(57)【要約】【課題】発光素子とガスセルとの間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を有する原子発振器を提供すること。【解決手段】本発明の原子発振器１は、ガス状の金属原子が封入されるガスセルと、ガスセル内のガス状の金属原子を励起する励起光を出射する発光素子と、ガスセルを透過した励起光を検出する受光素子と、発光素子が設置される基体２２１と、発光素子を覆う蓋体２２２とを有し、減圧状態の内部空間に発光素子を収納する第１パッケージ２２と、第１パッケージ２２の外側に設けられ、基体２２１を放熱する放熱部材７とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状の金属原子が封入されるガスセルと、
前記ガスセル内の前記ガス状の金属原子を励起する励起光を出射する発光素子と、
前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する受光素子と、
前記発光素子が設置される基体と、前記発光素子を覆う蓋体とを有し、減圧状態の内部空間に前記発光素子を収納するパッケージと、
前記パッケージの外側に設けられ、前記基体を放熱する放熱部材とを備えることを特徴とする原子発振器。
【請求項２】
前記パッケージ内に収納され、前記発光素子の温度を調節するペルチェ素子をさらに備え、
前記発光素子は、前記ペルチェ素子を介して前記基体に設置されている請求項１に記載の原子発振器。
【請求項３】
前記パッケージを構成する第１パッケージと、
前記ガスセルおよび前記受光素子を収納する第２パッケージと、
非金属で構成され、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージを互いに非接触でこれらを保持する保持部材とを備える請求項１または２に記載の原子発振器。
【請求項４】
前記放熱部材は、前記保持部材の外側に設けられた放熱部を有する請求項３に記載の原子発振器。
【請求項５】
前記第１パッケージは、前記基体を構成する第１基体と、前記蓋体を構成する第１蓋体とを有し、前記第１蓋体には、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられ、
前記第２パッケージは、前記ガスセルおよび前記受光素子が設置される第２基体と、前記ガスセルおよび前記受光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第２蓋体とを有する請求項３または４に記載の原子発振器。
【請求項６】
前記保持部材は、前記第１基体を支持する第１支持部と、前記第２基体を支持する第２支持部とを有する請求項５に記載の原子発振器。
【請求項７】
前記第１蓋体および前記第２蓋体は、それぞれ、前記保持部材に対して非接触である請求項６に記載の原子発振器。
【請求項８】
前記放熱部材は、金属で構成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の原子発振器。
【請求項９】
前記保持部材は、熱伝導率が０．１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上４０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下である材料で構成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の原子発振器。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の原子発振器を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子発振器および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の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（例えば、特許文献１参照）。
このような原子発振器は、一般に、アルカリ金属を緩衝ガスとともに封入したガスセルと、ガスセル内のアルカリ金属を励起する励起光を出射する発光素子と、ガスセルを透過した励起光を検出する受光素子とを備える。
【０００３】
従来、このような原子発振器では、例えば、特許文献１に記載されているように、発光素子、ガスセル、受光素子をこの順で積層し、これらを共通のパッケージ内に収納している。
ところで、このような原子発振器では、安定した発振特性を発揮するために、発光素子およびガスセルを互いに異なる温度で一定温度に維持する必要がある。
【０００４】
しかし、従来の原子発振器では、発光素子とガスセルとの間の熱干渉が生じやすく、そのため、環境温度によっては、発光素子およびガスセルの温度をそれぞれ所望の温度に維持することができない場合があった。特に、このような熱干渉に関する問題は、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した原子発振器において、一般に発光素子とガスセルとの間の距離が小さくなるため、顕著となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６３２０４７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を有する原子発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の原子発振器は、ガス状の金属原子が封入されるガスセルと、
前記ガスセル内の前記ガス状の金属原子を励起する励起光を出射する発光素子と、
前記ガスセルを透過した前記励起光を検出する受光素子と、
前記発光素子が設置される基体と、前記発光素子を覆う蓋体とを有し、減圧状態の内部空間に前記発光素子を収納するパッケージと、
前記パッケージの外側に設けられ、前記基体を放熱する放熱部材とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように構成された原子発振器によれば、パッケージ内が減圧されているため、パッケージの蓋体を介してパッケージの外部と発光素子との間の熱干渉を防止または抑制することができる。したがって、パッケージ外にガスセルが配置されている場合、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を防止または抑制し、発光素子とガスセルとを独立して高精度に温度制御することができる。また、パッケージ内に発光素子およびガスセルが収納されている場合であっても、発光素子とガスセルとの間に隙間を形成することにより、かかる隙間が減圧による断熱層を構成するため、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を防止または抑制することができる。
【０００９】
また、放熱部材が基体を放熱するため、基体に設置された発光素子の過昇温を防止することができる。
このようなパッケージの減圧された内部空間による断熱性と、放熱部材による放熱性との組み合わせにより、パッケージの内外間の熱の伝達経路を最適化し、発光素子を高精度に温度制御することができる。
【００１０】
［適用例２］
本発明の原子発振器では、前記パッケージ内に収納され、前記発光素子の温度を調節するペルチェ素子をさらに備え、
前記発光素子は、前記ペルチェ素子を介して前記基体に設置されていることが好ましい。
これにより、ペルチェ素子により発光素子の温度を調節することができる。また、発光素子をペルチェ素子を介して基体に設置することにより、ペルチェ素子の過昇温を防止し、その結果、ペルチェ素子により発光素子の温度を効率的に調節することができる。
【００１１】
［適用例３］
本発明の原子発振器では、前記パッケージを構成する第１パッケージと、
前記ガスセルおよび前記受光素子を収納する第２パッケージと、
非金属で構成され、前記第１パッケージおよび前記第２パッケージを互いに非接触でこれらを保持する保持部材とを備えることが好ましい。
【００１２】
これにより、発光素子およびガスセルが互いに非接触の別々のパッケージに収納されているので、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を防止または抑制し、発光素子とガスセルとを独立して高精度に温度制御することができる。
また、保持部材が非金属で構成されているので、第１パッケージと第２パッケージとの間の保持部材を介した熱伝導を抑えることができる。その結果、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を効果的に防止または抑制することができる。
【００１３】
［適用例４］
本発明の原子発振器では、前記放熱部材は、前記保持部材の外側に設けられた放熱部を有することが好ましい。
これにより、保持部材に保持された第１パッケージの基体を効率的に放熱することができる。
【００１４】
［適用例５］
