(57)【要約】【課題】消費電力の低減効果を向上させた原子発振器を提供する。【解決手段】本原子発振器は、励起光を出射する光源、前記励起光により励起される原子を封入したガスセル、及び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、を含む原子発振器であって、前記ガスセルは、前記励起光の入射面及び前記励起光の出射面を備えた中空部材であり、前記入射面は、前記励起光が入射する入射領域を備え、前記入射領域を含む前記入射面、及び前記入射面以外の前記ガスセルの外部露出面に、前記ガスセルを構成する何れの材料よりも輻射率が低い輻射防止膜が形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する光源、前記励起光により励起される原子を封入したガスセル、及び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、を含む原子発振器であって、
前記ガスセルは、前記励起光の入射面及び前記励起光の出射面を備えた中空部材であり、
前記入射面は、前記励起光が入射する入射領域を備え、
前記入射領域を含む前記入射面、及び前記入射面以外の前記ガスセルの外部露出面に、前記ガスセルを構成する何れの材料よりも輻射率が低い輻射防止膜が形成されていることを特徴とする原子発振器。
【請求項２】
前記受光素子の前記励起光を受光する側の面は、前記出射面と接しており、
前記入射領域を含む前記入射面、及び前記入射面以外の前記ガスセルの外部露出面、及び前記受光素子の外部露出面に、前記輻射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の原子発振器。
【請求項３】
前記輻射防止膜は、金属材料から形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の原子発振器。
【請求項４】
前記入射領域に形成された前記輻射防止膜は、前記励起光を減光して前記ガスセルに入射させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の原子発振器。
【請求項５】
前記入射面が前記励起光の光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の原子発振器。
【請求項６】
前記入射面及び前記入射面の反対面が前記光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の原子発振器。
【請求項７】
前記入射面が前記励起光の光軸に対して傾斜し、前記入射面の反対面が前記光軸に対して傾斜していないことを特徴とする請求項５に記載の原子発振器。
【請求項８】
前記ガスセルの全体が前記光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の原子発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
極めて正確な時間を計る時計として、原子時計（原子発振器）が知られている。原子時計とは、アルカリ金属等の原子を構成している電子の遷移エネルギー量を基準とする発振器である。アルカリ金属の原子における電子の遷移エネルギーは外乱がない状態では非常に精密な値であるため、原子発振器は水晶発振器に比べて数桁高い周波数安定性を得ることができる。
【０００３】
原子発振器は、例えば、光源、アルカリ金属を封入したガスセル、受光素子、ガスセルを温度制御するヒータ等を基板上に配置してケースに収容した構造とされている。ガスセルに輻射による熱の流入や流出があると、ガスセルが温度変動し、原子発振器の発振周波数が変動する場合がある。そのため、ガスセルの温度変動を抑制するため、通常は、ヒータに電力を供給し続けてガスセルの温度制御を行うが、これは原子発振器の消費電力を増大する一因となっている。
【０００４】
