(57)【要約】【課題】低消費電力化と高い周波数安定性とを両立させることができる原子発振器を提供すること。【解決手段】原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御により水晶発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する原子発振器であって、前記原子の共鳴周波数及び前記水晶発振器の出力周波数を調整する信号を外部から受信しているときに前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御が停止される場合、前記信号に基づいて前記水晶発振器の出力周波数を調整する制御部を有することを特徴とする原子発振器により上記課題を解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御により水晶発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する原子発振器であって、
前記原子の共鳴周波数及び前記水晶発振器の出力周波数を調整する信号を外部から受信しているときに前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御が停止される場合、前記信号に基づいて前記水晶発振器の出力周波数を調整する制御部を有することを特徴とする原子発振器。
【請求項２】
前記制御部は、前記信号に基づいて、前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止するか否かを判定す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】
前記制御部は、前記信号を受信しているときに、前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止することを特徴とする請求項２に記載の原子発振器。
【請求項４】
前記制御部は、前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止しているときに前記信号を受信しなくなった場合、前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を再開することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の原子発振器。
【請求項５】
前記制御部は、前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を再開する際、前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止していた時間が所定の時間以上である場合、前記水晶発振器の出力周波数に基づいて前記共鳴周波数を調整することを特徴とする請求項４に記載の原子発振器。
【請求項６】
前記所定の時間は、前記原子発振器の周波数安定性に応じて予め定められた時間であ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】
原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御により水晶発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する原子発振器の制御方法であって、
前記原子の共鳴周波数及び前記水晶発振器の出力周波数を調整する信号を外部から受信しているときに前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御が停止される場合、前記信号に基づいて前記水晶発振器の出力周波数を調整することを特徴とする原子発振器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子発振器及び原子発振器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルカリ金属原子の超微細準位間の遷移を利用し、正確な時間を刻む原子時計（原子発振器）が知られている。原子発振器は、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御により水晶発振器の出力周波数を調整し、水晶発振器よりも高精度な周波数を安定して出力する発振器である。
【０００３】
また、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号等の高確度かつ高精度な周波数基準信号を受信し、受信した信号に基づいて出力周波数を制御することで、周波数安定性の高い周波数を出力する原子発振器が知られている。
【０００４】
ところで、原子発振器では、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御に用いられる原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ等の消費電力が大きいため、水晶発振器と比較して消費電力が大きい。また、ＧＰＳ信号等の周波数基準信号に基づいて出力周波数を制御する場合、妨害波等の外来ノイズや落雷によるアンテナ系の故障等により周波数基準信号を受信できない状態（以下「ホールドオーバ状態」という。）に陥ると、周波数安定性が低下する。
【０００５】
