JP7659985B2 - Atomic oscillator and frequency signal generating system - Google Patents
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Description
本発明は、原子発振器及び周波数信号生成システムに関する。 The present invention relates to an atomic oscillator and a frequency signal generating system.
長期的に高精度な発振特性を有する発振器として、ルビジウム、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。
例えば特許文献1では、原子発振器における光源の波長を制御するために、光源の光量に基づいて、光源の温度を制御し安定な発振周波数を出力している。
Atomic oscillators that oscillate based on the energy transition of alkali metal atoms such as rubidium and cesium are known as oscillators that have high-precision oscillation characteristics over a long period of time.
For example, in
しかしながら、特許文献1に記載の原子発振器は、光源の光量を制御することができないため、光源の光量もしくはアルカリ金属原子が収容された原子セルの温度変化に伴い光量が変化した場合、原子セルへの入射光量が変化し、シュタルクシフトと呼ばれる周波数の変化が生じ、安定な発振周波数を出力することができないという課題があった。
However, the atomic oscillator described in
原子発振器は、発光素子と、前記発光素子からの光が入射され、アルカリ金属原子が収容される原子セルと、前記発光素子から出射して前記原子セルに入射する前の光を検出する、又は、前記発光素子から出射して前記原子セルを透過した光を検出することにより、第1光量信号を出力する第1光検出素子と、前記原子セルを透過した光を検出することにより、第2光量信号を出力する第2光検出素子と、前記原子セルの温度を検出する温度検出素子と、前記第1光量信号及び前記温度検出素子の出力する温度信号に応じて前記発光素子に出力するバイアス電流を制御するバイアス電流制御回路と、発振信号及び前記バイアス電流を変調する変調信号を出力する発振器と、前記第2光量信号を、前記発振信号を用いて検波し、検波信号を出力する検波回路と、前記検波信号に応じて前記発光素子の温度を制御する温度制御回路と、を備える。 The atomic oscillator includes a light-emitting element, an atomic cell into which light from the light-emitting element is incident and in which alkali metal atoms are accommodated, a first light detection element that detects the light emitted from the light-emitting element before it enters the atomic cell, or detects the light emitted from the light-emitting element and transmitted through the atomic cell, thereby outputting a first light amount signal, a second light detection element that detects the light transmitted through the atomic cell, thereby outputting a second light amount signal, a temperature detection element that detects the temperature of the atomic cell, a bias current control circuit that controls the bias current output to the light-emitting element in response to the first light amount signal and the temperature signal output from the temperature detection element, an oscillator that outputs an oscillation signal and a modulation signal that modulates the bias current, a detection circuit that detects the second light amount signal using the oscillation signal and outputs a detection signal, and a temperature control circuit that controls the temperature of the light-emitting element in response to the detection signal.
周波数信号生成システムは、原子発振器と、前記原子発振器からの周波数信号を処理する処理部と、を含み、前記原子発振器は、発光素子と、前記発光素子からの光が入射され、アルカリ金属原子が収容される原子セルと、前記発光素子から出射して前記原子セルに入射する前の光を検出する、又は、前記発光素子から出射して前記原子セルを透過した光を検出することにより、第1光量信号を出力する第1光検出素子と、前記原子セルを透過した光を検出することにより、第2光量信号を出力する第2光検出素子と、前記原子セルの温度を検出する温度検出素子と、前記第1光量信号及び前記温度検出素子の出力する温度信号に応じて前記発光素子に出力するバイアス電流を制御するバイアス電流制御回路と、発振信号及び前記バイアス電流を変調する変調信号を出力する発振器と、前記第2光量信号を、前記発振信号を用いて検波し、検波信号を出力する検波回路と、前記検波信号に応じて前記発光素子の温度を制御する温度制御回路と、を備える。 The frequency signal generating system includes an atomic oscillator and a processing unit that processes a frequency signal from the atomic oscillator. The atomic oscillator includes a light emitting element, an atomic cell that receives light from the light emitting element and contains alkali metal atoms, a first light detection element that detects light emitted from the light emitting element before it enters the atomic cell, or detects light emitted from the light emitting element and transmitted through the atomic cell, thereby outputting a first light amount signal, a second light detection element that detects light that has transmitted through the atomic cell, thereby outputting a second light amount signal, a temperature detection element that detects the temperature of the atomic cell, a bias current control circuit that controls the bias current output to the light emitting element in response to the first light amount signal and the temperature signal output from the temperature detection element, an oscillator that outputs an oscillation signal and a modulation signal that modulates the bias current, a detection circuit that detects the second light amount signal using the oscillation signal and outputs a detection signal, and a temperature control circuit that controls the temperature of the light emitting element in response to the detection signal.
