(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子ビーム発生器（２）から出射された原子ビーム（３）の原子を２つのエネルギ状態の１つに統一し、この単一のエネルギ状態に対して、マイクロ波の磁界に平行する静磁界が印加された状態の空洞共振器（８ｂ）でマイクロ波遷移を行なって別の１つのエネルギ状態に遷移させ、この遷移された原子の数量を検知することにより、その原子の数量が最大となる前記空洞共振器に印加するマイクロ波の周波数を標準周波数信号（１７）として出力する原子周波数標準器において、
前記空洞共振器（８ｂ）は、
前記原子の経路に沿い、かつ互いに対向して配設された一対のＨベンド型リング共振器（２６ａ、２６ｂ）と、
両端開口が前記各Ｈベンド型リング共振器の互いに対向する面における周上一カ所で当該リング共振器内に連通し、かつ中央部に前記マイクロ波の入力口（２８）が形成されたマイクロ波導入管（２７）と、
前記各Ｈベンド型リング共振器における前記マイクロ波導入管が取付けられた周上位置の１８０°反対側位置に形成された前記原子が通過する貫通孔（１３ａ、１３ｂ）と
を備えたことを特徴とする原子周波数標準器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子のエネルギ状態が遷移するときに吸収又は放出される電磁波の周波数を用いて標準周波数を得る原子周波数標準器に係わり、特に、原子のエネルギ状態に対してマイクロ波遷移を行なわせるための空洞共振器を改良した原子周波数標準器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９６７年に「秒」の定義にセシウム（１３３Ｃｓ）原子のエネルギ遷移が採用されてから、このセシウム（１３３Ｃｓ）原子のエネルギ遷移を用いて、いかに高い精度で時刻（時間）を測定するかの研究がなされてきた。この測定精度は、近年、相対精度が１０−１３〜１０−１４のオーダまで上昇している。したがって、現在まで、このように高い精度の標準周波数信号を出力する原子周波数標準器が開発され実用化されている。
【０００３】
この原子周波数標準器に利用されるセシウム（１３３Ｃｓ）原子の遷移を図５に示す。図５において、セシウム（１３３Ｃｓ）原子の基底状態（６２Ｓ１／２）における超微細準位をＦで示し、励起状態（６２Ｐ３／２）おける超微細準位をＦ‘で示した。
【０００４】
セシウム（１３３Ｃｓ）原子の基底状態（６２Ｓ１／２）は、Ｆ（準位）＝４、３の超微細準位を有している。そして、標準周波数信号の作成に使用される遷移は［（Ｆ＝４，ｍＦ＝０）→（Ｆ＝３，ｍＦ＝０）］又は［（Ｆ＝４，ｍＦ＝０）←（Ｆ＝３，ｍＦ＝０）］である。但し、ｍＦは磁気量子数である。この遷移を特にクロック遷移と称する。セシウム原子のエネルギ状態を一つの超微細準位に揃えるには、移動中の原子（原子ビーム）に対して、磁界を印加するか、又は、セシウム（Ｃｓ）原子のＤ２線（光）の波長λ（＝８５２．１ｎｍ）と同一波長を有するレーザ光を印加（光ポンピング）すればよい。
【０００５】
原子を単一のエネルギ状態に揃えるために光ポンピングを利用した原子周波数標準器は、例えば、図４に示すように構成されている。
【０００６】
１０−５〜１０−６Ｐａ（パスカル）の高真空状態に維持されたＣｓ原子ビーム管１内に配設された原子ビーム発生器としてのＣｓ炉２から加熱されて蒸気状態になったセシウム（１３３Ｃｓ）原子の原子ビーム３が出力される。このＣｓ炉２から出力された原子ビーム３の原子のエネルギ状態は、図５のエネルギ状態における基底準位Ｆ＝４と基底準位Ｆ＝３とに均等に分布している。
【０００７】
このエネルギ状態の原子ビーム３に対して、第１のレーザ光源４から出力されたセシウム（１３３Ｃｓ）原子のＤ２線（光）と同じ波長を有したσ偏光された第１のレーザ光５、及び第３のレーザ光源６から出力されたＤ２線（光）と同じ波長を有したπ偏光された第３のレーザ光７が照射される。この各レーザ光５、７による光ポンピング作用により、原子ビーム３の基底準位Ｆ＝４のエネルギ状態の原子は励起準位Ｆ‘＝４へ励起され、その後極く短時間（３０ｎｓ）でＦ＝４、Ｆ＝３へ落ちるが、基底準位Ｆ＝３の原子は励起されないので、結果として、Ｃｓ炉２から出射された原子ビーム３の原子のエネルギ状態は基底準位Ｆ＝３に遷移する。