原子発振器の消費電力を低減する方法としては、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御に用いられる原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ等の動作を間欠的にオン・オフ（間欠動作）させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ等の動作をオフしている期間では、原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ等により電力が消費されないため、原子発振器の消費電力が小さくなる。このとき、原子発振器では原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御がオフとなり、水晶発振器が自律的に動作（自律動作）する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、低消費電力化と高い周波数安定性とを両立させる場合、上記の間欠動作を行うと共に、外部から受信した信号に基づいて原子発振器の出力周波数を制御することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、間欠動作を行うと共に、外部から受信した信号に基づいて出力周波数を制御する原子発振器では、原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ等の動作をオフにした場合、水晶発振器が自律動作する。これにより、外部から受信した信号に基づいて原子発振器の出力周波数を制御することができず、周波数安定性が低下する。
【０００８】
このため、低消費電力化と高い周波数安定性とを両立させることができる原子発振器が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の一観点によれば、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御により水晶発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する原子発振器であって、前記原子の共鳴周波数及び前記水晶発振器の出力周波数を調整する信号を外部から受信しているときに前記原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御が停止される場合、前記信号に基づいて前記水晶発振器の出力周波数を調整する制御部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
開示の原子発振器によれば、低消費電力化と高い周波数安定性とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の原子発振器の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の原子発振器の動作を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態の原子発振器の消費電力及び出力周波数を示すグラフである。
【図４】従来の原子発振器の消費電力及び出力周波数を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の原子発振器の動作を示すフローチャートである。
【図６】原子発振器及びＧＰＳ信号の周波数安定性を示すグラフである。
【図７】第２実施形態の原子発振器の消費電力及び出力周波数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（原子発振器）
本実施形態の原子発振器について、図１に基づき説明する。図１は、本実施形態の原子発振器の概略構成図である。
【００１４】
本実施形態では、原子発振器の一例としてＧＰＳ（Global Positioning System）信号に基づき出力周波数が制御されるＧＰＳ基準周波数発生器（ＧＰＳＤＯ：GPS Disciplined Oscillator）について説明する。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、原子発振器の出力周波数を調整する信号を外部から受信し、受信した信号に基づき出力周波数が制御される原子発振器であればよい。例えば、ＧＰＳＤＯに代えて、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）信号に基づき出力周波数が制御されるＧＮＳＳ基準周波数発生器（GNSS Disciplined Oscillator）であってもよい。
【００１５】
また、本実施形態では、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）方式の原子発振器を例として説明するが、これに限定されず、例えば、共鳴光とマイクロ波を利用した二重共鳴法等の他の方式の原子発振器であってもよい。
【００１６】
原子発振器は、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御により水晶発振器の出力周波数を調整し、調整された周波数を出力する発振器である。フィードバック制御は、例えば水晶発振器の出力周波数又は水晶発振器の出力周波数を逓倍した周波数が原子の共鳴周波数に一致するよう調整する制御である。
【００１７】
