(57)【要約】【課題】発振周波数が変動し難い原子発振器を提供する。【解決手段】光を出射する発光素子と、原子セルと、前記原子セルを通過した光を受光する受光素子と、を含み、前記原子セルは、気体のアルカリ金属原子を収容し、前記発光素子から出射された光が通過する、第１壁を有する第１室と、液体のアルカリ金属原子を収容し、第２壁を有する第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、前記第１室と前記第２室との間に配置され、前記第１壁を構成する材料の熱伝導率および前記第２壁を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が低い部分と、を有する、原子発振器。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光素子と、
原子セルと、
前記原子セルを通過した光を受光する受光素子と、
を含み、
前記原子セルは、
気体のアルカリ金属原子を収容し、前記発光素子から出射された光が通過する、第１壁を有する第１室と、
液体のアルカリ金属原子を収容し、第２壁を有する第２室と、
前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、
前記第１室と前記第２室との間に配置され、前記第１壁を構成する材料の熱伝導率および前記第２壁を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が低い部分と、
を有する、原子発振器。
【請求項２】
請求項１において、
前記部分は、スリット構造または中空構造である、原子発振器。
【請求項３】
請求項１において、
前記部分は、
壁と、
前記壁に配置され、前記第１壁を構成する材料の熱伝導率および前記第２壁を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が低い低熱伝導率部材と、
を有する、原子発振器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記第１壁の外面に、前記第１壁を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が高い高熱伝導率部材が配置されている、原子発振器。
【請求項５】
請求項４において、
前記部分は、スリット構造または中空構造であり、
前記高熱伝導率部材は、前記第１室側の前記部分の壁に配置されている、原子発振器。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記第１壁は、前記発光素子から出射された光が通過する窓を有し、
前記高熱伝導率部材は、前記窓の外面に配置され、
前記高熱伝導率部材には、前記発光素子から出射された光が通過する貫通孔が設けられている、原子発振器。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、
前記部分は、スリット構造であり、
前記部分の壁は、
前記第１室と前記第２室とを接続する第１部分と、
前記第１部分の一方側において、前記スリット構造を構成する第２部分と、
前記第１部分の他方側において、前記スリット構造を構成する第３部分と、
を有する、原子発振器。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２壁は、
第４部分と、
前記第４部分よりも温度よりも温度が低い第５部分と、
前記第４部分と前記第５部分との間のスリット構造を構成する第６部分と、
を有する、原子発振器。
【請求項９】
原子発振器を含む、周波数信号生成システムであって、
前記原子発振器は、
光を出射する発光素子と、
原子セルと、
前記原子セルを通過した光を受光する受光素子と、
を含み、
前記原子セルは、
気体のアルカリ金属原子を収容し、前記発光素子から出射された光が通過する、第１壁を有する第１室と、
液体のアルカリ金属原子を収容し、第２壁を有する第２室と、
前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、
前記第１室と前記第２室との間に配置され、前記第１壁を構成する材料の熱伝導率および前記第２壁を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が低い部分と、
を有する、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、原子発振器およ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、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、光源と、セシウム等のアルカリ金属原子が封入された原子セルと、原子セルを通過した光を受光するする受光素子と、を含む。
【０００３】
例えば特許文献１には、気体状の金属原子が収納されている気体収納部と、液体状または固体状の金属原子が収納されている金属溜り部と、を備えた原子セルを含む原子発振器が記載されている。一般的に、金属溜り部の温度は、気体収納部の温度よりも低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５３３０４号公報
【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、特許文献１の原子発振器では、気体収納部および金属溜り部は、ガラス材料またはシリコン材料などからなる本体部に貫通孔を形成することによって形成される。そのため、本体部を構成する材料の熱伝導率が高いと、気体収納部および金属溜り部の温度の一方が他方の影響を受け、例えば、気体収納部においてアルカリ金属原子が析出し、原子発振器の発振周波数が変動してしまう場合がある。
【０００６】
一方、本体部を構成する材料の熱伝導率が低いと、気体収納部において温度分布が均一性になり難い。そのため、様々な温度依存をもった光が受光素子において受光され、発振周波数がばらついてしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る原子発振器の一態様は、光を出射する発光素子と、原子セルと、前記原子セルを通過した光を受光する受光素子と、を含み、前記原子セルは、気体のアルカリ金属原子を収容し、前記発光素子から出射された光が通過する、第１壁を有する第１室と、液体のアルカリ金属原子を収容し、第２壁を有する第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、前記第１室と前記第２室との間に配置され、前記第１壁を構成する材料の熱伝導率および前記第２壁を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が低い部分と、を有する。
【０００８】
前記原子発振器の一態様において、前記部分は、スリット構造または中空構造であってもよい。
【０００９】
前記原子発振器の一態様において、前記部分は、壁と、前記壁に配置され、前記第１壁を構成する材料の熱伝導率および前記第２壁を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が低い低熱伝導率部材と、を有してもよい。
【００１０】
前記原子発振器の一態様において、前記第１壁の外面に、前記第１壁を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が高い高熱伝導率部材が配置されていてもよい。
【００１１】
前記原子発振器の一態様において、前記部分は、スリット構造または中空構造であり、前記高熱伝導率部材は、前記第１室側の前記部分の壁に配置されていてもよい。
【００１２】
