特許 7473319 原子発振器及び周波数信号生成システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-15

(45)【発行日】2024-04-23

(54)【発明の名称】原子発振器及び周波数信号生成システム

(51)【国際特許分類】

   H03L 7/26 20060101AFI20240416BHJP

   H01S 1/06 20060101ALN20240416BHJP

【ＦＩ】

H03L7/26

H01S1/06

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019194113

(22)【出願日】2019-10-25

(65)【公開番号】P2021069038

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2022-10-24

(73)【特許権者】

【識別番号】397050741

【氏名又は名称】マイクロチップ テクノロジー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100137095

【弁理士】

【氏名又は名称】江部 武史

(74)【代理人】

【識別番号】100173691

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 康久

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】珎道 幸治

【審査官】▲高▼橋 徳浩

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１２０５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１１７０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２２５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８０２８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ １／０６

Ｈ０３Ｌ１／００－Ｈ０３Ｌ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子と、
アルカリ金属原子が収容され、前記発光素子から出射された光が入射する原子セルと、
前記原子セルを覆い、前記原子セルを第１温度に加熱するヒーターと、
前記ヒーターによって前記第１温度に加熱される第１部分と、前記原子セルに接し、ペルチェ効果によって前記第１温度よりも低い第２温度に制御される第２部分と、を含み、前記ヒーターと前記原子セルとの間に配置される温度制御素子と、
前記原子セルを透過した光を検出する受光素子と、を含み、
前記アルカリ金属原子の少なくとも一部が液体状態で前記原子セル内に存在する、原子発振器。

【請求項2】

前記温度制御素子に接続されている定電流源を含む、請求項１に記載の原子発振器。

【請求項3】

前記原子セルの光が入射する面の温度、及び、前記原子セルの光が出射する面の温度は、前記第２温度よりも高い、請求項１又は請求項２に記載の原子発振器。

【請求項4】

前記温度制御素子は、第１温度制御面、第２温度制御面、及び前記第１温度制御面と前記第２温度制御面とを接続する半導体層を含むペルチェ素子であり、
前記第１部分は、前記ペルチェ素子の前記第１温度制御面であり、
前記第２部分は、前記ペルチェ素子の前記第２温度制御面であり、
前記ヒーターから前記原子セルに向かって、前記第１部分、前記半導体層、前記第２部分の順に並んでいる、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の原子発振器。

【請求項5】

前記温度制御素子は、第１の金属と、前記第１の金属とは異なる第２の金属と、を含み、
前記第２部分は、前記第１の金属と前記第２の金属との接合部である、請求項２に記載の原子発振器。

【請求項6】

前記第１部分は、前記第１の金属の前記ヒーターに接する部分、及び、前記第２の金属の前記ヒーターに接する部分である、請求項５に記載の原子発振器。

【請求項7】

前記ヒーターと前記原子セルとの間に配置され、前記ヒーターによって前記第１温度に加熱されているシールドを含み、
前記第１部分は、前記第１の金属の前記シールドに接する部分である、請求項５に記載の原子発振器。

【請求項8】

前記温度制御素子は、磁場を発生させるコイルである、請求項５に記載の原子発振器。

【請求項9】

前記温度制御素子の前記第１部分と前記定電流源とは、第３の金属で接続されている、請求項５乃至請求項８の何れか一項に記載の原子発振器。

【請求項10】

原子発振器と、
前記原子発振器からの周波数信号を処理する処理部と、を備え、
前記原子発振器は、
発光素子と、
アルカリ金属原子が収容され、前記発光素子から出射された光が入射する原子セルと、
前記原子セルを覆い、前記原子セルを第１温度に加熱するヒーターと、
前記ヒーターによって前記第１温度に加熱される第１部分と、前記原子セルに接し、ペルチェ効果によって前記第１温度よりも低い第２温度に制御される第２部分と、を含み、前記ヒーターと前記原子セルとの間に配置される温度制御素子と、
前記原子セルを透過した光を検出する受光素子と、を含み、
前記アルカリ金属原子の少なくとも一部が液体状態で前記原子セル内に存在する、周波数信号生成システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子発振器及び周波数信号生成システムに関する。

【背景技術】

【0002】

長期的に高精度な発振特性を有する発振器として、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属原子のエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器が知られている。
原子発振器は、アルカリ金属原子をガスセル内に封入し、そのアルカリ金属原子をガス状に保つために、ガスセルをヒーターにより所定温度に加熱している。しかし、ガスセル内のガス状のアルカリ金属原子は、経年劣化により減少してしまうので、長期間使用すると原子発振器の性能が劣化するという問題があった。
例えば特許文献１では、ガスセルを加熱する伝熱部と離間した位置に放熱部を配置し、ガスセル内のアルカリ金属原子を全てガス化するのではなく、一部をガスセルの温度の低い部分である放熱部に析出させ、液体として同封している。そのため、経年劣化によるガス状のアルカリ金属原子の減少を、液状のアルカリ金属原子から気化させることで補っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１２２５９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の原子発振器は、放熱部がガスセルの熱を外部へ逃がすことでガスセルの一部の温度を低くするため、ガスセルの冷却の程度が外気の温度に影響され易いので、ガスセルの温度分布を安定させることが難しいという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

原子発振器は、発光素子と、アルカリ金属原子が収容され、前記発光素子から出射された光が入射する原子セルと、前記原子セルを覆い、前記原子セルを第１温度に加熱するヒーターと、前記ヒーターによって前記第１温度に加熱される第１部分と、前記原子セルに接し、ペルチェ効果によって前記第１温度よりも低い第２温度に制御される第２部分と、を含み、前記ヒーターと前記原子セルとの間に配置される温度制御素子と、前記原子セルを透過した光を検出する受光素子と、を含む。

【0006】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子に接続されている定電流源を含むことが好ましい。