1.第1実施形態
先ず、第1実施形態に係る原子発振器1について、図1を参照して説明する。
1. First Embodiment First, an
本実施形態に係る原子発振器1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、本実施形態に係る原子発振器1は、光及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。
The
原子発振器1は、図1に示すように、発光素子10と、光学系ユニット20と、原子セルユニット30と、検波回路42と、温度制御回路45と、発振器46と、バイアス電流制御回路47と、を含む。
As shown in FIG. 1, the
発光素子10は、周波数の異なる2種の光を含んでいる直線偏光の光Lを出射する。発光素子10は、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)などである。
The light-emitting
光学系ユニット20は、発光素子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。
The
減光フィルター21は、発光素子10から出射された光Lの強度を減少させる。レンズ22は、光Lの放射角度を調整する。具体的には、レンズ22は、光Lを平行光にする。1/4波長板23は、光L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。
The
原子セルユニット30は、原子セル31と、第1光検出素子32と、第2光検出素子33と、温度検出素子34と、を有している。
The
原子セル31は、発光素子10から出射される光Lを透過する。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10から出射された光Lが減光フィルター21、レンズ22、及び1/4波長板23を介して入射する。
The
第1光検出素子32は、発光素子10から出射され、原子セル31に入射する前の光Lを受光し、第1光量信号L1を出力する。第1光検出素子32は、例えば、フォトダイオードである。
The first
第2光検出素子33は、原子セル31を透過した光Lを受光し、第2光量信号L2を出力する。第2光検出素子33は、例えば、フォトダイオードである。
The second light detection element 33 receives the light L that has passed through the
温度検出素子34は、原子セル31の温度を検出し、温度信号Tを出力する。温度検出素子34は、例えば、サーミスタや熱電対等である。尚、温度検出素子34は、原子セル31の温度変化に対する時定数が小さくなるように、原子セル31の近傍に配置されている。
The
尚、原子セル31の外部には、図示しないコイルが設けられている。コイルにより、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。
In addition, a coil (not shown) is provided outside the
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が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1の発振特性を向上させることができる。
When an alkali metal atom is irradiated with a circularly polarized resonant light pair in a state where the alkali metal atom has undergone Zeeman splitting, the number of alkali metal atoms at the desired energy level among the multiple levels at which the alkali metal atom has undergone Zeeman splitting becomes relatively large compared to the number of alkali metal atoms at other energy levels. Therefore, the number of atoms that exhibit the desired EIT phenomenon increases, and the desired EIT signal becomes larger. As a result, the oscillation characteristics of the
検波回路42は、増幅回路41を介して、第2光検出素子33から出力された第2光量信号L2を、発振器46が出力する発振信号Fを用いて検波する。
The
温度制御回路45は、積分アンプ43及びループフィルター44を介して、検波回路42から出力された検波信号Sに応じて、発光素子10の温度を制御する。より具体的には、温度制御回路45は、発光素子10の温度を制御することで、発光素子10から出射される光Lの波長を制御する。
The