【０００８】
エネルギ状態が基底準位Ｆ＝３に遷移された原子ビーム３はラムゼイ（Ｒａｍｓｅｙ）型の空洞共振器８へ入射される。
【０００９】
この空洞共振器８には、水晶発振器９で発振され、周波数合成・逓倍器１０で図５のエネルギ準位図における基底準位の周波数（励振周波数ν）９１９３ＭＨｚに仮設定されたマイクロ波が印加されている。なお、水晶発振器９の発振周波数はサーボ増幅器１１にて可変制御される。さらに、この空洞共振器８には、原子ビーム３の進行方向に直交する方向に一様な静磁界（Ｃ磁界）１２が印加されている。この一様な静磁界（Ｃ磁界）１２を印加する理由は、空洞共振器８を用いた所定のマイクロ波遷移の効率を上げると共に、不要なマイクロ波遷移を抑制するためである。
【００１０】
空洞共振器８へ入射されたエネルギ状態が基底準位Ｆ＝３に遷移された原子ビーム３の原子は、この空洞共振状態の空洞共振器８の両端に穿設された一対の貫通孔１３ａ、１３ｂを通過する過程で、マイクロ波遷移が行われ、エネルギ状態が基底準位Ｆ＝４へ移る。
【００１１】
空洞共振器８を通過してエネルギ状態が基底準位Ｆ＝４になった原子ビーム３の原子は、第２のレーザ光源１４から出力された第１のレーザ光５に近い波長を有したσ偏光された第２のレーザ光１５が照射される。その結果、この第２のレーザ光１５によって、原子ビーム３の基底準位Ｆ＝４のエネルギ状態にある原子は励起準位Ｆ‘＝５へ励起され、ごく短時間の後に蛍光を発して元の基底準位Ｆ＝４に戻ることを繰り返す。
【００１２】
この遷移する過程で放出される原子ビーム３の原子からの蛍光を光検出器１６で検出する。光検出器１６は、検出した蛍光の光量を電気信号（ビーム電流）に変換してサーボ増幅器１１へ送出する。サーボ増幅器１１は、水晶発振器９の発振周波数ｆを順次変化させていって、入力した光量（ビーム電流）が最大値となる発振周波数ｆを検出する。そして、この発振周波数ｆを標準周波数ｆＳとする。
【００１３】
図６に、空洞共振器８に印加するマイクロ波の周波数（励振周波数ν）と、検出される原子ビーム３の光量（ビーム電流）との関係を示す。励振周波数νが共振周波数ν０に一致した場合に、ビーム電流は鋭いピークを示すことが理解できる。したがって、この時点で、水晶発振器９から出力される信号が標準周波数信号１７となる。
【００１４】
図７は、このような構成の原子周波数標準器におけるラムゼイ（Ｒａｍｓｅｙ）型の空洞共振器８の詳細構成を示す斜視図であり、図８は正面図である。この空洞共振器８は、原子ビーム３が通過する貫通孔１３ａ、１３ｂが形成され互いに対向する一対の垂直部１８ａ、１８ｂと、各垂直部１８ａ、１８ｂに連通する水平部１９ａ。１９ｂとマイクロ波入力部２０とで構成されている。
【００１５】
このような構成のラムゼイ（Ｒａｍｓｅｙ）型の空洞共振器８に対して、マイクロ波入力部２０から、この空洞共振器８の一対の垂直部１８ａ、１８ｂと各水平部１９ａ、１９ｂとの寸法で定まる共振周波数ν０を有するマイクロ波を印加すると、空洞共振器８内にマイクロ波の多数の定在波が発生する。図７、図８において、実線矢印は各定在波の最大の電界発生位置とその位置での電界方向を示し、点線矢印は各定在波の最大の磁界発生位置とその位置での磁界方向を示す。
【００１６】
図示するように、原子ビーム３が通過する貫通孔１３ａ、１３ｂは各垂直部１８ａ、１８ｂにおける定在波の最大の磁界発生位置でこの磁界方向に直交する方向に穿設されている。このように、定在波の最大の磁界発生位置に原子ビーム３を通すことにより、マイクロ波遷移をより効率的に行なえる。
【００１７】
そして、原子ビーム３が通過する貫通孔１３ａ、１３ｂ位置における点線矢印で示すマイクロ波の磁界方向に平行する静磁界１２を印加するための一対のコイル２１ａ、２１ｂがこの空洞共振器８を側方から挟むように配設されている。
【００１８】