前記原子発振器の一態様において、前記第１壁は、前記発光素子から出射された光が通過する窓を有し、前記高熱伝導率部材は、前記窓の外面に配置され、前記高熱伝導率部材には、前記発光素子から出射された光が通過する貫通孔が設けられていてもよい。
【００１３】
前記原子発振器の一態様において、前記部分は、スリット構造であり、前記部分の壁は、前記第１室と前記第２室とを接続する第１部分と、前記第１部分の一方側において、前記スリット構造を構成する第２部分と、前記第１部分の他方側において、前記スリット構造を構成する第３部分と、を有してもよい。
【００１４】
前記原子発振器の一態様において、前記第２壁は、第４部分と、前記第４部分よりも温度よりも温度が低い第５部分と、前記第４部分と前記第５部分との間のスリット構造を構成する第６部分と、を有してもよい。
【００１５】
本発明に係る周波数信号生成システムの一態様は、原子発振器を含む、周波数信号生成システムであって、前記原子発振器は、光を出射する発光素子と、原子セルと、前記原子セルを通過した光を受光する受光素子と、を含み、前記原子セルは、気体のアルカリ金属原子を収容し、前記発光素子から出射された光が通過する、第１壁を有する第１室と、液体のアルカリ金属原子を収容し、第２壁を有する第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、前記第１室と前記第２室との間に配置され、前記第１壁を構成する材料の熱伝導率および前記第２壁を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が低い部分と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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発振器を模式的に示す断面図。
【図４】第１実施形態に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す断面図。
【図５】第１実施形態に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す斜視図。
【図６】原子セルの位置と温度との関係を模式的に示すグラフ。
【図７】第１実施形態の第１変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す断面図。
【図８】第１実施形態の第２変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す断面図。
【図９】第１実施形態の第３変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す断面図。
【図１０】第２実施形態に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す平面図。
【図１１】第２実施形態に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す側面図。
【図１２】原子セルの位置と温度との関係を模式的に示すグラフ。
【図１３】第２実施形態の第１変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す平面図。
【図１４】第２実施形態の第２変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す平面図。
【図１５】第２実施形態の第２変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す側面図。
【図１６】第２実施形態の第３変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す平面図。
【図１７】第２実施形態の第３変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す側面図。
【図１８】第２実施形態の第３変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す側面図。
【図１９】第３実施形態に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す斜視図。
【図２０】第３実施形態に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す平面図。
【図２１】第３実施形態に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す側面図。
【図２２】第３実施形態の変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す斜視図。
【図２３】第３実施形態の変形例に係る原子発振器の原子セルを模式的に示す平面図。
【図２４】第４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】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１８】
１．  第１実施形態
１．１．  原子発振器
１．１．１．  概略
まず、第１実施形態に係る原子発振器について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る原子発振器１００を示す概略図である。
【００１９】
原子発振器１００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、本発明に係る原子発振器は、光およ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。
【００２０】
原子発振器１００は、図１に示すように、光源ユニット１０と、光学系ユニット２０と、原子セルユニット３０と、光源ユニット１０および原子セルユニット３０を制御する制御ユニット５０と、を含む。以下、まず、原子発振器１００の概略について説明する。
【００２１】
光源ユニット１０は、ペルチェ素子１１と、発光素子１２と、温度センサー１３と、を有している。
【００２２】
発光素子１２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１２は、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などである。温度センサー１３は、発光素子１２の温度を検出する。ペルチェ素子１１は、発光素子１２の温度を制御する。
【００２３】
光学系ユニット２０は、光源ユニット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。
【００２４】
減光フィルター２１は、発光素子１２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。
【００２５】
原子セルユニット３０は、原子セル３１と、受光素子３２と、第１温度制御素子３７ａと、第２温度制御素子３７ｂと、第１温度検出素子３８ａと、第２温度検出素子３８ｂと、コイル３９と、を有している。
【００２６】
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１２から出射された光ＬＬが減光フィルター２１、レンズ２２、および１／４波長板２３を介して入射する。
【００２７】
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。
【００２８】