【0007】

上記の原子発振器において、前記原子セルの光が入射する面の温度、及び、前記原子セルの光が出射する面の温度は、前記第２温度よりも高いことが好ましい。

【0008】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子は、第１温度制御面、第２温度制御面、及び前記第１温度制御面と前記第２温度制御面とを接続する半導体層を含むペルチェ素子であり、前記第１部分は、前記ペルチェ素子の前記第１温度制御面であり、前記第２部分は、前記ペルチェ素子の前記第２温度制御面であり、前記ヒーターから前記原子セルに向かって、前記第１部分、前記半導体層、前記第２部分の順に並んでいることが好ましい。

【0009】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子は、第１の金属と、前記第１の金属とは異なる第２の金属と、を含み、前記第２部分は、前記第１の金属と前記第２の金属との接合部であることが好ましい。

【0010】

上記の原子発振器において、前記第１部分は、前記第１の金属の前記ヒーターに接する部分、及び、前記第２の金属の前記ヒーターに接する部分であることが好ましい。

【0011】

上記の原子発振器において、前記ヒーターと前記原子セルとの間に配置され、前記ヒーターによって前記第１温度に加熱されているシールドを含み、前記第１部分は、前記第１の金属の前記シールドに接する部分であることが好ましい。

【0012】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子は、磁場を発生させるコイルであることが好ましい。

【0013】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子の前記第１部分と前記定電流源とは、第３の金属で接続されていることが好ましい。

【0014】

周波数信号生成システムは、原子発振器と、前記原子発振器からの周波数信号を処理する処理部と、を備え、前記原子発振器は、発光素子と、アルカリ金属原子が収容され、前記発光素子から出射された光が入射する原子セルと、前記原子セルを覆い、前記原子セルを第１温度に加熱するヒーターと、前記ヒーターによって前記第１温度に加熱される第１部分と、前記原子セルに接し、ペルチェ効果によって前記第１温度よりも低い第２温度に制御される第２部分と、を含み、前記ヒーターと前記原子セルとの間に配置される温度制御素子と、前記原子セルを透過した光を検出する受光素子と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る原子発振器を示す概略図。

【図2】第１実施形態に係る原子発振器を模式的に示す断面図。

【図3】第１実施形態に係る原子セルユニットを模式的に示す断面図。

【図4】図３のＡ－Ａ線での断面図。

【図5】第２実施形態に係る原子セルユニットを模式的に示す断面図。

【図6】第３実施形態に係る原子セルユニットを模式的に示す断面図。

【図7】第４実施形態に係る原子セルユニットを模式的に示す断面図。

【図8】第５実施形態に係る原子セルユニットを模式的に示す断面図。

【図9】第６実施形態に係る原子セルユニットを模式的に示す断面図。

【図10】第７実施形態に係る原子セルユニットを模式的に示す断面図。

【図11】第８実施形態に係る原子セルユニットを模式的に示す断面図。

【図12】第９実施形態に係る周波数信号生成システムを示す概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る原子発振器１について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る原子発振器１を示す概略図である。

【0017】

原子発振器１は、アルカリ金属原子に対して特定の異なる波長の２つの共鳴光を同時に照射したときに当該２つの共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象が生じる量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した原子発振器である。なお、この量子干渉効果による現象は、電磁誘起透明化（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象とも言う。また、本実施形態に係る原子発振器１は、光及びマイクロ波による二重共鳴現象を利用した原子発振器であってもよい。

【0018】

原子発振器１は、図１に示すように、発光素子１０と、光学系ユニット２０と、原子セルユニット３０と、発光素子１０及び原子セルユニット３０を制御する制御ユニット４０と、を含む。

【0019】

発光素子１０は、周波数の異なる２種の光を含んでいる直線偏光の光ＬＬを出射する。発光素子１０は、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などである。

【0020】

光学系ユニット２０は、発光素子１０と原子セルユニット３０との間に配置されている。光学系ユニット２０は、減光フィルター２１と、レンズ２２と、１／４波長板２３と、を有している。

【0021】

減光フィルター２１は、発光素子１０から出射された光ＬＬの強度を減少させる。レンズ２２は、光ＬＬの放射角度を調整する。具体的には、レンズ２２は、光ＬＬを平行光にする。１／４波長板２３は、光ＬＬに含まれる周波数の異なる２種の光を、直線偏光から円偏光に変換する。

【0022】

原子セルユニット３０は、原子セル３１と、受光素子３２と、ヒーター３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、温度制御素子３６と、を有している。

【0023】

原子セル３１は、受光素子３２から出射される光ＬＬを透過する。原子セル３１には、アルカリ金属原子が収容されている。アルカリ金属原子は、互いに異なる２つの基底準位と励起準位とからなる３準位系のエネルギー準位を有する。原子セル３１には、発光素子１０から出射された光ＬＬが減光フィルター２１、レンズ２２、及び１／４波長板２３を介して入射する。

【0024】

受光素子３２は、原子セル３１を通過した光ＬＬを受光し検出する。受光素子３２は、例えば、フォトダイオードである。

【0025】

ヒーター３３は、原子セル３１を第１温度Ｔ１になるように制御する。ヒーター３３は、原子セル３１に収容されたアルカリ金属原子を加熱し、アルカリ金属原子の少なくとも一部をガス状態にする。第１温度Ｔ１は、例えば、６０℃以上７０℃以下である。

【0026】

温度センサー３４は、原子セル３１の温度を検出する。温度センサー３４は、例えば、サーミスタ、熱電対等の各種温度センサーである。
コイル３５は、原子セル３１に収容されたアルカリ金属原子に所定方向の磁場を印加し、アルカリ金属原子のエネルギー準位をゼーマン分裂させる。

【0027】

アルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光した共鳴光対がアルカリ金属原子に照射されると、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数が他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くなる。そのため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が増大し、所望のＥＩＴ信号が大きくなる。その結果、原子発振器１の発振特性を向上させることができる。