発振器46は、第2光検出素子33から出力された第2光量信号L2を検波するための発振信号Fと、発光素子10から出射される光Lの光量を制御するためのバイアス電流を変調する変調信号Mと、を出力する。
The
バイアス電流制御回路47は、温度検出素子34から出力された温度信号Tに応じて、第1光量信号L1又は第2光量信号L2を温特補正した温特補正光量値L3を計算し、温特補正光量値L3の経時的な変化を推定するために直線近似により光量推定値L4を計算し、温特補正光量値L3と光量推定値L4との光量差を求め、光量差が閾値を超えた場合に、光量差に基づいて、発光素子10に出力するバイアス電流を制御する。より具体的には、バイアス電流制御回路47は、電圧生成部50において、生成した光量推定値L4と温特補正光量値L3との光量差となる電流制御信号Vに基づいて、電流制御信号Vが零となるようにバイアス電流を制御することで、発光素子10から出射される光Lの光量を制御する。
The bias
尚、本実施形態では、第1光検出素子32から出力された第1光量信号L1と第2光検出素子33から出力された第2光量信号L2とを信号選択部51において、どちらか1つの光量信号を選択し、比較判定部54で、算出された光量推定値L4と温特補正光量値L3とを比較し、光量推定値L4と温特補正光量値L3との光量差を算出している。
In this embodiment, the
また、光量推定部53において、温特補正部52で算出された温特補正光量値L3の経時的な変化を推定するために、最小二乗法により算出した近似直線を用いて光量推定値L4を計算し、比較判定部54で、算出された光量推定値L4と温特補正光量値L3とを比較し、光量推定値L4と温特補正光量値L3との光量差が閾値を超えていると判定した場合に、光量差を電流制御信号Vとして出力する。
In addition, in order to estimate the change over time of the temperature characteristic corrected light amount value L3 calculated by the temperature
尚、本実施形態では、光量推定値L4を計算するための近似直線を算出する複数の温特補正光量値L3は、所定の時間に計算された複数の温特補正光量値L3の平均値を用いている。 In this embodiment, the multiple temperature characteristic corrected light intensity values L3 used to calculate the approximate straight line for calculating the light intensity estimate value L4 are the average value of multiple temperature characteristic corrected light intensity values L3 calculated at a specified time.
次に、発光素子10から出射される光Lの波長及び光量を制御する方法について、図2~図6を参照して詳細に説明する。
発光素子10から出射される光Lの波長及び光量は、発光素子10の温度と発光素子10に印加するバイアス電流とを制御することによって、制御することができる。温度及びバイアス電流のそれぞれの光量感度は、バイアス電流の方が波長あたりの光量感度が温度に対して数十倍高い。そのため、光量飛びを補正するには、光量感度の高いバイアス電流が適しており、波長を制御するには、光量感度の低い温度が適している。
Next, a method for controlling the wavelength and amount of light L emitted from the
The wavelength and light quantity of the light L emitted from the
また、光Lの光量は、温度に対して、図2に示すように、温度上昇と共に電圧に換算した光量も上昇する温度特性を有している。そのため、温度変化に伴う光量変化が光量飛びとみなす可能性があるため、光量の温特補正を行う必要がある。尚、光量の電圧値が大きくなるほど、光Lは暗くなる。 The amount of light L has a temperature characteristic in which the amount of light converted into voltage increases with increasing temperature, as shown in Figure 2. Therefore, since changes in the amount of light caused by temperature changes may be regarded as light amount skips, it is necessary to perform temperature characteristic correction for the amount of light. Furthermore, the greater the voltage value of the amount of light, the darker the light L becomes.
