(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する発光部と、
前記光が照射されるガス状のアルカリ金属原子を封入する封入部と、
前記封入部を透過した前記光の光量に応じて変化する検出信号を生成する検出部と、
前記検出信号に基づいて、前記アルカリ金属原子が励起準位を維持するように前記光の波長を制御する波長制御信号を生成する波長制御部と、
前記検出信号に基づいて、前記アルカリ金属原子がＣＰＴ共鳴を維持するように前記光の周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数制御部と、
予め設定された目標励起準位に対応する目標波長制御信号を記憶する記憶部と、
現在の前記励起準位に対応する前記波長制御信号と前記目標波長制御信号との比較結果に基づいて、現在の前記励起準位が前記目標励起準位であるか否かを判定する判定部と、
現在の前記励起準位が前記目標励起準位でない場合に、前記比較結果に基づいて、現在の前記励起準位が前記目標励起準位となるように前記波長制御信号を補正する補正部と
を備え、
前記補正部は、現在の前記波長制御信号と前記目標波長制御信号との差に基づく値を前記波長制御信号に加算して、前記波長制御信号を補正することを特徴とする原子発振器。
【請求項２】
前記波長制御信号は、前記発光部に入力される駆動電流を含み、
前記補正部は、現在の前記励起準位に対応する前記駆動電流の値と前記目標波長制御信号に対応する前記駆動電流の値との差分に基づいて現在の前記駆動電流を補正する
請求項１に記載の原子発振器。
【請求項３】
前記発光部の温度を第１の所定温度範囲内に維持する第１の温度制御部と、
前記封入部の温度を第２の所定温度範囲内に維持する第２の温度制御部と
を更に備える請求項１又は２に記載の原子発振器。
【請求項４】
発光部から出力され、ガス状のアルカリ金属原子を封入する封入部を透過した光の光量に応じて変化する検出信号を生成するステップと、
前記検出信号に基づいて、前記アルカリ金属原子が励起準位を維持するように前記光の波長を制御する波長制御信号を生成するステップと、
前記検出信号に基づいて、前記アルカリ金属原子がＣＰＴ共鳴を維持するように前記光の周波数を制御する周波数制御信号を生成するステップと、
現在の前記励起準位に対応する前記波長制御信号と予め設定された目標励起準位に対応する目標波長制御信号との比較結果に基づいて、現在の前記励起準位が前記目標励起準位であるか否かを判定するステップと、
現在の前記励起準位が前記目標励起準位でない場合に、前記比較結果に基づいて、現在の前記励起準位が前記目標励起準位となるように前記波長制御信号を補正するステップと、
現在の前記波長制御信号と前記目標波長制御信号との差に基づく値を前記波長制御信号に加算して、前記波長制御信号を補正するステップと
を備える原子発振器の制御方法。
【請求項５】
コンピュータに、
発光部から出力され、ガス状のアルカリ金属原子を封入する封入部を透過した光の光量に応じて変化する検出信号を生成する処理と、
前記検出信号に基づいて、前記アルカリ金属原子が励起準位を維持するように前記光の波長を制御する波長制御信号を生成する処理と、
前記検出信号に基づいて、前記アルカリ金属原子がＣＰＴ共鳴による光透過状態を維持するように前記光の周波数を制御する周波数制御信号を生成する処理と、
現在の前記励起準位に対応する前記波長制御信号と予め設定された目標励起準位に対応する目標波長制御信号との比較結果に基づいて、現在の前記励起準位が前記目標励起準位であるか否かを判定する処理と、
現在の前記励起準位が前記目標励起準位でない場合に、前記比較結果に基づいて、現在の前記励起準位が前記目標励起準位となるように前記波長制御信号を補正する処理と、
現在の前記波長制御信号と前記目標波長制御信号との差に基づく値を前記波長制御信号に加算して、前記波長制御信号を補正する処理と
を実行させる原子発振器の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子発振器、その制御方法、及びその制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
セシウム、ルビジウム等のアルカリ金属を用いた原子発振器として、量子干渉効果を利用したＣＰＴ（Coherent  Population  Trapping）方式（電磁誘起透過（ＥＩＴ:Electromagnetically  Induced  Transparency）方式とも呼ぶ）のものが知られている。ＣＰＴ方式においては、アルカリ金属原子による光吸収現象と透明化現象とが利用される。光吸収現象は、ガス状のアルカリ金属原子が封入されたガスセルに、アルカリ金属原子の基底準位と励起準位との差に相当する波長の光を照射すると、アルカリ金属原子のエネルギー準位が基底準位から励起準位に遷移し、光が吸収される現象である。透明化現象は、光に周波数変調（ＦＭ：Frequency  Modulation）を施したときに生じる２つのサイドバンドの周波数差がアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差（固有振動数）に一致するときに生じるＣＰＴ共鳴によって、励起状態のアルカリ金属原子によって吸収されていた光が透過する現象である。ＣＰＴ共鳴が維持されるように光の周波数を制御することにより、極めて安定した周波数信号を生成することが可能となる。
【０００３】