第１温度制御素子３７ａ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とする。第１温度制御素子３７ａは、例えば、ヒーターである。第１温度検出素子３８ａは、原子セル３１の温度を検出する。第２温度制御素子３７ｂは、例えば、第１温度制御素子３７ａよりも低い温度に原子セル３１を加熱する。第２温度制御素子３７ｂは、例えば、ペルチェ素子である。第２温度検出素子３８ｂは、原子セル３１の温度を検出する。温度検出素子３８ａ，３８ｂおよび温度センサー１３は、例えば、サーミスターなどである。
【００２９】
コイル３９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。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１００の発振特性を向上させることができる。
【００３０】
制御ユニット５０は、第１温度制御部５１ａと、第２温度制御部５１ｂと、光源制御部５２と、磁場制御部５３と、第３温度制御部５４と、を有している。第１温度制御部５１ａは、第１温度検出素子３８ａ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、第１温度制御素子３７ａへの通電を制御する。第２温度制御部５１ｂは、第２温度検出素子３８ｂ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、第２温度制御素子３７ｂへの通電を制御する。磁場制御部５３は、コイル３９が発生する磁場が一定となるように、コイル３９への通電を制御する。第３温度制御部５４は、温度センサー１３の検出結果に基づいて、発光素子１２の温度が所望の温度となるように、ペルチェ素子１１への通電を制御する。
【００３１】
光源制御部５２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、発光素子１２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。光源制御部５２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図示しない電圧制御型発振器を備えており、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１００の出力信号（クロック信号）として出力する。
【００３２】
１．１．２．  具体的な構成
次に、原子発振器１００の具体的な構成について説明する。図２および図３は、原子発振器１００を模式的に示す断面図である。なお、図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。また、図２，３および後述する図４，５では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００３３】
原子発振器１００は、図２および図３に示すように、光源ユニット１０と、光学系ユニット２０と、原子セルユニット３０と、支持部材４０と、制御ユニット５０と、外容器６０と、を含む。
【００３４】
ここで、Ｚ軸は、外容器６０の基体６２の内面６２ａの垂線Ｐに沿う軸であり、＋Ｚ軸方向は、内面６２ａから内面６２ａ上に配置されている部品へ向かう方向である。Ｘ軸は、光源ユニット１０から出射された光に沿う軸であり、＋Ｘ軸方向は、光源ユニット１０から出射された光の進む方向である。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な軸であり、＋Ｙ軸方向は、＋Ｚ軸方向を上、＋Ｘ軸方向を右に向けた時に、手前から奥へ向かう方向である。
【００３５】
光源ユニット１０は、支持部材４０に配置されている。光源ユニット１０は、ペルチェ素子１１と、発光素子１２と、温度センサー１３と、これらを収容している光源容器１４と、光源容器１４が配置される光源基板１５と、を有している。光源基板１５は、例えば、支持部材４０に固定されている。ペルチェ素子１１、発光素子１２、および温度センサー１３は、制御ユニット５０と電気的に接続されている。
【００３６】
光学系ユニット２０は、支持部材４０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、支持部材４０に固定されている。
【００３７】
ホルダー２４には、貫通孔２５が設けられている。貫通孔２５は、光ＬＬの通過領域である。貫通孔２５には、減光フィルター２１、レンズ２２、および１／４波長板２３が光源ユニット１０側からこの順で配置されている。
【００３８】
原子セルユニット３０は、原子セル３１と、受光素子３２と、第１保持部材３３と、第２保持部材３４と、第１原子セル容器３５と、第２原子セル容器３６と、第１温度制御素子３７ａと、第２温度制御素子３７ｂと、第１温度検出素子３８ａと、第２温度検出素子３８ｂと、を有している。
【００３９】
ここで、図４は、原子セルユニット３０の原子セル３１を模式的に示す断面図である。図５は、原子セルユニット３０の原子セル３１を模式的に示す斜視図である。原子セル３１は、図４および図５に示すように、発光素子１２から出射された光が通過する第１室１１２と、第２室１１４と、通路１１６と、低熱伝導率部１１８を、を有している。
【００４０】
第１室１１２は、気体のアルカリ金属原子を収容している。第１室１１２は、第１空間１０２と、第１空間１０２を規定している第１壁１２２と、を有している。気体のアルカリ金属原子は、第１空間１０２に存在している。第１壁１２２は、発光素子１２から出射された光が通過する第１窓１２２ａおよび第２窓１２２ｂを有している。発光素子１２から出射された光は、第１窓１２２ａから第１室１１２に入射し、第２窓１２２ｂから出射される。図示の例では、第１窓１２２ａは、第１壁１２２の−Ｘ軸方向側の部分である。第２窓１２２ｂは、第１壁１２２の＋Ｘ軸方向側の部分である。なお、図示はしないが、第２窓１２２ｂは、第１壁１２２の第１窓１２２ａ以外の部分と、一体的に設けられていてもよい。
【００４１】
第２室１１４は、液体のアルカリ金属原子Ｍを収容している。そのため、第１室１１２に収容された気体のアルカリ金属原子が第１壁１２２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Ｍが気化して、第１室１１２に存在す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。第２室１１４は、第２空間１０４と、第２空間１０４を規定している第２壁１２４と、を有している。図示の例では、液体のアルカリ金属原子Ｍは、第２空間１０４の第１室１１２側とは反対側の角部に第２壁１２４と接して存在している。第２室１１４の第２空間１０４のＸ軸方向における長さは、例えば、第１室１１２の第１空間１０２のＸ軸方向における長さと同じである。
【００４２】
通路１１６は、第１室１１２と第２室１１４とを接続している。通路１１６は、第１室１１２と第２室１１４との間に配置されている。通路１１６は、第３空間１０６と、第３空間１０６を規定する第３壁１２６と、を有している。第３空間１０６は、第１空間１０２と第２空間１０４とを接続している。第３壁１２６は、第１壁１２２と第２壁１２４とを接続している。通路１１６のＸ軸方向における長さは、室１１２，１１４のＸ軸方向における長さよりも小さい。
【００４３】
第１室１１２、第２室１１４、および通路１１６の内壁面の形状は、例えば、円柱である。第１壁１２２、第２壁１２４、および第３壁１２６の外形形状は、例えば、直方体である。壁１２２，１２４，１２６の材質は、例えば、ガラスであり、より具体的には、アルミノケイ酸ガラスである。なお、壁１２２，１２４，１２６のうち窓１２２ａ，１２２ｂ以外の部分は、シリコンであってもよい。
【００４４】