本発明の原子発振器では、前記第１パッケージは、前記基体を構成する第１基体と、前記蓋体を構成する第１蓋体とを有し、前記第１蓋体には、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられ、
前記第２パッケージは、前記ガスセルおよび前記受光素子が設置される第２基体と、前記ガスセルおよび前記受光素子を覆い、かつ、前記励起光に対する透過性を有する窓部が設けられた第２蓋体とを有することが好ましい。
これにより、発光素子からガスセルを介して受光素子への励起光の光路を確保しつつ、発光素子およびガスセルを互いに非接触の別々のパッケージに収納することができる。
【００１５】
［適用例６］
本発明の原子発振器では、前記保持部材は、前記第１基体を支持する第１支持部と、前記第２基体を支持する第２支持部とを有することが好ましい。
これにより、第１パッケージと保持部材との接触部と、第２パッケージと保持部材との接触部との距離を大きくすることができる。そのため、第１パッケージと第２パッケージとの間の保持部材を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。
【００１６】
［適用例７］
本発明の原子発振器では、前記第１蓋体および前記第２蓋体は、それぞれ、前記保持部材に対して非接触であることが好ましい。
これにより、第１パッケージと第２パッケージとの間の保持部材を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。
【００１７】
［適用例８］
本発明の原子発振器では、前記放熱部材は、金属で構成されていることが好ましい。
これにより、放熱部材の放熱性を優れたものとすることができる。
［適用例９］
本発明の原子発振器では、前記保持部材は、熱伝導率が０．１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上４０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下である材料で構成されていることが好ましい。
これにより、第１パッケージと第２パッケージとの間の保持部材を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。
［適用例１０］
本発明の電子機器は、本発明の原子発振器を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る原子発振器を示す斜視図である。
【図２】図１に示す原子発振器の概略構成を示す模式図である。
【図３】図１に示す原子発振器に備えられたガスセル内のアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図である。
【図４】図１に示す原子発振器に備えられた発光素子および受光素子について、発光素子からの２つの光の周波数差と、受光素子での検出強度との関係を示すグラフである。
【図５】図１に示す原子発振器の縦断面図である。
【図６】図１に示す原子発振器の第１パッケージおよび放熱部材を説明するための図（図５の部分拡大図）である。
【図７】図１に示す原子発振器の横断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る原子発振器の縦断面図である。
【図９】ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の電子機器を用いた場合の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の原子発振器を用いたクロック伝送システムの一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の原子発振器および電子機器を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器を示す斜視図、図２は、図１に示す原子発振器の概略構成を示す模式図、図３は、図１に示す原子発振器に備えられたガスセル内のアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図４は、図１に示す原子発振器に備えられた発光素子および受光素子について、発光素子からの２つの光の周波数差と、受光素子での検出強度との関係を示すグラフ、図５は、図１に示す原子発振器の縦断面図、図６は、図１に示す原子発振器の第１パッケージおよび放熱部材を説明するための図（図５の部分拡大図）、図７は、図１に示す原子発振器の横断面図である。
【００２０】
なお、図１、５〜７では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示された各矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」とする。また、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」といい、また、＋Ｚ方向側（図５の上側）を「上」、−Ｚ方向側（図５の下側）を「下」という。
【００２１】
図１に示す原子発振器１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。
この原子発振器１は、図１に示すように、第１ユニット２と、第２ユニット３と、光学部品４１、４２、４３と、これらを保持する保持部材５と、放熱部材７とを備える。
ここで、図１、２に示すように、第１ユニット２は、発光素子２１と、ペルチェ素子２４と、発光素子２１およびペルチェ素子２４を収納する第１パッケージ２２とを備える。
【００２２】
また、第２ユニット３は、ガスセル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、これらを収納する第２パッケージ３６とを備える。
そして、このような第１ユニット２および第２ユニット３は、制御部６により駆動制御される。
まず、原子発振器１の原理を簡単に説明する。
【００２３】
原子発振器１では、ガスセル３１内に、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属（金属原子）が封入されている。
アルカリ金属は、図３に示すように、３準位系のエネルギー準位を有しており、エネルギー準位の異なる２つの基底状態（基底状態１、２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態１は、基底状態２よりも低いエネルギー状態である。
【００２４】
このようなガス状のアルカリ金属に対して周波数の異なる２種の共鳴光１、２を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射すると、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光１、２のアルカリ金属における光吸収率（光透過率）が変化する。
そして、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態１、２から励起状態への励起がそれぞれ停止する。このとき、共鳴光１、２は、いずれも、アルカリ金属に吸収されずに透過する。このような現象をＣＰＴ現象または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）と呼ぶ。
発光素子２１は、ガスセル３１に向けて、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射する。
【００２５】
例えば、発光素子２１が共鳴光１の周波数ω１を固定し、共鳴光２の周波数ω２を変化させていくと、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数ω０に一致したとき、受光素子３２の検出強度は、図４に示すように、急峻に上昇する。このような急峻な信号をＥＩＴ信号として検出する。このＥＩＴ信号は、アルカリ金属の種類によって決まった固有値をもっている。したがって、このようなＥＩＴ信号を用いることにより、発振器を構成することができる。
【００２６】
以下、原子発振器１の各部を順次詳細に説明する。
（第１ユニット）
前述したように、第１ユニット２は、発光素子２１と、ペルチェ素子２４（温度調節素子）と、発光素子２１およびペルチェ素子２４を収納する第１パッケージ２２とを備える。
【００２７】
［発光素子］
発光素子２１は、ガスセル３１中のアルカリ金属原子を励起する励起光を出射する機能を有する。
より具体的には、発光素子２１は、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射するものである。
共鳴光１の周波数ω１は、ガスセル３１中のアルカリ金属を前述した基底状態１から励起状態に励起し得るものである。
【００２８】
また、共鳴光２の周波数ω２は、ガスセル３１中のアルカリ金属を前述した基底状態２から励起状態に励起し得るものである。