図１に示すように、原子発振器は、半導体レーザ１０、ガスセル２０、コイル３０、光検出器４０、検波回路５０、６０、水晶発振器７０、マイクロ波シンセサイザ８０、駆動回路９０、制御部１００を有する。半導体レーザ１０、ガスセル２０、コイル３０及び光検出器４０は、原子共鳴部を構成する。原子発振器は、半導体レーザ１０を周波数変調させることによりサイドバンドを発生させ、このサイドバンドである２つの異なる波長のレーザ光をガスセル２０に入射させる。これにより、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により変調周波数を制御するものである。
【００１８】
半導体レーザ１０は、ガスセル２０にレーザ光を照射する光源である。半導体レーザ１０としては、例えば垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いることができる。
【００１９】
ガスセル２０は、ガラス等で形成された容器内に、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属原子が封入されたものである。また、ガスセル２０の容器内には、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）等のバッファガスが封入されていてもよい。
【００２０】
コイル３０は、ガスセル２０に一様な磁界を印加することで、ガスセル２０に封入されたアルカリ金属原子をゼーマン分裂させる。
【００２１】
光検出器４０は、半導体レーザ１０によりガスセル２０に照射されたレーザ光のうち、ガスセル２０を透過した光を検出し、光の強度に応じた検出信号を出力する。光検出器４０の検出信号は検波回路５０、６０に入力される。光検出器４０としては、例えばフォトダイオードを用いることができる。
【００２２】
検波回路５０は、半導体レーザ１０の発光波長をアルカリ金属原子の励起に必要な波長（中心周波数ｆ０）に制御するための回路である。
【００２３】
水晶発振器７０は、検波回路６０の信号の大きさに応じて、出力周波数が調整される発振器である。水晶発振器７０としては、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature 
Compensated Crystal Oscillator）等の水晶発振器を用いることができる。
【００２４】
マイクロ波シンセサイザ８０は、水晶発振器７０の出力（例えば１０ＭＨｚ）をリファレンスとしてマイクロ波（周波数ｆｍ）を生成する。このマイクロ波を半導体レーザ１０の駆動回路９０に重畳することで、中心周波数ｆ０の光に加え、ｆ０±ｆｍ、ｆ０±２ｆｍ、・・・の光が発生する。ＣＰＴ現象を起こすための共鳴光対としてｆ０±ｆｍの光を用いた場合、ｆｍはアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数（共鳴周波数）の１／２に一致するようにフィードバック制御される。
【００２５】
例えば、アルカリ金属原子としてＣｓを用いた場合、共鳴周波数が９．１９２６３１７７０ＧＨｚであるので、マイクロ波の出力周波数ｆｍは４．５９６３１５８８５ＧＨｚとなるよう制御される。すなわち、マイクロ波のリファレンスとなっている水晶発振器７０の出力周波数がフィードバック制御されることになる。
【００２６】
制御部１００は、原子発振器全体の動作を制御するものであり、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）を有している。ＣＰＵは、これらの記憶領域に格納された各種のプログラム等に従って、後述の原子発振器の動作を実行する。なお、各種のプログラム等は、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよく、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶領域の所定位置にセットするようにしてもよい。
【００２７】
（原子発振器の動作）
〔第１実施形態〕
本実施形態の原子発振器の動作について、図２に基づき説明する。図２は、第１実施形態の原子発振器の動作を示すフローチャートである。
【００２８】
まず、制御部１００は、間欠動作フラグがオフであるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。間欠動作フラグとは、原子発振器に内蔵された水晶発振器が自律動作している場合にオンされ、原子発振器が共鳴周波数によりフィードバック制御されている場合にオフされるフラグである。
【００２９】
ステップＳ１０１において、間欠動作フラグがオフであると判定された場合、制御部１００は、ＧＰＳから配信される周波数基準信号（以下「ＧＰＳ信号」ともいう。）を受信しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ＧＰＳ信号を受信しているか否かの判定は、例えば、外部から受信した１Ｈｚのパルス信号である１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号の有無によって行ってもよく、別途設けたＧＰＳアンテナ等を用いて行ってもよい。
【００３０】
ステップＳ１０２において、ＧＰＳ信号を受信していると判定された場合、制御部１００は、ＧＰＳ信号の周波数調整量に応じて共鳴周波数を変更する（ステップＳ１０３）。共鳴周波数を変更する方法としては、半導体レーザ１０の光強度、コイル３０によりガスセル２０に印加される磁界、マイクロ波シンセサイザ８０により出力されるマイクロ波の出力レベル等を変更する方法が挙げられる。また、マイクロ波シンセサイザ８０の逓倍比を変化させることで、フィードバック制御の目標値からずらすようにして調整することも可能である。また、ずれ量がゼロになるようにフィードバック制御を行うのではなく、ずれ量の目標値を調整することで、原子発振器の出力周波数を調整することも可能である。続いて、制御部１００は、共鳴周波数と水晶発振器７０の出力周波数との間のずれ量を検波回路６０により算出する（ステップＳ１０４）。