低熱伝導率部１１８は、第１室１１２と第２室１１４との間に配置されている。図示の例では、低熱伝導率部１１８は、第４空間１０８と、第４空間１０８を規定する第４壁１２８と、を有しているスリット構造である。図示の例では、低熱伝導率部１１８は、空間１０８の−Ｘ軸方向側、＋Ｚ軸方向側、および−Ｚ軸方向側が開放されたスリット構造である。図示の例では、第４壁１２８の−Ｙ軸方向側の部分は、第１壁１２２の一部である。第４壁１２８の＋Ｙ軸方向側の部分は、第２壁１２４の一部である。第４壁１２８の＋Ｘ軸方向側の部分は、第３壁１２６の一部である。
【００４５】
低熱伝導率部１１８は、第１壁１２２を構成する材料の熱伝導率および第２壁１２４を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が低い部分である。低熱伝導率部１１８は、低熱伝導率部１１８の少なくとも一部の熱伝導率が、壁１２２，１２４を構成する材料の熱伝導率よりも低ければよい。図示の例では、空間１０８の熱伝導率は、壁１２２，１２４，１２６を構成する材料の熱伝導率よりも低い。空間１０８には、窒素が存在してもよい。空間１０８には、空気が存在してもよい。空間１０８は、真空、すなわち大気圧よりも圧力が低い状態であってもよい。空間１０８に気体が存在する場合は、その気体の熱伝導率が、空間１０８の熱伝導率である。
【００４６】
なお、熱伝導率の大小は、例えば、材料を特定し、材料の熱伝導率として知られている値を比較することにより判断してもよいし、熱線法などにより熱伝導率を測定して、測定結果を比較することにより判断してもよい。
【００４７】
原子セル３１の製造方法としては、例えば、まず、壁１２２，１２４，１２６となる直方体部材を用意し、切削やエッチングなどにより、空間１０８を形成する。次に、直方体部材の一方側からドリルなどで貫通孔を形成し、第１空間１０２および第２空間１０４を形成する。次に、直方体部材の他方側から穴を形成し、第３空間１０６を形成する。次に、直方体部材に窓１２２ａ，１２２ｂを接続する。以上により、原子セル３１を製造することができる。
【００４８】
受光素子３２は、図２および図３に示すように、第１室１１２を通過した光を受光する。受光素子３２は、第１室１１２に対して発光素子１２とは反対側に配置されている。図示の例では、受光素子３２は、第１原子セル容器３５に配置されている。受光素子３２は、制御ユニット５０と電気的に接続されている。
【００４９】
第１保持部材３３および第２保持部材３４は、原子セル３１を保持している。保持部材３３，３４は、原子セル３１の外表面に配置されている。保持部材３３，３４を構成する材料の熱伝導率は、壁１２２，１２４，１２６を構成する材料の熱伝導率および第１原子セル容器３５を構成する材料の熱伝導率よりも高い。保持部材３３，３４の材質は、例えば、アルミニウム、チタン、銅、真鍮などである。
【００５０】
第１保持部材３３は、第１温度制御素子３７ａの熱を、第１室１１２に収容された気体のアルカリ金属原子に伝える。第１保持部材３３は、第１壁１２２に配置されている。第１保持部材３３は、例えば、第１室１１２を囲むように配置されている。第１保持部材３３は、例えば、第３壁１２６および第２壁１２４の一部にも配置されている。
【００５１】
第２保持部材３４は、第２温度制御素子３７ｂの熱を、第２室１１４に収容された液体のアルカリ金属原子Ｍに伝える。第２保持部材３４は、例えば、液体のアルカリ金属原子Ｍを囲むように配置されている。第２保持部材３４の温度は、第１保持部材３３の温度よりも低い。第２保持部材３４は、第１保持部材３３と離れて配置されている。保持部材３３，３４は、発光素子１２から出射された光を通過させる構造を有している。
【００５２】
第１原子セル容器３５は、原子セル３１、受光素子３２、および保持部材３３，３４を収容している。第１原子セル容器３５は、略直方体の外形形状を有している。第１原子セル容器３５には、発光素子１２から出射された光が通過する貫通孔３５ａが設けられている。第１原子セル容器３５の材質は、例えば、パーマロイ、ケイ素鉄などである。このような材料を用いることにより、第１原子セル容器３５は、外部からの磁場を遮蔽することができる。これにより、外部からの磁場によって原子セル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１００の発振特性の安定化を図ることができる。
【００５３】
第１温度制御素子３７ａおよび第１温度検出素子３８ａは、例えば、第１原子セル容器３５の外表面に配置されている。図示の例では、第１温度制御素子３７ａおよび第１温度検出素子３８ａは、第１原子セル容器３５の第１保持部材３３と接する部分の外表面に配置されている。第１温度制御素子３７ａは、第１原子セル容器３５および第１保持部材３３を介して、第１室１１２を加熱する。
【００５４】
第２温度制御素子３７ｂおよび第２温度検出素子３８ｂは、第１原子セル容器３５の外表面に配置されている。具体的には、第２温度制御素子３７ｂおよび第２温度検出素子３８ｂは、第１原子セル容器３５の第２保持部材３４と接する部分の外表面に配置されている。第２温度制御素子３７ｂは、例えば、第１原子セル容器３５および第２保持部材３４を介して、第２室１１４を加熱する。または、第２温度制御素子３７ｂは、例えば、第１原子セル容器３５および第２保持部材３４を介して、第２室１１４の熱を外部に放熱させ、第２室１１４を冷却する。
【００５５】
第２原子セル容器３６は、第１原子セル容器３５、温度制御素子３７ａ，３７ｂ、および温度検出素子３８ａ，３８ｂを収容している。第２原子セル容器３６には、発光素子１２から出射された光が通過する貫通孔３６ａが設けられている。第２原子セル容器３６の材質は、例えば、第１原子セル容器３５と同じである。第２原子セル容器３６は、外部からの磁場を遮蔽することができる。第１原子セル容器３５および第２原子セル容器３６は
、例えば、互いに離れて配置されている。そのため、例えば第１原子セル容器３５と第２原子セル容器３６とが接触している場合に比べて、外部からの磁場を遮蔽する機能を高めることができる。
【００５６】
なお、コイル３９は、図２および図３では図示していないが、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、または、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３９は、原子セル３１内に光の光軸Ａ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。
【００５７】
支持部材４０は、図２に示すように、外容器６０の基体６２に片持ちで固定されている。図示の例では、支持部材４０は、基体６２の台座部６３に固定されている。支持部材４０の材質は、例えば、アルミニウム、銅である。支持部材４０は、炭素繊維を用いたカーボンシートであってもよい。
【００５８】
支持部材４０には、貫通孔４２が設けられている。貫通孔４２は、支持部材４０をＺ軸方向に貫通している。Ｚ軸方向からみて、原子セルユニット３０は、貫通孔４２と重なる様に配置されている。原子セルユニット３０は、支持部材４０に支持されている。図示の例では、第１原子セル容器３５は、スペーサー４４を介して支持部材４０に支持されている。スペーサー４４の材質は、例えば、エンジニアリングプラスチック、液晶ポリマー（ＬＣＰ：Liquid Crystal Polymer）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂である。
【００５９】
制御ユニット５０は、回路基板５５を有している。回路基板５５は、複数のリードピン５９を介して、外容器６０の基体６２に固定されている。回路基板５５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、温度制御部５１ａ，５１ｂ，５４、光源制御部５２、および磁場制御部５３として機能する。ＩＣチップは、光源ユニット１０および原子セルユニット３０と電気的に接続されている。回路基板５５には、支持部材４０が挿通されている貫通孔５６が設けられている。