ガスセルを透過した光を検出する方法として、ガスセルを透過した光に光電変換処理を施して直流電圧値を取得し、光源から出力される光の波長を掃引することにより、直流電圧値が最小となる点、すなわちガスセルでの光吸収が最大となる波長を特定する方法がある（特許文献１）。また、光源から出力される光を低い周波数で変調し、ロックインアンプ等で同期検波を行う方法がある（特許文献２）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルカリ金属原子の励起準位は、厳密には複数存在する。励起準位は、スピン起動相互作用により分裂し（微細構造（Fine  Structure））、更に電子の軌道運動、電子のスピンによる磁場、核磁気モーメントの方向等によって分裂する（超微細構造（Hyperfine  Structure））。そのため、アルカリ金属原子のエネルギー準位がある励起準位を維持しているときに、温度変化等の外乱によって、例えばアルカリ金属原子に照射されている光の波長が変動すると、エネルギー準位が現在の励起準位から隣接する励起準位に転位してしまう場合がある。このような励起準位の転位は、ＣＰＴ共鳴を実現するための周波数に影響を与えるため、原子発振器の性能を低下させる原因となる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アルカリ金属原子の励起準位の転位による性能低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の原子発振器は、光を出力する発光部と、前記光が照射されるガス状のアルカリ金属原子を封入する封入部と、前記封入部を透過した前記光の光量に応じて変化する検出信号を生成する検出部と、前記検出信号に基づいて、前記アルカリ金属原子が前記光を吸収する励起準位を維持するように、前記光の波長を制御する波長制御信号を生成する波長制御部と、前記検出信号に基づいて、前記アルカリ金属原子がＣＰＴ共鳴を維持するように、前記光の周波数を制御する周波数制御信号を生成する周波数制御部と、予め設定された目標励起準位に対応する目標波長制御信号を記憶する記憶部と、現在の前記励起準位に対応する前記波長制御信号と前記目標波長制御信号との比較結果に基づいて、現在の前記励起準位が前記目標励起準位であるか否かを判定する判定部と、現在の前記励起準位が前記目標励起準位でない場合に、前記比較結果に基づいて、現在の前記励起準位が前記目標励起準位となるように前記波長制御信号を補正する補正部とを備え、前記補正部は、現在の前記波長制御信号と前記目標波長制御信号との差に基づく値を前記波長制御信号に加算して、前記波長制御信号を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アルカリ金属原子の励起準位の転位による性能低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施の形態にかかる原子発振器の機能的な構成を例示する図である。
【図２】図２は、ＣＰＴ方式におけるアルカリ金属原子のエネルギー準位の遷移を例示する図である。
【図３】図３は、セシウム原子の微細構造及び超微細構造により分裂したエネルギー準位を例示する図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態にかかる原子発振器のハードウェア構成を例示する図である。
【図５】図５は、レーザダイオードから出力される光の波長と光検出器から出力される電圧との大局的な関係を例示する図である。
【図６】図６は、レーザダイオードから出力される光の波長と波長制御回路の同期検波回路から出力される電圧との大局的な関係を例示する図である。
【図７】図７は、レーザダイオードから出力される光の波長と光検出器から出力される電圧との局所的な関係を例示する図である。
【図８】図８は、レーザダイオードから出力される光の波長と波長制御回路の同期検波回路から出力される電圧との局所的な関係を例示する図である。
【図９】図９は、レーザダイオードの駆動電流と光検出器から出力される電圧との関係を例示する図である。
【図１０】図１０は、レーザダイオードの駆動電流と周波数制御回路の同期検波回路から出力される電圧との関係を例示する図である。
【図１１】図１１は、レーザダイオードの駆動電流、レーザダイオードから出力される光の光量、及び当該光の波長の時間に対する変化を例示する図である。
【図１２】図１２は、図９及び図１０に示す領域I及びIXにおいて光検出器から出力される電圧の時間に対する変化を例示する図である。
【図１３】図１３は、図９及び図１０に示す領域II及びVIにおいて光検出器から出力される電圧の時間に対する変化を例示する図である。
【図１４】図１４は、図９及び図１０に示す領域IV及びVIIIにおいて光検出器から出力される電圧の時間に対する変化を例示する図である。
【図１５】図１５は、図９及び図１０に示す領域III、V、及びVIIにおいて光検出器から出力される電圧の時間に対する変化を例示する図である。
【図１６】図１６は、レーザダイオードの駆動電流と周波数制御回路の同期検波回路から出力される電圧との関係を示すグラフにおいて、メモリに記憶すべき情報を例示する図である。
【図１７】図１７は、励起準位判定処理を例示するフローチャートである。
【図１８】図１８は、周波数変調された駆動電流が入力されたレーザダイオードから出力される光の波長を例示する図である。
【図１９】図１９は、ＣＰＴ共鳴時における、高周波信号の周波数と光検出器から出力される電圧との関係を例示する図である。
【図２０】図２０は、ＣＰＴ共鳴時における、高周波信号の周波数と周波数制御部の同期検波回路から出力される電圧との関係を例示する図である。
【図２１】図２１は、第１の実施の形態にかかる原子発振器の第１の動作例を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、第１の実施の形態にかかる原子発振器の第２の動作例を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、第２の実施の形態にかかる原子発振器１１１の構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、原子発振器の実施の形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる原子発振器１の機能的な構成を例示する図である。原子発振器１は、ＣＰＴ方式により安定した標準周波数信号を生成する装置である。原子発振器１は、発光部１１、封入部１２、検出部１３、波長制御部１４、周波数制御部１５、記憶部１６、判定部１７、及び補正部１８を含む。
【００１１】
発光部１１は、封入部１２に照射する光（電磁波）を出力する。発光部１１は、例えば光源としてのレーザダイオード等の半導体発光素子を用いて構成される。発光部１１が出力する光の波長及び周波数は、波長制御部１４が生成する波長制御信号及び周波数制御部１５が生成する周波数制御信号により制御される。発光部１１から出力される光の波長及び周波数は温度による影響を受けやすいため、発光部１１の温度は一定に保たれるように制御される。