そこで、原子発振器の消費電力を低減するための様々な検討がなされている。例えば、ガスセルの外表面のうち励起光が透過する部分を除く部分に加熱側反射部を配置した構造とすることで、加熱側反射部からの熱の輻射を効果的に抑制して、原子発振器の消費電力を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の構造では、ガスセルの励起光が透過する部分を除く部分のみに加熱側反射部を配置しているため、励起光が透過する部分で生じる熱の輻射を低減することができず、十分な消費電力の低減効果が得られない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、消費電力の低減効果を向上させた原子発振器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本原子発振器は、励起光を出射する光源、前記励起光により励起される原子を封入したガスセル、及び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、を含む原子発振器であって、前記ガスセルは、前記励起光の入射面及び前記励起光の出射面を備えた中空部材であり、前記入射面は、前記励起光が入射する入射領域を備え、前記入射領域を含む前記入射面、及び前記入射面以外の前記ガスセルの外部露出面に、前記ガスセルを構成する何れの材料よりも輻射率が低い輻射防止膜が形成されていることを要件とする。
【発明の効果】
【０００８】
開示の技術によれば、消費電力の低減効果を向上させた原子発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】原子発振器の基本構成について説明する図である。
【図２】ＣＰＴに関連する原子エネルギー準位の説明図である。
【図３】面発光レーザ変調時における出力波長の説明図である。
【図４】変調周波数と透過光量との相関図である。
【図５】第１の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。
【図６】ガスセルを励起光Ｌの入射側から視た斜視図である。
【図７】比較例に係るガスセルを励起光Ｌの入射側から視た斜視図である。
【図８】特定の膜厚における金、銀、銅の反射率特性（入射光波長依存）を示す図である。
【図９】第２の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。
【図１１】第４の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。
【図１２】第５の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１１】
〈第１の実施の形態〉
図１は、原子発振器の基本構成について説明する図である。図１を参照するに、原子発振器１は、量子干渉効果（ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）共鳴）を利用したＣＰＴ方式の原子発振器であり、量子部３００と、変調器４００とを有している。
【００１２】
量子部３００は、例えば、光源３１０、４分の１波長板３２０、アルカリ金属原子を封入したガスセル３３０、及び受光素子３４０を有している。ここでは、光源３１０として、励起光となるレーザ光を出射するレーザ素子を用いる例を示す。又、ガスセル３３０にはアルカリ金属であるＣｓ（セシウム）原子のガスが封入されており、ＣｓのＤ１ラインの遷移を用いる例を示す。
【００１３】
原子発振器１において、変調器４００による駆動電流により光源３１０から励起光となるレーザ光が出射される。光源３１０から出射されたレーザ光は、４分の１波長板３２０を介してガスセル３３０に照射され、ガスセル３３０内のアルカリ金属原子における電子を励起する。ガスセル３３０を透過した光は受光素子３４０において検出され、受光素子３４０において検出された信号は変調器４００にフィードバックされ、変調器４００により光源３１０であるレーザ素子を変調する。
【００１４】
原子発振器１では、ガスセル３３０を透過する透過光の光量に基づいて光源３１０が制御される。具体的には、アルカリ金属による光の吸収率が低下するように、搬送波の波長を調整すると共に、受光素子３４０において検出された信号を変調器４００にフィードバックし、変調器４００により光源３１０からのレーザ光の変調周波数を調整する。
【００１５】
図２に、ＣＰＴに関連する原子エネルギー準位の構造を示す。原子発振器１では、２つの基底準位から励起準位に電子が同時に励起されると光の吸収率が低下することを利用する。光源３１０であるレーザ素子には、搬送波波長が８９４．６ｎｍに近い素子を用いている。搬送波の波長は光源３１０の温度、もしくは出力を変化させてチューニングすることができる。
【００１６】
図３に示すように、変調をかけることで搬送波の両側にサイドバンドが発生し、その周波数差がＣｓ原子の固有振動数である９．２ＧＨｚに一致するように４．６ＧＨｚで変調させている。