【００６０】
外容器６０は、光源ユニット１０、光学系ユニット２０、原子セルユニット３０、支持部材４０、および制御ユニット５０を収容している。外容器６０は、基体６２と、基体６２とは別体の蓋体６４と、を有している。外容器６０の材質は、例えば、第１原子セル容器３５と同じである。そのため、外容器６０は、外部からの磁気を遮蔽することができ、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。外容器６０の内部は、窒素雰囲気であってもよいし、真空であってもよい。
【００６１】
原子発振器１００は、例えば、以下の効果を有する。
【００６２】
原子発振器１００では、原子セル３１は、第１室１１２と第２室１１４との間に配置され、第１壁１２２を構成する材料の熱伝導率および第２壁１２４を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が低い低熱伝導率部１１８を有する。そのため、原子発振器１００では、第４壁によって規定される部分の熱伝導率が第１壁および第２壁の熱伝導率と同じ場合に比べて、第１室１１２が第２室１１４の温度の影響を受け難い。そのため、原子発振器１００では、例えば、第２室１１４の温度によって第１室１１２においてアルカリ金属原子が析出し難く、原子発振器１００の発振周波数が変動し難い。あるいは、第２室１１４が第１室１１２の温度の影響を受け難いため、第１室１１２に収容された気体のアルカリ金属原子の濃度を所望の値にし易く、原子発振器１００の発振周波数が変動し難い。
【００６３】
さらに、壁１２２，１２４を構成する材料の熱伝導率が低熱伝導率部１１８の熱伝導率よりも高いので、例えば、原子セル３１の壁全体を熱伝導率が低い材料で構成する場合よりも、温度制御素子３７ａ，３７ｂの熱を、それぞれ室１１２，１１４に伝え易い。そのため、室１１２，１１４において温度分布の均一性がよく、室１１２，１１４の温度制御性がよい。したがって、原子発振器１００の発振周波数がばらつき難い。
【００６４】
以上のように、原子発振器１００では、発振周波数の安定化を図ることができる。
【００６５】
ここで、図６は、原子セル３１の第２室１１４から第１室１１２に向かう方向における位置と、原子セル３１の温度と、の関係を模式的に示すグラフである。図６において、実線は、原子発振器１００の原子セル３１を示し、破線は、第４壁によって規定される部分の熱伝導率が第１壁および第２壁の熱伝導率と同じ場合の原子セルを示している。原子発振器１００では、図６に示すように、第１室１１２と第２室１１４との温度差が大きく、かつ、第１室１１２および第２室１１４において、温度分布の均一性がよい。
【００６６】
なお、図示はしないが、原子発振器１００は、第２温度制御素子３７ｂおよび第２温度検出素子３８ｂを有していなくてもよい。この場合、自然冷却によって、第２室１１４を冷却することができる。原子発振器１００では、第２壁１２４の熱伝導率は、第４壁１２８によって規定される部分の熱伝導率よりも高いため、例えば第２壁の熱伝導率が第４壁によって規定される部分の熱伝導率と同じ場合に比べて、第２壁１２４を介して第２室１１４の熱を放熱し易く、第２室１１４の温度制御性がよい。
【００６７】
原子発振器１００では、低熱伝導率部１１８は、スリット構造である。そのため、原子発振器１００では、例えば低熱伝導率部が中空構造である場合に比べて、容易に低熱伝導率部１１８を形成することができる。
【００６８】
１．２．  原子発振器の変形例
１．２．１．  第１変形例
次に、第１実施形態の第１変形例に係る原子発振器１１０について、図面を参照しながら説明する。図７は、第１実施形態の第１変形例に係る原子発振器１１０の原子セル３１を模式的に示す断面図である。なお、図７および後述する図８，９では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００６９】
以下、第１実施形態の第１変形例に係る原子発振器１１０において、上述した第１実施形態に係る原子発振器１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。このことは、後述する第１実施形態の第２，第３変形例に係る原子発振器において、同様である。
【００７０】
上述した原子発振器１００では、図４に示すように、低熱伝導率部１１８は、スリット構造であった。これに対し、原子発振器１１０では、図７に示すように、低熱伝導率部１１８は、中空構造である。図示の例では、第４壁１２８は、第４空間１０８の−Ｘ軸方向側に位置する部分を有しており、第４空間１０８を囲んでいる。
【００７１】
原子発振器１１０では、低熱伝導率部１１８は中空構造であるため、例えば低熱伝導率部がスリット構造である場合に比べて、原子セル３１は、堅牢である。
【００７２】
１．２．２．  第２変形例
次に、第１実施形態の第２変形例に係る原子発振器１２０について、図面を参照しながら説明する。図８は、第１実施形態の第２変形例に係る原子発振器１２０の原子セル３１
を模式的に示す断面図である。
【００７３】
上述した原子発振器１００では、図４に示すように、低熱伝導率部１１８は、第４空間１０８を有していた。これに対し、原子発振器１２０では、図８に示すように、低熱伝導率部１１８は、第１壁１２２を構成する材料の熱伝導率および第２壁１２４を構成する材料よりの熱伝導率よりも熱伝導率が低い低熱伝導率部材１１９を有している。低熱伝導率部材１１９は、第４壁１２８に配置されている。
【００７４】
具体的には、低熱伝導率部材１１９を構成する材料の熱伝導率は、壁１２２，１２４，１２６を構成する材料の熱伝導率よりも低い。図示の例では、低熱伝導率部材１１９は、第４壁１２８に規定される空間に充填されている。低熱伝導率部材１１９の材質は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などである。
【００７５】
原子発振器１２０では、低熱伝導率部１１８は、第４壁１２８と、第４壁１２８に配置され、第１壁１２２を構成する材料の熱伝導率および第２壁１２４を構成する材料よりの熱伝導率よりも熱伝導率が低い低熱伝導率部材１１９と、を有する。そのため、原子発振器１２０では、例えば低熱伝導率部１１８が低熱伝導率部材１１９を有さず第４壁１２８が空間のみを規定している場合に比べて、原子セル３１は、堅牢である。
【００７６】
１．２．３．  第３変形例
次に、第１実施形態の第３変形例に係る原子発振器１３０について、図面を参照しながら説明する。図９は、第１実施形態の第３変形例に係る原子発振器１３０の原子セル３１を模式的に示す断面図である。
【００７７】
上述した原子発振器１００では、図４に示すように、第２室１１４の第２空間１０４のＸ軸方向における長さは、第１室１１２の第１空間１０２のＸ軸方向における長さと同じであった。これに対し、原子発振器１３０では、図９に示すように、第２室１１４の第２空間１０４のＸ軸方向における長さは、第１室１１２の第１空間１０２のＸ軸方向における長さよりも小さい。
【００７８】
原子発振器１３０は、第２温度制御素子３７ｂおよび第２温度検出素子３８ｂを有していない。第２室１１４は、図３に示す第２保持部材３４に囲まれていなくてもよい。
【００７９】
原子発振器１３０では、第２室１１４の第２空間１０４のＸ軸方向における長さは、第１室１１２の第１空間１０２のＸ軸方向における長さよりも小さい。そのため、原子発振器１３０では、第２室１１４の第２空間１０４のＸ軸方向における長さが第１室１１２の第１空間１０２のＸ軸方向における長さと同じ場合に比べて、第２室１１４は、第１室１１２を加熱する第１温度制御素子３７ａによって一定の温度に保たれ易く、原子発振器１３０の外部の温度の影響を受け難い。
【００８０】
２．  第２実施形態