【００１２】
封入部１２は、ガス状のアルカリ金属原子及びバッファガスを封入する。封入部１２は、例えばガスセルと称されるユニットからなり、透過性の材料からなる窓を介して、発光部１１から出力された光が封入部１２の内部を透過して外部に出力されるようになされている。好適なアルカリ金属原子としては、セシウム、ルビジウム等が挙げられる。封入部１２の温度は、アルカリ金属原子が安定したガス状態を維持するように所定の高温状態に保たれている。また、封入部１２内に侵入した光は封入部１２の温度に影響を受けやすいため、封入部１２の温度は一定に保たれるように制御される。
【００１３】
検出部１３は、発光部１１から出力され封入部１２を透過した光の光量に応じて変化する検出信号を生成する。検出部１３は、例えば光電変換素子、論理回路、プログラムにより制御されるプロセッサ等を用いて構成することができる。検出信号は、例えば検出部１３に入力された光を電流に変換し、当該電流を電圧に変換することにより得られる電圧であってもよい。この場合、検出信号としての電圧の変化に基づいて、封入部１２における光の光吸収現象（アルカリ金属原子の励起準位への遷移）及び透明化現象（ＣＰＴ共鳴）を検出することができる。
【００１４】
波長制御部１４は、上記検出信号に基づいて、発光部１１が出力する光の波長を制御する波長制御信号を生成する。波長制御部１４は、封入部１２内のアルカリ金属原子が励起準位を維持するように波長制御信号を生成する。波長制御信号は、例えば発光部１１が出力する光の波長を変化させる駆動電流を含んでもよい。波長制御部１４は、例えば電流生成回路、その他の論理回路、プログラムにより制御されるプロセッサ等を用いて構成することができる。波長制御部１４は、例えば光量が所定値以下であることを示す検出信号が維持されるように波長制御信号を生成すればよい。
【００１５】
周波数制御部１５は、上記検出信号に基づいて、発光部１１が出力する光の周波数を制御する周波数制御信号を生成する。周波数制御部１５は、封入部１２内のアルカリ金属原子がＣＰＴ共鳴を維持するように周波数制御信号を生成する。周波数制御信号は、例えば上記波長制御信号としての駆動電流に重畳される高周波信号等であってもよい。周波数制御部１５は、例えば発振回路、ＰＬＬ（Phase  Locked  Loop）、その他の論理回路、プログラムにより制御されるプロセッサ等を用いて構成することができる。周波数制御部１５は、例えば、アルカリ金属原子が励起準位が維持されている際に、光量が所定値以上であることを示す検出信号が維持されるように周波数制御信号を生成すればよい。
【００１６】
記憶部１６は、アルカリ金属原子の励起準位に対応する波長制御信号を記憶する。記憶部１６は、例えば半導体メモリ等を用いて構成することができ、内蔵型に限られるものではなく、外付型であってもよい。記憶部１６は、予め設定された目標励起準位に対応する目標波長制御信号を記憶する。目標励起準位とは、アルカリ金属原子の微細構造又は超微細構造に基づく複数の励起準位のうちから選択される１つ又は複数の励起準位である。目標励起準位は、例えば、過去に達成された励起準位、予め設定された励起準位等であってもよい。目標波長制御信号とは、目標励起準位を維持する際に生成される波長制御信号である。具体的には、原子発振器１の運用時において、過去にアルカリ金属原子が励起準位になったときに生成された波長制御信号（駆動電流）の値を記憶部１６に記憶してもよい。また、デフォルト値として予め設定された波長制御信号が記憶部１６に記録されていてもよい。
【００１７】
判定部１７は、現在の励起準位に対応する波長制御信号と記憶部１６に記憶されている上記目標波長制御信号との比較結果に基づいて、現在の励起準位が上記目標励起準位であるか否かを判定する。判定部１７は、例えばプログラムにより制御されるプロセッサ、比較回路等を用いて構成することができる。判定部１７は、例えば現在の波長制御信号が示す値と記憶部１６に記憶されている目標波長制御信号が示す値との差（駆動電流値の差）が所定値より大きい場合に、現在の励起準位は目標励起準位ではないと判定してもよい。
【００１８】
補正部１８は、判定部１７により現在の励起準位が目標励起準位でないと判定された場合に、現在の励起準位が目標励起準位となるように現在の波長制御信号を補正する。補正部１８は、例えば増幅回路、その他の論理回路、プログラムにより制御されるプロセッサ等を用いて構成することができる。補正部１８は、例えば判定部１７による比較処理により検出された現在の波長制御信号と目標波長制御信号との差（駆動電流値の差）に基づいて、現在の波長制御信号が目標波長制御信号と一致するように、又は当該差が所定値以下となるように、現在の波長制御信号を補正してもよい。
【００１９】
図２は、ＣＰＴ方式におけるアルカリ金属原子のエネルギー準位の遷移を例示する図である。第１の基底準位（エネルギー準位）１０１と励起準位（励起状態のエネルギー準位）１０３とのエネルギー差に相当する波長を有する第１の光をアルカリ金属原子に照射すると、アルカリ金属原子のエネルギー準位が第１の基底準位１０１から励起準位１０３に遷移し、第１の光が吸収される。これと同様に、第２の基底準位（エネルギー準位）１０２と励起準位１０３とのエネルギー差に相当する波長を有する第２の光をアルカリ金属原子に照射すると、アルカリ金属原子のエネルギー準位が第２の基底準位１０２から励起準位１０３に遷移し、第２の光が吸収される。
【００２０】
第１の光と第２の光を同時に照射し、それらの周波数差が正確に第１の基底準位１０１と第２の基底準位１０２のエネルギー差ΔＥに一致すると、２つの基底準位１０１，１０２を重ね合わせた状態、即ち量子干渉状態が生じ、封入部１２を透過する光の光量（透過光量）が上昇する透明化現象（ＣＰＴ共鳴）が生じる。第１の光と第２の光との波長差がΔＥからずれると、ＣＰＴ共鳴は消滅し、透過光量が急激に低下する。従って、透過光量の変化を監視し、ＣＰＴ共鳴が維持されるように周波数制御信号を生成することにより、高精度な標準周波数信号を生成することができる。
【００２１】