【００１７】
図４に示すように、励起されたＣｓガスを通過するレーザ光はサイドバンド周波数差がＣｓ原子の固有周波数差に一致した時に最大となる。そこで、受光素子３４０の出力が最大値を保持するように変調器４００においてフィードバックして、光源３１０の変調周波数を調整する。原子の固有振動数が極めて安定なので変調周波数は安定した値となり、この情報がアウトプットとして取り出される。なお、波長が８９４．６ｎｍの場合では、±１ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。
【００１８】
なお、本実施の形態ではアルカリ金属としてＣｓを用い、ＣｓのＤ１ラインの遷移を用いるために光源の波長を８９４．６ｎｍとしたが、ＣｓのＤ２ラインを用いる場合、光源の波長を８５２．３ｎｍとすることができる。
【００１９】
又、アルカリ金属としてルビジウム（Ｒｂ）を用いることもでき、ＲｂのＤ１ラインを利用する場合は光源の波長を７９５．０ｎｍ、ＲｂのＤ２ラインを用いる場合は光源の波長を７８０．２ｎｍとすることができる。又、Ｒｂを用いる場合の変調周波数は８７Ｒｂでは３．４ＧＨｚ、８５Ｒｂでは１．５ＧＨｚとすることができる。なお、これらの波長の場合でも、±１ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。
【００２０】
図５は、第１の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。図５を参照するに、原子発振器１は回路基板２１０を有しており、回路基板２１０上には、ヒータ２２０を内蔵したアルミナ基板２３０が設けられている。
【００２１】
アルミナ基板２３０上には、量子部３００を構成する光源３１０が実装されている。光源３１０としては、例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザ）等を用いることができる。なお、ヒータ２２０は、光源３１０の温度を制御する機能を有している。原子発振器１は、例えば、真空封止したセラミック製パッケージ内に配置することができる。
【００２２】
光源３１０の出射する励起光Ｌ（レーザ光）の光路上には、４分の１波長板３２０が配置されている。４分の１波長板３２０は、例えば、アルミナ基板２３０とガスセル３３０との間に配置したスペーサにより保持することができる。スペーサは、例えば、シリコン等により形成することができる。
【００２３】
４分の１波長板３２０は、光源３１０から出射される励起光Ｌを直線偏光から円偏光に変換する機能を有している。ガスセル３３０に所定方向の磁場を印加した状態でアルカリ金属原子に円偏光の励起光Ｌを照射することで、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可能となる。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。
【００２４】
なお、光源３１０とガスセル３３０との間には、４分の１波長板３２０以外の光学素子を配置してもよい。このような光学素子としては、例えば、コリメータレンズ等が挙げられる。
【００２５】
４分の１波長板３２０の上部にはガスセル３３０が配置されている。ガスセル３３０は、励起光Ｌの入射面及び励起光Ｌの出射面を備えた中空部材であり、例えば、対向する２枚のガラス基板３３１及び３３３の外縁部同士を、中空状の直方体形状のシリコン基板３３２を介して接合して気密空間を形成した構造とされている。ガラス基板３３１及び３３３とシリコン基板３３２との接合は、例えば、陽極接合により行うことができる。
【００２６】
ガラス基板３３１及び３３３とシリコン基板３３２に囲まれた気密空間には、アルカリ金属原子のガスが封入され、ガラス基板３３１側から入射した励起光Ｌにより量子干渉効果を発生させることができる。アルカリ金属原子としては、例えば、セシウム、ルビジウム、ナトリウム等が挙げられる。
【００２７】
セシウムは常温で液体であるため、ガス状態にするためにガスセル３３０の両側にヒータを設け、ガスセル３３０を所定の温度（例えば、６０℃から８０℃程度）に設定することができる。
【００２８】