２．１．  原子発振器
次に、第２実施形態に係る原子発振器２００について、図面を参照しながら説明する。図１０は、第２実施形態に係る原子発振器２００の原子セル３１を模式的に示す平面図である。図１１は、第２実施形態に係る原子発振器２００の原子セル３１を模式的に示す側面図である。なお、図１０および図１１では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００８１】
以下、第２実施形態に係る原子発振器２００において、上述した第１実施形態に係る原
子発振器１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００８２】
原子発振器２００では、第１壁１２２の外面１２３に、第１壁１２２を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が高い高熱伝導率部材２０２が配置されている点において、上述した原子発振器１００と異なる。
【００８３】
高熱伝導率部材２０２は、例えば、第１壁１２２を囲むように配置されている。図示の例では、高熱伝導率部材２０２は、第１壁１２２の＋Ｚ軸方向を向く外面１２３、＋Ｙ軸方向を向く外面１２３、−Ｚ軸方向を向く外面１２３、および−Ｙ軸方向を向く外面１２３に配置されている。
【００８４】
高熱伝導率部材２０２は、第１室１１２側の第４壁１２８に配置されている。図示の例では、高熱伝導率部材２０２は、第４壁１２８の＋Ｙ軸方向側を向く面に配置されている。高熱伝導率部材２０２は、例えば、図３に示す第１保持部材３３と接している。高熱伝導率部材２０２は、例えば、第１壁１２２と第１保持部材３３との間に配置されている。
【００８５】
高熱伝導率部材２０２の材質は、例えば、グラファイト、銅などである。高熱伝導率部材２０２は、グラファイトシートであってもよい。高熱伝導率部材２０２は、銅線であってもよい。図１に示すコイル３９の磁場が第１室１１２に収容されたアルカリ金属原子に印加されるように、高熱伝導率部材２０２は、透磁率が低いことが好ましい。高熱伝導率部材２０２は、例えば、発光素子１２から出射された光に対して、透明ではない。発光素子１２から出射された光を透過しないように、高熱伝導率部材２０２に濃色の着色がされていてもよい。
【００８６】
原子発振器２００は、例えば、以下の効果を有する。
【００８７】
原子発振器２００では、第１壁１２２の外面１２３に、第１壁１２２を構成する材料の熱伝導率よりも熱伝導率が高い高熱伝導率部材２０２が配置されている。そのため、原子発振器２００では、高熱伝導率部材２０２が配置されていない場合に比べて、第１室１１２において温度勾配が小さく、温度分布の均一性をよくすることができる。そのため、原子発振器２００では、例えば、より第２室１１４の温度によって第１壁１２２の第１窓１２２ａにアルカリ金属原子が析出し難い。
【００８８】
ここで、図１２は、原子セル３１の第２室１１４から第１室１１２に向かう方向における位置と、原子セル３１の温度と、の関係を模式的に示すグラフである。図１２において、実線は、原子発振器２００の原子セル３１を示し、破線は、高熱伝導率部材２０２が配置されていない原子セルを示している。原子発振器２００では、図１２に示すように、第１室１１２において温度勾配が小さく、第１室１１２の温度分布の均一性がよい。
【００８９】
原子発振器２００では、高熱伝導率部材２０２は、第１室１１２側の第４壁１２８に配置されている。そのため、原子発振器２００では、高熱伝導率部材２０２が第４壁１２８に配置されていない場合に比べて、より第１室１１２の温度分布の均一性がよい。
【００９０】
原子発振器２００では、高熱伝導率部材２０２は、発光素子１２から出射された光に対して、透明ではない。そのため、原子発振器２００では、発光素子１２から出射された光の気体のアルカリ金属原子に対して作用する量が変わり難い。
【００９１】
例えば高熱伝導率部材が配置されていない場合は、発光素子から出射された光が第１壁において散乱する。受光素子によって検出された散乱光は、気体のアルカリ金属原子に直接照射された光に対し、ノイズとなる。原子発振器２００では、高熱伝導率部材２０２は
、発光素子１２から出射された光に対して、透明ではないので、発光素子１２から出射された光が第１壁１２２において散乱し難く、上記のような問題を生じ難くすることができる。
【００９２】
なお、図示はしないが、原子発振器２００は、上述した原子発振器１１０のように、低熱伝導率部１１８は、中空構造であってもよい。また、原子発振器２００は、上述した原子発振器１２０のように、低熱伝導率部材１１９を含んでもいてもよい。また、原子発振器２００は、上述した原子発振器１３０のように、第２室１１４の第２空間１０４のＸ軸方向における長さは、第１室１１２の第１空間１０２のＸ軸方向における長さよりも小さくてもよい。
【００９３】
２．２．  原子発振器の変形例
２．２．１．  第１変形例
次に、第２実施形態の第１変形例に係る原子発振器２１０について、図面を参照しながら説明する。図１３は、第２実施形態の第１変形例に係る原子発振器２１０の原子セル３１を模式的に示す平面図である。なお、図１３および後述する図１４〜図１８では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００９４】
以下、第２実施形態の第１変形例に係る原子発振器２１０において、上述した第２実施形態に係る原子発振器２００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。このことは、後述する第２実施形態の第２，第３変形例に係る原子発振器において、同様である。
【００９５】
上述した原子発振器２００では、図１０に示すように、高熱伝導率部材２０２は、第１壁１２２にのみ配置されていた。これに対し、原子発振器２１０では、図１３に示すように、高熱伝導率部材２０２は、第２壁１２４の一部にも配置されている。
【００９６】
図示の例では、高熱伝導率部材２０２は、第２壁１２４の第３壁１２６に接続された部分に配置されている。さらに、高熱伝導率部材２０２は、第３壁１２６にも配置されている。
【００９７】
原子発振器２１０では、高熱伝導率部材２０２は、第２壁１２４の一部に配置されている。そのため、原子発振器２１０では、第２壁１２４に高熱伝導率部材２０２が配置されていない場合に比べて、第２室１１４の第１室１１２よりも温度が低い部分の容積を小さくすることができ、液体のアルカリ金属原子Ｍの位置を制御し易い。
【００９８】
２．２．２．  第２変形例
次に、第２実施形態の第２変形例に係る原子発振器２２０について、図面を参照しながら説明する。図１４は、第２実施形態の第２変形例に係る原子発振器２２０の原子セル３１を模式的に示す平面図である。図１５は、第２実施形態の第２変形例に係る原子発振器２２０の原子セル３１を模式的に示す側面図である。
【００９９】
上述した原子発振器２００では、図１０および図１１に示すように、第１壁１２２の角は、高熱伝導率部材２０２に覆われていた。これに対し、原子発振器２２０では、図１４および図１５に示すように、第１壁１２２の角２２２は、高熱伝導率部材２０２に覆われていてない。
【０１００】
高熱伝導率部材２０２は、第１壁１２２の角２２２を避けて第１壁１２２に配置されている。図示の例では、高熱伝導率部材２０２は、４つ配置されている。高熱伝導率部材２０２の形状は、例えば、平板状である。
【０１０１】
原子発振器２２０では、高熱伝導率部材２０２は、角２２２を避けて第１壁１２２に配置されているため、例えば高熱伝導率部材２０２が角２２２を覆っている場合に比べて、経時的に高熱伝導率部材２０２の熱伝導率が変化して原子発振器２２０の発振周波数が変動することを抑制することができる。
【０１０２】
