JP2017125690A - 磁気計測装置の製造方法およびガスセルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え生産性を向上させることが可能な磁気計測装置の製造方法およびガスセルの製造方法を提供する。【解決手段】磁場を計測する磁気計測装置１００の製造方法は、主室１４と、主室１４と連通し長手方向を有するリザーバー１６と、リザーバー１６の長手方向における主室１４とは反対側に設けられた開口部１８と、を有するセル部１２のリザーバー１６に開口部１８からアンプル２０を挿入して収納する収納工程と、開口部１８を封止部１９で封止する封止工程と、アンプル２０にパルスレーザー光４０を照射する照射工程とを含み、収納工程では、リザーバー１６の内壁およびアンプル２０の少なくとも一方に粘着剤２５を配置することを特徴とする。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、磁気計測装置の製造方法およびガスセルの製造方法に関する。

アルカリ金属ガスが封入されたガスセルに直線偏光を照射し、偏光面の回転角に応じて磁場を測定する光ポンピング式の磁気計測装置が知られている。特許文献１に、リザーバー（アンプル収容室）にアルカリ金属が封入されたアンプルを収納し、そのアンプルにレーザー光を照射することによりアンプルのガラス管に貫通孔を形成し、アンプル内のアルカリ金属を蒸発させて、その蒸気（ガス）をリザーバーから連通孔を介して主室内に充満させるガスセルの製造方法が開示されている。

特開２０１２−１８３２９０号公報

ところで、例えば、リザーバーに設けられた開口部からアンプルを挿入してリザーバー内に収納し、開口部を封止部で塞いで封止する場合、アンプルを収納する工程から封止する工程までの取り扱いや封止部で封止する際に、アンプルが開口部からリザーバー外へ出てしまうおそれがある。また、アンプルにレーザー光を照射する際に、アンプルの位置が個体によってばらついてレーザー光の照射位置からずれてしまったり、リザーバー内でアンプルが安定しないためにレーザー光照射による衝撃でアンプルが動いてしまったりすると、レーザー光照射による深さ方向の加工が進まずアルカリ金属のガスを発生させることができないおそれがある。これらが生じた場合、製造歩留まりの低下や、加工のやり直しなどによる製造工数の増大を招いてしまうこととなる。

アルカリ金属ガスを発生させるための部材としては、特許文献１に記載のアンプル以外の形態も考えられる。そこで、本願発明の課題は、リザーバー内に収納したアンプルなどのアルカリ金属ガスを発生させるための部材が開口部から外へ出てしまうことを抑止するとともにリザーバー内に安定した状態で保持してレーザー光照射により確実にアルカリ金属ガスを発生させ、製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え生産性を向上させることが可能な磁気計測装置の製造方法およびガスセルの製造方法を提供することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る磁気計測装置の製造方法は、磁場を計測する磁気計測装置の製造方法であって、第１室と、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部の前記第２室に前記開口部からアルカリ金属を含む固形物を挿入して収納する収納工程と、前記開口部を封止部で封止する封止工程と、前記固形物にレーザー光を照射する照射工程と、を含み、前記収納工程では、前記第２室の内壁および前記固形物の少なくとも一方に鎖式飽和炭化水素を配置することを特徴とする。

本適用例の製造方法によれば、収納工程で、セル部の第２室に開口部からアルカリ金属ガスを発生させるための部材であるアルカリ金属を含む固形物を挿入して収納する際に、第２室の内壁および固形物の少なくとも一方に鎖式飽和炭化水素を配置する。そのため、鎖式飽和炭化水素の粘着性により固形物を第２室の内壁に固定できるので、収納工程から封止工程までの取り扱いや封止工程で開口部を封止部で封止する際に、固形物が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。そして、照射工程で固形物にレーザー光を照射してアルカリ金属のガスを発生させる際に、固形物がレーザー光の照射位置からずれてしまうことやレーザー光照射による衝撃で固形物が動いてしまうことが抑えられるので、より確実にアルカリ金属ガスを発生させることができる。この結果、製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることが可能な磁気計測装置の製造方法を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記封止工程では、前記セル部を、前記長手方向が鉛直方向に沿うとともに前記開口部が鉛直方向の下方側となるようにして前記封止部の上に配置することが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、封止工程で開口部が鉛直方向の下方側となるようにしてセル部を封止部の上に配置するので、例えば、低融点ガラスをシール材として封止部とセル部とを固着する場合に、下方に位置する封止部側から低融点ガラスを加熱しながら上方に位置するセル部に対して荷重を付加して、効率良く封止を行うことができる。その際、固形物が鎖式飽和炭化水素を介して第２室の内壁に固定されているので、長手方向が鉛直方向に沿うとともに開口部が下方側となるようにセル部が配置されても、固形物が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。

［適用例３］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記固形物は内部にアルカリ金属が充填されたアンプルであり、前記照射工程では、前記アンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射することが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、照射工程において、内部にアルカリ金属が充填されたアンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射するので、セル部に損傷を与えることなくアンプルのガラス管に貫通孔を形成し内部のアルカリ金属を蒸発させて、アルカリ金属ガスを発生させることができる。また、パルスレーザー光を照射する際、アンプルが鎖式飽和炭化水素を介して第２室の内壁に固定されているので、アンプルがパルスレーザー光の照射位置からずれてしまったり、パルスレーザー光照射による衝撃でアンプルが動いてしまったりすることが抑えられる。

［適用例４］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記固形物はアルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルであり、前記照射工程では、前記ピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射することが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、照射工程において、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射するので、ピルを局所的に加熱しアルカリ金属化合物を活性化してアルカリ金属ガスを発生させるとともに、その際に発生する不純物を吸着剤で吸着することができる。また、連続発振レーザー光を照射する際、ピルが鎖式飽和炭化水素を介して第２室の内壁に固定されているので、ピルが連続発振レーザー光の照射位置からずれてしまったり、連続発振レーザー光照射による衝撃でピルが動いてしまったりすることが抑えられる。