【0028】

温度制御素子３６は、ペルチェ効果を利用し、原子セル３１の一部を第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２になるように冷却する。第２温度Ｔ２は、例えば、第１温度Ｔ１よりも１℃以上低い温度である。温度制御素子３６は、例えば、ペルチェ素子である。

【0029】

制御ユニット４０は、温度制御回路４１と、定電流源４２と、磁場制御回路４３と、光源制御回路４４と、を有している。

【0030】

温度制御回路４１は、温度センサー３４の検出結果に基づいて、原子セル３１の内部が所望の温度となるように、ヒーター３３への通電を制御する。

【0031】

定電流源４２は、温度制御素子３６に直流電流を流し、原子セル３１の一部を第２温度Ｔ２になるように制御する。

【0032】

磁場制御回路４３は、コイル３５が発生する磁場が一定となるように、コイル３５への通電を制御する。

【0033】

光源制御回路４４は、受光素子３２の検出結果に基づいて、ＥＩＴ現象が生じるように、受光素子３２から出射された光ＬＬに含まれる２種の光の周波数を制御する。ここで、これら２種の光が原子セル３１に収容されたアルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差の共鳴光対となったとき、ＥＩＴ現象が生じる。光源制御回路４４は、２種の光の周波数の制御に同期して安定化するように発振周波数が制御される電圧制御型発振器（図示せず）を備えており、この電圧制御型発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）の出力信号を原子発振器１の出力信号であるクロック信号ＣＬＫとして出力する。

【0034】

次に、原子発振器１の具体的な構成について説明する。
図２は、第１実施形態に係る原子発振器１を模式的に示す断面図である。図３は、第１実施形態に係る原子セルユニット３０を模式的に示す断面図である。図４は、図３のＡ－Ａ線での断面図である。また、図２～図４、及び後述する図５～図１１では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。

【0035】

原子発振器１は、図２に示すように、発光素子１０と、光学系ユニット２０と、原子セルユニット３０と、制御ユニット４０と、外容器５０と、を含む。

【0036】

発光素子１０は、光源基板１１に配置されている。光源基板１１は、外基部５１上に設けられた断熱部材５３に配置され、例えば、図示しないネジによって断熱部材５３と共に外基部５１に固定されている。発光素子１０は、制御ユニット４０の光源制御回路４４と電気的に接続されている。

【0037】

光学系ユニット２０は、断熱部材５３を介して外基部５１に配置されている。光学系ユニット２０は、減光フィルター２１と、レンズ２２と、１／４波長板２３と、これらを保持しているホルダー２４と、を有している。ホルダー２４は、例えば、図示しないネジによって断熱部材５３と共に外基部５１に固定されている。

【0038】

ホルダー２４には、貫通孔が設けられており、光ＬＬの通過領域である。貫通孔には、減光フィルター２１、レンズ２２、及び１／４波長板２３が発光素子１０側からこの順で配置されている。

【0039】

原子セルユニット３０は、断熱部材５３を介して外基部５１に配置され、例えば、図示しないネジによって断熱部材５３と共に外基部５１に固定されている。
原子セルユニット３０は、図３及び図４に示すように、原子セル３１と、受光素子３２と、ヒーター３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、温度制御素子３６と、内容器となるシールド３７と、を含む。原子セル３１、ヒーター３３、及びシールド３７は、長手方向がＸ軸に沿った円筒形状であり、ヒーター３３の内側にシールド３７が配置され、シールド３７の内側に原子セル３１と、受光素子３２と、温度センサー３４と、コイル３５と、温度制御素子３６と、が配置されている。

【0040】

原子セル３１には、気体のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が収容されている。原子セル３１には、必要に応じて、アルゴン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属原子とともに収容されていてもよい。

【0041】

原子セル３１には、発光素子１０から出射された光ＬＬが入射する。原子セル３１の壁部の材質は、例えば、ガラスなどである。原子セル３１の壁部は、原子セル３１の内部空間Ｓを規定している。原子セル３１の内部空間Ｓは、例えば、アルカリ金属原子の飽和蒸気圧となっている。発光素子１０から出射された光ＬＬは、内部空間Ｓを通過する。原子セル３１と温度制御素子３６とが接している位置の原子セル３１の内部空間Ｓ側の面には、例えば、液体のアルカリ金属原子６０が存在する。これにより、内部空間Ｓの気体のアルカリ金属原子が原子セル３１の壁部との反応等により減少した場合、液体のアルカリ金属原子６０が気化して、内部空間Ｓにおける気体のアルカリ金属原子の濃度を一定に保つことができる。

【0042】

受光素子３２は、原子セル３１を透過した光ＬＬを検出し、原子セル３１の発光素子１０側とは反対側に配置されている。受光素子３２は、制御ユニット４０の光源制御回路４４と電気的に接続されている。

【0043】

ヒーター３３は、原子セル３１、受光素子３２、温度センサー３４、コイル３５、温度制御素子３６、及びシールド３７を収容し、原子セル３１を覆っている。ヒーター３３は、制御ユニット４０の温度制御回路４１と電気的に接続されている。
ヒーター３３は、原子セル３１に配置された温度センサー３４の温度情報に基づいて、原子セル３１を第１温度Ｔ１になるように加熱している。ヒーター３３は、例えば、シートヒーターで原子セル３１全体を覆ってもよく、発熱素子と銅などの熱伝導率の高い金属との組み合わせであってもよい。

【0044】

温度センサー３４は、原子セル３１に複数配置されており、原子セル３１の温度を検出する。なお、温度センサー３４は、ヒーター３３が原子セル３１を第１温度Ｔ１に加熱できれば、数および配置は限定されない。例えば、温度センサー３４は１つであってもよく、シールド３７の外部に配置されていてもよい。
コイル３５は、例えば、原子セル３１の外周に沿って巻回して設けられているソレノイド型のコイル、又は、原子セル３１を介して対向するヘルムホルツ型の１対のコイルである。コイル３５は、原子セル３１の内部に光ＬＬの光軸ＬＡに沿った方向の磁場を発生させる。これにより、原子セル３１に収容されたアルカリ金属原子の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップをゼーマン分裂により拡げて、分解能を向上させ、ＥＩＴ信号の線幅を小さくすることができる。
なお、温度センサー３４及びコイル３５は、制御ユニット４０の温度制御回路４１及び磁場制御回路４３と電気的に接続されている。