しかしながら、図７，図８に示すラムゼイ（Ｒａｍｓｅｙ）型の空洞共振器８においては次のような問題がある。
【００１９】
すなわち、マイクロ波入力部２０から入力されたマイクロ波は水平部１９ａ。１９ｂを経由して垂直部１８ａ、１８ｂの底面で反射することによって定在波を形成する。しかし、底面におけける反射特性は、空洞共振器８の底部の材質や表面状態により微妙に異なる。その結果、定在波の発生位相が微妙に変動する。
【００２０】
定在波の位相が変動することは、原子ビーム３が通過する貫通孔１３ａ、１３ｂ位置におけるマイクロ波の磁界強度や電界強度が変動することになる。マイクロ波の磁界強度や電界強度が変動すると、この空洞共振器８を用いた原子ビーム３に対するマイクロ波遷移の遷移率が変動する。その結果、光検出器１６で検出されるビーム電流が変動し、出力される標準周波数信号１７の周波数が変動し、得られる標準周波数ｆＳも誤差が増大する。
【００２１】
このような不都合を解消するために、図９に示す、一対のＥベンド型リング共振器を用いた空洞共振器８ａが提唱されている。
【００２２】
この空洞共振器８ａは、原子ビーム３の経路に沿い、かつ互いに対向して配設された一対のＥベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂと、両端開口が各Ｅベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂの外周面から各リング共振器２２ａ、２２ｂ内に連通し、中央部にマイクロ波入力口２４が形成されたマイクロ波導入管２３とで構成されている。
【００２３】
このような構成の空洞共振器８ａにおいて、マイクロ波入力口２４から入力されたマイクロ波は、マイクロ波導入管２３を経由して、各Ｅベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂへ進入する。マイクロ波導入管２３から各Ｅベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂへ進入したマイクロ波は、図１０において二点鎖線で示すように、二方向に分離してＥベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂ中を互いに逆向きに進行する。
【００２４】
そして、このマイクロ波導入管２３が取付けられた周上位置の１８０°反対側位置に、原子ビーム３の貫通孔１３ａ、１３ｂが穿設されている。この位置では、２つの向きのマイクロ波は強度が同一で合成された結果、その進行波成分は０となる。つまり、マイクロ波の位相分布は小となり、これによる周波数誤差は小さくなる。
【００２５】
したがって、マイクロ波入力口２４から、この空洞共振器８ａのマイクロ波導入管２３と各Ｅベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂとの寸法で定まる共振周波数ν０を有するマイクロ波を印加すると、空洞共振器８ａ内にマイクロ波の多数の定在波が発生する。
【００２６】
具体的には、図９、図１０に示すように、マイクロ波の各定在波の最大の電界発生位置とその位置での電界方向は、各Ｅベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂの周方向の各位置に実線矢印で示される位置と方向である。したがって、この電界方向は原子ビーム３の方向と直交している。一方、マイクロ波の各定在波の最大の磁界発生位置とその位置での磁界方向は各Ｅベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂの軸方向に点線矢印で示される位置と方向である。したがって、この磁界方向は原子ビーム３の方向と平行である。
【００２７】
このようなモードでマイクロ波の各定在波が発生するためには、各Ｅベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂにおける原子ビーム３方向（磁界方向）の幅Ｗを、原子ビーム３方向と直交する方向（電界方向）の高さＴより２倍以上大きく設定する必要がある。
