緒言CsやRbなどのアルカリ金属原子では、電子のエネルギー準位が電子のスピンと原子核スピンとの相互作用により僅かに分裂している（超微細分裂、超微細構造）。これらの原子では、この微細な分裂によってマイクロ波帯にて吸収特性を持ち、その吸収スペクトルに外部のマイクロ波発振器の発振周波数をフィードバック制御にてロックさせることで超高安定な周波数標準（原子時計）を得る（図1）。原子時計は、この電子軌道に由来する優れた周波数安定性から人工衛星や主要な基地局に配備され、時刻・周波数標準として機器の位置推定や通信網の同期などに広く活用されている。市販されている原子時計は一般にラックマウントレベルに集積されているが、この原子時計を更にチップレベルにまで小型化できれば、ありとあらゆる無線端末に時刻・周波数標準を実装することが可能となる。これはGPS （Global Positioning System）衛星など測位用衛星システムをひとつの頂点とする従来のトップダウン型の時刻供給・時刻同期システムに対して、すべての端末が相互に校正・補完し合う極めてロバストな同期無線通信網の構築を可能にする。原子時計の小型化は、Cyr等によるコヒーレントポ1時空標準研究室では日本標準時の生成・維持・配布を行っており、この標準時の源となるのが原子時計である。市販の原子時計はラックマウントレベルであるが、この原子時計を小型化・モジュール化する動きが、近年、国内外にて目覚しい進捗を見せている。この動向に対し、我々は、より実用的かつボード実装に好適な原子時計の小型化（チップ化）を先行して進めている。そして、原子時計向けの超小型マイクロ波発振器及びアルカリ金属ガスセルの開発に成功し、良好な原子時計動作も実験的に確認した。開発した超小型マイクロ波発振器及びアルカリ金属ガスセルはMicro Electro Mechanical Systems （MEMS＊1）技術を駆使して製造され、ウェハープロセスによる微細化と優れた量産性を実現している。また、超小型マイクロ波発振器は、LC発振器を水晶発振器で安定化する従来の手法と異なり、GHz帯で動作可能なMEMS発振器のみで構成され、周波数逓倍処理などの複雑な回路処理を必要とせず、極めてシンプルなシステム構成を有し、小型かつ低消費電力な時計動作を提供する。The Space-Time Standard Laboratory is producing, maintaining, and distributing the Japan Standard Time, and the atomic clock is the source of this standard time. The trend to miniaturize and modularize this atomic clock has shown remarkable progress globally in recent years, and un-der such a situation, we are working to lead in dramatically miniaturizing the atomic clock (chip level integration). Then, we succeeded in developing a microminiature microwave oscillator and an alkali metal gas cell for atomic clock, and experimentally confirmed excellent atomic clock op-eration. The developed microwave oscillators and gas cells are manufactured using Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) technology and are achieving miniaturization by wafer process and excellent mass productivity. Unlike the conventional method in which the LC oscillator is stabilized with the crystal oscillator, the microwave oscillator is composed of only the MEMS oscillator that can operate in the GHz band and does not require complicated circuit processing such as fre-quency multiplication processing. It has a simple system configuration and provides clock opera-tion with small size and low power consumption.6-3 原子時計のチップ化に向けた超小型集積部品の開発6-3Ultra-compact Integrated Components for Atomic Clock Chip原 基揚 矢野雄一郎 梶田雅稔 井戸哲也Motoaki HARA, Yuichiro YANO, Masatoshi KAJITA, and Tetsuya IDO2196 時空標準技術の社会実装を⽬指して
元のページ ../index.html#225