【0045】

温度制御素子３６は、原子セル３１を第１温度Ｔ１に加熱するヒーター３３と原子セル３１との間に複数配置され、第１部分３６１である第１温度制御面Ｐ１、第２部分３６３である第２温度制御面Ｐ２、及び第１温度制御面Ｐ１と第２温度制御面Ｐ２とを接続する半導体層３６２を含むペルチェ素子である。ヒーター３３から原子セル３１に向かって、第１部分３６１、半導体層３６２、第２部分３６３の順に並んでいる。温度制御素子３６は、第１部分３６１から図示しない２つの配線により、制御ユニット４０の定電流源４２と電気的に接続されている。
温度制御素子３６の第１部分３６１がヒーター３３によって第１温度Ｔ１に加熱され、原子セル３１に接する第２部分３６３がペルチェ効果によって第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２に制御される。そのため、温度制御素子３６の第２部分３６３と接する原子セル３１の一部は、第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２に冷却される。これは、温度制御素子３６に定電流源４２から直流電流を流すことで、第１温度制御面Ｐ１と第２温度制御面Ｐ２とにペルチェ効果により温度差を発生させることができ、原子セル３１と接する第２温度制御面Ｐ２を吸熱させることができるためである。
そのため、冷却された原子セル３１の内部空間Ｓ内に、気体のアルカリ金属原子が冷却されて液化した液体のアルカリ金属原子６０を発生させることができる。

【0046】

温度制御素子３６の光軸ＬＡに沿った位置は任意であるが、原子セル３１の中央付近が好ましい。例えば、原子セル３１の光軸ＬＡに沿った長さの１／３以上２／３以下の範囲に配置するとよい。原子セル３１の光ＬＬが入射する面Ｍ１および原子セル３１の光が出射する面Ｍ２の両方から第２温度Ｔ２となる部分を離すことができるので、面Ｍ１および面Ｍ２に液体のアルカリ金属原子６０が付着し難くできる。これにより、原子セル３１に入射する光ＬＬの強度、および、原子セル３１から出射する光ＬＬの強度が低下し難くなるので、原子発振器１の周波数精度の低下を抑制できる。

【0047】

なお、原子セル３１は、面Ｍ１の温度及び面Ｍ２の温度が第２温度Ｔ２よりも高い第１温度Ｔ１となるように、ヒーター３３によって加熱されている。

【0048】

シールド３７は、原子セル３１、受光素子３２、温度センサー３４、コイル３５、及び温度制御素子３６を収容し、ヒーター３３の内部に配置されている。シールド３７の発光素子１０側の壁部には、ガラスなどの透明部材３７ａが配置されている。そのため、発光素子１０から出射された光ＬＬを原子セル３１に入射させることができる。

【0049】

シールド３７の材質は、例えば、鉄、ケイ素鉄、パーマロイ、スーパーマロイ、センダスト、銅などである。このような材料を用いることにより、原子セル３１は、外部からの磁気を遮断することができる。これにより、外部からの磁気によって原子セル３１内のアルカリ金属原子が影響を受けることを抑え、原子発振器１の発振特性の安定化を図ることができる。ここで、「抑える」とは、ある事象が生じることを完全にとめる場合と、ある事象の程度を少なくする場合と、を含む。

【0050】

制御ユニット４０は、図２に示すように、回路基板４５を有している。回路基板４５は、複数のリードピン５４を介して、外基部５１に固定されている。回路基板４５は、図示しないＩＣ（Integrated Circuit）チップが配置されており、ＩＣチップは、温度制御回路４１、磁場制御回路４３、及び光源制御回路４４として機能する。ＩＣチップは、発光素子１０及び原子セルユニット３０と電気的に接続されている。

【0051】

外容器５０は、発光素子１０、光学系ユニット２０、原子セルユニット３０、及び制御ユニット４０を収容している。外容器５０は、外基部５１と、外基部５１とは別体の外蓋部５２と、を有している。外容器５０の材質は、例えば、シールド３７と同じである。そのため、外容器５０は、外部からの磁気を遮断することができ、外部からの磁気によって原子セル３１内のアルカリ金属原子が影響を受けることを抑えることができる。

【0052】

本実施形態では、４つの温度制御素子３６が配置された構成であるが、これに限定されることはなく、温度制御素子３６は１つ以上であれはよい。

【0053】

本実施形態の原子発振器１は、ヒーター３３で温度を安定させた内側に原子セル３１を配置するので、原子セル３１の温度が外気の温度の影響を受け難い。また、冷却にペルチェ効果を利用してヒーター３３の温度を基準に第１部分３６１と第２部分３６３との間に一定の温度差をつけることで、ヒーター３３の内側で原子セル３１の一部を冷却してもヒーター３３の温度が変動し難くできるので、原子セル３１の温度分布を安定にすることができる。そのため、高精度な原子発振器１を得ることができる。

【0054】

また、温度制御素子３６が定電流源４２に接続されているため、ペルチェ効果によって生じる温度差が一定に保たれる。従って、温度制御素子３６の原子セル３１と接する第２部分３６３を安定して第２温度Ｔ２に制御することができる。

【0055】

また、原子セル３１の光ＬＬが入射する面Ｍ１の温度、及び、原子セル３１の光ＬＬが出射する面Ｍ２の温度が第２温度Ｔ２よりも高いため、２つの面に気体のアルカリ金属原子が液体として析出しないので、光を遮ることがなく、安定した発振特性を得ることができる。

