(57)【要約】【課題】第１室および第２室のうちの一方の温度が他方に影響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、気体の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通過する第１室と、液体のアルカリ金属原子が収容された第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、を有する原子セルと、前記第１室を通過した光を受光する受光素子と、を含み、前記受光素子は、前記第１室と前記第２室との間に配置されている、原子発振器。【選択図】図４
2019193237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光素子と、
気体の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通過する第１室と、液体のアルカリ金属原子が収容された第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、を有する原子セルと、
前記第１室を通過した光を受光する受光素子と、
を含み、
前記受光素子は、前記第１室と前記第２室との間に配置されている、原子発振器。
【請求項２】
請求項１において、
前記発光素子は、前記第１室に対して、前記受光素子とは反対側に配置されている、原子発振器。
【請求項３】
光を出射する発光素子と、
気体の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通過する第１室と、液体のアルカリ金属原子が収容された第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、を有する原子セルと、
前記第１室を通過した光を受光する受光素子と、
を含み、
前記発光素子は、前記第１室と前記第２室との間に配置されている、原子発振器。
【請求項４】
請求項３において、
前記受光素子は、前記第１室に対して、前記発光素子とは反対側に配置されている、原子発振器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずか１項において、
前記原子セルを保持する第１保持部材および第２保持部材を含み、
前記第１保持部材の温度は、前記第２保持部材の温度よりも高く、
前記原子セルの、前記発光素子から出射された光が進む方向に沿う軸と交差する内面のうち、前記方向において最も距離が大きい２つの内面の間に位置する前記原子セルの部分において、
前記部分は、
前記第１保持部材と接触している第１部分と、
前記第２保持部材と接触している第２部分と、
を有し、
前記部分において、
前記第１部分の前記方向における長さは、前記第１室の前記方向における長さと前記通路の前記方向における長さとの和よりも大きく、
前記第２部分の前記方向における長さは、前記第２室の前記方向における長さよりも小さい、原子発振器。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずか１項において、
前記原子セルを保持する第１保持部材および第２保持部材を含み、
前記第１保持部材の温度は、前記第２保持部材の温度よりも高く、
前記原子セルの、前記発光素子から出射された光が進む方向に沿う軸と交差する内面のうち、前記方向において最も距離が大きい２つの内面の間に位置する前記原子セルの部分において、
前記部分は、
第１部材と接触している第１部分と、
前記第２保持部材と接触している第２部分と、
を有し、
前記部分において、
前記第１部分の前記方向における長さは、前記第１室の前記方向における長さよりも小さく、
前記第２部分の前記方向における長さは、前記第２室の前記方向における長さと前記通路の前記方向における長さとの和よりも大きい、原子発振器。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずか１項において、
前記第１室は、前記発光素子から出射された光が通過する窓を有し、
前記通路は、前記窓に接続されている、原子発振器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずか１項において、
前記第１室の、前記発光素子から出射された光が進む方向と直交する方向に沿う第１軸と交差する内面の２つの領域の間の距離、および、前記第２室の、前記第１軸と平行な第２軸と交差する内面の２つの領域の間の距離は、前記通路の、前記第１軸と平行な第３軸と交差する内面の２つの領域の間の距離よりも大きい、原子発振器。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずか１項において、
前記第１室の、前記発光素子から出射された光が進む方向と直交する方向に沿う第１軸と交差する内面の２つの領域の間の距離は、前記第２室の、前記第１軸と平行な第２軸と交差する内面の２つの領域の間の距離よりも大きく、
前記第２室の、前記第２軸と交差する内面の２つの領域の間の距離は、前記通路の、前記第１軸と平行な第３軸と交差する内面の２つの領域の間の距離と同じである、原子発振器。
【請求項１０】
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、
気体の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通過する第１室と、液体のアルカリ金属原子が収容された第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、を有する原子セルと、