量子部３００の最上部には、ガラス基板３３３の上面に励起光を受光する側の面（以降、受光面）を密着させて受光素子３４０が配置されている。受光素子３４０としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。ガスセル３３０の内部で量子干渉効果による共鳴スペクトルが重畳された励起光Ｌは、ガラス基板３３３を透過して受光素子３４０の受光面に到達し、ＣＰＴ共鳴スペクトルを使った制御により原子発振器１が実現される。
【００２９】
なお、ガスセル３３０及び受光素子３４０の外部に露出している面（以降、外部露出面）の全面が、ガスセル３３０を構成する何れの材料よりも輻射率が低い輻射防止膜３５０に被覆されている。輻射防止膜３５０について、図６等を参照しながら、以下に説明する。
【００３０】
図６は、ガスセル３３０を励起光Ｌの入射側から視た斜視図である。なお、図６では、輻射防止膜３５０が形成されている部分を、便宜上、梨地模様で示している。図５及び図６に示すように、ガスセル３３０及び受光素子３４０の外部露出面には、輻射防止膜３５０が形成されている。図６に示すように、輻射防止膜３５０は、励起光Ｌの入射面となるガラス基板３３１の表面の入射領域Ｅｉにも形成されている。
【００３１】
すなわち、輻射防止膜３５０は、ガラス基板３３１の励起光Ｌの入射領域Ｅｉを含めたガスセル３３０及び受光素子３４０の表面の全面に形成されている。
【００３２】
なお、ガラス基板３３３の励起光Ｌの出射面に受光素子３４０の受光面を密着させた構成としている。そのため、ガラス基板３３３の励起光Ｌの出射領域（ガラス基板３３３の励起光Ｌの出射面のうち、受光素子３４０と接している部分）には、輻射防止膜３５０は形成されていない。
【００３３】
ガスセル３３０の外部の雰囲気気体を介した熱伝導による熱の逃げを補填するために、ヒータ電力を供給し続けると、消費電力の増大を招く。そこで、本実施の形態では、輻射防止膜３５０を形成することで、熱伝導による熱の逃げを抑制して供給するヒータ電力を低減し、原子発振器１を低消費電力化している。
【００３４】
すなわち、輻射防止膜３５０を形成することで、ガスセル３３０の熱が輻射により逃げるのを抑制する効果を奏する。高温物体から低温物体に対して、電磁波によりエネルギーが伝搬する現象が熱輻射であり、真空中でも熱が移動できる。高温物体から輻射される電磁波の波長分布はシュテファン＝ボルツマンの法則に従い、高温になるほど短波長の電磁波の割合が多くなるが、物体温度が１００℃前後の低温の場合、輻射される電磁波は赤外領域から遠赤外領域が殆どである。
【００３５】
熱輻射による熱の移動を抑制するには、高温物体からの熱輻射量を減らし、かつ低温物体における熱の吸収を減らす必要がある。熱輻射の起こりやすさは物質の種類と表面状態に大きく依存し、輻射率（放射率）と呼ばれる数値で表される。輻射率が大きいほど輻射が起こりやすく、一般に金属材料は輻射率が低く、非金属は輻射率が高い。又、滑らかに研磨された表面は輻射率が低く、粗い面や酸化膜で覆われた金属は輻射率が高くなる。
【００３６】
【表１】
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表１に示すように、ガスセル３３０を構成するガラス基板３３１及び３３３やシリコン基板３３２は、輻射率が高いため熱輻射の点では不利である。一方、金、銅、アルミニウム等の金属材料は輻射率が低いため、ガスセル３３０及び受光素子３４０の表面をコーティングする材料として適している。
【００３７】
輻射防止膜３５０を構成する輻射率の小さい金属材料としては特に限定しないが、銅、銀、金、クロム、ニッケル、アルミニウム或いはこれらの合金等を用いることが可能であり、特に科学的に安定で酸化膜を作らない金を使うことが最も好ましい。輻射防止膜３５０は、ガスセル３３０にセシウムガス等を封入して密閉された状態で、輻射率の小さい金属材料を用いて、蒸着やスパッタ等の手法により形成することができる。
【００３８】
図７は、比較例に係るガスセルを励起光Ｌの入射側から視た斜視図である。図７（ａ）に示す比較例１に係るガスセル３３０Ａでは、ガラス基板３３１及び３３３とシリコン基板３３２には輻射防止膜が全く形成されていない。これに対して、図７（ｂ）に示す比較例２に係るガスセル３３０Ｂでは、ガラス基板３３１の励起光Ｌの入射領域Ｅｉを除く領域、ガラス基板３３３の励起光Ｌの出射領域を除く領域、及びシリコン基板３３２の側面に輻射防止膜３５０Ｂが形成されている。
【００３９】