【0056】

また、温度制御素子３６がヒーター３３から原子セル３１に向かって、第１部分３６１、半導体層３６２、第２部分３６３の順に並んでいるので、第１温度Ｔ１となる第１温度制御面Ｐ１と第２温度制御面Ｐ２との間にペルチェ効果により温度差を発生させることができ、原子セル３１と接する第２温度制御面Ｐ２によって吸熱させることができる。従って、原子セル３１の温度分布を安定に維持した状態で、原子セル３１の一部を冷却することができる。

【0057】

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る原子発振器１ａについて、図５を参照して説明する。
図５は、第２実施形態に係る原子セルユニット３０ａを模式的に示す断面図である。

【0058】

本実施形態の原子発振器１ａは、第１実施形態の原子発振器１に比べ、原子セルユニット３０ａの構成が異なること以外は、第１実施形態の原子発振器１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

【0059】

原子発振器１ａの原子セルユニット３０ａは、図５に示すように、温度制御素子３６が発光素子１０側から第１部分３６１、半導体層３６２、第２部分３６３の順で並んでおり、第１部分３６１は、第１温度Ｔ１に加熱されており、第２部分３６３は、ペルチェ効果により第２温度Ｔ２に冷却されている。
原子セル３１とコイル３５との間及び受光素子３２とシールド３７との間には、ヒーター３３の熱を伝えるための伝熱部材７０が配置されている。
温度制御素子３６の受光素子３２側には、第２部分３６３と原子セル３１とに接する伝熱部材７１が配置されている。伝熱部材７１は、伝熱部材７０及びシールド３７とは離れている。伝熱部材７１は、第２温度Ｔ２に冷却された第２部分３６３の熱を原子セル３１に伝え、伝熱部材７１と接する原子セル３１の一部を冷却することができる。そのため、伝熱部材７１と接する原子セル３１の内部空間Ｓ内に、気体のアルカリ金属原子が冷却されて液化した液体のアルカリ金属原子６０を発生させることができる。

【0060】

伝熱部材７０及び伝熱部材７１の材質は、コイル３５から原子セル３１への磁界を阻害せず、熱伝導率の高い材料であることが好ましく、例えば、アルミニウム等の金属である。

【0061】

このような構成とすることで、原子セル３１の一部を冷却している状態で、原子セル３１の温度分布を安定にすることができる。また、冷却される部分が原子セル３１の受光素子３２側、すなわち面Ｍ２付近であるので、原子セル３１内において気体のアルカリ金属原子に照射される光ＬＬの強度が変動し難い。従って、原子発振器１の周波数精度の低下を抑制できる。

【0062】

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る原子発振器１ｂについて、図６を参照して説明する。
図６は、第３実施形態に係る原子セルユニット３０ｂを模式的に示す断面図である。

【0063】

本実施形態の原子発振器１ｂは、第１実施形態の原子発振器１に比べ、原子セルユニット３０ｂの構成が異なること以外は、第１実施形態の原子発振器１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

【0064】

原子発振器１ｂの原子セルユニット３０ｂは、図６に示すように、発光素子１０側から第１部分３６１、半導体層３６２、第２部分３６３の順で並ぶ温度制御素子３６と、受光素子３２側から第１部分３６１、半導体層３６２、第２部分３６３の順で並ぶ温度制御素子３６と、が原子セル３１とコイル３５との間に配置され、２つの温度制御素子３６の間に伝熱部材７２が配置されている。２つの第２部分３６３は、ペルチェ効果により第２温度Ｔ２に冷却されているので、伝熱部材７２が第２温度Ｔ２に冷却され、伝熱部材７２と接する原子セル３１の一部を冷却することができる。そのため、伝熱部材７２と接する原子セル３１の内部空間Ｓ内に、気体のアルカリ金属原子が冷却されて液化した液体のアルカリ金属原子６０を発生させることができる。
また、原子セル３１とコイル３５及びシールド３７との間には、ヒーター３３の熱を保持するための伝熱部材７０が配置されている。

【0065】

このような構成とすることで、原子セル３１の一部を冷却している状態で、原子セル３１の温度分布を安定にすることができる。

【0066】

４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る原子発振器１ｃについて、図７を参照して説明する。
図７は、第４実施形態に係る原子セルユニット３０ｃを模式的に示す断面図である。

【0067】

本実施形態の原子発振器１ｃは、第１実施形態の原子発振器１に比べ、原子セルユニット３０ｃの構成と温度制御素子３６ｃの構成が異なること以外は、第１実施形態の原子発振器１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

【0068】

原子発振器１ｃの原子セルユニット３０ｃは、図７に示すように、ヒーター３３に貫通孔３３ｃが設けられており、シールド３７にも貫通孔３３ｃと重なる位置に貫通孔３７ｃが設けられている。貫通孔３３ｃ，３７ｃ内には、第１の金属３８ａと、第１の金属３８ａとは異なる第２の金属３８ｂと、で構成される温度制御素子３６ｃが配置されている。
温度制御素子３６ｃは、第１の金属３８ａと第２の金属３８ｂとの接合部である第２部分３９２を原子セル３１に接して配置し、第１の金属３８ａのヒーター３３と接する部分、及び、第２の金属３８ｂのヒーター３３に接す部分である第１部分３９１，３９３をヒーター３３に接して配置している。また、第１部分３９１，３９３は、配線となる第３の金属３８ｃ，３８ｄによって定電流源４２に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、第１の金属３８ａ及び第２の金属３８ｂから定電流源４２までの配線の一部の図示を省略している。また、第１部分３９１，３９３は、第１の金属３８ａと第２の金属３８ｂとが直接ヒーター３３に接していなくてもよく、被覆されていてもよい。

【0069】

一般に、異なる２種の金属の線の両端を互いにつないで、２つの接点の間に温度差を与えると、起電力が生じる。逆に、２つの接点に電流、電圧を流すと、２つの接点の間で温度差を生じさせることができ、ペルチェ効果を得ることができる。
そのため、温度制御素子３６ｃは、ペルチェ効果により、ヒーター３３で第１温度Ｔ１に加熱されている第１部分３９１，３９３を基準にし、第２部分３９２と一定の温度差をつけることができる。よって、第２部分３９２を第２温度Ｔ２に冷却し、第２部分３９２に接している原子セル３１の一部を吸熱することによって、冷却することができる。
なお、第１の金属３８ａと第２の金属３８ｂとの組み合わせとしては、クロメルとアルメル、クロメルとコンスタンタン、白金ロジウム合金と白金、ニクロムと金鉄合金等が挙げられる。