この発光素子２１としては、前述したような励起光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の半導体レーザー等を用いることができる。
【００２９】
また、発光素子２１は、後述するペルチェ素子２４（温度調節素子）により、後述するガスセル３１とは異なる温度、例えば、３０℃程度に温度調節される。
また、発光素子２１は、発光に伴い発熱するが、ペルチェ素子２４により冷却されたり、後に詳述するように、後述する第１パッケージ２２の基体２２１を介して放熱部材７により放熱されたりする。そのため、後述するように発光素子２１が減圧された第１パッケージ２２内に収納されていても、発光素子２１の過昇温を防止することができる。
このような発光素子２１は、後述する制御部６に電気的に接続されている。
【００３０】
［ペルチェ素子］
ペルチェ素子２４は、発光素子２１を加熱または冷却し、発光素子２１の温度を調節する機能を有する。これにより、発光素子２１の温度変化に伴う特性変化を抑制または防止することができる。そのため、発光素子２１が所望の特性の励起光ＬＬを安定して出射することができ、原子発振器１の信頼性を向上させることができる。
【００３１】
また、ペルチェ素子２４に流れる電流の向きを制御することにより、ペルチェ素子２４の発光素子２１側の面２４１を発熱面と吸熱面とで切り換えることができる。そのため、環境温度の範囲が広くても、発光素子２１を所望の温度（例えば、３０℃程度）に温調することができる。
また、ペルチェ素子２４は、発光素子２１の温度を検知する温度センサー（図示せず）の検知結果に基づいて、駆動制御される。
【００３２】
また、ペルチェ素子２４は、後に詳述するように、後述する第１パッケージ２２の基体２２１を介して放熱部材７による放熱により、ペルチェ素子２４全体の過昇温を防止することができる。そのため、ペルチェ素子２４の吸熱面の温度を低くすることができ、その結果、ペルチェ素子２４が発光素子２１の温度を効率的に調節することができる。
このようなペルチェ素子２４は、後述する制御部６（温度制御部６４）に電気的に接続されている。
なお、ペルチェ素子２４は、省略してもよい。また、発光素子２１の温度を調節する温度調節素子として、ペルチェ素子２４に代えて、ヒーター（発熱抵抗体）を設けることもできる。
【００３３】
［第１パッケージ］
第１パッケージ２２（パッケージ）は、図６に示すように、前述した発光素子２１およびペルチェ素子２４を収納する内部空間Ｓを有する。
この第１パッケージ２２は、図５に示すように、基体２２１（第１基体）と、蓋体２２２（第１蓋体）とを備える。これにより、内部空間Ｓが形成される。
【００３４】
基体２２１は、発光素子２１を直接的または間接的に支持する。本実施形態では、基体２２１は、板状をなし、平面視で円形をなしている。
この基体２２１は、後述する放熱部材７により放熱される。これにより、基体２２１に設置される発光素子２１およびペルチェ素子２４の過昇温を防止することができる。
また、基体２２１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂材料、金属材料、セラミックス材料等を用いることができる。また、基体２２１の放熱性（熱伝導性）を高める観点から、熱伝導性に優れた材料を用いるのが好ましい。なお、導電性を有する材料を用いる場合、後述するリード２２３同士等の短絡を防止するために、所定の絶縁処理を行う。また、基体２２１には、その厚さ方向に貫通する熱伝導性の柱状体または筒状体を設けることによっても、基体２２１の放熱性（熱伝導性）を高めることができる。
【００３５】
この基体２２１の一方の面（実装面）には、発光素子２１（実装部品）およびペルチェ素子２４が設置（実装）される。
ここで、発光素子２１は、ペルチェ素子２４を介して基体２２１に設置されている。これにより、ペルチェ素子２４により発光素子２１の温度を調節することができる。また、発光素子２１をペルチェ素子２４を介して基体２２１に設置することにより、ペルチェ素子２４の過昇温を防止し、その結果、ペルチェ素子２４により発光素子２１の温度を効率的に調節することができる。
【００３６】
本実施形態では、ペルチェ素子２４の一方の面２４１に発光素子２１が接合され、ペルチェ素子２４の他方の面２４２に基体２２１が接合されている。
また、基体２２１の他方の面には、図５に示すように、複数のリード２２３が突出している。この複数のリード２２３は、図示しない配線を介して発光素子２１に電気的に接続されている。
【００３７】
このような基体２２１には、基体２２１上の発光素子２１を覆う蓋体２２２が接合されている。
蓋体２２２は、一端部が開口した有底筒状をなしている。本実施形態では、蓋体２２２の筒状部は、円筒状をなす。
この蓋体２２２の一端部の開口は、前述した基体２２１により塞がれている。
【００３８】
そして、蓋体２２２の他端部、すなわち蓋体２２２の開口とは反対側の底部には、窓部２３が設けられている。
この窓部２３は、ガスセル３１と発光素子２１との間の光軸ａ上に設けられている。
そして、窓部２３は、前述した励起光に対して透過性を有する。
本実施形態では、窓部２３は、レンズで構成されている。これにより、励起光ＬＬを無駄なくガスセル３１へ照射することができる。
【００３９】
また、窓部２３は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。これにより、励起光ＬＬがガスセル３１の内壁で反射するのを簡単かつ確実に防止することができる。そのため、ガスセル３１内での励起光の共鳴を好適に生じさせ、その結果、原子発振器１の発振特性を高めることができる。
なお、窓部２３は、励起光に対する透過性を有するものであれば、レンズに限定されず、例えば、レンズ以外の光学部品であってもよいし、単なる光透過性の板状部材であってもよい。また、前述したような機能を有するレンズは、後述する光学部品４１、４２、４３と同様、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６との間に設けられていてもよい。
【００４０】
このような蓋体２２２の窓部２３以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。
ここで、蓋体２２２の窓部２３以外の部分が励起光に対して透過性を有する材料で構成されている場合、蓋体２２２の窓部２３以外の部分と窓部２３と一体的に形成することができる。また、蓋体２２２の窓部２３以外の部分が励起光に対して透過性を有しない材料で構成されている場合、蓋体２２２の窓部２３以外の部分と窓部２３とを別体で形成し、これらを公知の接合方法により接合すればよい。
【００４１】
また、基体２２１と蓋体２２２とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、第１パッケージ２２内が気密空間であることが好ましい。これにより、第１パッケージ２２内を減圧状態とすることができる。
また、基体２２１と蓋体２２２との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接（レーザー溶接、電子線溶接等）等を用いることができる。
【００４２】
このような基体２２１および蓋体２２２により形成された内部空間Ｓは、減圧されている。そのため、内部空間Ｓの断熱性により、第１パッケージ２２の蓋体２２２を介して第１パッケージ２２の外部と発光素子２１との間の熱干渉を防止または抑制することができる。したがって、本実施形態のように第１パッケージ２２外にガスセル３１が配置されている場合、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を防止または抑制し、発光素子２１とガスセル３１とを独立して高精度に温度制御することができる。
【００４３】
内部空間Ｓの圧力は、大気圧以下であればよく、特に限定されないが、例えば、１０−１Ｐａ程度であるのが好ましい。
なお、基体２２１と蓋体２２２との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。
また、第１パッケージ２２内には、前述した発光素子２１およびペルチェ素子２４以外の部品、例えば温度センサー、光学部品等が収納されていてもよい。
【００４４】
このような基体２２１および蓋体２２２を有して構成された第１パッケージ２２によれば、発光素子２１から第１パッケージ２２外への励起光の出射を許容しつつ、発光素子２１を第１パッケージ２２内に収納することができる。
また、第１パッケージ２２は、基体２２１が第２パッケージ３６とは反対側に配置されるように、後述する保持部材５に保持されている。
【００４５】
（第２ユニット）
前述したように、第２ユニット３は、ガスセル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、これらを収納する第２パッケージ３６とを備える。
［ガスセル］
ガスセル３１内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。
【００４６】