なお、このように、リング型の共振器において、周方向に向かって電界方向が変化していくのをＥベンド型リング共振器と称する。
【００２８】
このように、各Ｅベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂ内において、マイクロ波は、共振器内の壁面や底面で反射されることなく、定在波が形成されるので、この形成された定在波の位相（最大電界位置や最大磁界位置）が共振器内の位置によって変動することはない。
【００２９】
したがって、マイクロ波導入管２３が取付けられた周上位置の１８０°反対位置、すなわち、定在波の磁界の最大位置に形成された貫通孔１３ａ、１３ｂ位置においては、電界変動や磁界変動は生じない。よって、原子ビーム３に対するマイクロ波遷移の遷移率が変動することはないので、出力される標準周波数信号１７の周波数変動を極力抑制でき、得られる標準周波数ｆＳの精度が上昇する。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９，図１０に示すような一対のＥベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂを用いた空洞共振器８ａが組込まれた原子周波数標準器においてもまだ次のような課題があった。
【００３１】
すなわち、先述したように、原子ビーム３に対する所定のマイクロ波遷移の効率を上げると共に不要なマイクロ波遷移を抑制するために、空洞共振器８ａを含む領域に一様な静磁界（Ｃ磁界）１２を与えておく必要がある。そして、この静磁界（Ｃ磁界）１２の方向は、原子ビーム３が通過する貫通孔１３ａ、１３ｂ位置におけるマイクロ波の磁界方向と一致させる必要がある。
【００３２】
この空洞共振器８ａにおいては、磁界方向と原子ビーム３の方向が一致しているので、原子ビーム３の方向の静磁界（Ｃ磁界）１２を発生させるためには、図１１に示すような、空洞共振器８ａ全体を覆う円筒状コイル２５を設ける必要がある。
【００３３】
しかし、空洞共振器８ａ全体を覆う円筒状コイル２５を設置するには、原子周波数標準器全体の構成が複雑化するとともに、装置全体が大型化し、かつ製造費が上昇する。
【００３４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、共振器内の定在波の位相変動を抑制し、出力される標準周波数を高い精度に維持した状態で、簡単な構成でマイクロ波の磁界方向と一致する静磁界（Ｃ磁界）を発生させることができ、簡単な構成で高精度の原子周波数標準器を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原子ビーム発生器から出射された原子ビームの原子を２つのエネルギ状態の１つに統一し、この単一のエネルギ状態に対して、マイクロ波の磁界に平行する静磁界が印加された状態の空洞共振器でマイクロ波遷移を行なって別の１つのエネルギ状態に遷移させ、この遷移された原子の数量を検知することにより、その原子の数量が最大となる空洞共振器に印加するマイクロ波の周波数を標準周波数信号として出力する原子周波数標準器に適用される。
【００３６】
そして、上記課題を解消するために、本発明の原子周波数標準器に組込まれた空洞共振器は、原子の経路に沿い、かつ互いに対向して配設された一対のＨベンド型リング共振器と、両端開口が各Ｈベンド型リング共振器の互いに対向する面における周上一カ所で当該リング共振器内に連通し、かつ中央部にマイクロ波の入力口が形成されたマイクロ波導入管と、各Ｈベンド型リング共振器におけるマイクロ波導入管が取付けられた周上位置の１８０°反対側位置に形成された原子が通過する貫通孔とを備えている。
【００３７】
このように構成された原子周波数標準器に組込まれた空洞共振器においては、従来における一対のＥベンド型リング共振器の代わりに、一対のＨベンド型リング共振器が用いられる。Ｅベンド型リング共振器が、前述したように、リング型の共振器において周方向に向かって電界方向が変化していくのに対して、Ｈベンド型リング共振器においては、リング型の共振器において周方向に向かって磁界方向が変化していく。