例えば高熱伝導率部材２０２の材質がグラファイトである場合、角２２２を覆うために高熱伝導率部材２０２を屈曲させると、屈曲された部分の構造が壊れて熱伝導率が低下し、経時的に屈曲された部分の熱伝導率が変化する場合がある。そのため、原子発振器の発振周波数が変動する場合がある。原子発振器２２０では、上記のような問題を生じ難くすることができる。
【０１０３】
２．２．３．  第３変形例
次に、第２実施形態の第３変形例に係る原子発振器２３０について、図面を参照しながら説明する。図１６は、第２実施形態の第３変形例に係る原子発振器２３０の原子セル３１を模式的に示す平面図である。図１７は、第２実施形態の第３変形例に係る原子発振器２３０の原子セル３１を模式的に示す側面図である。
【０１０４】
上述した原子発振器２００では、図１０および図１１に示すように、高熱伝導率部材２０２は、第１壁１２２の第１窓１２２ａには、配置されていなかった。これに対し、原子発振器２３０では、図１６および図１７に示すように、高熱伝導率部材２０２は、第１窓１２２ａの外面１２３ａに配置されている。図示の例では、外面１２３ａは、−Ｚ軸方向を向く面である。
【０１０５】
高熱伝導率部材２０２には、図１７に示すように、発光素子１２から出射された光ＬＬが通過する貫通孔２０２ａが設けられている。図示の例では、貫通孔２０２ａを規定する壁面の形状は、円である。Ｘ軸方向からみて、貫通孔２０２ａの径は、光ＬＬの径よりも大きい。光ＬＬは、高熱伝導率部材２０２には照射されない。
【０１０６】
原子発振器２３０では、高熱伝導率部材２０２は、第１窓１２２ａの外面１２３ａに配置され、高熱伝導率部材２０２には、発光素子１２から出射された光ＬＬが通過する貫通孔２０２ａが設けられている。そのため、原子発振器２３０では、高熱伝導率部材２０２が第１窓１２２ａの外面１２３ａに配置されていない場合に比べて、第１室１１２において温度分布の均一性を、よりよくすることができ、例えば、第２室１１４の温度によって第１壁１２２の第１窓１２２ａにアルカリ金属原子がよりいっそう析出し難い。
【０１０７】
なお、図１８に示すように、Ｘ軸方向からみて、貫通孔２０２ａの径は、光ＬＬの径よりも小さくてもよい。高熱伝導率部材２０２は、光ＬＬの一部を遮光してもよい。この場合、例えば、高熱伝導率部材２０２によって、第１室１１２を通過する光ＬＬの径を小さくすることができ、光ＬＬを、第１空間１０２のＸ軸方向と直交する方向を規定する第１壁１２２から離すことができる。そのため、気体の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がずれる可能性を小さくすることができる。第１壁１２２近傍の気体のアルカリ金属原子は、理想的な共鳴をせず、気体の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がずれる可能性がある。
【０１０８】
３．  第３実施形態
３．１．  原子発振器
次に、第３実施形態に係る原子発振器３００について、図面を参照しながら説明する。図１９は、第３実施形態に係る原子発振器３００の原子セル３１を模式的に示す斜視図である。図２０は、第３実施形態に係る原子発振器３００の原子セル３１を模式的に示す平面図である。図２１は、第３実施形態に係る原子発振器３００の原子セル３１を模式的に
示す側面図である。なお、図２０および図２１では、保持部材３３、３４についても図示している。また、図１９〜図２１では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【０１０９】
以下、第３実施形態に係る原子発振器３００において、上述した第１実施形態に係る原子発振器１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【０１１０】
上述した原子発振器１００では、図４および図５に示すように、低熱伝導率部１１８は、１つの第４空間１０８を有していた。これに対し、原子発振器３００では、図１９〜図２１に示すように、低熱伝導率部１１８は、互いに分離された第５空間１０８ａおよび第６空間１０８ｂを有している。第４壁１２８は、空間１０８ａ，１０８ｂを規定している。
【０１１１】
第４壁１２８は、第１部分１２８ａと、第２部分１２８ｂと、第３部分１２８ｃと、を有している。第１部分１２８ａは、第１室１１２と第２室１１４とを接続している。具体的には、第１部分１２８ａは、第１室１１２の第１壁１２２と第２室１１４の第２壁１２４とを接続している。
【０１１２】
第２部分１２８ｂは、第１部分１２８ａの一方側において、スリット構造である低熱伝導率部１１８を構成している。図示の例では、第２部分１２８ｂは、第１部分１２８ａの−Ｚ軸方向において、低熱伝導率部１１８を構成している。第２部分１２８ｂは、第５空間１０８ａを規定している。
【０１１３】
第３部分１２８ｃは、第１部分１２８ａの他方側において、スリット構造である低熱伝導率部１１８を構成している。図示の例では、第３部分１２８ｃは、第１部分１２８ａの＋Ｚ軸方向側において、低熱伝導率部１１８を構成している。第３部分１２８ｃは、第６空間１０８ｂを規定している。
【０１１４】
図示の例では、第２部分１２８ｂおよび第３部分１２８ｃの−Ｙ軸方向側の部分は、第１壁１２２の一部である。第２部分１２８ｂおよび第３部分１２８ｃの＋Ｙ軸方向側の部分は、第２壁１２４の一部である。第２部分１２８ｂおよび第３部分１２８ｃの＋Ｘ軸方向側の部分は、第３壁１２６の一部である。第２部分１２８ｂの＋Ｚ軸方向側の部分は、第１部分１２８ａである。第３部分１２８ｃの−Ｚ軸方向側の部分は、第１部分１２８ａである。
【０１１５】
原子発振器３００は、例えば、以下の効果を有する。
【０１１６】
原子発振器３００では、第４壁１２８は、第１室１１２と第２室１１４とを接続する第１部分１２８ａと、第１部分１２８ａの一方側において、スリット構造である低熱伝導率部１１８を構成する第２部分１２８ｂと、第１部分１２８ａの他方において、スリット構造である低熱伝導率部１１８を構成する第３部分１２８ｃと、を有する。そのため、原子発振器３００では、第４壁１２８が第１部分１２８ａを有していない場合に比べて、原子セル３１は、堅牢である。
【０１１７】
なお、図示はしないが、原子発振器３００は、上述した原子発振器１２０のように、低熱伝導率部材１１９を含んでもいてもよい。また、原子発振器３００は、上述した原子発振器１３０のように、第２室１１４の第２空間１０４のＸ軸方向における長さは、第１室１１２の第１空間１０２のＸ軸方向における長さよりも小さくてもよい。また、原子発振器３００は、上述した原子発振器２００，２１０，２２０，２３０のように、高熱伝導率部材２０２を含んでいてもよい。
【０１１８】
３．２．  原子発振器の変形例
次に、第３実施形態の変形例に係る原子発振器３１０について、図面を参照しながら説明する。図２２は、第３実施形態の変形例に係る原子発振器３１０の原子セル３１を模式的に示す斜視図である。図２３は、第３実施形態の変形例に係る原子発振器３１０の原子セル３１を模式的に示す平面図である。なお、図２３では、保持部材３３、３４についても図示している。また、図２２および図２３では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【０１１９】
以下、第３実施形態の変形例に係る原子発振器３１０において、上述した第３実施形態に係る原子発振器３００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【０１２０】
原子発振器３１０は、図２２および図２３に示すように、第２壁１２４が第７空間３１２および第８３１４を規定している点において、上述した上述した原子発振器３００と異なる。
【０１２１】