例えば、ガスセル３１は、図示しないが、柱状の貫通孔を有する本体部と、その貫通孔の両開口を封鎖する１対の窓部とを有する。これにより、前述したようなアルカリ金属が封入される内部空間が形成される。
ここで、ガスセル３１の各窓部は、前述した発光素子２１からの励起光に対する透過性を有している。そして、一方の窓部は、ガスセル３１内へ入射する励起光が透過するものであり、他方の窓部は、ガスセル３１内から出射した励起光が透過するものである。
【００４７】
したがって、ガスセル３１の窓部を構成する材料としては、前述したような励起光に対する透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。
また、ガスセル３１の本体部を構成する材料は、特に限定されず、金属材料、樹脂材料等であってもよく、窓部と同様にガラス材料、水晶等であってもよい。
【００４８】
そして、各窓部は、本体部に対して気密的に接合されている。これにより、ガスセル３１の内部空間を気密空間とすることができる。
ガスセル３１の本体部と窓部との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
また、このようなガスセル３１は、ヒーター３３により、前述した発光素子２１とは異なる温度、例えば、７０℃程度に温度調節される。
【００４９】
［受光素子］
受光素子３２は、ガスセル３１内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有する。
この受光素子３２としては、上述したような励起光を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器（受光素子）を用いることができる。
【００５０】
［ヒーター］
ヒーター３３は、前述したガスセル３１（より具体的にはガスセル３１中のアルカリ金属）を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル３１中のアルカリ金属をガス状に維持することができる。
このヒーター３３は、通電により発熱するものであり、例えば、ガスセル３１の外表面上に設けられた発熱抵抗体で構成されている。このような発熱抵抗体は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成される。
【００５１】
ここで、かかる発熱抵抗体は、ガスセル３１の励起光の入射部または出射部に設けられる場合、励起光に対する透過性を有する材料、具体的には、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ３Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等の透明電極材料で構成される。
【００５２】
なお、ヒーター３３は、ガスセル３１を加熱することができるものであれば、特に限定されず、ガスセル３１に対して非接触であってもよい。また、ヒーター３３に代えて、または、ヒーター３３と併用して、ペルチェ素子を用いて、ガスセル３１を加熱してもよい。
このようなヒーター３３は、後述する制御部６の温度制御部６２に電気的に接続され、通電される。
【００５３】
［温度センサー］
温度センサー３４は、ヒーター３３またはガスセル３１の温度を検出するものである。そして、この温度センサー３４の検出結果に基づいて、前述したヒーター３３の発熱量が制御される。これにより、ガスセル３１内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
【００５４】
なお、温度センサー３４の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター３３上であってもよいし、ガスセル３１の外表面上であってもよい。
温度センサー３４としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
このような温度センサー３４は、図示しない配線を介して、後述する制御部６の温度制御部６２に電気的に接続されている。
【００５５】
［コイル］
コイル３５は、通電により、磁場を発生させる機能を有する。これにより、ガスセル３１中のアルカリ金属に磁場を印加することにより、ゼーマン分裂により、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップを拡げて、分解能を向上させることができる。その結果、原子発振器１の発振周波数の精度を高めることができる。
【００５６】
なお、コイル３５が発生する磁場は、直流磁場または交流磁場のいずれかの磁場であってもよいし、直流磁場と交流磁場とを重畳させた磁場であってもよい。
このコイル３５の設置位置は、特に限定されず、図示しないが、例えば、ソレノイド型を構成するようにガスセル３１の外周に沿って巻回して設けられていてもよいし、ヘルムホルツ型を構成するように１対のコイルをガスセル３１を介して対向させてもよい。
【００５７】
このコイル３５は、図示しない配線を介して、後述する制御部６の磁場制御部６３に電気的に接続されている。これにより、コイル３５に通電を行うことができる。
このようなコイル３５の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、銀、銅、パラジウム、白金、金、または、これらの合金等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５８】
［第２パッケージ］
第２パッケージ３６は、前述したガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を収納する。
この第２パッケージ３６は、前述した第１ユニット２の第１パッケージ２２と同様に、構成されている。
【００５９】
具体的には、第２パッケージ３６は、図５に示すように、基体３６１（第２基体）と、蓋体３６２（第２蓋体）とを備える。
基体３６１は、ガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を直接的または間接的に支持する。本実施形態では、基体３６１は、板状をなし、平面視で円形をなしている。
【００６０】
そして、この基体３６１の一方の面（実装面）には、ガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５（複数の実装部品）が設置（実装）される。また、基体３６１の他方の面には、図５に示すように、複数のリード３６３が突出している。この複数のリード３６３は、図示しない配線を介して受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５に電気的に接続されている。
【００６１】
このような基体３６１には、基体３６１上のガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５を覆う蓋体３６２が接合されている。
蓋体３６２は、一端部が開口した有底筒状をなしている。本実施形態では、蓋体３６２の筒状部は、円筒状をなす。
この蓋体３６２の一端部の開口は、前述した基体３６１により塞がれている。
【００６２】
そして、蓋体３６２の他端部、すなわち蓋体３６２の開口とは反対側の底部には、窓部３７が設けられている。
この窓部３７は、ガスセル３１と発光素子２１との間の光軸ａ上に設けられている。
そして、窓部３７は、前述した励起光に対して透過性を有する。
本実施形態では、窓部３７は、光透過性を有する板状部材で構成されている。
【００６３】
なお、窓部３７は、励起光に対する透過性を有するものであれば、光透過性を有する板状部材に限定されず、例えば、レンズ、偏光板、λ／４波長板等の光学部品であってもよい。
このような蓋体３６２の窓部３７以外の部分の構成材料としては、特に限定されず、例えば、セラミックス、金属、樹脂等を用いることができる。
【００６４】
ここで、蓋体３６２の窓部３７以外の部分が励起光に対して透過性を有する材料で構成されている場合、蓋体３６２の窓部３７以外の部分と窓部３７と一体的に形成することができる。また、蓋体３６２の窓部３７以外の部分が励起光に対して透過性を有しない材料で構成されている場合、蓋体３６２の窓部３７以外の部分と窓部３７とを別体で形成し、これらを公知の接合方法により接合すればよい。
【００６５】
また、基体３６１と蓋体３６２とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、第２パッケージ３６内が気密空間であることが好ましい。これにより、第２パッケージ３６内を減圧状態または不活性ガス封入状態とすることができ、その結果、原子発振器１の特性を向上させることができる。
また、基体３６１と蓋体３６２との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接（レーザー溶接、電子線溶接等）等を用いることができる。
【００６６】
なお、基体３６１と蓋体３６２との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。