前記第１室を通過した光を受光する受光素子と、
を含み、
前記受光素子は、前記第１室と前記第２室との間に配置されている、周波数信号生成システム。
【請求項１１】
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、
気体の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通過する第１室と、液体のアルカリ金属原子が収容された第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、を有する原子セルと、
前記第１室を通過した光を受光する受光素子と、
を含み、
前記発光素子は、前記第１室と前記第２室との間に配置されている、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】
上記のような原子発振器では、気体収納部および金属溜り部のうちの一方の温度が他方に影響し難いことが好ましい。気体収納部および金属溜り部のうちの一方の温度が他方に影響し易いと、原子セルに収納されたアルカリ金属原子の状態が制御し難くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、気体の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通過する第１室と、液体のアルカリ金属原子が収容された第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、を有する原子セルと、前記第１室を通過した光を受光する受光素子と、を含み、前記受光素子は、前記第１室と前記第２室との間に配置されている。
【０００７】
前記原子発振器の一態様において、前記発光素子は、前記第１室に対して、前記受光素子とは反対側に配置されていてもよい。
【０００８】
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、気体の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通過する第１室と、液体のアルカリ金属原子が収容された第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、を有する原子セルと、前記第１室を通過した光を受光する受光素子と、を含み、前記発光素子は、前記第１室と前記第２室との間に配置されている。
【０００９】
前記原子発振器の一態様において、前記受光素子は、前記第１室に対して、前記発光素子とは反対側に配置されていてもよい。
【００１０】
前記原子発振器の一態様において、前記原子セルを保持する第１保持部材および第２保持部材を含み、前記第１保持部材の温度は、前記第２保持部材の温度よりも高く、前記原子セルの、前記発光素子から出射された光が進む方向に沿う軸と交差する内面のうち、前記方向において最も距離が大きい２つの内面の間に位置する前記原子セルの部分において、前記部分は、前記第１保持部材と接触している第１部分と、前記第２保持部材と接触し
ている第２部分と、を有し、前記部分において、前記第１部分の前記方向における長さは、前記第１室の前記方向における長さと前記通路の前記方向における長さとの和よりも大きく、前記第２部分の前記方向における長さは、前記第２室の前記方向における長さよりも小さくてもよい。
【００１１】
前記原子発振器の一態様において、前記原子セルを保持する第１保持部材および第２保持部材を含み、前記第１保持部材の温度は、前記第２保持部材の温度よりも高く、前記原子セルの、前記発光素子から出射された光が進む方向に沿う軸と交差する内面のうち、前記方向において最も距離が大きい２つの内面の間に位置する前記原子セルの部分において、前記部分は、第１部材と接触している第１部分と、前記第２保持部材と接触している第２部分と、を有し、前記部分において、前記第１部分の前記方向における長さは、前記第１室の前記方向における長さよりも小さく、前記第２部分の前記方向における長さは、前記第２室の前記方向における長さと前記通路の前記方向における長さとの和よりも大きくてもよい。
【００１２】
前記原子発振器の一態様において、前記第１室は、前記発光素子から出射された光が通過する窓を有し、前記通路は、前記窓に接続されていてもよい。
【００１３】
前記原子発振器の一態様において、前記第１室の、前記発光素子から出射された光が進む方向と直交する方向に沿う第１軸と交差する内面の２つの領域の間の距離、および、前記第２室の、前記第１軸と平行な第２軸と交差する内面の２つの領域の間の距離は、前記通路の、前記第１軸と平行な第３軸と交差する内面の２つの領域の間の距離よりも大きくてもよい。
【００１４】
前記原子発振器の一態様において、前記第１室の、前記発光素子から出射された光が進む方向と直交する方向に沿う第１軸と交差する内面の２つの領域の間の距離は、前記第２室の、前記第１軸と平行な第２軸と交差する内面の２つの領域の間の距離よりも大きく、前記第２室の、前記第２軸と交差する内面の２つの領域の間の距離は、前記通路の、前記第１軸と平行な第３軸と交差する内面の２つの領域の間の距離と同じであってもよい。
【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、気体の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通過する第１室と、液体のアルカリ金属原子が収容された第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、を有する原子セルと、前記第１室を通過した光を受光する受光素子と、を含み、前記受光素子は、前記第１室と前記第２室との間に配置されている。