先ず、光量の温特補正に必要な温特補正光量は、図3の光量の温特補正テーブルに基づいて、計測した温度である温度信号Tに対する光量値を計算し、温度信号Tに応じて第1光量信号L1又は第2光量信号L2を温特補正した温特補正光量値L3として算出する。尚、図3の温特補正テーブルの数値は、電圧として出力される温度信号T及び温特補正光量値L3をAD変換した数値である。また、光Lの光量の温度特性は、図4に示すように、温度上昇時と温度下降時の特性が異なるヒステリシスを有しているため、光量の温特補正テーブルは、温度上昇時と温度下降時とのヒステリシス中心値を用いて生成している。また、光量値をAD変換した数値が小さいほど、光Lが暗くなる。 First, the temperature characteristic corrected light amount required for the temperature characteristic correction of the light amount is calculated based on the temperature characteristic correction table of the light amount in FIG. 3, and the light amount value for the temperature signal T, which is the measured temperature, is calculated as the temperature characteristic corrected light amount value L3 obtained by correcting the first light amount signal L1 or the second light amount signal L2 according to the temperature signal T. The values in the temperature characteristic correction table in FIG. 3 are values obtained by AD converting the temperature signal T and the temperature characteristic corrected light amount value L3 output as a voltage. In addition, as shown in FIG. 4, the temperature characteristic of the light amount of the light L has a hysteresis with different characteristics when the temperature rises and when the temperature falls, so the temperature characteristic correction table of the light amount is generated using the hysteresis center value when the temperature rises and when the temperature falls. In addition, the smaller the value obtained by AD converting the light amount value, the darker the light L becomes.
図5に示すように、例えば、温度信号Tが48℃と50℃との間であった場合、48℃の値と50℃の値とで近似直線を求め、温特補正光量値L3を計算する。尚、25℃の値と48℃の値との差をΔ1とし、48℃の値と計算で求めた温特補正光量値L3との差をΔ2とし、Δ1+Δ2を25℃の値を基準とした温特補正光量値としても構わない。 As shown in FIG. 5, for example, if the temperature signal T is between 48°C and 50°C, an approximate straight line is found between the values of 48°C and 50°C, and the temperature characteristic correction light amount value L3 is calculated. Note that the difference between the values of 25°C and 48°C is Δ1, the difference between the value of 48°C and the calculated temperature characteristic correction light amount value L3 is Δ2, and Δ1 + Δ2 may be the temperature characteristic correction light amount value based on the value of 25°C.
次に、光量の温特補正に必要な光量推定値L4は、図6に示すように、例えば、6時間ごとに、所定の時間に計算された複数の温特補正光量値L3の平均値P0~P31から最小二乗法によって求められた近似直線を用いて、計算する。より詳細には、近似直線を算出するデータは、32個のデータを1セットとし、この1セットは、最初の4データ(P0~P3)から算出した近似直線の傾き、最初の8データ(P0~P7)から算出した近似直線の傾き、最初の12データ(P0~P11)から算出した近似直線の傾き、最初の16データ(P0~P15)から算出した近似直線の傾き、全32データ(P0~P31)から算出した近似直線の傾き、の5つの傾きを算出する。この5つの傾きの中で、最小の傾きを光量飛びの発生していない状態での変化量とする。但し、32個のデータ取得が終了するまでは、取得できている傾きの中で、最小の傾きを光量飛びの発生していない状態での変化量とする。従って、最小の傾きを有する近似直線を用いて光量推定値L4を算出する。 Next, the light quantity estimation value L4 required for the temperature characteristic correction of the light quantity is calculated using an approximate straight line obtained by the least square method from the average values P0 to P31 of the multiple temperature characteristic correction light quantity values L3 calculated at a predetermined time, for example, every 6 hours, as shown in Figure 6. More specifically, the data for calculating the approximate straight line is 32 data as one set, and five slopes are calculated for this one set: the slope of the approximate straight line calculated from the first 4 data (P0 to P3), the slope of the approximate straight line calculated from the first 8 data (P0 to P7), the slope of the approximate straight line calculated from the first 12 data (P0 to P11), the slope of the approximate straight line calculated from the first 16 data (P0 to P15), and the slope of the approximate straight line calculated from all 32 data (P0 to P31). Among these five slopes, the smallest slope is the amount of change in a state where no light quantity jump occurs. However, until 32 pieces of data have been acquired, the smallest slope among the slopes that have been acquired is used as the amount of change without any light quantity jumps. Therefore, the light quantity estimation value L4 is calculated using the approximation line with the smallest slope.