また、第２パッケージ３６内には、少なくともガスセル３１および受光素子３２が収納されていればよく、また、前述したガスセル３１、受光素子３２、ヒーター３３、温度センサー３４およびコイル３５以外の部品が収納されていてもよい。
【００６７】
このような基体３６１および蓋体３６２を有して構成された第２パッケージ３６によれば、発光素子２１からの励起光の第２パッケージ３６内への入射を許容しつつ、ガスセル３１および受光素子３２を第２パッケージ３６内に収納することができる。したがって、前述したような第１パッケージ２２と組み合わせて第２パッケージ３６を用いることにより、発光素子２１からガスセル３１を介して受光素子３２への励起光の光路を確保しつつ、発光素子２１およびガスセル３１を互いに非接触の別々のパッケージに収納することができる。
また、第２パッケージ３６は、基体３６１が第１パッケージ２２とは反対側に配置されるように、後述する保持部材５に保持されている。
【００６８】
（光学部品）
前述したような第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間には、複数の光学部品４１、４２、４３が配置されている。この複数の光学部品４１、４２、４３は、それぞれ、前述した第１パッケージ２２内の発光素子２１と、前述した第２パッケージ３６内のガスセル３１との間の光軸ａ上に設けられている。
【００６９】
また、本実施形態では、第１パッケージ２２側から第２パッケージ３６側へ、光学部品４１、光学部品４２、光学部品４３の順に配置されている。
光学部品４１は、λ／４波長板である。これにより、例えば、発光素子２１からの励起光が直線偏光である場合、その励起光を円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換することができる。
【００７０】
前述したようにコイル３５の磁場によりガスセル３１内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、仮に直線偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位に均等に分散して存在することとなる。その結果、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少なくなるため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が減少し、所望のＥＩＴ信号が小さくなり、その結果、原子発振器１の発振特性の低下をもたらす。
【００７１】
これに対し、前述したようにコイル３５の磁場によりガスセル３１内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、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を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することができる。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信号が大きくなり、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。
【００７２】
本実施形態では、光学部品４１は、円板状をなしている。そのため、後述するような形状の溝５１１に係合した状態で光軸ａに平行な軸線周りに光学部品４１を回転させることができる。なお、光学部品４１の平面視形状は、これに限定されず、例えば、後述する保持部材５の凹部５１の横断面形状によっては、四角形、五角形等の多角形をなしていてもよい。
このような光学部品４１に対して第２ユニット３側には、光学部品４２、４３が配置されている。
【００７３】
光学部品４２、４３は、それぞれ、減光フィルター（ＮＤフィルター）である。これにより、ガスセル３１に入射する励起光ＬＬの強度を調整（減少）させることができる。そのため、発光素子２１の出力が大きい場合でも、ガスセル３１に入射する励起光を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品４１により円偏光に変換された励起光の強度を光学部品４２、４３により調整する。
【００７４】
本実施形態では、光学部品４２、４３は、それぞれ、板状をなしている。また、光学部品４２、４３の平面視形状は、それぞれ、四角形をなしている。
なお、光学部品４２、４３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、円形をなしていてもよい。光学部品４２、４３の平面視形状が円形である場合、後述するような形状の溝５１２、５１３に係合した状態で光軸ａに平行な軸線周りに光学部品４２、４３を回転させることができる。
【００７５】
また、光学部品４２および光学部品４３は、互いに減光率が等しくてもよいし異なっていてもよい。
また、光学部品４２、４３は、それぞれ、上側と下側とで連続的または段階的に減光率の異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を保持部材５に対して上下方向での位置を調整することにより、励起光の減光率を調整することができる。
【００７６】
また、光学部品４２、４３が溝５１２、５１３に係合した状態で光軸ａに平行な軸線周りに回転可能である場合、光学部品４２、４３は、それぞれ、周方向で連続的または断続的に減光率が異なる部分を有していてもよい。この場合、光学部品４２、４３を回転させることにより、励起光の減光率を調整することができる。
なお、この光学部品４２、４３のうちのいずれか一方の光学部品を省略してもよい。また、発光素子２１の出力が適度である場合、光学部品４２、４３の双方を省略することができる。また、光学部品４１、４２、４３は、前述したものに限定されず、例えば、光学部品４１、４２のうちの少なくとも一方の光学部品は、偏光板であってもよい。この場合、光学部品４３がλ／４波長板であることが好ましい。
【００７７】
（保持部材）
保持部材５は、前述した第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および複数の光学部品４１、４２、４３を保持する機能を有する。
この保持部材５は、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を互いに非接触でこれらを保持する。
【００７８】
これにより、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を防止または抑制し、発光素子２１とガスセル３１とを独立して高精度に温度制御することができる。
また、保持部材５は、非金属で構成されている。
これにより、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導を抑えることができる。その結果、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を効果的に防止または抑制することができる。
【００７９】
具体的に説明すると、図５に示すように、保持部材５は、上側に開口する凹部５１を有する。
そして、この凹部５１には、第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および複数の光学部品４１、４２、４３が設置されている。本実施形態では、第１パッケージ２２、第２パッケージ３６および複数の光学部品４１、４２、４３の下部がそれぞれ凹部５１内に位置している。
【００８０】
また、この凹部５１は、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６の位置および姿勢を規制する形状をなす。これにより、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を保持部材５の凹部５１に設置することにより、発光素子２１および受光素子３２を含む光学系の位置決めを行うことができる。そのため、保持部材５に対する第１パッケージ２２および第２パッケージ３６の設置を容易なものとすることができる。
【００８１】
ここで、凹部５１は、Ｘ軸方向に延在し、その一端部側（図５中の左側）には、第１パッケージ２２が配置され、他端部側（図５中の右側）には、第２パッケージ３６が配置されている。
また、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６は、筒状をなす蓋体２２２および蓋体３６２の軸線がそれぞれ凹部５１の延在方向（Ｘ軸方向）に平行となるように配置されている。これにより、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６は、蓋体２２２および蓋体３６２の軸線が互いに一致または平行となるように配置されている。
【００８２】
本実施形態では、凹部５１の横断面が矩形をなしている。