【００１６】
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、気体の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通過する第１室と、液体のアルカリ金属原子が収容された第２室と、前記第１室と前記第２室とを接続する通路と、を有する原子セルと、前記第１室を通過した光を受光する受光素子と、を含み、前記発光素子は、前記第１室と前記第２室との間に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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ユニット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】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ユニットを模式的に示す断面図。
【図７】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斜視図。
【図９】第２実施形態に係る原子発振器の原子セルユニットを模式的に示す断面図。
【図１０】第２実施形態の変形例に係る原子発振器の原子セルユニットを模式的に示す断面図。
【図１１】第３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】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。原子セルユニット３０の詳細な構成については、後述する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
外容器６０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、外容器６０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。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。
【００４６】
１．１．３．  原子セルユニットの構成
次に、原子セルユニット３０の具体的な構成について説明する。図４は、原子セルユニット３０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。
【００４７】
原子セルユニット３０は、図４および図５に示すように、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。
【００４８】
原子セル３１は、図４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、を有している。
【００４９】
第１室１１２には、気体のアルカリ金属原子が収容されている。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。
【００５０】
第２室１１４には、液体のアルカリ金属原子Ｍが収容されている。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に収容された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壁１２４は、蓋部１２４ａを有している。図示の例では、蓋部１２４ａは、第２壁１２４の＋Ｘ軸方向側の部分である。
【００５１】
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。図示の例では、第３壁１２６は、第１壁１２２の第２窓１２２ｂに接続されている。
【００５２】
図示の例では、第１空間１０２、第２空間１０４、および第３空間１０６の内壁面の形状は、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、円柱である。そのため、壁１２２，１２４，１２６の外形形状が直方体である場合に比べて、例えば、原子セル３１にコイル３９を巻きつける場合に、コイル３９が傷つき難い。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。
【００５３】
第１室１１２の第１空間１０２のＸ軸方向における長さは、例えば、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、好ましくは１０ｍｍである。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、２ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、好ましくは５ｍｍである。通路１１６の第３空間１０６のＸ軸方向における長さは、例えば、１ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、好ましくは２ｍｍである。なお、本明細書において、室の「空間のある方向における長さ」とは、ある方向に沿う仮想軸と交わる、その室の空間を規定する２つの内壁面、または内壁面の延長面の間の距離を意味する。
【００５４】
発光素子１２と受光素子３２とが並ぶ方向と直交する方向において、第１室１１２の第１空間１０２の長さＷ１および第２室１１４の第２空間１０４の長さＷ２は、通路１１６の第３空間１０６の長さＷ３よりも大きい。