【0070】

この構成によれば、温度制御素子３６ｃの第１の金属３８ａと第２の金属３８ｂとの接合部である第２部分３９２を原子セル３１に接することで、ペルチェ効果により第２部分３９２が原子セル３１の熱を吸熱し、原子セル３１の温度分布を安定に維持した状態で、原子セル３１の一部を冷却することができる。

【0071】

また、第１の金属３８ａのヒーター３３と接する部分、及び、第２の金属３８ｂのヒーター３３と接する部分である第１部分３９１，３９３を有することで、ペルチェ効果を利用し、第１部分３９１，３９３の温度を基準にし、第２部分３９２と一定の温度差をつけることができるので、原子セル３１の温度分布を安定に維持した状態で、原子セル３１の第２部分３９２と接する部分を冷却することができる。

【0072】

また、第１部分３９１，３９３と定電流源４２とが第３の金属３８ｃ，３８ｄで接続されているため、第３の金属３８ｃ，３８ｄに安価な材料を用いることで、原子発振器１ｃの低コスト化が図れる。

【0073】

５．第５実施形態
次に、第５実施形態に係る原子発振器１ｄについて、図８を参照して説明する。
図８は、第５実施形態に係る原子セルユニット３０ｄを模式的に示す断面図である。

【0074】

本実施形態の原子発振器１ｄは、第１実施形態の原子発振器１に比べ、原子セルユニット３０ｄの構成と温度制御素子３６ｄの構成が異なること以外は、第１実施形態の原子発振器１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

【0075】

原子発振器１ｄの原子セルユニット３０ｄは、図８に示すように、温度制御素子３６ｄの第２部分３９２が原子セル３１に接して配置され、温度制御素子３６ｄの第１部分３９１，３９３がシールド３７に接して配置されている。

【0076】

この構成によれば、第１の金属３８ａの第１部分３９１がヒーター３３により第１温度Ｔ１に加熱されているシールド３７に接しているので、ペルチェ効果を利用し、シールド３７と接する第１部分３９１の温度を基準にし、第２部分３９２と一定の温度差をつけることができる。そのため、原子セル３１の温度分布を安定に維持した状態で、原子セル３１の第２部分３９２に接する部分を冷却することができる。

【0077】

６．第６実施形態
次に、第６実施形態に係る原子発振器１ｅについて、図９を参照して説明する。
図９は、第６実施形態に係る原子セルユニット３０ｅを模式的に示す断面図である。

【0078】

本実施形態の原子発振器１ｅは、第１実施形態の原子発振器１に比べ、原子セルユニット３０ｅの構成と温度制御素子３６ｅの構成が異なること以外は、第１実施形態の原子発振器１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

【0079】

原子発振器１ｅの原子セルユニット３０ｅは、図９に示すように、温度制御素子３６ｅの第２部分３９２が原子セル３１に接して配置され、温度制御素子３６ｅの第１部分３９１，３９３がシールド３７に接して配置されている。第１の金属３８ａ及び第２の金属３８ｂから定電流源４２までの配線となる第３の金属３８ｃ、３８ｄは、より合されて、コイル３５とシールド３７との間に配置されている。

【0080】

この構成によれば、第５実施形態と同様な効果が得られる。また、配線となる第３の金属３８ｃ、３８ｄがより合されているので、配線による電流磁場の発生を抑えることができ、安定した発振特性を得ることができる。

【0081】

７．第７実施形態
次に、第７実施形態に係る原子発振器１ｆについて、図１０を参照して説明する。
図１０は、第７実施形態に係る原子セルユニット３０ｆを模式的に示す断面図である。

【0082】

本実施形態の原子発振器１ｆは、第１実施形態の原子発振器１に比べ、原子セルユニット３０ｆの構成と温度制御素子３６ｆの構成が異なること以外は、第１実施形態の原子発振器１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

【0083】

原子発振器１ｆの原子セルユニット３０ｆは、図１０に示すように、原子セル３１を覆う円筒状の第１の金属７０ａと、原子セル３１及び受光素子３２を覆う円筒状の第２の金属７０ｂと、で構成される温度制御素子３６ｆが配置されている。第１の金属７０ａと第２の金属７０ｂとは、原子セル３１の長手方向の中央部で接合されており、この接合部が第２部分３９２として原子セル３１に接している。第１の金属７０ａの第２部分３９２とは反対側の端部が第１部分３９１であり、第２の金属７０ｂの第２部分３９２とは反対側の端部が第１部分３９３であり、それぞれヒーター３３により加熱されているシールド３７に接しているので、ペルチェ効果を利用し、シールド３７と接する第１部分３９１，３９３の温度を基準にし、第２部分３９２と一定の温度差をつけることができる。

【0084】

この構成によれば、線材などに比べて熱容量の大きい形状の第１の金属７０ａと第２の金属７０ｂとで、原子セル３１を覆っているので、原子セル３１の温度分布を安定に維持した状態で、原子セル３１の第２部分３９２に接する部分を冷却することができる。

【0085】

８．第８実施形態
次に、第８実施形態に係る原子発振器１ｇについて、図１１を参照して説明する。
図１１は、第８実施形態に係る原子セルユニット３０ｇを模式的に示す断面図である。

【0086】

本実施形態の原子発振器１ｇは、第１実施形態の原子発振器１に比べ、原子セルユニット３０ｇと温度制御素子３６ｇの構成の構成が異なること以外は、第１実施形態の原子発振器１と同様である。なお、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。