その後、算出された光量推定値L4と、選択された第1光量信号L1又は第2光量信号L2を温特補正した温特補正光量値L3とを比較し、光量推定値L4と温特補正光量値L3との光量差が閾値を超えていると判定した場合に、光量差から電流制御信号Vを生成する。この電流制御信号Vを用いてバイアス電流を制御することにより、原子セル31の周囲の温度変化による光量変化を補正することができる。
Thereafter, the calculated light intensity estimate value L4 is compared with a temperature characteristic corrected light intensity value L3 obtained by performing temperature characteristic correction on the selected first light intensity signal L1 or second light intensity signal L2, and if it is determined that the light intensity difference between the light intensity estimate value L4 and the temperature characteristic corrected light intensity value L3 exceeds a threshold, a current control signal V is generated from the light intensity difference. By controlling the bias current using this current control signal V, it is possible to correct the change in light intensity caused by the change in temperature around the
尚、バイアス電流変化による波長変化については、光量感度の低い温度波長制御ループによって吸収する。 In addition, wavelength changes caused by bias current changes are absorbed by a temperature wavelength control loop that has low sensitivity to light intensity.
以上述べたように本実施形態の原子発振器1は、原子セル31の温度を検出した温度信号Tに応じて温特補正光量値L3を計算し、複数の温特補正光量値L3から計算された光量推定値L4と温特補正光量値L3との光量差を求め、光量差が閾値を超えた場合に、光量差に基づいて、発光素子10に出力するバイアス電流を制御するので、発光素子10の出射する光Lの光量を制御することができる。そのため、原子セル31の温度変化に伴う光Lの光量飛びによる周波数変化を生じ難くすることができ、安定な発振周波数を出力することができる。
As described above, the
2.第2実施形態
次に、第2実施形態に係る原子発振器1aについて、図7を参照して説明する。
2. Second Embodiment Next, an
本実施形態の原子発振器1aは、第1実施形態の原子発振器1に比べ、光量補正機能を第1光量信号L1及び温度信号Tで行っていること以外は、第1実施形態の原子発振器1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。
The
原子発振器1aは、図7に示すように、第1光検出素子32から出力された第1光量信号L1及び温度検出素子34から出力された温度信号Tに応じて、発光素子10に出力するバイアス電流を制御し、発光素子10から出射される光Lの光量を制御している。より具体的には、バイアス電流制御回路47は、電圧生成部50aにおいて、温度信号Tに応じて光量推定値L4を算出し、光量推定値L4と温特補正光量値L3との光量差が閾値を超えていると判定した場合に、光量差から生成された電流制御信号Vに基づいて、電流制御信号Vが零となるようにバイアス電流を制御する。
7, the
このような構成とすることで、第1実施形態の原子発振器1と同様の効果を得ることができる。
By adopting such a configuration, it is possible to obtain the same effect as the
3.第3実施形態
次に、第3実施形態に係る原子発振器1bについて、図8を参照して説明する。
3. Third Embodiment Next, an
本実施形態の原子発振器1bは、第1実施形態の原子発振器1に比べ、光量補正機能を光量信号L5及び温度信号Tで行っていること以外は、第1実施形態の原子発振器1と同様である。なお、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項は同じ符号を付してその説明を省略する。
The
原子発振器1bは、図8に示すように、発光素子10から出射して原子セル31を透過した光Lを検出し、光検出素子33bから出力された光量信号L5と、温度検出素子34から出力された温度信号Tと、に応じて、発光素子10に出力するバイアス電流を制御し、発光素子10から出射される光Lの光量を制御している。より具体的には、バイアス電流制御回路47は、電圧生成部50bにおいて、温度信号Tに応じて光量推定値L4を算出し、光量推定値L4と温特補正光量値L3との光量差が閾値を超えていると判定した場合に、光量差から生成された電流制御信号Vに基づいて、電流制御信号Vが零となるようにバイアス電流を制御する。
尚、本実施形態における光検出素子33bは、第1実施形態における第1光検出素子32及び第2光検出素子33を、1つの光検出素子として構成している。
8, the
In addition, the
このような構成とすることで、第1実施形態の原子発振器1と同様の効果を得ることができる。
By adopting such a configuration, it is possible to obtain the same effect as the
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としてクロック伝送システム(タイミングサーバー)90を一例に挙げ、図9を参照して説明する。
4. Fourth Embodiment Next, a clock transmission system (timing server) 90 will be described as an example of a frequency signal generating system according to a fourth embodiment with reference to FIG.