【００５５】
長さＷ１は、第１軸Ａ１と交差する内面２の２つ領域２ａ，２ｂの間の距離である。  長さＷ２は、第２軸Ａ２と交差する内面４の２つ領域４ａ，４ｂの間の距離である。長さＷ３は、第３軸Ａ３と交差する内面６の２つ領域６ａ，６ｂの間の距離である。内面２は、第１壁１２２の内面である。内面４は、第２壁１２４の内面である。内面６は、第３壁１２６の内面である。軸Ａ１，Ａ２，Ａ３は、発光素子１２から出射された光が進む方向と直交する方向に沿う軸である。軸Ａ１，Ａ２，Ａ３は、互いに平行である。
【００５６】
図示の例では、発光素子１２と受光素子３２が並ぶ方向は、Ｘ軸方向、すなわち発光素子１２から出射された光ＬＬが進む方向であり、Ｙ軸方向において、図示の例では、長さＷ１，Ｗ２は、長さＷ３よりも大きい。長さＷ１，Ｗ２は、例えば、同じである。長さＷ１，Ｗ２は、例えば、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、好ましくは５ｍｍである。長さＷ３は、例えば、１．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。第１壁１２２のＹ軸方向の大きさは、例えば、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、好ましくは７ｍｍである。
【００５７】
第１室１１２と第２室１１４との間には、間隙部１１８が設けられている。図示の例では、間隙部１１８は、通路１１６の＋Ｙ軸方向側に位置している。
【００５８】
原子セル３１の製造方法としては、例えば、まず、第１壁１２２となる第１円柱状部材、第２壁１２４となる第２円柱状部材、第３壁１２６となる第３円柱状部材を準備し、これらを接続させる。次に、接続された第１，第２，第３円柱状部材にドリルなどで貫通孔を形成する。第３円柱状部材に形成された貫通孔は、第３空間１０６となる。次に、第１円柱状部材に一方側から貫通孔を形成して、第１空間１０２を形成し、第２円柱状部材に他方側から貫通孔を形成して、第２空間１０４を形成する。次に、第１円柱状部材に第１
窓１２２ａを接続し、第２円柱状部材に蓋部１２４ａを接続する。間隙部１１８は、第１円柱状部材および第２円柱状部材と、第３円柱状部材と、の径の差によって形成される。以上により、原子セル３１を製造することができる。
【００５９】
受光素子３２は、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と第２室１１４との間に配置されている。図示の例では、受光素子３２は、第２壁１２４の、間隙部１１８を規定する部分に配置されている。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。発光素子１２は、第１室１１２に対して、受光素子３２とは反対側に配置されている。図示の例では、発光素子１２は、第１室１１２の−Ｘ軸方向側に配置され、受光素子３２は、第１室１１２の＋Ｘ軸方向側に配置されている。
【００６０】
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。
【００６１】
第１保持部材３３は、第１温度制御素子３７ａの熱を、第１室１１２に存在する気体のアルカリ金属原子に伝える。第１保持部材３３の温度は、第２保持部材３４の温度よりも高い。図示の例では、第１保持部材３３は、第１壁１２２、第３壁１２６、および第２壁１２４の一部を囲んでいる。第１保持部材３３には、発光素子１２から出射された光が通過する貫通孔３３ａが設けられている。
【００６２】
第２保持部材３４は、第２温度制御素子３７ｂの熱を、第２室１１４に存在する液体のアルカリ金属原子Ｍに伝える。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。図示の例では、第２保持部材３４は、第２壁１２４を囲んでいる。なお、図示はしないが、保持部材３３，３４は、原子セル３１に巻きつけられた電熱線を有していてもよい。
【００６３】
原子セル３１は、胴体１３０を有している。胴体１３０は、原子セル３１の、発光素子１２から出射された光ＬＬが進む方向に沿う第４軸Ａ４と交差する内面８のうち、最も距離が大きい２つの内面８ａ，８ｂの間に位置する部分である。言い換えると、原子セル３１の、光ＬＬが進む方向における両端の壁を除いた部分である。図示の例では、軸Ａ４は、Ｘ軸と平行である。
【００６４】
胴体１３０は、第１室１１２側の第１部分１３２と、第２室１１４側の第２部分１３４と、を有している。第１部分１３２は、第１保持部材３３と接触している部分である。第２部分１３４は、第２保持部材３４と接触している部分である。第１部分１３２は、例えば、胴体１３０のうち第１保持部材３３で囲まれた部分である。第２部分１３４は、例えば、胴体１３０のうち第２保持部材３４で囲まれた領域である。第１部分１３２の温度は、第２部分１３４の温度よりも高い。なお、第１保持部材３３および第２保持部材３４と原子セル３１とは、直接接触していなくてもよい。例えば、第１保持部材３３および第２保持部材３４の少なくとも一方と、原子セル３１との間に、接着剤等が配置されていてもよい。
【００６５】
胴体１３０において、第１部分１３２のＸ軸方向における長さＥ１は、第１室１１２のＸ軸方向における長さと通路１１６のＸ軸方向における長さとの和（Ｄ１＋Ｄ３）よりも大きい。胴体１３０において、第２部分１３４のＸ軸方向における長さＥ２は、第２室１１４の大きさＤ２よりも小さい。
【００６６】