【００３１】
ステップＳ１０２において、ＧＰＳ信号を受信していないと判定された場合、制御部１００は、共鳴周波数を変更することなく、共鳴周波数と水晶発振器７０の出力周波数との間のずれ量を検波回路６０により算出する（ステップＳ１０４）。
【００３２】
続いて、制御部１００は、ステップＳ１０４で算出されたずれ量を補正するように水晶発振器７０の出力周波数を調整し（ステップＳ１０５）、動作を終了する。
【００３３】
ステップＳ１０１において、間欠動作フラグがオンであると判定された場合、制御部１００は、ＧＰＳ信号を受信しているか否かを判定する（ステップＳ１１１）。
【００３４】
ステップＳ１１１において、ＧＰＳ信号を受信していると判定された場合、制御部１００は、ＧＰＳ信号の周波数調整量に応じて水晶発振器の出力周波数を調整し（ステップＳ１１２）、動作を終了する。水晶発振器の出力周波数は、例えば、１ＰＰＳ信号で同期を取りながら調整される。１ＰＰＳ信号で同期を取りながら周波数を調整する場合、ＧＰＳから出力される１ＰＰＳ信号と原子発振器の出力周波数をもとに生成した１ＰＰＳ信号との間の位相差を検出器により測定し、位相差がゼロとなるように水晶発振器の出力周波数を調整する。なお、検出器は、原子発振器の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。
【００３５】
ステップＳ１１１において、ＧＰＳ信号を受信していないと判定された場合、制御部１００は、水晶発振器の出力周波数を調整することなく、動作を終了する。
【００３６】
以上により、原子発振器の動作が実行される。なお、制御部１００による原子発振器の動作は、原子発振器の電源がオンされている限り繰り返し行われてもよく、所定の条件を満たす限り繰り返し行われてもよい。
【００３７】
また、間欠動作フラグのオン／オフを切り替えるタイミングは、特に限定されないが、一定周期で切り替えるように制御してもよく、任意のタイミングで切り替えるように制御してもよい。しかしながら、ＧＰＳ信号を受信しているときに間欠動作フラグをオンに切り替え、ＧＰＳ信号を受信していないときに間欠動作フラグをオフに切り替えることが好ましい。
【００３８】
以下、ＧＰＳ信号を受信しているときに間欠動作フラグをオンに切り替え、ＧＰＳ信号を受信していないときに間欠動作フラグをオフに切り替えることが好ましい理由について、図３に基づき説明する。図３は、第１実施形態の原子発振器の消費電力及び出力周波数を示すグラフである。図３（ａ）は経過時間と消費電力との関係を示し、図３（ｂ）は経過時間と出力周波数との関係を示している。
【００３９】
図３（ａ）及び図３（ｂ）における時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの期間は、ＧＰＳ信号を受信しているときに間欠動作フラグをオンに切り替えた場合の消費電力及び出力周波数を示している。このとき、高い周波数安定性を維持した状態で消費電力を低減させることができる。これは、ＧＰＳ信号を受信している場合、受信したＧＰＳ信号の周波数調整量に応じて水晶発振器の出力周波数が調整されるので、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止し、原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ等の動作を停止できるためである。
【００４０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）における時刻ｔ３２以降の期間は、ＧＰＳ信号を受信していないとき（ホールドオーバ状態）に間欠動作フラグをオフに切り替えた場合の消費電力及び出力周波数を示している。このとき、共鳴周波数により水晶発振器の出力周波数がフィードバック制御されるので、水晶発振器が自律動作している場合よりも高い周波数安定性を得ることができる。これは、ＧＰＳ信号を受信していない場合、すなわち、ホールドオーバ状態の場合、共鳴周波数により水晶発振器の出力周波数がフィードバック制御されるためである。なお、消費電力を更に低減させたい場合には、ＧＰＳ信号を受信していないときに間欠動作フラグを定期的にオンに切り替えてもよい。
【００４１】
また、ＧＰＳＤＯに内蔵される発振器は、ＧＰＳ信号と比較して長期の周波数安定性が劣ることが多い。そのため、ＧＰＳ信号を受信している場合であっても、間欠動作フラグをオンにする期間が長くならないように定期的に間欠動作フラグをオフにして、ＧＰＳ信号に基づいて共鳴周波数を変更することが好ましい。
【００４２】
次に、本実施形態の原子発振器の比較のために、本実施形態の制御部１００を備えていない原子発振器の場合について、図４に基づき説明する。図４は、従来の原子発振器の消費電力及び出力周波数を示すグラフである。図４（ａ）は経過時間と消費電力との関係を示し、図４（ｂ）は経過時間と出力周波数との関係を示している。
【００４３】
従来の原子発振器では、ＧＰＳ信号を受信しているときに間欠動作フラグをオンに切り替えた場合、水晶発振器が自律動作し、受信したＧＰＳ信号の周波数調整量に基づいて水晶発振器の出力周波数を制御することができない。このため、原子発振器の出力周波数が変動する。図４（ｂ）では、原子発振器の出力周波数が時間と共に低くなっている。
【００４４】