ここで、励起準位１０３は、厳密には、アルカリ金属原子のスピン起動相互作用により分裂し（微細構造）、更に電子の軌道運動、電子のスピンによる磁場、核磁気モーメントの方向等によって分裂する（超微細構造）。分裂の仕方は原子の種類によって異なる。図３は、セシウム原子の微細構造及び超微細構造により分裂したエネルギー準位を例示する図である。励起準位６Ｐは、微細構造において２つの励起準位６Ｐ１／２，６Ｐ２／３に分裂している。基底準位６Ｓ１／２にあるセシウム原子は、Ｄ１線で示すエネルギー差に相当する波長の光が照射されたときに励起準位６Ｐ１／２に遷移し、Ｄ２線で示すエネルギー差に相当する波長の光が照射されたときに励起準位６Ｐ２／３に遷移する。励起準位６Ｐ１／２は、超微細構造において更に２つの励起準位Ｆ’＝３，Ｆ’＝４に分裂している。励起準位６Ｐ２／３は、超微細構造において更に４つの励起準位Ｆ’’＝２，Ｆ’’＝３，Ｆ’’＝４，Ｆ’’＝５に分裂している。基底準位６Ｓは、超微細構造において２つの励起準位Ｆ＝３，Ｆ＝４に分裂している。
【００２２】
このように、複数の励起準位が存在するため、ある目標励起準位（例えば６Ｐ１／２のＦ’＝４）が維持されているときに、例えば温度変化等の外乱によって発光部１１から出力される光の波長が変化すると、エネルギー準位が他の励起準位（例えば６Ｐ２／３のＦ’＝３）に不意に転位してしまう可能性がある。
【００２３】
上記図１に示す原子発振器１によれば、記憶部１６に記憶された目標励起準位に対応する目標波長制御信号、例えば励起準位６Ｐ１／２のＦ’＝４を維持するために生成された波長制御信号（駆動電流）と、現在の励起準位に対応する波長制御信号とが比較される。この比較結果に基づいて現在の励起準位が目標励起準位でないと判定された場合には、現在の励起準位が目標励起準位になるように、現在の波長制御信号（駆動電流）が補正される。これにより、外乱等により励起準位が転位した場合でも、現在の励起準位を目標励起準位に修正することが可能となる。これにより、ＣＰＴ共鳴現象を利用した周波数制御を高精度で行うことが可能となる。
【００２４】
図４は、第１の実施の形態にかかる原子発振器１のハードウェア構成を例示する図である。本例の原子発振器１は、原子共鳴部２０、温度制御部３０、波長制御部４０（波長制御部１４）、周波数制御部５０（周波数制御部１５）、バイアスＴ６１、ＣＰＵ６５、及びメモリ６６（記憶部１３）を含む。ＣＰＵ６５は、後述するように、他のハードウェアと協働することにより波長制御部１４、周波数制御部１５、判定部１７、及び補正部１８の一部を構成する。
【００２５】
原子共鳴部２０は、レーザダイオード２１（発光部１１）、ガスセル２２（封入部１２）、及び光検出器２３（検出部１３）を含む。レーザダイオード２１は、後述するバイアスＴ６１から出力される周波数変調された駆動電流に応じて波長及び周波数が制御される光を出力する。ガスセル２２は、内部にガス状のセシウム等のアルカリ金属原子及びバッファガスを封入している。光検出器２３は、ガスセル２２を透過した光を電流に変換し、当該電流を電圧に変換する半導体デバイスである。レーザダイオード２１には、温度センサ２５及びヒータ２６が設置されている。ガスセル２２には、温度センサ２７及びヒータ２８が設置されている。
【００２６】
温度制御部３０は、第１の温度制御回路３１及び第２の温度制御回路３２を含む。第１の温度制御回路３１は、レーザダイオード２１の温度センサ２５の検出信号に応じてレーザダイオード２１の温度が所定の温度範囲内となるようにヒータ２６を制御する。第２の温度制御回路３２は、ガスセル２２の温度センサ２７の検出信号に応じてガスセル２２の温度が所定の温度範囲内となるようにヒータ２８を制御する。第１の温度制御回路３１及び第２の温度制御回路３２は、ＣＰＵ６５からの制御信号に応じて制御される。
【００２７】
波長制御部４０は、第１の同期検波回路４１、第１の低周波発振器４２、第１の制御回路４３、及び電流駆動回路４４を含む。第１の同期検波回路４１は、光検出器２３の出力の交流成分と第１の低周波発振器４２から出力される周波数Ｆｍ１の低周波信号とを乗算して得られた信号をローパスフィルタにより処理することにより直流電圧を生成する。第１の制御回路４３は、第１の同期検波回路４１により生成された直流電圧を入力し、電流駆動回路４４が生成する電流を制御する電圧を出力する。第１の制御回路４３は、ＣＰＵ６５からの制御信号に応じて、ガスセル２２内のアルカリ金属原子が励起準位を維持するように制御される。電流駆動回路４４は、第１の制御回路４３から出力された電圧に応じて変化する電流を生成する。
【００２８】
周波数制御部５０は、第２の同期検波回路５１、第２の低周波発振器５２、第２の制御回路５３、電圧制御水晶発振器５４、及びＰＬＬ５５を含む。第２の同期検波回路５１は、光検出器２３の出力の交流成分と第２の低周波発振器５２から出力される周波数Ｆｍ２の低周波信号とを乗算して得られた信号をローパスフィルタにより処理することにより直流電圧を生成する。第２の制御回路５３は、第２の同期検波回路５１により生成された直流電圧を入力し、電圧制御水晶発振器５４が生成する信号の周波数を制御する電圧を出力する。第２の制御回路５３は、ＣＰＵ６５からの制御信号に応じて、ガスセル２２内のアルカリ金属原子のＣＰＴ共鳴が維持されるように制御される。電圧制御水晶発振器５４は、第２の制御回路５３から出力される電圧により周波数が制御される標準周波数信号を出力する。ＰＬＬ５５は、電圧制御水晶発振器５４から出力される標準周波数信号を逓倍し、周波数Ｆｒｆの高周波信号を生成する。
【００２９】
バイアスＴ６１は、電流駆動回路４４から出力された駆動電流にＰＬＬ５５から出力された高周波信号による周波数変調を施す。周波数変調された駆動電流は、レーザダイオード２１に出力される。
【００３０】
ＣＰＵ６５は、第１の温度制御回路３１、第２の温度制御回路３２、第１の制御回路４３、及び第２の制御回路５３に制御信号を出力する。ＣＰＵ６５は、メモリ６６に目標波長制御信号を記憶する処理を行う。目標波長制御信号とは、例えば過去に検出された励起準位に対応する電流駆動回路４４の出力電流値である。また、デフォルト値として予め設定された電流値がメモリ６６に記憶されていてもよい。
【００３１】