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、外容器６０と同じである。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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、第２温度制御素子３７ｂおよび第２温度検出素子３８ｂは、配置されていなくてもよい。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。
【００７０】
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。
【００７１】
原子発振器１００は、例えば、以下の効果を有する。
【００７２】
原子発振器１００では、光を出射する発光素子１２と、気体のアルカリ金属原子が収容され、発光素子１２から出射された光が通過する第１室１１２と、液体のアルカリ金属原子Ｍが収容された第２室１１４と、第１室１１２と第２室１１４とを接続する通路１１６と、を有する原子セル３１と、第１室１１２を通過した光を受光する受光素子３２と、を含み、受光素子３２は、第１室１１２と第２室１１４との間に配置されている。
【００７３】
そのため、原子発振器１００では、発光素子１２から出射された光は、第１室１１２を第２室１１４に向かって進み、第１室１１２と第２室１１４との間に配置された受光素子３２は、発光素子１２から出射された光の光路の終点となる。第１室１１２と第２室１１４とが光路と直交する方向に並んでいる場合には、第１室１１２および第２室１１４のうち一方の温度が第１室１１２および第２室１１４のうち他方に、光路に沿って影響を与える可能性がある。これに対し、原子発振器１００では、第１室１１２と第２室１１４とは光路の終点において隣り合うので、一方の温度が他方の温度に光路に沿って与える影響を小さくできる。したがって、第１室１１２および第２室１１４のうちの一方の温度が他方に影響し難い構成を容易に実現することができる。その結果、原子セル３１に収容されたアルカリ金属原子の状態を容易に制御することができる。
【００７４】
また、原子発振器１００では、第１室１１２および第２室１１４のうち一方の温度が他方の温度に与える影響が小さいので、例えば、第１室１１２のＸ軸方向の長さを変えずに、すなわち、第１室１１２における光路長を変えずに、容易に、原子セル３１の他の部分、例えば、第１室１１２と第２室１１４との間の距離や、第２室１１４のＸ軸方向の長さを変えることができる。したがって、原子セル３１の一部の寸法を変更しても、原子発振器１００の発振周波数の精度への影響を第１室１１２と第２室１１４とが光路と直交する方向に並んでいる原子セルにおいて寸法を変更する場合よりも小さくできる。
【００７５】
また、原子発振器１００では、第１室１１２および第２室１１４のうちの一方の温度が他方に影響し難い状態で、容易に、第１室１１２における光路長を変えることができる。例えば、第１室１１２における光路長が大きいと、発光素子１２から出射された光と、アルカリ金属原子と、の反応時間が長くなり、原子発振器１００の発振周波数の精度を高くすることができる。
【００７６】
上述のように、原子発振器１００では、原子セル３１の一部の寸法を容易に変更できるので、商品のバリエーションを容易に増やすことができる。
【００７７】
さらに、原子発振器１００では、第１室１１２および第２室１１４が光路と直交する方向に配置されている場合に比べて、第１壁１２２の第１窓１２２ａと、第２室１１４と、の間の距離を大きくすることができる。そのため、第２室１１４の温度によって第１窓１２２ａにアルカリ金属原子が析出し難く、原子発振器１００の発振特性の安定化を図ることができる。なお、第２窓１２２ｂは、光が第１室１１２から出射する側であるため、仮に第２室１１４の温度によって第１窓１２２ａにアルカリ金属原子が析出したとしても、第１窓１２２ａにアルカリ金属原子が析出するよりは、原子発振器１００の発振周波数に影響を及ぼさない。
【００７８】
原子発振器１００では、胴体１３０において、第１部分１３２のＸ軸方向における長さＥ１は、第１室１１２のＸ軸方向における長さと通路１１６のＸ軸方向における長さとの和（Ｄ１＋Ｄ３）よりも大きく、第２部分１３４のＸ軸方向における長さＤ２は、第２室１１４のＸ軸方向における長さＤ２よりも小さい。そのため、原子発振器１００では、例えば胴体におけて長さＥ２が第１室と通路とのＸ軸方向における長さの和よりも大きい場合に比べて、第１室１１２に温度勾配が生じ難い。そのため、原子発振器１００の発振器周波数のばらつきが小さい。例えば、第１室１１２に温度勾配が生じると、様々な温度依存をもった光が検出され、発振周波数のばらつきが大きくなる。
【００７９】
原子発振器１００では、第１室１１２は、発光素子１２から出射された光が通過する第２窓１２２ｂを有し、第３壁１２６は、第２窓１２２ｂに接続されている。そのため、原子発振器１００では、第１室１１２の第２窓１２２ｂ以外の部分に通路１１６を接続する場合よりも単純な構造で、発光素子１２と受光素子３２とが並ぶ方向に、第１室１１２および第２室１１４を並べて配置させることができる。
【００８０】
原子発振器１００では、第１室１１２の２つの領域２ａ，２ｂの間の距離Ｗ１、および、第２室１１４の２つの領域４ａ，４ｂの間の距離Ｗ２は、通路１１６の２つの領域６ａ，６ｂの間の距離Ｗ３よりも大きい。そのため、原子発振器１００では、例えば、距離Ｗ２，Ｗ３が同じ場合に比べて、液体のアルカリ金属原子Ｍが第１室１１２に侵入し難い。
【００８１】
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２００について、図面を参照しなが