クロック伝送システム90は、本実施形態に係る原子発振器1~1bを含む。以下では、一例として、原子発振器1を含むクロック伝送システム90について説明する。
The
クロック伝送システム90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)系及びE(Emergency)系の冗長構成を有するシステムである。
The
クロック伝送システム90は、図9に示すように、A局が有する上位であり、N系のクロック供給装置901及びSDH(Synchronous Digital Hierarchy)装置902と、B局が有する上位であり、E系のクロック供給装置903及びSDH装置904と、C局が有する下位のクロック供給装置905及び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1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1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。なお、クロック供給装置901,903は、原子発振器1からの周波数信号を処理する処理部に相当する。
As shown in FIG. 9, the
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1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1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。
The
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。
The
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局又はB局の装置と同期させることができる。
The
本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90に限定されない。周波数信号生成システムは、原子発振器1が搭載され、原子発振器1の周波数信号を利用する各種の装置及び複数の装置から構成されるシステムを含む。
The frequency signal generation system according to this embodiment is not limited to the
本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、液体吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、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(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)、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(例えば、自動車、航空機、船舶の計器類)、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(自動車、航空機、船舶等)であってもよい。 The frequency signal generating system according to this embodiment may be, for example, a smartphone, a tablet terminal, a watch, a mobile phone, a digital still camera, a liquid ejection device (e.g., an inkjet printer), a personal computer, a television, a video camera, a video tape recorder, a car navigation device, a pager, an electronic organizer, an electronic dictionary, a calculator, an electronic game device, a word processor, a workstation, a videophone, a security television monitor, an electronic binoculars, a POS (point of sales) terminal, a medical device (e.g., an electronic thermometer, a blood pressure monitor, a blood glucose meter, an electrocardiogram measuring device, an ultrasonic diagnostic device, an electronic endoscope, a magnetocardiograph), a fish finder, a GNSS (Global Navigation Satellite System) frequency standard, various measuring instruments, instruments (e.g., instruments in automobiles, aircraft, ships), a flight simulator, a terrestrial digital broadcasting system, a mobile phone base station, a moving object (automobiles, aircraft, ships, etc.).
1,1a,1b…原子発振器、10…発光素子、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、30…原子セルユニット、31…原子セル、32…第1光検出素子、33…第2光検出素子、34…温度検出素子、41…増幅回路、42…検波回路、43…積分アンプ、44…ループフィルター、45…温度制御回路、46…発振器、47…バイアス電流制御回路、50…電圧生成部、51…信号選択部、52…温特補正部、53…光量推定部、54…比較判定部、90…周波数信号生成システムとしてのクロック伝送システム、F…発振信号、M…変調信号、L…光、L1…第1光量信号、L2…第2光量信号、L3…温特補正光量値、L4…光量推定値、L5…光量信号、S…検波信号、T…温度信号、V…電流制御信号。 1, 1a, 1b... atomic oscillator, 10... light emitting element, 20... optical system unit, 21... neutral density filter, 22... lens, 23... quarter-wave plate, 30... atomic cell unit, 31... atomic cell, 32... first photodetector, 33... second photodetector, 34... temperature detector, 41... amplifier circuit, 42... detector circuit, 43... integral amplifier, 44... loop filter, 45... temperature control circuit, 46... oscillator, 47... bipolar transistor Asphalt current control circuit, 50...voltage generation section, 51...signal selection section, 52...temperature characteristic correction section, 53...light intensity estimation section, 54...comparison and judgment section, 90...clock transmission system as frequency signal generation system, F...oscillation signal, M...modulation signal, L...light, L1...first light intensity signal, L2...second light intensity signal, L3...temperature characteristic corrected light intensity value, L4...light intensity estimation value, L5...light intensity signal, S...detection signal, T...temperature signal, V...current control signal.