そこで、原子発振器の出力周波数の変動を抑制するために、ＧＰＳ信号を受信しているときに間欠動作フラグをオフに切り替えて、共鳴周波数により水晶発振器の出力周波数をフィードバック制御することが考えられる。しかしながら、この場合、原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ等を動作させる必要があるため、消費電力が大きくなる。
【００４５】
このように、従来の原子発振器では、低消費電力化と高い周波数安定性とを両立することが困難である。
【００４６】
以上に説明したように、本実施形態の原子発振器は、ＧＰＳ信号を受信しているときに原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御が停止される場合、ＧＰＳ信号の周波数調整量に基づいて水晶発振器の出力周波数を調整する制御部１００を有する。これにより、消費電力を低減することができる。また、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御が停止される場合であっても水晶発振器よりも高い周波数安定性を得ることができる。すなわち、低消費電力化と高い周波数安定性とを両立させることができる。
【００４７】
〔第２実施形態〕
原子発振器の動作の他の例について、図５に基づき説明する。図５は、第２実施形態の原子発振器の動作を示すフローチャートである。
【００４８】
第２実施形態では、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御が停止している状態から原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を再開する際、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止していた時間が所定の時間以上である場合、水晶発振器の出力周波数に基づいて共鳴周波数を調整する点で、第１実施形態と異なる。
【００４９】
まず、制御部１００は、間欠動作フラグがオフであるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。
【００５０】
ステップＳ２０１において、間欠動作フラグがオフであると判定された場合、制御部１００は、ＧＰＳ信号を受信しているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。
【００５１】
ステップＳ２０２において、ＧＰＳ信号を受信していると判定された場合、制御部１００は、ＧＰＳ信号の周波数調整量に応じて共鳴周波数を変更する（ステップＳ２０３）。続いて、制御部１００は、共鳴周波数と水晶発振器７０の出力周波数との間のずれ量を検波回路６０により算出する（ステップＳ２０４）。
【００５２】
ステップＳ２０２において、ＧＰＳ信号を受信していないと判定された場合、制御部１００は、共鳴周波数を変更することなく、共鳴周波数と水晶発振器７０の出力周波数との間のずれ量を検波回路６０により算出する（ステップＳ２０４）。
【００５３】
続いて、制御部１００は、制御フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。制御フラグとは、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止していた時間が所定の時間未満である場合にオンされ、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止していた時間が所定の時間以上である場合にオフされるフラグである。
【００５４】
所定の時間は、例えば、原子発振器の周波数安定性に応じて定められる。図６は、原子発振器及びＧＰＳ信号の周波数安定性を示すグラフであり、横軸は平均化時間τ［ｓ］を表し、縦軸はアラン分散σ（τ）を表している。多くの原子発振器では、ＧＰＳ信号に対し短期の周波数安定性は優れているが、長期の周波数安定性は劣っている。よって、アラン分散で表したとき、原子発振器のアラン分散とＧＰＳ信号のアラン分散とが交わる（一致する）箇所がある。
【００５５】
図６に示した原子発振器の場合、原子発振器のアラン分散（図６中、破線で示す）とＧＰＳ信号のアラン分散（図６中、実線で示す）とが約６０００［ｓ］で交差しており、周波数安定性は約６０００［ｓ］より短い時間では原子発振器の方が優れ、約６０００［ｓ］より長い時間ではＧＰＳ信号の方が優れていることとなる。したがって、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止していた時間が約６０００［ｓ］より長い場合、制御フラグをオフとして原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を再開する際に、水晶発振器７０の出力周波数に基づいて共鳴周波数を調整することが望ましい。
【００５６】
ステップＳ２０５において、制御フラグがオンであると判定された場合、制御部１００は、ステップＳ２０４で算出されたずれ量を補正するように水晶発振器７０の出力周波数を調整し（ステップＳ２０６）、動作を終了する。
【００５７】
ステップＳ２０５において、制御フラグがオフであると判定された場合、制御部１００は、ステップＳ２０４で算出されたずれ量を補正するように共鳴周波数を変更し（ステップＳ２０７）、動作を終了する。
【００５８】
ステップＳ２０１において、間欠動作フラグがオンであると判定された場合、制御部１００は、ＧＰＳ信号を受信しているか否かを判定する（ステップＳ２１１）。
【００５９】
ステップＳ２１１において、ＧＰＳ信号を受信していると判定された場合、制御部１００は、ＧＰＳ信号の周波数調整量に応じて水晶発振器の出力周波数を調整し（ステップＳ２１２）、動作を終了する。