ら説明する。図６は、第１実施形態の第１変形例に係る原子発振器２００の原子セルユニット３０を模式的に示す断面図である。なお、図６および後述する図７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。
【００８２】
以下、第１実施形態の第１変形例に係る原子発振器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。このことは、後述する第１実施形態の第２変形例に係る原子発振器において、同様である。
【００８３】
上述した原子発振器１００では、図４に示すように、胴体１３０において、第１部分１３２のＸ軸方向における長さＥ１は、第１室１１２のＸ軸方向における長さと通路１１６のＸ軸方向における長さとの和（Ｄ１＋Ｄ３）よりも大きかった。さらに、胴体１３０において、第２部分１３４のＸ軸方向における長さＤ２は、第２室１１４のＸ軸方向における長さＤ２よりも小さかった。
【００８４】
これに対し、原子発振器２００では、図６に示すように、胴体１３０において、第１部分１３２のＸ軸方向における長さＥ１は、第１室１１２のＸ軸方向における長さＤ１よりも小さい。さらに、胴体１３０において、第２部分１３４のＸ軸方向における長さＥ２は、第２室１１４のＸ軸方向における長さと通路１１６のＸ軸方向における長さとの和（Ｄ２＋Ｄ３）よりも大きい。
【００８５】
原子発振器２００では、胴体１３０において、第１部分１３２のＸ軸方向における長さＥ１は、第１室１１２のＸ軸方向における長さＤ１よりも小さく、第２部分１３４のＸ軸方向における長さＥ２は、第２室１１４のＸ軸方向における長さと通路１１６のＸ軸方向における長さとの和（Ｄ２＋Ｄ３）よりも大きい。そのため、原子発振器２００では、胴体におけて長さＥ１が第１室と通路とのＸ軸方向における長さの和よりも大きい場合に比べて、受光素子３２の温度を下げることができる。そのため、原子発振器２００では、受光素子３２のノイズを小さくすることができる。
【００８６】
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３００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２変形例に係る原子発振器３００の原子セル３１を模式的に示す断面図である。図８は、第１実施形態の第２変形例に係る原子発振器３００の原子セル３１を模式的に示す斜視図である。
【００８７】
上述した原子発振器１００では、図４に示すように、第１室１１２の２つの領域２ａ，２ｂの間の距離Ｗ１、および、第２室１１４の２つの領域４ａ，４ｂの間の距離Ｗ２は、通路１１６の２つの領域６ａ，６ｂの間の距離Ｗ３よりも大きかった。さらに、原子発振器１００では、図５に示すように、壁１２２，１２４，１２６の外形形状は、円柱であった。
【００８８】
これに対し、原子発振器３００では、図７に示すように、第１室１１２の２つの領域２ａ，２ｂの間の距離Ｗ１は、第２室１１４の２つの領域４ａ，４ｂの間の距離Ｗ２よりも大きい。さらに、第２室１１４の２つの領域４ａ，４ｂの間の距離Ｗ２は、通路１１６の２つの領域６ａ，６ｂの間の距離Ｗ３と同じである。さらに、原子発振器３００では、図８に示すように、壁１２２，１２４，１２６の外形形状は、直方体である。
【００８９】
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、間隙部１１８を形成する。次に、直方体部材の一方側からドリルなどで穴を形成し、第３空間１０６および第２空間１０４を形
成する。次に、直方体部材の一方側から穴を形成し、第１空間１０２を形成する。次に、直方体部材に第１窓１２２ａ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。
【００９０】
原子発振器３００では、第１室１１２の２つの領域２ａ，２ｂの間の距離Ｗ１は、第２室１１４の２つの領域４ａ，４ｂの間の距離Ｗ２よりも大きく、第２室１１４の２つの領域４ａ，４ｂの間の距離Ｗ２は、通路１１６の２つの領域６ａ，６ｂの間の距離Ｗ３と同じである。そのため、例えば、距離Ｗ２が距離Ｗ３よりも大きい場合に比べて、ドリルなどで穴を形成する回数を減らすことができる。さらに、第３空間１０６を封止するための蓋部を別途形成する工程を省略することができる。
【００９１】
第２室１１４の形状と、原子セル３１の外形形状との組み合わせは、第１実施形態および本実施形態の組み合わせに限定されず、任意である。例えば、第２室１１４の距離Ｗ２が通路１１６の距離Ｗ３よりも大きい原子セル３１の外形形状が直方体であっても良い。また、第２室１１４の距離Ｗ２が通路１１６の距離Ｗ３と同じである原子セル３１の外形形状が円筒形であっても良い。
【００９２】
さらに、第２室１１４の形状、および原子セル３１の外形形状は、上述の実施形態および変形例、および、後述の実施形態および変形例のいずれとも任意に組み合わせることが可能である。
【００９３】
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４００について、図面を参照しながら説明する。図９は、第２実施形態に係る原子発振器４００の原子セルユニット３０を模式的に示す断面図である。なお、図９および後述する図１０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実施形態に係る原子発振器４００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。
