 | Fujitsu Limited | Wavelength stabilized light source |
| USRE36088E (en) * | 1990-03-01 | 1999-02-09 | Fujitsu Limited | Optical transmitter |
| JP2009049623A (ja) * | 2007-08-17 | 2009-03-05 | Epson Toyocom Corp | 原子発振器 |
| JP2010232792A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Seiko Epson Corp | 原子発振器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0748661B2 (ja) | 1995-05-24 |
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