ＣＰＵ６５は、現在の励起準位が目標励起準位であるか否かを判定する励起準位判定処理を行う。第１の制御回路４３は、起動後に電流駆動回路４４から出力される電流を一定方向、例えば小電流側から大電流側へ一度大局的に変化させる。電流駆動回路４４から出力される電流が小電流側から大電流側へ変化するとき、レーザダイオード２１から出力される光の波長は小波長側から大波長側へ変化する。ＣＰＵ６５は、このときに第１の同期検波回路４１から出力される電圧の変化を検出する。
【００３２】
図５は、レーザダイオード２１から出力される光の波長と光検出器２３から出力される電圧（検出信号）との大局的な関係を例示する図である。図６は、レーザダイオード２１から出力される光の波長と第１の同期検波回路４１から出力される電圧との大局的な関係を例示する図である。図６に示される電圧は、直流電圧であり、図５に示される電圧の微分値となっている。
【００３３】
図５に示されるように、本例における光検出器２３からの出力電圧は、波長Ａ付近において大きく低下している。この電圧の低下は、光がガスセル２２内のアルカリ金属原子によって吸収されたこと、すなわちアルカリ金属原子のエネルギー準位が励起準位に遷移したことを示している。このとき、図６に示されるように、第１の同期検波回路４１から出力される直流電圧は、波長Ａにおいて０となっている。
【００３４】
次いで、第１の制御回路４３は、光の吸収が検出された波長Ａ付近において電流駆動回路４４から出力される電流の値を局所的に変化させ、ＣＰＵ６５は、このときの第１の同期検波回路４１から出力される電圧の変化を検出する。
【００３５】
図７は、レーザダイオード２１から出力される光の波長と光検出器２３から出力される電圧との局所的な関係を例示する図である。図８は、レーザダイオード２１から出力される光の波長と第１の同期検波回路４１から出力される電圧との局所的な関係を例示する図である。図８に示される第１の同期検波回路４１からの出力電圧は、図７に示される光検出器２３からの出力電圧の微分値となっている。
【００３６】
図７に示されるように、上記波長Ａ付近を詳細に調査すると、２つの波長Ａ１，Ａ２において光の吸収が生じていることが検出される。このとき、図８に示されるように、第１の同期検波回路４１からの出力電圧は、波長Ａ１，Ａ２の２点において０となる。図３に示す例に当てはめてみると、アルカリ金属原子のエネルギー準位は、波長Ａ１のときに例えば励起準位Ｆ’＝４となり、波長Ａ２のときに励起準位Ｆ’＝３となる。
【００３７】
図９は、レーザダイオード２１の駆動電流と光検出器２３から出力される電圧との関係を例示する図である。図１０は、レーザダイオード２１の駆動電流と第１の同期検波回路４１から出力される電圧との関係を例示する図である。図１０に示される出力電圧は、図９に示される出力電圧の微分値となっている。
【００３８】
レーザダイオード２１から出力される光の光量は、駆動電流（電流駆動回路４４から出力される直流電流）の値に比例するため、駆動電流が大きくなると光検出器２３からの出力電圧も大きくなる。そのため、図９において、光吸収が生じていない２つの領域I及びIXを比較すると、領域Iの電圧よりも領域IXの電圧の方が大きくなっている。領域II〜VIIIでは、光の吸収を示す電圧の低下がみられる。領域III及びVIIでは、出力電圧が最小となっており、アルカリ金属原子のエネルギー準位が励起準位となっていることが示されている。領域III及びVIIでは、図１０に示されるように、第１の同期検波回路４１からの出力電圧が０になっている。
【００３９】
図３に示す例に当てはめてみると、領域IIIは励起準位Ｆ’＝４に対応し、領域VIIは励起準位Ｆ’＝３に対応する。本例では、領域IIIにおける駆動電流の値はＩF'4であり、領域VIIにおける駆動電流の値はＩF'3である。従って、励起準位Ｆ’＝３と駆動電流ＩF'3とが対応し、励起準位Ｆ’＝４と駆動電流ＩF'4とが対応していることを特定することができる。このように特定された駆動電流ＩF'3及びＩF'4の一方が、ＣＰＵ６５によって目標波長制御信号としてメモリ６６に記憶される。
【００４０】
電流駆動回路４４から出力される駆動電流は、第１の低周波発振器４２から出力される低周波信号（周波数Ｆｍ１＝数Ｈｚ〜数１０ｋＨｚ）が重畳されており、周期的に変化する。そのため、レーザダイオード２１から出力される光の光量、及び光検出器２３から出力される電圧は、当該駆動電流の変化に応じて変化する。図１１は、レーザダイオード２１の駆動電流、レーザダイオード２１から出力される光の光量、及び当該光の波長の時間に対する変化を例示する図である。
【００４１】
図１２は、図９及び図１０に示す領域I及びIXにおいて光検出器２３から出力される電圧の時間に対する変化を例示する図である。領域I及びIXのように、ガスセル２２内での光吸収がない場合には、光検出器２３から出力される電圧は、図１１に示すレーザダイオード２１の駆動電流等と同一の周波数及び位相で変化する。
【００４２】
しかし、領域II〜VIIIのように、ガスセル２２内での光吸収がある場合には、光検出器２３の出力は図１２と異なる変化を示す。図１３は、図９及び図１０に示す領域II及びVIにおいて光検出器２３から出力される電圧の時間に対する変化を例示する図である。領域II及びVIでは、駆動電流が大きくなる程、光検出器２３の出力電圧が領域I及びIXにおける変化率よりも大きな変化率で小さくなる。このような領域II及びVIでは、図１３に示されるように、図１２の場合との対比において出力電圧の位相が１８０°反転し、振幅が大きくなる。
【００４３】
図１４は、図９及び図１０に示す領域IV及びVIIIにおいて光検出器２３から出力される電圧の時間に対する変化を例示する図である。領域IV及びVIIIでは、駆動電流が大きくなる程、光検出器２３の出力電圧が領域I及びIXにおける変化率よりも大きな変化率で大きくなる。このような領域IV及びVIIIでは、図１４に示すように、図１２の場合との対比において出力電圧の位相が同一であり、振幅が大きくなる。
【００４４】
図１５は、図９及び図１０に示す領域III、V、及びVIIにおいて光検出器２３から出力される電圧の時間に対する変化を例示する図である。領域III及びVIIでは、アルカリ金属原子の励起準位への遷移による光吸収現象がピークとなる。ピークを挟んで駆動電流を変化させても光検出器２３の出力電圧は変わらないので、その変化は０となる。一方、光吸収現象の２つのピークの間の谷にあたる領域Vでは、谷を挟んで駆動電流を変化させても光検出器２３の出力電圧は変わらないので、その変化は０となる。