【００３８】
したがって、このＨベンド型リング共振器においては、マイクロ波の磁界方向は、各Ｈベンド型リング共振器におけるマイクロ波導入管が取付けられた周上位置の１８０°反対側位置に形成された貫通孔を通る原子ビームの方向と直交する。よって、マイクロ波の磁界方向に平行に印加する必要がある静磁界（Ｃ磁界）は原子ビームの方向と直交する方向に印加すればよいので、Ｅベンド型リング共振器を用いた従来装置のように円筒状コイルを用いる必要がないので、コイルの構成を簡素化できる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１は実施形態に係る原子周波数標準器の概略構成図である。図４に示す従来の原子周波数標準器と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
【００４０】
この実施形態の原子周波数標準器においては、図４に示す従来の原子周波数標準器におけるラムゼイ（Ｒａｍｓｅｙ）型の空洞共振器８の代わりに、一対のＨベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂを用いた空洞共振器８ｂが組込まれている。この空洞共振器８ｂ以外は、図４に示した従来の原子周波数標準器とほぼ同一構成である。
【００４１】
このような構成の原子周波数標準器において、Ｃｓ原子ビーム管１内に配設された原子発生器としてのＣｓ炉２から出射された基底準位Ｆ＝４と基底準位Ｆ＝３とに均等に分布されたエネルギ状態を有する原子ビーム３に対して、第１のレーザ光源４から出力されたセシウム原子のＤ２線（光）と同じ波長を有した第１のレーザ光５、及び第３のレーザ光源６から出力されたＤ２線（光）と同じ波長を有した第３のレーザ光７が照射される。この各レーザ光５、７による光ポンピング作用により、原子ビーム３の基底準位Ｆ＝４の原子のエネルギ状態は基底準位Ｆ＝３に遷移する。
【００４２】
エネルギ状態が基底準位Ｆ＝３に遷移された原子ビーム３の原子は一対のＨベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂを用いた空洞共振器８ｂへ入射される。
【００４３】
この空洞共振器８ｂには、図２に示す一対のコイル２１ａ、２１ｂにて、原子ビーム３の進行方向に直交する方向でかつ空洞共振器８ｂ内のマイクロ波の磁界方向と平行な方向に一様な静磁界（Ｃ磁界）１２が印加されている。
【００４４】
空洞共振器８ｂへ入射されたエネルギ状態が基底準位Ｆ＝３に遷移された原子ビーム３の原子は、この空洞共振状態の空洞共振器８ｂの両端に穿設された一対の貫通孔１３ａ、１３ｂを通過する過程で、マイクロ波遷移が行われ、エネルギ状態が基底準位Ｆ＝４へ移る。
【００４５】
空洞共振器８ｂを通過してエネルギ状態が基底準位Ｆ＝４になった原子ビーム３の原子は、第２のレーザ光源１４から出力された第１のレーザ光５に近い波長を有した第２のレーザ光１５が照射される。その結果、このレーザ光１５によって、原子ビーム３の基底準位Ｆ＝４のエネルギ状態にある原子は励起準位Ｆ‘＝＝５へ励起され、ごく短時間の後に、蛍光を発して元の基底準位Ｆ＝４へ戻ることを繰り返す。
【００４６】
この遷移の過程で放出される原子ビーム３の蛍光が光検出器１６で検出され、電気信号に変換されてサーボ増幅器１１へ送出される。サーボ増幅器１１は、水晶発振器９の発振周波数ｆを順次変化させていって、入力した光量（ビーム電流）が最大値となる発振周波数ｆを検出して、この発振周波数ｆを標準周波数ｆＳとする。そして、水晶発振器９から標準周波数信号１７が出力される。
【００４７】
なお、このようなレーザ光源にセシウム原子のＤ１線（光）波長λ（＝８９４．３ｎｍ）と同一の波長を有するレーザ光を使用することもできる。
【００４８】
次に、このような基本動作を行う原子周波数標準器に組込まれた空洞共振器８ｂの詳細を説明する。
【００４９】
