ポイント

• 圧電薄膜の機械振動を利用したシンプルな超小型原子時計システムを提案
• チップ面積を約30%減、消費電力を約50%減、周波数の安定度も1桁以上の改善を実現
• GPS衛星レベルの超高精度周波数源を、スマートフォンなどの汎用通信端末へ

国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT、理事長: 徳田 英幸）電磁波研究所 原 基揚主任研究員等は、国立大学法人東北大学（東北大、総長: 里見 進）大学院工学研究科 機械機能創成専攻 小野崇人教授、国立大学法人東京工業大学（東工大、学長: 三島 良直）科学技術創成研究院 未来産業技術研究所 伊藤浩之准教授と共同で、従来の複雑な周波数逓倍処理を必要としないシンプルな小型原子時計システムの開発に成功しました。

本研究では、圧電薄膜の厚み縦振動を利用し、原子時計の小型化に適したマイクロ波発振器を提案しています。薄膜の厚み縦振動は、高い周波数で機械共振を得ることが容易であり、GHz（ギガヘルツ）帯にある原子共鳴の周波数に対して、そのまま同調動作できます。そのため、今まで必要だった水晶発振器や周波数逓倍回路を完全に省略することができ、大幅な小型・低消費電力化が実現されます。さらに、本システムでは、半導体加工技術を応用し、小型化と量産性に優れる小型のルビジウムガスセルを独自に開発、動作パラメータを最適化することで、周波数の安定性を格段に改善しました。

本技術が実用化されれば、これまで人工衛星や基地局に限定的に搭載されていた周波数・時刻標準である原子時計を、スマートフォンなどの汎用の通信端末に搭載することも夢ではありません。

発表情報

タイトル：Micro Atomic Frequency Standards Employing an Integrated FBAR-VCO Oscillating on the 87Rb Clock Frequency without a Phase Locked Loop （PLL回路を用いないで87Rb時計周波数にて発振するFBAR-VCOを利用した小型原子周波数標準）

著者：Motoaki Hara（原基揚, NICT）, Yuichiro Yano（矢野雄一郎, NICT）, Masatoshi Kajita（梶田雅稔, NICT）, Hitoshi Nishino（西野仁, 東北大）, Yasuhiro Ibata（井端泰大, 東北大）, Masaya Toda（戸田雅也, 東北大）, Shinsuke Hara（原紳介, NICT）, Akifumi Kasamatsu（笠松章史, NICT）, Hiroyuki Ito（伊藤浩之, 東工大）, Takahito Ono（小野崇人, 東北大）, Tetsuya Ido（井戸哲也, NICT）

小型原子時計の動作概略とマイクロ波発振器の構成

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問い合わせ先

国立大学法人 東北大学 大学院工学研究科
機械機能創成専攻　小野 崇人 教授
Tel：022-795-5806
E-mail：ono*nme.mech.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

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国立大学法人 東北大学 大学院工学研究科
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