原子発振器３１０では、第２壁１２４は、第４部分１２４ａと、第５部分１２４ｂと、第６部分１２４ｃと、を有している。第５部分１２４ｂの温度は、第４部分１２４ａの温度よりも低い。第４部分１２４ａは、図３に示す第１保持部材３３に覆われている部分である。第５部分１２４ｂは、図３に示す第２保持部材３４に覆われている部分である。
【０１２２】
第６部分１２４ｃは、第４部分１２４ａと第５部分１２４ｂとの間の空間３１２，３１４を規定している。第６部分１２４ｃおよび空間３１２，３１４は、スリット構造３１６を構成している。図示の例では、第６部分１２４ｃの＋Ｘ軸方向側の部分は、第４部分１２４ａと共通の部分である。第６部分１２４ｃの−Ｘ軸方向側の部分は、第５部分１２４ｂと共通の部分である。第６部分１２４ｃは、第４部分１２４ａと第５部分１２４ｂとを接続する部分を有している。図示の例では、スリット構造３１６は、第７空間３１２の−Ｚ軸方向側、第８空間３１４の＋Ｚ軸方向側、および空間３１２，３１４の＋Ｙ軸方向側が開放されたスリット構造である。
【０１２３】
空間３１２，３１４は、第４部分１２４ａと第５部分１２４ｂとの間に設けられている。図示の例では、第７空間３１２は、第５空間１０８ａと連続している。第８空間３１４は、第６空間１０８ｂと連続している。図示の例では、空間１０８ａ，１０８ｂは、原子セル３１の−Ｘ軸方向側から通路１１６側に向かい、空間３１２，３１４は、空間１０８ａ，１０８ｂから通路１１６に沿って、原子セル３１の＋Ｙ軸方向側に向かっている。
【０１２４】
原子発振器３１０では、第２壁１２４は、第４部分１２４ａと、第４部分１２４ａよりも温度が低い第５部分１２４ｂと、第４部分１２４ａと第５部分１２４ｂとの間のスリット構造３１６を構成している第６部分１２４ｃと、を有する。そのため、原子発振器３１０では、第４部分１２４ａと第５部分１２４ｂとの間のスリット構造３１６を構成している第６部分１２４ｃを有していない場合に比べて、第１室１１２は、より第２室１１４の温度の影響を受け難い。
【０１２５】
４．  第４実施形態
次に、第４実施形態に係る周波数信号生成システムについて、図面を参照しながら説明する。以下のタイミングサーバーとしてのクロック伝送システムは、周波数信号生成システムの一例である。図２４は、クロック伝送システム９００を示す概略構成図である。
【０１２６】
本発明に係るクロック伝送システムは、本発明に係る原子発振器を含む。以下では、一
例として、原子発振器１００を含むクロック伝送システム９００について説明する。
【０１２７】
クロック伝送システム９００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。
【０１２８】
クロック伝送システム９００は、図２４に示すように、Ａ局（上位（Ｎ系））のクロック供給装置９０１およびＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）装置９０２と、Ｂ局（上位（Ｅ系））のクロック供給装置９０３およびＳＤＨ装置９０４と、Ｃ局（下位）のクロック供給装置９０５および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１００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１００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。
【０１２９】
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１００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１００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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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局またはＢ局の装置と同期させることができる。
【０１３２】
第４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に限定されない。周波数信号生成システムは、原子発振器が搭載され、原子発振器の周波数信号を利用する各種の装置および複数の装置から構成されるシステムを含む。周波数信号生成システムは、原子発振器からの周波数信号が入力される端子、および原子発振器を制御する制御部を含む。
【０１３３】
第４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、例えばインクジェットプリンターなどの液体吐出装置、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、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、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、移動体であってもよい。
【０１３４】
上記医療機器としては、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、心磁計が挙げられる。上記計器類としては、例えば、自動車、航空機、船舶などの計器類が挙げられる。上記移動体としては、例えば、自動車、航空機、船舶などが挙げられる。
【０１３５】
本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。
【０１３６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１３７】
１０…光源ユニット、１１…ペルチェ素子、１２…発光素子、１３…温度センサー、１４…光源容器、１５…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、２５…貫通孔、３０…原子セルユニット、３１…原子セル、３２…受光素子、３３…第１保持部材、３４…第２保持部材、３５…第１原子セル容器、３５ａ…貫通孔、３６…第２原子セル容器、３６ａ…貫通孔、３７ａ…第１温度制御素子、３７ｂ…第２温度制御素子、３８ａ…第１温度検出素子、３８ｂ…第２温度検出素子、３９…コイル、４０…支持部材、４２…貫通孔、４４…スペーサー、５０…制御ユニット、５１ａ…第１温度制御部、５１ｂ…第２温度制御部、５２…光源制御部、５３…磁場制御部、５４…第３温度制御部、５５…回路基板、５６…貫通孔、５９…リードピン、６０…外容器、６２…基体、６２ａ…内面、６３…台座部、６４…蓋体、１００，１１０…原子発振器、１０２…第１空間、１０４…第２空間、１０６…第３空間、１０８…第４空間、１０８ａ…第５空間、１０８ｂ…第６空間、１１２…第１室、１１４…第２室、１１６…通路、１１８…低熱伝導率部、１１９…低熱伝導率部材、１２０…原子発振器、１２２…第１壁、１２２ａ…第１窓、１２２ｂ…第２窓、１２４…第２壁、１２４ａ…第４部分、１２４ｂ…第５部分、１２４ｃ…第６部分、１２６…第３壁、１２８…第４壁、１２８ａ…第１部分、１２８ｂ…第２部分、１２８ｃ…第３部分、１３０…原子発振器、２００…原子発振器、２０２…高熱伝導率部材、２０２ａ…貫通孔、２１０，２２０…原子発振器、２２２…角、２３０，３００，３１０…原子発振器、３１２…第７空間、３１４…第８空間、３１６…スリット構造、９００…クロック伝送システム、９０１…クロック供給装置、９０２…ＳＤＨ装置、９０３…クロック供給装置、９０４…ＳＤＨ装置、９０５…クロック供給装置、９０６，９０７…ＳＤＨ装置、９０８，９０９…マスタークロック
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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