ガスセル３３０Ｂでは、部分的に輻射防止膜３５０Ｂが形成されていることで、ガスセル３３０Ａよりも熱輻射を抑制することができる。しかし、励起光Ｌの入射領域Ｅｉ及び出射領域には輻射防止膜３５０Ｂが形成されていないため、ガラス基板３３１及び３３３からの輻射は依然として発生することになり、熱の逃げに起因する消費電力の増大を抑制する効果は不十分である。
【００４０】
一方、本実施の形態では、図６に示したように、ガラス基板３３３の励起光Ｌの出射面に受光素子３４０の受光面を密着させた構成としている。そして、励起光Ｌの入射領域Ｅｉ及び受光素子３４０の裏面を含めたガスセル３３０及び受光素子３４０の表面の全面に輻射防止膜３５０をコーティングしている。
【００４１】
これにより、熱輻射の発生を最大限に抑えることが可能となり、熱の逃げに起因する消費電力の増大を最大限に抑えることが可能となる。
【００４２】
ところで、ガラス基板３３１の励起光Ｌの入射領域Ｅｉに輻射防止膜３５０をコーティングすることにより、励起光Ｌがガラス基板３３１を透過する割合が減少する。そこで、励起光Ｌの入射領域Ｅｉに形成する輻射防止膜３５０の膜厚に関しては、図４に示した量子干渉効果のピークが受光素子３４０で十分なレベルで検出できる程度の透過光が得られる数値を選択する必要がある。
【００４３】
図８は、特定の膜厚における金、銀、銅の反射率特性（入射光波長依存）を示す図である。例えば、図８に示す特性を参照して、最適な膜厚を決めることができる。一般的には、ガスセル３３０よりも励起光Ｌの入射側に減光フィルタが配置される。減光フィルタを配置するのは、光源３１０から出射される励起光Ｌの強度が高い場合でも、ガスセル３３０に適切な強度の励起光を入射させるためである。
【００４４】
減光フィルタの減光比は１／１０から１／１００程度であるため、励起光Ｌの透過率を１％以上１０％以下程度に設定することが望ましい。そこで、本実施の形態では、減光フィルタを配置する代わりに、輻射防止膜３５０の膜厚を最適化することで量子干渉効果が得るのに十分な光量の励起光Ｌをガスセル３３０内に入射させ、ガスセル３３０から出射させることができる。
【００４５】
すなわち、減光フィルタの減光比（１／１０から１／１００程度）と同じ減光比が得られるように、入射領域Ｅｉに形成された輻射防止膜３５０の膜厚を最適化し、励起光Ｌを適切な値に減光してガスセル３３０に入射させる。ガラス基板３３３の励起光Ｌの出射領域には輻射防止膜３５０が形成されていないため、ガラス基板３３１の励起光Ｌの入射領域Ｅｉにおける輻射防止膜３５０の膜厚を最適化することで、受光素子３４０には量子干渉効果の検出に十分な強度の光が到達する。
【００４６】
なお、励起光Ｌの入射面を除くガスセル３３０の表面、及び受光素子３４０の表面において、ガラス基板３３１の励起光Ｌの入射領域Ｅｉ以外の領域に形成する輻射防止膜３５０の膜厚は特に限定する必要はない。
【００４７】
ガスセル３３０及び受光素子３４０の表面に輻射防止膜３５０をコーティングすることにより、熱輻射を抑制する効果以外に、ガスセル３３０内に封入されたガスのリークを抑える効果を奏する。これについて、以下に、より詳しく説明する。
【００４８】
ガスセル３３０には、量子干渉効果を利用するアルカリ金属ガス（セシウムやルビジウム等）以外に、共鳴ピークのコントラストを向上させる目的でネオン、アルゴン、窒素等の不活性ガス（バッファガス）を一緒に封じ込めることが行われている。
【００４９】
これらのバッファガスは、セシウム原子等に比べて原子半径（分子半径）が小さいため、ガラス基板３３１及び３３３の原子間隙を通ってリークする現象が発生する場合がある。バッファガスのリークによりガスセル３３０の内部の圧力が減少すると、原子発振器１の特性が変動する場合があるため、バッファガスのリークは極力抑えることが重要である。
【００５０】
原子発振器１では、ガスセル３３０を構成するガラス基板３３１及び３３３に輻射防止膜３５０を形成しているため、ガラス基板３３１及び３３３を介したバッファガスのリークを抑制することができる。
【００５１】
このように、第１の実施の形態に係る原子発振器１では、ガラス基板３３１の励起光Ｌの入射領域Ｅｉを含めたガスセル３３０及び受光素子３４０の外部露出面の全面が、熱輻射率が小さい材料から形成された輻射防止膜３５０に被覆されている。
【００５２】
これにより、ガスセル３３０の表面における熱の流入と流出を低減することができる。すなわち、ガスセル３３０の表面における熱輻射量を従来と比較して格段に抑制することが可能となるため、原子発振器１の消費電力を低減することができる。
【００５３】