図２は空洞共振器８ｂの斜視図であり、図３はこの空洞共振器８ｂを構成する一方のＨベンド型リング共振器２６ａの正面図である。この空洞共振器８ｂは、図示するように、原子ビーム３の経路に沿い、かつ互いに対向して配設された一対のＨベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂと、両端開口が各Ｈベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂの互いの対向面から各リング共振器２６ａ、２６ｂ内に連通し、かつ中央部にマイクロ波入力口２８が形成されたマイクロ波導入管２７とで構成されている。
【００５０】
このような構成の空洞共振器８ｂにおいて、マイクロ波入力口２８から入力されたマイクロ波は、マイクロ波導入管２７を経由して、各Ｈベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂへ進入する。マイクロ波導入管２７から各Ｈベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂへ進入したマイクロ波は、図１０に示した従来のＥベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂと同様に、二方向に分離してＨベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂ中を互いに逆方向に進行する。
【００５１】
このマイクロ波導入管２７が取付けられた周上位置の１８０°反対側位置に、原子ビーム３の貫通孔１３ａ、１３ｂが穿設されている。この位置では、２つの向きのマイクロ波は強度が同一で合成された結果、その進行波成分は０となる。つまり、マイクロ波の位相分布は小となり、これによる周波数誤差は小さくなる。したがって、マイクロ波入力口２８から、この空洞共振器８ｂのマイクロ波導入管２７と各Ｈベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂとの寸法で定まる共振周波数ν０を有するマイクロ波を印加すると、空洞共振器８ｂ内にマイクロ波の多数の定在波が発生する。
【００５２】
具体的には、図２、図３に示すように、マイクロ波の各定在波の最大の磁界発生位置とその位置での磁界方向は、各Ｈベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂの周方向の各位置に点線矢印で示される位置と方向である。したがって、この磁界方向は原子ビーム３の方向と直交している。一方、マイクロ波の各定在波の最大の電界発生位置とその位置での電界方向は、各Ｈベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂの軸方向に実線矢印で示される位置と方向である。したがって、この電界方向は原子ビーム３の方向と平行である。
【００５３】
このようなモードでマイクロ波の各定在波が発生するためには、各Ｈベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂにおける原子ビーム３方向（電界方向）の幅Ｗａを、原子ビーム３方向と直交する方向（磁界方向）の高さＴａに対して１／２倍以下に設定する必要がある。
【００５４】
なお、このように、リング型の共振器において、周方向に向かって磁界方向が変化していくのをＨベンド型リング共振器と称する。
【００５５】
このように、各Ｈベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂ内において、マイクロ波は、共振器内の壁面や底面で反射されることなく、定在波が形成されるので、この形成された定在波の位相（最大電界位置や最大磁界位置）が共振器内の壁面や底面の材質や表面状態によって変動することはない。
【００５６】
したがって、マイクロ波導入管２７が取付けられた周上位置の１８０°反対位置、すなわち、定在波の磁界の最大位置に形成された貫通孔１３ａ、１３ｂの位置においては、電界変動や磁界変動は生じない。
【００５７】