Claims (8)
前記発光素子からの光が入射され、アルカリ金属原子が収容される原子セルと、
前記発光素子から出射して前記原子セルに入射する前の光を検出する、又は、前記発光素子から出射して前記原子セルを透過した光を検出することにより、第1光量信号を出力する第1光検出素子と、
前記原子セルを透過した光を検出することにより、第2光量信号を出力する第2光検出素子と、
前記原子セルの温度を検出する温度検出素子と、
前記第1光量信号及び前記温度検出素子の出力する温度信号に応じて前記発光素子に出力するバイアス電流を制御するバイアス電流制御回路と、
発振信号及び前記バイアス電流を変調する変調信号を出力する発振器と、
前記第2光量信号を、前記発振信号を用いて検波し、検波信号を出力する検波回路と、
前記検波信号に応じて前記発光素子の温度を制御する温度制御回路と、
を備える、原子発振器。 A light-emitting element;
an atomic cell that receives light from the light-emitting element and contains alkali metal atoms;
a first light detection element that detects light emitted from the light emitting element before entering the atom cell, or detects light emitted from the light emitting element and transmitted through the atom cell, thereby outputting a first light amount signal;
a second light detection element that detects light transmitted through the atomic cell and outputs a second light amount signal;
a temperature detection element for detecting a temperature of the atomic cell;
a bias current control circuit that controls a bias current to be output to the light emitting element in response to the first light amount signal and a temperature signal output by the temperature detection element;
an oscillator that outputs an oscillation signal and a modulation signal that modulates the bias current;
a detection circuit that detects the second light amount signal by using the oscillation signal and outputs a detection signal;
a temperature control circuit for controlling a temperature of the light-emitting element in response to the detection signal;
An atomic oscillator comprising:
前記第1光検出素子及び前記第2光検出素子は、1つの光検出素子として構成される、請求項1に記載の原子発振器。 the first light detection element detects light emitted from the light emitting element and transmitted through the atomic cell;
The atomic oscillator according to claim 1 , wherein the first photodetection element and the second photodetection element are configured as one photodetection element.
前記原子発振器からの周波数信号を処理する処理部と、
を含み、
前記原子発振器は、
発光素子と、
前記発光素子からの光が入射され、アルカリ金属原子が収容される原子セルと、
前記発光素子から出射して前記原子セルに入射する前の光を検出する、又は、前記発光素子から出射して前記原子セルを透過した光を検出することにより、第1光量信号を出力する第1光検出素子と、
前記原子セルを透過した光を検出することにより、第2光量信号を出力する第2光検出素子と、
前記原子セルの温度を検出する温度検出素子と、
前記第1光量信号及び前記温度検出素子の出力する温度信号に応じて前記発光素子に出力するバイアス電流を制御するバイアス電流制御回路と、
発振信号及び前記バイアス電流を変調する変調信号を出力する発振器と、
前記第2光量信号を、前記発振信号を用いて検波し、検波信号を出力する検波回路と、
前記検波信号に応じて前記発光素子の温度を制御する温度制御回路と、
を備える、周波数信号生成システム。 An atomic oscillator;
A processing unit that processes a frequency signal from the atomic oscillator;
Including,
The atomic oscillator comprises:
A light-emitting element;
an atomic cell that receives light from the light-emitting element and contains alkali metal atoms;
a first light detection element that detects light emitted from the light emitting element before entering the atom cell, or detects light emitted from the light emitting element and transmitted through the atom cell, thereby outputting a first light amount signal;
a second light detection element that detects light transmitted through the atomic cell and outputs a second light amount signal;
a temperature detection element for detecting a temperature of the atomic cell;
a bias current control circuit that controls a bias current to be output to the light emitting element in response to the first light amount signal and a temperature signal output by the temperature detection element;
an oscillator that outputs an oscillation signal and a modulation signal that modulates the bias current;
a detection circuit that detects the second light amount signal by using the oscillation signal and outputs a detection signal;
a temperature control circuit for controlling a temperature of the light-emitting element in response to the detection signal;
A frequency signal generating system comprising:
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