又、ガラス基板３３１の励起光Ｌの入射領域Ｅｉに形成する輻射防止膜３５０を、従来用いられていた減光フィルタと同等の光強度減衰効果を持つ膜厚にすることにより、減光フィルタを用いない構成とすることが可能となる。その結果、原子発振器１を低コスト化できると共に、原子発振器１を小型化（寸法減少）できる。
【００５４】
又、ガラス基板３３３の励起光Ｌの出射面に受光素子３４０の受光面を密着させた構成とし、ガスセル３３０及び受光素子３４０の表面の全面に輻射防止膜３５０を形成する。これにより、ガラス基板３３３の励起光Ｌの出射領域に輻射防止膜３５０を形成しない構造にできる。その結果、励起光Ｌの出射領域での励起光Ｌの不要な減衰を回避し、量子干渉効果を検出するのに十分な光量を受光素子３４０で確保できる。
【００５５】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、ガスセルに照射される励起光の反射光（戻り光）の影響を低減する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００５６】
図９は、第２の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。図９を参照するに、原子発振器２は、ガスセル３３０を構成するガラス基板３３１Ａが励起光Ｌの光軸に対して傾斜している点が原子発振器１（図５参照）と相違する。つまり、ガラス基板３３１Ａの入射面及び入射面の反対面が励起光Ｌの光軸に対して傾斜している。なお、ガラス基板３３１Ａを傾斜させるために、シリコン基板３３２Ａのガラス基板３３１Ａと接する面は、斜めに研磨されている。
【００５７】
ガラス基板３３１Ａに形成された輻射防止膜３５０に照射された励起光Ｌの反射光ＬＲが光源３１０に戻ると、光源３１０の特性変動が生じる場合がある。ガラス基板３３１Ａを励起光Ｌの光軸に対して傾斜して配置することにより、ガラス基板３３１Ａに形成された輻射防止膜３５０に照射された励起光Ｌの反射光ＬＲが、光源３１０に戻ることを防止可能となり、光源３１０の特性変動を抑制できる。
【００５８】
なお、励起光Ｌの光軸に対するガラス基板３３１Ａの傾斜角は、光源３１０とガスセル３３０との距離及びガスセル３３０の大きさによって最適な値を選択することができるが、３度から７度程度の値にすることが望ましい。
【００５９】
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、ガスセルに照射される励起光の反射光（戻り光）の影響を低減する他の例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００６０】
図１０は、第３の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。図１０を参照するに、原子発振器３は、ガスセル３３０を構成するガラス基板３３１Ｂがプリズム形状である点が原子発振器１（図５参照）と相違する。つまり、ガラス基板３３１Ｂの入射面が励起光Ｌの光軸に対して傾斜し、入射面の反対面は励起光Ｌの光軸に対して傾斜していない。ガラス基板３３１Ｂは、励起光Ｌの入射側の面が斜めに研磨されている。
【００６１】
ガラス基板３３１Ｂをプリズム形状とし、励起光Ｌの入射側の面を励起光Ｌの光軸に対して傾斜して配置している。これにより、ガラス基板３３１Ｂに形成された輻射防止膜３５０に照射された励起光Ｌの反射光ＬＲが、光源３１０に戻ることを防止可能となり、図１０の場合と同様に、光源３１０の特性変動を抑制できる。
【００６２】
なお、励起光Ｌの光軸に対するガラス基板３３１Ｂの傾斜角（プリズム角）は、光源３１０とガスセル３３０との距離及びガスセル３３０の大きさによって最適な値を選択することができるが、３度から７度程度の値にすることが望ましい。
【００６３】
励起光Ｌがプリズム形状のガラス基板３３１Ｂを通過する際の屈折により、光軸中心が若干ずれることになるが、プリズム角が３度から７度程度の範囲であれば、ガスセル３３０内で量子干渉効果を起こした励起光Ｌを受光素子３４０に到達させることができる。
【００６４】
〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、ガスセルに照射される励起光の反射光（戻り光）の影響を低減する更に他の例を示す。なお、第４の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００６５】