【００９５】
上述した原子発振器１００では、図４に示すように、受光素子３２は、第１室１１２と第２室１１４との間に配置されていた。
【００９６】
これに対し、原子発振器４００では、図９に示すように、発光素子１２は、第１室１１２と第２室１１４との間に配置されている。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。受光素子３２は、例えば、図示しない支持部によって支持されている。
【００９７】
なお、図示はしないが、発光素子１２と第１室１１２との間に光学素子が配置されていてもよい。
【００９８】
原子発振器４００は、例えば、以下の効果を有する。
【００９９】
原子発振器４００では、発光素子１２から出射された光は、第１室１１２を第２室１１４側とは反対側に向かって進み、発光素子１２は、第１室１１２と第２室１１４との間に配置されている。そのため、原子発振器４００では、第１室１１２と第２室１１４との間に配置された発光素子１２は、光路の始点となる。したがって、原子発振器４００では、原子発振器１００と同様に、第１室１１２および第２室１１４のうちの一方の温度が他方に影響し難い構成を容易に実現することができる。
【０１００】
２．２．  原子発振器の変形例
次に、第２実施形態の変形例に係る原子発振器５００について、図面を参照しながら説明する。図１０は、第２実施形態の変形例に係る原子発振器５００の原子セルユニット３０を模式的に示す断面図である。
【０１０１】
以下、第２実施形態の変形例に係る原子発振器５００において、上述した第２実施形態に係る原子発振器４００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。
【０１０２】
上述した原子発振器４００では、図９に示すように、胴体１３０において、第１部分１３２のＸ軸方向における長さＥ１は、第１室１１２のＸ軸方向における長さと通路１１６のＸ軸方向における長さとの和（Ｄ１＋Ｄ３）よりも大きかった。さらに、胴体１３０において、第２部分１３４のＸ軸方向における長さＤ２は、第２室１１４のＸ軸方向における長さＤ２よりも小さかった。
【０１０３】
これに対し、原子発振器５００では、図１０に示すように、胴体１３０において、第１部分１３２のＸ軸方向における長さＥ１は、第１室１１２のＸ軸方向における長さＤ１よりも小さい。さらに、胴体１３０において、第２部分１３４のＸ軸方向における長さＥ２は、第２室１１４のＸ軸方向における長さと通路１１６のＸ軸方向における長さとの和（Ｄ２＋Ｄ３）よりも大きい。
【０１０４】
原子発振器５００では、胴体１３０において、第１部分１３２のＸ軸方向における長さＥ１は、第１室１１２のＸ軸方向における長さＤ１よりも小さく、第２部分１３４のＸ軸方向における長さＥ２は、第２室１１４のＸ軸方向における長さと通路１１６のＸ軸方向における長さとの和（Ｄ２＋Ｄ３）よりも大きい。そのため、原子発振器５００では、胴体におけて長さＥ１が第１室と通路とのＸ軸方向における長さの和よりも大きい場合に比べて、発光素子１２の温度を下げることができる。そのため、原子発振器５００では、発光素子１２の長寿命化を図ることができる。
【０１０５】
さらに、原子発振器５００では、第２温度制御素子３７ｂを、図１に示すペルチェ素子１１として用いることができる。さらに、第２温度検出素子３８ｂを、図１に示す温度センサー１３として用いることができる。したがって、原子発振器５００では、部品数を削減することができる。
【０１０６】
３．  第３実施形態
次に、第３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１１は、クロック伝送システム９００を示す概略構成図である。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
クロック伝送システム９００は、図１１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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
第３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。
【０１１４】
第３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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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】
【０１１８】
２…内面、２ａ，２ｂ…領域、４…内面、４ａ，４ｂ…領域、６…内面、６ａ，６ｂ…領域、８，８ａ，８ｂ…内面、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、３３ａ…貫通孔、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…原子発振器、１０２…第１空間、１０４…第２空間、１０６…第３空間、１１２…第１室、１１４…第２室、１１６…通路、１１８…間隙部、１２２…第１壁、１２２ａ…第１窓、１２２ｂ…第２窓、１２４…第２壁、１２４ａ…蓋部、１２６…第３壁、１３０…胴体、１３２…第１部分、１３４…第２部分、２００，３００，４００，５００…原子発振器、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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