また、保持部材５の一端部側（図５中の左側）には、第１パッケージ２２の基体２２１を支持する支持部５２（第１支持部）が設けられ、保持部材５の他端部（図５中の右側）には、第２パッケージ３６の基体３６１を支持する支持部５３（第２支持部）が設けられている。
【００８３】
このように、支持部５２が基体２２１を支持するとともに、支持部５３が基体３６１を支持することにより、第１パッケージ２２と保持部材５との接触部と、第２パッケージ３６と保持部材５との接触部との距離を大きくすることができる。そのため、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。
【００８４】
また、蓋体２２２および蓋体３６２は、それぞれ、保持部材５に対して非接触である。これにより、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。特に、凹部５１の横断面が矩形をなすのに対し、蓋体２２２、３６２の筒状部がそれぞれ円筒状をなしているため、蓋体２２２、３６２の側面と保持部材５との間に比較的大きな隙間を形成することができる。その結果、蓋体２２２、３６２から保持部材５への熱の伝導を極めて小さく抑えることができる。また、仮に蓋体２２２、３６２の側面と保持部材５とが接触していたとしても、その接触面積を小さくすることができる。
【００８５】
ここで、支持部５２は、Ｙ軸およびＺ軸に平行な設置面を有する。この設置面には、前述した第１パッケージ２２の基体２２１の蓋体２２２とは反対側の面が接触または近接する。これにより、保持部材５に対する第１パッケージ２２の位置および姿勢を規制することができる。なお、基体２２１は、例えば、支持部５２に接着剤を用いて固定することができる。
【００８６】
また、支持部５２には、前述した第１パッケージ２２の複数のリード２２３が挿通される複数の貫通孔５２１が形成されている。すなわち、支持部５２は、第１パッケージ２２が装着されるソケットのような形態をなす。これによっても、保持部材５に対する第１パッケージ２２の位置および姿勢を規制することができる。なお、複数のリード２２３は、例えば、半田により支持部５２に固定することができる。
【００８７】
複数のリード２２３は、複数の貫通孔５２１に挿通されることにより、保持部材５の外表面の下面または側面に設けられた複数の端子（図示せず）に複数の配線（図示せず）を介して電気的に接続される。
また、支持部５２には、後述する放熱部材７の受熱部７１が設けられている。そして、支持部５２に設置された第１パッケージ２２の基体２２１は、受熱部７１に接触する。これにより、放熱部材７により基体２２１を放熱することができる。
【００８８】
同様に、支持部５３は、Ｙ軸およびＺ軸に平行な設置面を有する。この設置面には、前述した第２パッケージ３６の基体３６１の蓋体３６２とは反対側の面が接触または近接する。これにより、保持部材５に対する第２パッケージ３６の位置および姿勢を規制することができる。なお、基体３６１は、例えば、支持部５３に接着剤を用いて固定することができる。
【００８９】
また、支持部５３には、前述した第２パッケージ３６の複数のリード３６３が挿通される複数の貫通孔５３１が形成されている。すなわち、支持部５３は、第２パッケージ３６が装着されるソケットのような形態をなす。これによっても、保持部材５に対する第２パッケージ３６の位置および姿勢を規制することができる。なお、複数のリード３６３は、例えば、半田により支持部５３に固定することができる。
【００９０】
また、複数のリード３６３は、複数の貫通孔５３１に挿通されることにより、保持部材５の外表面の下面または側面に設けられた複数の端子（図示せず）に複数の配線（図示せず）を介して電気的に接続される。
以上のように、保持部材５は、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を保持する。
【００９１】
また、前述したように、保持部材５は、光学部品４１、４２、４３をそれぞれ保持する。これにより、原子発振器１の製造時に保持部材５に各部品を取り付ける際、第１パッケージ２２および第２パッケージ３６を保持部材５に保持させた状態で、光学部品４１、４２、４３をその位置または姿勢を調整しながら保持部材５に設置することができる。
具体的に説明すると、保持部材５の凹部５１の壁面には、光学部品４１を保持する溝５１１と、光学部品４２を保持する溝５１２と、光学部品４３を保持する溝５１３とが形成されている。
【００９２】
本実施形態では、溝５１１、５１２、５１３は、光学部品４１、４２、４３の板面が互いに平行となるように形成されている。また、溝５１１、５１２、５１３は、光学部品４１、４２、４３の板面がそれぞれ光軸ａに対して垂直となるように形成されている。なお、溝５１１、５１２、５１３は、光学部品４１、４２、４３の板面が互いに非平行となるように形成されていてもよし、光学部品４１、４２、４３の板面がそれぞれ光軸ａに対して傾斜するように形成されていてもよい。
【００９３】
溝５１１は、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６とを結ぶ線分に沿った軸線（例えば、光軸ａ）周りに光学部品４１を回転可能に保持し得る。これにより、光学部品４１を保持部材５の溝５１１に係合させて光軸ａに平行な方向での位置決めした状態で、光学部品４１の光軸ａ周りの姿勢を調整することができる。
ここで、前述したように光学部品４１がλ／４波長板であるため、保持部材５に対する第１パッケージ２２の姿勢によらず、図７に示すように光学部品４１を回転により姿勢を調整することにより、発光素子２１からの励起光を直線偏光から円偏光へ変換することができる。
また、光学部品４１が円板状をなすため、横断面が矩形をなす凹部５１の壁面に対し３か所で接触する。これにより、保持部材５に対する光学部品４１の位置決めを行うことができる。
【００９４】
光学部品４１、４２、４３を保持部材５に設置するに際しては、例えば、まず、保持部材５に第１ユニット２および第２ユニット３を設置・固定する。その後、光学部品４１、４２、４３をそれぞれ対応する溝５１１、５１２、５１３に係合させた状態で、ＥＩＴ信号等を確認しながら、各光学部品４１、４２、４３の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を変化させる。そして、所望のＥＩＴ信号を確認したとき、その状態で、各光学部品４１、４２、４３を保持部材５に対して固定する。かかる固定は、特に限定されないが、例えば、光硬化性接着剤を用いるのが好適である。光硬化性接着剤は、硬化前であれば各溝５１１、５１２、５１３に供給しても各光学部品４１、４２、４３の位置または姿勢を変化させることができ、そして、所望時に短時間で硬化させて固定を行える。
このような保持部材５の構成材料としては、非金属の材料であれば、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、セラミックス材料等が挙げられる。
【００９５】
保持部材５を構成する樹脂材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば２層以上の積層体として）用いることができる。
【００９６】
また、保持部材５を構成するセラミックス材料としては、特に限定されないが、例えば、各種ガラス、また、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、イットリア、リン酸カルシウム等の酸化物セラミックス、さらに、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン、窒化ボロン等の窒化物セラミックス、また、グラファイト、タングステンカーバイト等の炭化物系セラミックス、その他、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＰＬＬＺＴ等の強誘電体材料などが挙げられる。
【００９７】
また、保持部材５の熱電導率は、０．１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上４０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることが好ましく、０．１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上０．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることがより好ましい。これにより、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導をより効果的に抑えることができる。すなわち、保持部材５の断熱性を高め、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６とを熱的に分離する効果を顕著なものとすることができる。
【００９８】