図１１は、第４の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。図１１を参照するに、原子発振器４は、ガラス基板３３１の入射面を含むガスセル３３０の全体が励起光Ｌの光軸に対して傾斜している点が原子発振器１（図５参照）と相違する。
【００６６】
このように、ガスセル３３０全体が励起光Ｌの光軸に対して傾斜している場合も、ガラス基板３３１に形成された輻射防止膜３５０に照射された励起光Ｌの反射光ＬＲが、光源３１０に戻ることを防止可能となる。その結果、図１０及び図１１の場合と同様に、光源３１０の特性変動を抑制できる。
【００６７】
〈第５の実施の形態〉
第５の実施の形態では、原子発振器のいっそうの低消費電力化を実現する例を示す。なお、第５の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００６８】
図１２は、第５の実施の形態に係る原子発振器を例示する断面模式図である。図１２を参照するに、原子発振器５は、図１に示す原子発振器１を、真空封止したパッケージ８００内に収納した構造である。変調器４００は、パッケージ８００の外部に設けることができる。
【００６９】
パッケージ８００は、例えば、セラミック等から形成されたキャビティ部８１０とセラミック等から形成された蓋８２０とが、はんだ等の枠状の接合部８３０により接合された構造とすることができる。キャビティ部８１０の底面に、原子発振器１が固着されている。
【００７０】
大気圧（１．０１３×１０５パスカル）では大気成分ガスを介した熱伝導が大きい。パッケージ８００を用いて、ガスセル３３０の外部の雰囲気が減圧状態になるように1パスカル以下で真空封止することにより、雰囲気ガスによる熱伝導を大きく抑制することができ、よりいっそうの原子発振器１の低消費電力化が可能となる。
【００７１】
なお、原子発振器１の消費電力を更に低減するために、ガスセル３３０を固定するために使われる支持体の形状と材質を工夫することも有効である。支持体とガスセル３３０の接触面積及び熱伝導経路が小さくなるような形状を採用すること、及び熱伝導率の小さい材質を用いることにより、支持体を介した熱の逃げを小さくすることができる。
【００７２】
例えば、ポリイミド樹脂等の熱伝導率の小さい材質により数μｍ程度の支持体を形成し、支持体上にガスセル３３０を含む量子部３００を配置することにより、支持体を介した熱の逃げを低減することができ、よりいっそうの原子発振器１の低消費電力化が可能となる。
【００７３】
このように、原子発振器１の消費電力を低減するために、輻射防止膜３５０の形成に加え、ガスセル３３０の外部の雰囲気を減圧状態にすることや、ガスセル３３０を固定するために使われる支持体の形状と材質を工夫することが好適である。
【００７４】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００７５】
例えば、上記の各実施の形態において、ガスセルをガラス基板とシリコン基板により構成する例を示したが、これには限定されない。例えば、シリコンの代わりに金属材料やセラミック材料等を用いても構わない。或いは、ガスセルをガラス材料のみで形成しても構わない。
【００７６】
又、ガスセルの形状は、ガス状の原子を封入可能な任意の形状としてよく、中空状の直方体形状には限定されない。例えば、ガスセルの形状を中空の円筒形状等としても構わない。
【符号の説明】
【００７７】
１、２、３、４、５  原子発振器
３００  量子部
４００  変調器
３１０  光源
３２０  ４分の１波長板
３３０  ガスセル
３４０  受光素子
２１０  回路基板
２２０  ヒータ
２３０  アルミナ基板
３３１、３３１Ａ、３３１Ｂ、３３３  ガラス基板
３３２、３３２Ａ  シリコン基板
３５０  輻射防止膜
８００  パッケージ
８１０  キャビティ部
８２０  蓋
８３０  接合部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７８】
【特許文献１】特開２０１５−７０４７４号公報
【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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【図１２】
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