【００４５】
上述したように、図９又は図１０に示されるような対応関係を用いて特定される駆動電流ＩF'3又はＩF'4は、目標波長制御信号としてメモリ６６に記憶されるが、メモリ６６に記憶すべき情報は、これらに限られるものではない。図１６は、レーザダイオード２１の駆動電流と第１の同期検波回路４１から出力される電圧との関係を示すグラフにおいて、メモリ６６に記憶すべき情報を例示する図である。上記駆動電流ＩF'3又はＩF'4の他、領域III及びVIIの間で出力電圧の極性がプラスからマイナスに変わる際のゼロクロス点に対応する駆動電流ＩZX、第１の同期検波回路４１の出力電圧のピーク点に対応する駆動電流ＩP1，ＩP2、第１の同期検波回路４１の出力電圧のボトム点に対応する駆動電流ＩB1，ＩB2、ピーク点に対応する第１の同期検波回路４１の出力電圧ＸP1，ＸP2、ボトム点に対応する第１の同期検波回路４１の出力電圧ＸB1，ＸB2、ゼロクロス点に対応する第１の同期検波回路４１の出力電圧の許容誤差範囲ΔＸzero、ピーク点に対応する第１の同期検波回路４１の出力電圧の許容誤差範囲ΔＸP1，ΔＸP2、ボトム点に対応する第１の同期検波回路４１の出力電圧の許容誤差範囲ΔＸB1，ΔＸB2等をメモリ６６に記憶してもよい。
【００４６】
第１の制御回路４３は、ＣＰＵ６５からの制御信号に応じて、第１の同期検波回路４１の出力電圧が０（又は所定の誤差範囲内）を維持するように電流駆動回路４４の出力電流を制御する。第１の同期検波回路４１の出力電圧が０を維持しているとき、アルカリ金属原子のエネルギー準位は励起準位になっていると判定できる。しかし、第１の同期検波回路４１の出力電圧が０であるという現象からのみでは、現在維持されている励起準位が目標励起準位であるか否かを判定することはできない。
【００４７】
そこで、ＣＰＵ６５は、現在の励起準位を維持するために電流駆動回路４４から出力されている駆動電流と、メモリ６６に記憶されている目標波長制御信号としての駆動電流（目標駆動電流）とを比較することにより、現在の励起準位が目標励起準位であるか否かを判定する励起準位判定処理を行う。ＣＰＵ６５は、現在の駆動電流が目標駆動電流と一致しない（又は所定の誤差範囲内にない）場合には、現在の励起準位は目標励起準位でないと判定し、現在の駆動電流を目標駆動電流に一致させるように第１の制御回路４３を制御する。例えば、現在の駆動電流がＩF'3であり、メモリ６６に記憶されている目標駆動電流がＩF'4である場合、第１の制御回路４３は現在の駆動電流がＩF'4に補正されるように電流駆動回路４４を制御する。このような補正処理は、例えば現在の駆動電流と目標駆動電流との差を算出することにより実行できる。これにより、現在の励起準位Ｆ’＝３が目標励起準位Ｆ’＝４に修正される。
【００４８】
図１７は、励起準位判定処理を例示するフローチャートである。先ず、電流駆動回路４４の現在の出力電流を、これにメモリ６６に記憶されている値を加算等することにより変更し（Ｓ１１）、このときの第１の同期検波回路４１の出力電圧を取得する（Ｓ１２）。これらの処理ステップＳ１１，ステップＳ１２を、変更する出力電流の数と同じ回数だけ繰り返す。
【００４９】
その後、電流駆動回路４４の出力電流を変更前の値に戻し（Ｓ１３）、ステップＳ１２で取得した同期検波回路４１の出力電圧と、メモリ６６に予め保持された値とを比較する（Ｓ１４）。ステップＳ１４において、全ての比較結果が一致である（全ての比較結果が図１６の出力電圧の許容誤差範囲内に収まっている）場合、戻り値（ｒｅｔ）をＯＫとし（Ｓ１５）、比較結果が不一致である（少なくとも１つの比較結果が図１６の出力電圧の許容誤差範囲内に収まっていない）場合、戻り値をＮＧとする（Ｓ１６）。
【００５０】
周波数制御部５０（図４参照）は、光検出器２３の出力電圧に基づいて、ガスセル２２内のアルカリ金属原子のＣＰＴ共鳴が維持されるように、ＰＬＬ５５から出力される高周波信号Ｆｒｆを制御する。
【００５１】
電流駆動回路４４から出力される駆動電流は、バイアスＴ６１において周波数Ｆｒｆの高周波信号により周波数変調された後、レーザダイオード２１に入力される。図１８は、周波数変調された駆動電流が入力されたレーザダイオード２１から出力される光の波長を例示する図である。駆動電流が周波数Ｆｒｆの高周波信号により周波数変調されることにより、レーザダイオード２１から出力される光の波長７１の両サイドには、周波数差Ｆｒｆのサイドバンド７２Ａ，７２Ｂが生成される。両サイドバンド７２Ａ，７２Ｂの周波数差２Ｆｒｆがアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差ΔＥと一致するとき、ＣＰＴ共鳴が生じる。従って、周波数ＦｒｆがΔＥの半分の値となるように電圧制御水晶発振器５４及びＰＬＬ５５を制御することにより、ＣＰＴ共鳴を維持することができる。ＣＰＴ共鳴は、図９に示す領域III及びVII、すなわちアルカリ金属原子のエネルギー準位が励起準位になっているときに生じる。なお、アルカリ金属原子がセシウムの場合には、周波数Ｆｒｆは４．５９６３ＧＨｚとなる。
【００５２】
図１９は、ＣＰＴ共鳴時における、高周波信号の周波数Ｆｒｆと光検出器２３から出力される電圧との関係を例示する図である。図２０は、ＣＰＴ共鳴時における、高周波信号の周波数Ｆｒｆと周波数制御部５０の第２の同期検波回路５１から出力される電圧との関係を例示する図である。本例は、アルカリ金属原子としてセシウムを用いた場合を示している。
【００５３】
ＰＬＬ５５から出力される高周波信号は、第２の低周波発振器５２から出力される低周波信号（周波数Ｆｍ２＝数Ｈｚ＜Ｆｍ２＜数１０ｋＨｚ、ただしＦｍ２はＦｍ１から少なくとも一桁以上離れていることが好ましい）により周波数変調が予め施されている。そのため、当該高周波信号はＦｍ２の低周波信号と同一の位相で変化し、レーザダイオード２１から出力される光のサイドバンドの周波数差もＦｍ２の低周波信号と同一の位相で変化する。
【００５４】