これに対し、かかる熱伝導率が低すぎる場合、保持部材５の形状、大きさ等によっては、保持部材５に必要な剛性を確保できる材料の選定が難しく、一方、かかる熱伝導率が高すぎる場合、第１パッケージ２２と保持部材５との接触部と、第２パッケージ３６と保持部材５との接触部との距離によっては、第１パッケージ２２と第２パッケージ３６との間の保持部材５を介した熱伝導を抑えることが難しい。
【００９９】
［放熱部材］
放熱部材７は、第１パッケージ２２の外側に設けられ、前述した第１パッケージ２２の基体２２１を放熱する機能を有する。これにより、基体２２１に設置された発光素子２１およびペルチェ素子２４の過昇温を防止することができる。
特に、前述したような第１パッケージ２２の減圧された内部空間Ｓによる断熱性と、放熱部材７による放熱性との組み合わせにより、第１パッケージ２２の内外間の熱の伝達経路を最適化し、発光素子２１を高精度に温度制御することができる。
【０１００】
具体的に説明すると、第１パッケージ２２内に収納された発光素子２１およびペルチェ素子２４は、前述したように、減圧された内部空間Ｓの断熱性により、第１パッケージ２２の蓋体２２２を介して第１パッケージ２２の外部と発光素子２１との間の熱干渉を防止または抑制することができる。
その一方で、発光素子２１は、ペルチェ素子２４により加熱されなくても、発光に伴って発熱する。また、ペルチェ素子２４も駆動に伴ってペルチェ素子２４全体が発熱し、また、発光素子２１からの熱を受けるため、ペルチェ素子２４全体が温度上昇する。
【０１０１】
このような発光素子２１およびペルチェ素子２４の熱は、発光素子２１およびペルチェ素子２４が設置された基体２２１を通じて外部へ放出されるが、その放出が十分でないと、発光素子２１が所望の温度よりも高くなってしまう。
また、ペルチェ素子２４全体の温度上昇は、ペルチェ素子２４の温度調節機能（特に冷却機能）の低下をもたらす。その結果、ペルチェ素子２４によって発光素子２１を所望の温度に調節することができなくなる。
【０１０２】
そこで、本発明にかかる原子発振器１では、放熱部材７により基体２２１を放熱させることにより、発光素子２１およびペルチェ素子２４の過昇温を防止することとした。
この放熱部材７は、前述した保持部材５の支持部５２に設けられた受熱部７１と、保持部材５の外側に設けられた放熱部７２を有する。
受熱部７１は、支持部５２の設置面（第１パッケージ２２が設置される面）に沿って設けられている。これにより、受熱部７１は、第１パッケージ２２の基体２２１に接触している。
【０１０３】
なお、受熱部７１と基体２２１との間には、これらの間の熱伝導性を高めるため、絶縁性および熱伝導性に優れる熱伝導性材料が介在していてもよい。かかる熱伝導性材料としては、特に限定されないが、例えば、絶縁性および熱伝導性に優れるフィラーを樹脂材料に分散させたものを用いることができる。
本実施形態では、受熱部７１は、シート状または板状をなし、第１パッケージ２２の複数のリード２２３が挿通される複数の貫通孔７１１が形成されている。
【０１０４】
このような受熱部７１は、放熱部７２と一体で形成されている。これにより、受熱部７１は、放熱部７２に熱的に接続されている。
放熱部７２は、保持部材５の外側（凹部５１とは反対側）に設けられている。これにより、保持部材５に保持された第１パッケージ２２の基体２２１を効率的に放熱することができる。
【０１０５】
本実施形態では、放熱部７２は、保持部材５の外表面に沿って設けられている。これにより、放熱部７２が保持部材５の外表面に対して突出するのを抑制しつつ、放熱部７２の放熱面の面積を大きくすることができる。
本実施形態では、放熱部７２は、シート状または板状をなしている。これにより、例えば、放熱部７２が保持部材５の設置面に沿って設けてられていても、その設置面を基板に設置することができる。
【０１０６】
なお、放熱部７２には、放熱性を向上させるためのフィンが設けられていてもよい。この場合、放熱部７２は、保持部材５の設置面とは異なる部位に設けるか、または、保持部材５が設置される基板にかかるフィンとの接触を防止する貫通孔を設ければよい。
このような放熱部材７は、金属で構成されていることが好ましい。これにより、放熱部材７の放熱性を優れたものとすることができる。また、放熱部材７を金属で構成する場合、金属板を折り曲げ加工することにより、簡単かつ安価に、放熱部材７を形成することができる。
【０１０７】
また、放熱部材７の熱伝導率は、前述した保持部材５の熱伝導率よりも高ければよいが、できるだけ高いことが好ましく、具体的には、１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましく、４０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることがより好ましく、１００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることがさらに好ましい。
このような観点から、放熱部材７の構成材料としては、前述したように金属材料を用いるのが好ましいが、特に、例えば、アルミニウムまたはその合金、銅またはその合金等を用いるのが好ましい。
【０１０８】
［制御部］
図２に示す制御部６は、ヒーター３３、コイル３５、発光素子２１およびペルチェ素子２４をそれぞれ制御する機能を有する。
このような制御部６は、発光素子２１の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部６１と、ガスセル３１中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部６２と、ガスセル３１に印加する磁場を制御する磁場制御部６３と、温度制御部６４とを有する。
【０１０９】
励起光制御部６１は、前述した受光素子３２の検出結果に基づいて、発光素子２１から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。より具体的には、励起光制御部６１は、前述した受光素子３２によって検出された（ω１−ω２）が前述したアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、発光素子２１から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。また、励起光制御部６１は、発光素子２１から出射される共鳴光１、２の中心周波数を制御する。
【０１１０】
また、温度制御部６２は、温度センサー３４の検出結果に基づいて、ヒーター３３への通電を制御する。これにより、ガスセル３１を所望の温度範囲内に維持することができる。ここで、温度センサー３４は、ガスセル３１の温度を検知する温度検知手段を構成する。
また、磁場制御部６３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。
このような制御部６は、例えば、保持部材５が設置される基板上に実装されたＩＣチップに設けられている。
【０１１１】
以上説明したような本実施形態の原子発振器１によれば、第１パッケージ２２内が減圧されているため、第１パッケージ２２の蓋体２２２を介して第１パッケージ２２の外部と発光素子２１との間の熱干渉を防止または抑制することができる。したがって、本実施形態のように第１パッケージ２２外にガスセル３１が配置されている場合、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を防止または抑制し、発光素子２１とガスセル３１とを独立して高精度に温度制御することができる。
【０１１２】
また、放熱部材７が基体２２１を放熱するため、基体２２１に設置された発光素子２１の過昇温を防止することができる。
このような第１パッケージ２２の減圧された内部空間Ｓによる断熱性と、放熱部材７による基体２２１の放熱性との組み合わせにより、第１パッケージ２２の内外間の熱の伝達経路を最適化し、発光素子２１を高精度に温度制御することができる。その結果、原子発振器１の特性を優れたものとすることができる。
【０１１３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る原子発振器の縦断面図である。
本実施形態にかかる原子発振器は、発光素子、ガスセルおよび受光素子等を同一のパッケージ内に収納した以外は、前述した第１実施形態にかかる原子発振器と同様である。
【０１１４】
なお、以下の説明では、第２実施形態の原子発振器に関し、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図７に示す原子発振器１Ａは、図８に示すように、発光素子２１と、ペルチェ素子２４と、ガスセル３１と、受光素子３２と、ヒーター３３と、これらを収納するパッケージ２２Ａと、パッケージ２２Ａを保持する保持部材５Ａと、放熱部材７とを備える。なお、本実施形態では、保持部材５Ａを省略することができる。
【０１１５】
なお、図７では、説明の便宜上、図示しないが、原子発振器１Ａは、前述した第１実施形態の原子発振器１と同様、光学部品、温度センサーおよびコイル等を備え、これらも、パッケージ２２Ａ内に収納されている。