【0087】

原子発振器１ｇの原子セルユニット３０ｇは、図１１に示すように、コイルで構成されている温度制御素子３６ｇが原子セル３１とヒーター３３との間に配置されている。温度制御素子３６ｇは、第１の金属３５ａと、第２の金属３５ｂと、第３の金属３５ｃ、３５ｄと、でコイルを構成している。第１の金属３５ａと第２の金属３５ｂとは、原子セル３１の長手方向の中央部で接合されており、この接合部が第２部分３９２となる。第２部分３９２と原子セル３１との間には、第２部分３９２と原子セル３１とに接する伝熱部材７４が配置されている。第１の金属３５ａの第２部分３９２とは反対側の端部の第１部分３９１に第３の金属３５ｃが接合され、第２の金属３５ｂの第２部分３９２とは反対側の端部の第１部分３９３に第３の金属３５ｄが接合されている。第１部分３９１，３９３がヒーター３３により加熱されて第１温度Ｔ１となるので、ペルチェ効果を利用し、第１部分３９１，３９３の温度を基準にし、第２部分３９２と一定の温度差をつけることができる。そのため、第２部分３９２に接している伝熱部材７４を冷却し、原子セル３１の伝熱部材７４に接している一部を冷却することができる。

【0088】

この構成によれば、温度制御素子３６ｇで磁場を発生させるコイルを構成しているので、原子セル３１内のアルカリ金属原子に所定方向の磁場を印加し、安定した発振特性を得ることができる。また、温度制御素子３６ｇとコイルとが別である場合よりも部品点数を減らせるので、原子発振器１ｇの小型化及び低コスト化が図れる。

【0089】

９．第９実施形態
次に、第９実施形態に係る周波数信号生成システムについて、図１２を参照して説明する。以下のクロック伝送システム（タイミングサーバー）９０は、周波数信号生成システムの一例である。
図１２は、第９実施形態に係る周波数信号生成システムを示す概略構成図である。

【0090】

クロック伝送システム９０は、本実施形態に係る原子発振器１～１ｇを含む。以下では、一例として、原子発振器１を含むクロック伝送システム９０について説明する。

【0091】

クロック伝送システム９０は、時分割多重方式のネットワーク内の各装置のクロックを一致させるものであって、Ｎ（Normal）系及びＥ（Emergency）系の冗長構成を有するシステムである。

【0092】

クロック伝送システム９０は、図１２に示すように、Ａ局が有する上位であり、Ｎ系のクロック供給装置９０１及びＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）装置９０２と、Ｂ局が有する上位であり、Ｅ系のクロック供給装置９０３及びＳＤＨ装置９０４と、Ｃ局が有する下位のクロック供給装置９０５及びＳＤＨ装置９０６，９０７と、を備える。クロック供給装置９０１は、原子発振器１を有し、Ｎ系のクロック信号を生成する。クロック供給装置９０１内の原子発振器１は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック９０８，９０９からのより高精度なクロック信号と同期して、クロック信号を生成する。なお、クロック供給装置９０１，９０３は、原子発振器１からの周波数信号を処理する処理部に相当する。

【0093】

ＳＤＨ装置９０２は、クロック供給装置９０１からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行うとともに、Ｎ系のクロック信号を主信号に重畳し、下位のクロック供給装置９０５に伝送する。クロック供給装置９０３は、原子発振器１を有し、Ｅ系のクロック信号を生成する。クロック供給装置９０３内の原子発振器１は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック９０８，９０９からのより高精度なクロック信号と同期して、クロック信号を生成する。

【0094】

ＳＤＨ装置９０４は、クロック供給装置９０３からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行うとともに、Ｅ系のクロック信号を主信号に重畳し、下位のクロック供給装置９０５に伝送する。クロック供給装置９０５は、クロック供給装置９０１，９０３からのクロック信号を受信し、その受信したクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。

【0095】

クロック供給装置９０５は、通常、クロック供給装置９０１からのＮ系のクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。そして、Ｎ系に異常が発生した場合、クロック供給装置９０５は、クロック供給装置９０３からのＥ系のクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。このようにＮ系からＥ系に切り換えることにより、安定したクロック供給を担保し、クロックパス網の信頼性を高めることができる。ＳＤＨ装置９０６は、クロック供給装置９０５からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行う。同様に、ＳＤＨ装置９０７は、クロック供給装置９０５からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行う。これにより、Ｃ局の装置をＡ局又はＢ局の装置と同期させることができる。

【0096】

本実施形態に係る周波数信号生成システムは、クロック伝送システム９０に限定されない。周波数信号生成システムは、原子発振器１が搭載され、原子発振器１の周波数信号を利用する各種の装置及び複数の装置から構成されるシステムを含む。

【0097】

本実施形態に係る周波数信号生成システムは、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、携帯電話機、デジタルスチルカメラ、液体吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ（point of sales）端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡、心磁計）、魚群探知機、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）周波数標準器、各種測定機器、計器類（例えば、自動車、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、地上デジタル放送システム、携帯電話基地局、移動体（自動車、航空機、船舶等）であってもよい。

【0098】

以下、実施形態から導き出される内容を記載する。

【0099】

原子発振器は、発光素子と、アルカリ金属原子が収容され、前記発光素子から出射された光が入射する原子セルと、前記原子セルを覆い、前記原子セルを第１温度に加熱するヒーターと、前記ヒーターによって前記第１温度に加熱される第１部分と、前記原子セルに接し、ペルチェ効果によって前記第１温度よりも低い第２温度に制御される第２部分と、を含み、前記ヒーターと前記原子セルとの間に配置される温度制御素子と、前記原子セルを透過した光を検出する受光素子と、を含む。

【0100】

この構成によれば、ヒーターで温度を安定させた内側に原子セルを配置するので、原子セルの温度が外気の温度の影響を受け難い。また、冷却にペルチェ効果を利用してヒーターの温度を基準に第１部分と第２部分との間に一定の温度差をつけることで、ヒーターの内側で原子セルの一部を冷却してもヒーターの温度が変動し難くできるので、原子セルの温度分布を安定にすることができる。そのため、高精度な原子発振器を得ることができる。