【００６０】
ステップＳ２１１において、ＧＰＳ信号を受信していないと判定された場合、制御部１００は、水晶発振器の出力周波数を調整することなく、動作を終了する。
【００６１】
以上により、原子発振器の動作が実行される。なお、制御部１００による原子発振器の動作は、原子発振器の電源がオンされている限り繰り返し行われてもよく、所定の条件を満たす限り繰り返し行われてもよい。
【００６２】
また、間欠動作フラグのオン／オフを切り替えるタイミングは、特に限定されないが、一定周期で切り替えるように制御してもよく、任意のタイミングで切り替えるように制御してもよい。しかしながら、ＧＰＳ信号を受信しているときに間欠動作フラグをオンに切り替え、ＧＰＳ信号を受信していないときに間欠動作フラグをオフに切り替えることが好ましい。
【００６３】
以下、ＧＰＳ信号を受信しているときに間欠動作フラグをオンに切り替え、ＧＰＳ信号を受信していないときに間欠動作フラグをオフに切り替えることが好ましい理由について、図７に基づき説明する。図７は、第２実施形態の原子発振器の消費電力及び出力周波数を示すグラフである。図７（ａ）は経過時間と消費電力との関係を示し、図７（ｂ）は経過時間と出力周波数との関係を示している。
【００６４】
図７（ａ）及び図７（ｂ）における時刻ｔ６１から時刻ｔ６２までの期間は、ＧＰＳ信号を受信しているときに間欠動作フラグをオンに切り替えた場合の消費電力及び出力周波数を示している。このとき、高い周波数安定性を維持した状態で消費電力を低減させることができる。これは、ＧＰＳ信号を受信している場合、受信したＧＰＳ信号の周波数調整量に応じて水晶発振器の出力周波数が調整されるので、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止し、原子共鳴部やマイクロ波シンセサイザ等の動作を停止できるためである。
【００６５】
図７（ａ）及び図７（ｂ）における時刻ｔ６２以降の期間は、ＧＰＳ信号を受信していないときに間欠動作フラグをオフに切り替えた場合の消費電力及び出力周波数を示している。このとき、共鳴周波数により水晶発振器の出力周波数がフィードバック制御されるので、水晶発振器が自律動作している場合よりも高い周波数安定性を得ることができる。これは、ＧＰＳ信号を受信していない場合、すなわち、ホールドオーバ状態の場合、共鳴周波数により水晶発振器の出力周波数がフィードバック制御されるためである。
【００６６】
また、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止していた時間が所定の時間以上である場合、制御フラグがオフされ、水晶発振器の出力周波数に基づいて共鳴周波数が調整される。このため、外部から受信した周波数調整の信号に基づいて水晶発振器の出力周波数が調整されている状態からホールドオーバ状態に移行するタイミングで原子発振器の出力周波数が大きく変動することを抑制できる。
【００６７】
また、共鳴周波数のずれ量が所定の周波数以下になった場合、制御フラグをオンに戻すことが好ましい。これにより、水晶発振器が自律動作する状態が継続することによる出力周波数の変動を抑制することができる。なお、共鳴周波数のずれ量が所定の周波数以下になるのに要する時間は例えば１０分程度と短いため、制御フラグがオフされている期間に原子発振器の出力周波数が大きく変動することはない。
【００６８】
以上に説明したように、第２実施形態の原子発振器は、ＧＰＳ信号を受信しているときに原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御が停止される場合、ＧＰＳ信号の周波数調整量に基づいて水晶発振器の出力周波数を調整する制御部を有する。これにより、第１実施形態と同様に、低消費電力化と高い周波数安定性とを両立させることができる。
【００６９】
特に第２実施形態では、制御部１００により、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止していた時間が所定の時間以上である場合、水晶発振器の出力周波数に基づいて共鳴周波数が調整される。これにより、原子の共鳴周波数を用いたフィードバック制御を停止しているときにＧＰＳ信号を受信しなくなった場合であっても、原子発振器の出力周波数の変動を抑制することができる。すなわち、ホールドオーバ状態においても、低消費電力化と高い周波数安定性とを両立することができる。
【００７０】
以上、原子発振器及び原子発振器の制御方法を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０        半導体レーザ
２０        ガスセル
３０        コイル
４０        光検出器
５０、６０  検波回路
７０        水晶発振器
８０        マイクロ波シンセサイザ
９０        駆動回路
１００      制御部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７２】
【特許文献１】特開２０１０−１８３３２３号公報
【図１】
2017118276.tif 000003
【図２】
2017118276.tif 000004
【図３】
2017118276.tif 000005
【図４】
2017118276.tif 000006
【図５】
2017118276.tif 000007
【図６】
2017118276.tif 000008
【図７】
2017118276.tif 000009