本実施形態では、パッケージ２２Ａの内部空間Ｓ１内には、発光素子２１およびペルチェ素子２４だけでなく、ガスセル３１、受光素子３２およびヒーター３３も収納されている。
【０１１６】
パッケージ２２Ａは、基体２２１と、蓋体２２２Ａとを備える。これにより、内部空間Ｓ１が形成される。
この内部空間Ｓ１は、減圧されている。
ここで、ガスセル３１、受光素子３２およびヒーター３３は、発光素子２１との間に隙間を形成するための支持部材８を介して、基体２２１に支持されている。
【０１１７】
本実施形態のようにパッケージ２２Ａ内に発光素子２１およびガスセル３１が収納されている場合であっても、発光素子２１とガスセル３１との間に隙間を形成することにより、かかる隙間が減圧による断熱層を構成するため、発光素子２１とガスセル３１との間の熱干渉を防止または抑制することができる。
以上説明したような第２実施形態に係る原子発振器１Ａによっても、発光素子とガスセルとの間の熱干渉を抑制または防止し、より幅広い環境温度範囲において、優れた発振特性を発揮することができる。
【０１１８】
（電子機器）
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、優れた信頼性を発揮することができる。
以下、本発明の電子機器について説明する。
図９は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合のシステム構成概要図である。
【０１１９】
図９に示す測位システム１００は、ＧＰＳ衛星２００と、基地局装置３００と、ＧＰＳ受信装置４００とで構成されている。
ＧＰＳ衛星２００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。
基地局装置３００は、例えば電子基準点（ＧＰＳ連続観測局）に設置されたアンテナ３０１を介してＧＰＳ衛星２００からの測位情報を高精度に受信する受信装置３０２と、この受信装置３０２で受信した測位情報をアンテナ３０３を介して送信する送信装置３０４とを備える。
【０１２０】
ここで、受信装置３０２は、その基準周波数発振源として前述した本発明の原子発振器１を備える電子装置である。このような受信装置３０２は、優れた信頼性を有する。また、受信装置３０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置３０４により送信される。
ＧＰＳ受信装置４００は、ＧＰＳ衛星２００からの測位情報をアンテナ４０１を介して受信する衛星受信部４０２と、基地局装置３００からの測位情報をアンテナ４０３を介して受信する基地局受信部４０４とを備える。
【０１２１】
図１０は、本発明の原子発振器を用いたクロック伝送システムの一例を示す概略構成図である。
図１０に示すクロック伝送システム５００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）系およびＥ（Emergency）系の冗長構成を有するシステムである。
【０１２２】
このクロック伝送システム５００は、Ａ局（上位（Ｎ系））のクロック供給装置（ＣＳＭ：Clock Supply Module）５０１およびＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）装置５０２と、Ｂ局（上位（Ｅ系））のクロック供給装置５０３およびＳＤＨ装置５０４と、Ｃ局（下位）のクロック供給装置５０５およびＳＤＨ装置５０６、５０７とを備える。
クロック供給装置５０１は、原子発振器１を有し、Ｎ系のクロック信号を生成する。このクロック供給装置５０１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５０８、５０９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。
【０１２３】
ＳＤＨ装置５０２は、クロック供給装置５０１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５０５に伝送する。
クロック供給装置５０３は、原子発振器１を有し、Ｅ系のクロック信号を生成する。このクロック供給装置５０３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５０８、５０９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。
【０１２４】
ＳＤＨ装置５０４は、クロック供給装置５０３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５０５に伝送する。
クロック供給装置５０５は、クロック供給装置５０１、５０３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。
【０１２５】
ここで、クロック供給装置５０５は、通常、クロック供給装置５０１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５０５は、クロック供給装置５０３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。
【０１２６】
ＳＤＨ装置５０６は、クロック供給装置５０５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５０７は、クロック供給装置５０５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局またはＢ局の装置と同期させることができる。
以上、本発明の原子発振器および電子機器について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、本発明の原子発振器および電子機器では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本発明の原子発振器は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
【０１２７】
また、前述した実施形態では、発光素子とパッケージの基体との間にペルチェ素子（温度調節素子）が介在する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、発光素子および温度調節素子がそれぞれパッケージの基体上に直接設置されていてもよい。
また、パッケージを保持する保持部材の形態は、前述した実施形態のものに限定されず、例えば、原子発振器の各部を制御する回路を有する基板であってもよい。この場合、例えば、かかる基板にパッケージ等が挿入される貫通孔を形成すればよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１‥‥原子発振器  １Ａ‥‥原子発振器  ２‥‥第１ユニット  ３‥‥第２ユニット  ５‥‥保持部材  ５Ａ‥‥保持部材  ６‥‥制御部  ７‥‥放熱部材  ８‥‥支持部材  ２１‥‥発光素子  ２２‥‥第１パッケージ（パッケージ）  ２２Ａ‥‥パッケージ  ２３‥‥窓部  ２４‥‥ペルチェ素子  ３１‥‥ガスセル  ３２‥‥受光素子  ３３‥‥ヒーター  ３４‥‥温度センサー  ３５‥‥コイル  ３６‥‥パッケージ  ３７‥‥窓部  ４１‥‥光学部品  ４２‥‥光学部品  ４３‥‥光学部品  ５１‥‥凹部  ５２‥‥支持部  ５３‥‥支持部  ６１‥‥励起光制御部  ６２‥‥温度制御部  ６３‥‥磁場制御部  ６４‥‥温度制御部  ７１‥‥受熱部  ７２‥‥放熱部  １００‥‥測位システム  ２００‥‥ＧＰＳ衛星  ２２１‥‥基体  ２２２‥‥蓋体  ２２２Ａ‥‥蓋体  ２２３‥‥リード  ２４１‥‥面  ２４２‥‥面  ３００‥‥基地局装置  ３０１‥‥アンテナ  ３０２‥‥受信装置  ３０３‥‥アンテナ  ３０４‥‥送信装置  ３６１‥‥基体  ３６２‥‥蓋体  ３６３‥‥リード  ４００‥‥ＧＰＳ受信装置  ４０１‥‥アンテナ  ４０２‥‥衛星受信部  ４０３‥‥アンテナ  ４０４‥‥基地局受信部  ５００‥‥クロック伝送システム  ５０１‥‥クロック供給装置  ５０２‥‥ＳＤＨ装置  ５０３‥‥クロック供給装置  ５０４‥‥ＳＤＨ装置  ５０５‥‥クロック供給装置  ５０６‥‥ＳＤＨ装置  ５０７‥‥ＳＤＨ装置  ５０８‥‥マスタークロック  ５０９‥‥マスタークロック  ５１１‥‥溝  ５１２‥‥溝  ５１３‥‥溝  ５２１‥‥貫通孔  ５３１‥‥貫通孔  ７１１‥‥貫通孔  ＬＬ‥‥励起光  Ｓ‥‥内部空間  Ｓ１‥‥内部空間  ω０‥‥周波数  ω１‥‥周波数  ω２‥‥周波数
【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】
2014050073.tif 000009
【図８】
2014050073.tif 000010
【図９】
2014050073.tif 000011
【図１０】
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