図１９に示すように、ＰＬＬ５５から出力される高周波信号の周波数ＦｒｆがΔＥ（図２参照）の半分の値である４．５９６３ＧＨｚであるとき（領域XII）、ＣＰＴ共鳴により、光検出器２３の出力電圧（ガスセル２２を透過する光の光量）が最大となる。また、図２０に示す第２の同期検波回路５１の出力電圧は、上述したように図１９に示す光検出器２３の出力電圧の微分値となるため、領域XIIにおいて、極性がプラスからマイナスに変わるゼロクロス点となる。
【００５５】
ＣＰＴ共鳴が生じない周波数Ｆｒｆの領域X及びXIVでは、周波数Ｆｒｆの変化にかかわらず光検出器２３及び第２の同期検波回路５１の出力電圧は一定である。ＣＰＴ共鳴が生じる周波数Ｆｒｆの領域XI〜XIIIでは、周波数Ｆｒｆの変化に応じて光検出器２３及び第２の同期検波回路５１の出力電圧が変化する。
【００５６】
第２の制御回路５３は、ＣＰＵ６５からの制御信号に応じて、第２の同期検波回路５１の出力電圧が領域XIIで示すゼロクロス点を維持するように、電圧制御水晶発振器５４が出力する標準周波数信号を制御する。
【００５７】
温度制御部３０（図４参照）は、レーザダイオード２１及びガスセル２２の温度がそれぞれ所定範囲内を維持するように厳密な温度制御を行う。温度の変動は、光の波長及び周波数に影響を与えるため、レーザダイオード２１及びガスセル２２の温度を厳密に制御することにより、外乱を防止し、上記波長制御及び周波数制御を高精度で行えるようになる。
【００５８】
図２１は、第１の実施の形態にかかる原子発振器１の第１の動作例を示すフローチャートである。先ず、波長制御を一時停止し（Ｓ１０１）、その後、温度制御及び周波数制御を一時停止する（Ｓ１０２）。その後、上記励起準位判定処理を行い（Ｓ１０３）、温度制御を再開する（Ｓ１０４）。
【００５９】
その後、励起準位判定処理からの戻り値（ｒｅｔ）がＯＫであるか否かを判定し（Ｓ１０５）、戻り値がＯＫである場合（Ｙｅｓ）、周波数制御を再開し（Ｓ１０６）、波長制御を再開する（Ｓ１０７）。一方、ステップＳ１０５において、戻り値がＮＧである場合（Ｎｏ）、ＣＰＴ共鳴による光透過現象のピークを検知しなおすために周波数制御を初期化し（Ｓ１０８）、励起準位への遷移による光吸収現象のピークを検知しなおすために波長制御を初期化する（Ｓ１０９）。
【００６０】
図２２は、第１の実施の形態にかかる原子発振器１の第２の動作例を示すフローチャートである。先ず、波長制御を一時停止し（Ｓ２０１）、その後、温度制御及び周波数制御を一時停止する（Ｓ２０２）。その後、上記励起準位判定処理を行う（Ｓ２０３）。
【００６１】
その後、励起準位判定処理からの戻り値（ｒｅｔ）がＯＫであるか否かを判定し（Ｓ２０４）、戻り値がＯＫである場合（Ｙｅｓ）、温度制御を再開し（Ｓ２０５）、周波数制御を再開し（Ｓ２０６）、波長制御を再開する（Ｓ２０７）。一方、ステップＳ２０４において、戻り値がＮＧである場合（Ｎｏ）、励起準位判定処理において電流駆動回路４４の出力電流に加える差分を、隣接する励起準位での値に（現在の駆動電流がIF'3であればIF'4に、IF'4であればIF'3に）変更し（Ｓ２１１）、再び励起準位判定処理を行う（Ｓ２１２）。
【００６２】
その後、再び励起準位判定処理からの戻り値がＯＫであるか否かを判定し（Ｓ２１３）、戻り値がＯＫである場合（Ｙｅｓ）、電流駆動回路２０４から出力される駆動電流にステップＳ２１１で変更した隣接する励起準位（現在の駆動電流がIF'3であればIF'4、IF'4であればIF'3）との差分を加え（Ｓ２１４）、現在の励起準位を目標励起準位に戻した後、温度制御を再開する（Ｓ２０５）。一方、ステップＳ２１３において、戻り値がＮＧである場合（Ｎｏ）、温度制御を再開した後（Ｓ２１５）、ＣＰＴ共鳴による光透過現象のピークを検知しなおすために周波数制御を初期化し（Ｓ２１６）、励起準位への遷移による光吸収現象のピークを検知しなおすために波長制御を初期化する（Ｓ２１７）。
【００６３】
ＣＰＵ６５を制御するプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。また、プログラムをインターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供又は配布するように構成してもよい。また、プログラムをＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【００６４】
上記本実施の形態によれば、現在の励起準位に対応する波長制御信号と、メモリ６６に記憶された目標励起準位に対応する目標波長制御信号との比較結果に基づいて、現在の励起準位が目標励起準位であるか否かが判定される。そして、現在の励起準位が目標励起準位でないと判定された場合には、現在の励起準位が目標励起準位になるように、現在の波長制御信号が補正される。これにより、温度変化等の外乱により不意に励起準位の転位が生じた場合でも、現在の励起準位を目標励起準位に修正することが可能となる。これにより、ＣＰＴ共鳴現象を利用した周波数制御を高精度で行うことが可能となる。
【００６５】
また、レーザダイオード２１及びガスセル２２の温度を一定に保つ温度制御部３０を備えることにより、温度変化による外乱（光の波長及び周波数の変動等）が抑制されるので、より高精度な制御を実現することが可能となる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態においては、第１の同期検波回路４１を用いてアルカリ金属原子の励起状態による光の吸収を検出し、第２の同期検波回路５１を用いてＣＰＴ共鳴による光の透過を検出している。しかし、第１の同期検波回路４１を用いずに光検出器２３からの出力電圧に基づいて光の吸収を検出してもよいし、第２の同期検波回路５１を用いずに光検出器２３からの出力電圧に基づいて光の透過を検出してもよい。
【００６７】
図２３は、第２の実施の形態にかかる原子発振器１１１の構成を例示する図である。第１の実施の形態に係る原子発振器１と同一又は同様の作用効果を奏する箇所については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００６８】
本実施の形態にかかる温度制御部１２０は、第１のＡ／Ｄ変換器１２１、第１のＤ／Ａ変換器１２２、第２のＡ／Ｄ変換器１２３、及びＤ／Ａ変換器１２４を含む。
【００６９】