【0101】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子に接続されている定電流源を含むことが好ましい。

【0102】

この構成によれば、温度制御素子が定電流源に接続されているため、ペルチェ効果を利用して温度制御素子の原子セルと接する第２部分を安定して第２温度に制御することができる。

【0103】

上記の原子発振器において、前記原子セルの光が入射する面の温度、及び、前記原子セルの光が出射する面の温度は、前記第２温度よりも高いことが好ましい。

【0104】

この構成によれば、原子セルの光が入射する面の温度、及び、原子セルの光が出射する面の温度が第２温度よりも高いため、２つの面に気体のアルカリ金属原子が液化して付着しないので、光を遮ることがなく、安定した発振特性を得ることができる。

【0105】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子は、第１温度制御面、第２温度制御面、及び前記第１温度制御面と前記第２温度制御面とを接続する半導体層を含むペルチェ素子であり、前記第１部分は、前記ペルチェ素子の前記第１温度制御面であり、前記第２部分は、前記ペルチェ素子の前記第２温度制御面であり、前記ヒーターから前記原子セルに向かって、前記第１部分、前記半導体層、前記第２部分の順に並んでいることが好ましい。

【0106】

この構成によれば、温度制御素子がヒーターから原子セルに向かって、第１部分、半導体層、第２部分の順に並んでいるので、第１温度となる第１温度制御面と第２温度制御面との間にペルチェ効果により温度差を発生させることができ、原子セルと接する第２温度制御面によって吸熱させることができる。従って、原子セルの温度分布を安定に維持した状態で、原子セルの一部を冷却することができる。

【0107】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子は、第１の金属と、前記第１の金属とは異なる第２の金属と、を含み、前記第２部分は、前記第１の金属と前記第２の金属との接合部であることが好ましい。

【0108】

この構成によれば、温度制御素子の第１の金属と第２の金属との接合部である第２部分を原子セルに接することで、ペルチェ効果により第２部分が原子セルの熱を吸熱し、原子セルの温度分布を安定に維持した状態で、原子セルの一部を冷却することができる。

【0109】

上記の原子発振器において、前記第１部分は、前記第１の金属の前記ヒーターに接する部分、及び、前記第２の金属の前記ヒーターに接する部分であることが好ましい。

【0110】

この構成によれば、第１の金属の前記ヒーターに接する部分、及び、第２の金属の前記ヒーターに接する部分である第１部分において、ペルチェ効果を利用し、ヒーター側の第１部分の温度を基準にし、第２部分と一定の温度差をつけることができるので、原子セルの温度分布を安定に維持した状態で、原子セルの第２部分と接する部分を冷却することができる。

【0111】

上記の原子発振器において、前記ヒーターと前記原子セルとの間に配置され、前記ヒーターによって前記第１温度に加熱されているシールドを含み、前記第１部分は、前記第１の金属の前記シールドに接する部分であることが好ましい。

【0112】

この構成によれば、第１の金属の第１部分がヒーターにより第１温度に加熱されているシールドに接しているので、ペルチェ効果を利用し、シールドと接する第１部分の温度を基準にし、第２部分と一定の温度差をつけることができる。そのため、原子セルの温度分布を安定に維持した状態で、原子セルの第２部分と接する部分を冷却することができる。

【0113】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子は、磁場を発生させるコイルであることが好ましい。

【0114】

この構成によれば、温度制御素子で磁場を発生させるコイルを構成することで、原子セル内のアルカリ金属原子に所定方向の磁場を印加し、安定した発振特性を得ることができる。また、温度制御素子とコイルとが別である場合よりも部品点数を減らせるので、原子発振器の小型化及び低コスト化が図れる。

【0115】

上記の原子発振器において、前記温度制御素子の前記第１部分と前記定電流源とは、第３の金属で接続されていることが好ましい。

【0116】

この構成によれば、第１部分と定電流源とが第３の金属で接続されているため、第３の金属に安価な材料を用いることで、原子発振器の低コスト化が図れる。

【0117】

周波数信号生成システムは、原子発振器と、前記原子発振器からの周波数信号を処理する処理部と、を備え、前記原子発振器は、発光素子と、アルカリ金属原子が収容され、前記発光素子から出射された光が入射する原子セルと、前記原子セルを覆い、前記原子セルを第１温度に加熱するヒーターと、前記ヒーターによって前記第１温度に加熱される第１部分と、前記原子セルに接し、ペルチェ効果によって前記第１温度よりも低い第２温度に制御される第２部分と、を含み、前記ヒーターと前記原子セルとの間に配置される温度制御素子と、前記原子セルを透過した光を検出する受光素子と、を含む。

【0118】

この構成によれば、高精度の原子発振器を備えているため、高性能な周波数信号生成システムを提供することができる。

【符号の説明】

【0119】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ…原子発振器、１０…発光素子、１１…光源基板、２０…光学系ユニット、２１…減光フィルター、２２…レンズ、２３…１／４波長板、２４…ホルダー、３０…原子セルユニット、３１…原子セル、３２…受光素子、３３…ヒーター、３４…温度センサー、３５…コイル、３６…温度制御素子、３７…シールド、４０…制御ユニット、４１…温度制御回路、４２…定電流源、４３…磁場制御回路、４４…光源制御回路、４５…回路基板、５０…外容器、５１…外基部、５２…外蓋部、５３…断熱部材、５４…リードピン、６０…液体のアルカリ金属原子、９０…周波数信号生成システムとしてのクロック伝送システム、３６１…第１部分、３６２…半導体層、３６３…第２部分、ＬＡ…光軸、ＬＬ…光、Ｍ１…面、Ｍ２…面、Ｐ１…第１温度制御面、Ｐ２…第２温度制御面、Ｓ…内部空間、Ｔ１…第１温度、Ｔ２…第２温度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】