よって、原子ビーム３に対するマイクロ波遷移の遷移率が変動することはないので、出力される標準周波数信号１７の周波数の変動を極力抑制でき、得られる標準周波数ｆＳの精度が上昇する。
【００５８】
また、Ｈベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂにおける貫通孔１３ａ、１３ｂ位置におけるマイクロ波の磁界方向は、図２、図１に示すように、原子ビーム３の進行方向に直交する方向であり、かつ、原子周波数標準器における垂直方向であるので、この空洞共振器８ｂに静磁界（Ｃ磁界）１２を印加するためのコイル２１ａ、２１ｂは、図４、図７に示す従来の原子周波数標準器と同様に、空洞共振器８ｂの両側（上下側）に配設された一対の平面状コイルで構成することが可能である。
【００５９】
したがって、図９、図１１に示した円筒状コイル２５が必要である一対のＥベンド型リング共振器２２ａ、２２ｂを採用した空洞共振器８ａが組込まれた原子周波数標準器に比較して、装置全体の構成をより簡素化でき、装置全体の製造費も低下できる。
【００６０】
さらに、図４に示す従来の原子周波数標準器におけるラムゼイ（Ｒａｍｓｅｙ）型の空洞共振器８を実施形態のＨベンド型リング共振器２６ａ、２６ｂを用いた空洞共振器８ｂに置き換えるのみで、静磁界（Ｃ磁界）を印加する平面状のコイル２１ａ、２１ｂをそのまま転用できる。したがって、図４に示す従来の原子周波数標準器から少ない改造費で上述した高い周波数精度を有した原子周波数標準器を得ることができる。
【００６１】
なお、本発明は上述した実施形態の原子周波数標準器に限定されるものではない。実施形態の原子周波数標準器においては、原子を単一のエネルギ状態に揃える手段として、当該原子のＤ２線と同一波長を有するレーザ光を原子に照射した。すなわち、光ポンピング型の原子周波数標準器に本発明を適用したが、レーザ光の代りに、磁界を印加する磁気偏向型の原子周波数標準器にも適用できる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の原子周波数標準器においては、原子に対してマイクロ波遷移を行なわせるための空洞共振器を一対のＨベンド型リング共振器を用いて構成している。
したがって、構成を複雑化することなく、マイクロ波の磁界方向と一致する静磁界（Ｃ磁界）を発生させ、空洞共振器内の定在波の位相変動を抑制でき、出力される標準周波数を高い精度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる原子周波数標準器の概略構成図
【図２】同実施形態の原子周波標準器に組込まれた空洞共振器の形状を示す斜視図
【図３】同空洞共振器を構成するＨベンド型リング共振器の正面図
【図４】従来の原子周波数標準器の概略構成図
【図５】セシウム原子のＤ２線に関するエネルギ準位を示す図
【図６】セシウム原子とマイクロ波の共振特性を示す図
【図７】従来の原子周波数標準器に組込まれたラムゼイ型の空洞共振器の形状を示す斜視図
【図８】同ラムゼイ型の空洞共振器の正面図
【図９】原子周波数標準器に組込まれる従来のＥベンド型リング共振器を用いた空洞共振器の形状を示す斜視図
【図１０】同Ｅベンド型リング共振器の正面図
【図１１】同従来のＥベンド型リング共振器を用いた空洞共振器及び静磁界を発生させるための円筒状コイルを示す図
【符号の説明】
１…Ｃｓ原子ビーム管
２…Ｃｓ炉
３…原子ビーム
４…第１のレーザ光源
６…第３のレーザ光源
８、８ａ、８ｂ…空洞共振器
９…水晶発振器
１０…周波数合成・逓倍器
１１…サーボ増幅器
１２…静磁界（Ｃ磁界）
１３ａ、１３ｂ…貫通孔
１４…第２のレーザ光源
１６…光検出器
２２ａ、２２ｂ…Ｅベンド型リング共振器
２６ａ、２６ｂ…Ｈベンド型リング共振器
２７…マイクロ波導入管
２８…マイクロ波入力口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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