第１のＡ／Ｄ変換器１２１は、レーザダイオード２１の温度センサ２５の検出信号のＡ／Ｄ変換信号をＣＰＵ６５に出力する。第２のＡ／Ｄ変換器１２３は、ガスセル２２の温度センサ２７の検出信号のＡ／Ｄ変換信号をＣＰＵ６５に出力する。ＣＰＵ６５は、第１のＡ／Ｄ変換器１２１から出力されたＡ／Ｄ変換信号に基づいて、レーザダイオード２１の温度を所定の温度に保つようにヒータ２６を制御するための制御信号を生成し、第１のＤ／Ａ変換器１２２に出力する。ＣＰＵ６５は、第２のＡ／Ｄ変換器１２３から出力されたＡ／Ｄ変換信号に基づいて、ガスセル２２の温度を所定の温度に保つようにヒータ２８を制御するための制御信号を生成し、第２のＤ／Ａ変換器１２４に出力する。第１のＤ／Ａ変換器１２２は、ＣＰＵ６５から出力された制御信号のＤ／Ａ変換信号をレーザダイオード２１のヒータ２６に出力する。第２のＤ／Ａ変換器１２４は、ＣＰＵ６５から出力された制御信号のＤ／Ａ変換信号をガスセル２２のヒータ２８に出力する。レーザダイオード２１のヒータ２６は、第１のＤ／Ａ変換器１２２から出力されたＤ／Ａ変換信号に応じて温度を変化させる。ガスセル２２のヒータ２８は、第２のＤ／Ａ変換器１２４から出力されたＤ／Ａ変換信号に応じて温度を変化させる。
【００７０】
本実施の形態にかかる波長制御部１３０は、第３のＡ／Ｄ変換器１３１、第３のＤ／Ａ変換器１３２、第１の周波数逓倍器１３３、第１の低周波発振器４２、及び電流駆動回路４４を含む。
【００７１】
本実施の形態においては、第１の実施の形態における第１の同期検波回路４１の機能は、ＣＰＵ６５、第３のＡ／Ｄ変換器１３１、及び第１の周波数逓倍器１３３によって実現される。また、第１の実施の形態における第１の制御回路４３の機能は、ＣＰＵ６５及び第３のＤ／Ａ変換器１３２によって実現される。
【００７２】
光検出器２３の出力電圧は、第３のＡ／Ｄ変換器１３１において、第１の低周波発振器４２の周波数Ｆｍ１に同期し、第１の周波数逓倍器１３３によってｎ（ｎ＝２，３，４，・・・（ただし偶数が好ましい））倍にした周波数の信号をトリガ信号として、Ａ／Ｄ変換される。このＡ／Ｄ変換信号は、ＣＰＵ６５に出力され、ＣＰＵ６５のソフトウェア演算により同期検波される。ＣＰＵ６５は、この同期検波された信号に基づいて、第１の実施の形態における第１の制御回路４３の動作に相当する演算を行い、第３のＤ／Ａ変換器１３２を介して電流駆動回路６３の出力電流を、光吸収が生じるように波長となるように制御する。なお、励起準位判定処理において電流駆動回路４４の出力電流に加える差分は、メモリ６６内のＣＰＵ６５を制御するためのプログラムの記憶領域とは別の領域に記憶されている。
【００７３】
本実施の形態にかかる周波数制御部１４０は、第４のＡ／Ｄ変換器１４１、第４のＤ／Ａ変換器１４２、第２の周波数逓倍器１４３、第２の低周波発振器５２、電圧制御水晶発振器５４、及びＰＬＬ５５を含む。
【００７４】
本実施の形態においては、第１の実施の形態における第２の同期検波回路５１の機能は、ＣＰＵ６５、第４のＡ／Ｄ変換器１４１、及び第２の周波数逓倍器１４３によって実現される。また、第１の実施の形態における第２の制御回路５３の機能は、ＣＰＵ６５及び第４のＤ／Ａ変換器１４２によって実現される。
【００７５】
光検出器２３の出力電圧は、第４のＡ／Ｄ変換器１４１において、第２の低周波発振器５２の周波数Ｆｍ２に同期し、第２の周波数逓倍器１４３によってｎ（ｎ＝２，３，４，・・・（ただし偶数が好ましい））倍にした周波数の信号をトリガ信号として、Ａ／Ｄ変換される。このＡ／Ｄ変換信号は、ＣＰＵ６５に出力され、ＣＰＵ６５のソフトウェア演算により同期検波される。ＣＰＵ６５は、この同期検波された信号に基づいて、第１の実施の形態における第２の制御回路５３の動作に相当する演算を行い、第４のＤ／Ａ変換器１４２を介して電圧制御水晶発振器５４から出力される標準周波数信号の周波数を、ＣＰＴ共鳴が生じるように制御する。
【００７６】
上記のようなハードウェア構成によっても、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、第２の実施の形態において制御要素毎にＡ／Ｄ変換器を備える構成を示したが、Ａ／Ｄ変換器の前後にマルチプレクサを設置し、複数の制御要素に対してマルチプレクサを切り替えることによりＡ／Ｄ変換を行う構成であってもよい。また、ＣＰＵ６５の代わりにＭＣＵ（Micro  Control  Unit）を用い、メモリ６６、温度制御部３０，１２０、波長制御部４０，１３０、及び周波数制御部５０，１４０の構成要素の一部をＭＣＵ内に統合してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１，１１１  原子発振器
１１  発光部
１２  封入部
１３  検出部
１４  波長制御部
１５  周波数制御部
１６  記憶部
１７  判定部
１８  補正部
２０  原子共鳴部
２１  レーザダイオード
２２  ガスセル
２３  光検出器
２５，２７  温度センサ
２６，２８  ヒータ
３０，１２０  温度制御部
３１  第１の温度制御回路
３２  第２の温度制御回路
４０，１３０  波長制御部
４１  第１の同期検波回路
４２  第１の低周波発振器
４３  第１の制御回路
４４  電流駆動回路
５０，１４０  周波数制御部
５１  第２の同期検波回路
５２  第２の低周波発振器
５３  第２の制御回路
５４  電圧制御水晶発振器
５５  ＰＬＬ
６１  バイアスＴ
６５  ＣＰＵ
６６  メモリ
１２１  第１のＡ／Ｄ変換器
１２２  第１のＤ／Ａ変換器
１２３  第２のＡ／Ｄ変換器
１２４  第２のＤ／Ａ変換器
１３１  第３のＡ／Ｄ変換器
１３２  第３のＤ／Ａ変換器
１３３  第１の周波数逓倍器
１４１  第４のＡ／Ｄ変換器
１４２  第４のＤ／Ａ変換器
１４３  第２の周波数逓倍器
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】特開２０１０−１６１６０８号公報
【特許文献２】米国特許第６３２０４７２号明細書
【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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