［適用例５］本適用例に係るガスセルの製造方法は、第１室と、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部の前記第２室に前記開口部からアルカリ金属を含む固形物を挿入して収納する収納工程と、前記開口部を封止部で封止する封止工程と、前記固形物にレーザー光を照射する照射工程と、を含み、前記収納工程では、前記第２室の内壁および前記固形物の少なくとも一方に鎖式飽和炭化水素を配置することを特徴とする。

本適用例の製造方法によれば、収納工程で、セル部の第２室に開口部からアルカリ金属ガスを発生させるための部材であるアルカリ金属を含む固形物を挿入して収納する際に、第２室の内壁および固形物の少なくとも一方に鎖式飽和炭化水素を配置する。そのため、鎖式飽和炭化水素を介して固形物を第２室の内壁に固定できるので、収納工程から封止工程までの取り扱いや封止工程で開口部を封止部で封止する際に、固形物が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。そして、照射工程で固形物にレーザー光を照射してアルカリ金属のガスを発生させる際に、固形物がレーザー光の照射位置からずれてしまうことやレーザー光照射による衝撃で固形物が動いてしまうことが抑えられるので、より確実にアルカリ金属ガスを発生させることができる。この結果、製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることが可能なガスセルの製造方法を提供することができる。

［適用例６］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記封止工程では、前記セル部を、前記長手方向が鉛直方向に沿うとともに前記開口部が鉛直方向の下方側となるようにして前記封止部の上に配置することが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、封止工程で開口部が鉛直方向の下方側となるようにしてセル部を封止部の上に配置するので、例えば、低融点ガラスをシール材として封止部とセル部とを固着する場合に、下方に位置する封止部側から低融点ガラスを加熱しながら上方に位置するセル部に対して荷重を付加して、効率良く封止を行うことができる。その際、固形物が鎖式飽和炭化水素を介して第２室の内壁に固定されているので、長手方向が鉛直方向に沿うとともに開口部が下方側となるようにセル部が配置されても、固形物が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。

［適用例７］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記固形物は内部にアルカリ金属が充填されたアンプルであり、前記照射工程では、前記アンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射することが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、照射工程において、内部にアルカリ金属が充填されたアンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射するので、セル部に損傷を与えることなくアンプルのガラス管に貫通孔を形成し内部のアルカリ金属を蒸発させて、アルカリ金属ガスを発生させることができる。また、パルスレーザー光を照射する際、アンプルが鎖式飽和炭化水素を介して第２室の内壁に固定されているので、アンプルがパルスレーザー光の照射位置からずれてしまったり、パルスレーザー光照射による衝撃でアンプルが動いてしまったりすることが抑えられる。

［適用例８］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記固形物はアルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルであり、前記照射工程では、前記ピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射することが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、照射工程において、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射するので、ピルを局所的に加熱しアルカリ金属化合物を活性化してアルカリ金属ガスを発生させるとともに、その際に発生する不純物を吸着剤で吸着することができる。また、連続発振レーザー光を照射する際、ピルが鎖式飽和炭化水素を介して第２室の内壁に固定されているので、ピルが連続発振レーザー光の照射位置からずれてしまったり、連続発振レーザー光照射による衝撃でピルが動いてしまったりすることが抑えられる。

本実施形態に係る磁気計測装置の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った断面図。 図２ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図。 第１の実施形態に係るアンプルの長手方向に沿った断面図。 図３ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図。 第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 第２の実施形態に係るピルの斜視図。 第２の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った断面図。 第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 変形例１に係るガスセルの製造方法を説明する図。 変形例１に係るガスセルの製造方法を説明する図。 変形例１に係るガスセルの製造方法を説明する図。 変形例１に係るガスセルの製造方法を説明する図。 変形例１に係るガスセルの製造方法を説明する図。 変形例１に係るガスセルの製造方法を説明する図。 変形例２に係る原子発振器の構成を示す概略図。 変形例２に係る原子発振器の動作を説明する図。 変形例２に係る原子発振器の動作を説明する図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大、縮小、あるいは誇張して表示している。また、説明に必要な構成要素以外は図示を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
＜磁気計測装置の構成＞
第１の実施形態に係る磁気計測装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る磁気計測装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る磁気計測装置１００は、非線形光学回転（Nonlinear Magneto-Optical Rotation：ＮＭＯＲ）を用いた磁気計測装置である。磁気計測装置１００は、例えば、心臓からの磁場（心磁）や脳からの磁場（脳磁）などの生体から発生される微小な磁場を測定する生体状態測定装置（心磁計または脳磁計など）に用いられる。磁気計測装置１００は、金属探知機などにも用いることができる。

図１に示すように、磁気計測装置１００は、光源１と、光ファイバー２と、コネクター３と、偏光板４と、ガスセル１０と、偏光分離器５と、光検出器（Photo Detector：ＰＤ）６と、光検出器７と、信号処理回路８と、表示装置９とを備えている。ガスセル１０内には、アルカリ金属ガス（気体の状態のアルカリ金属原子）が封入されている。アルカリ金属としては、例えば、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）などを用いることができる。以下では、アルカリ金属としてセシウムを用いる場合を例に取り説明する。

光源１は、セシウムの吸収線に応じた波長（例えばＤ１線に相当する８９４ｎｍ）のレーザービームを出力する装置、例えばチューナブルレーザーである。光源１から出力されるレーザービームは、連続的に一定の光量を有する、いわゆるＣＷ（Continuous Wave）光である。

偏光板４は、レーザービームを特定方向に偏光させ、直線偏光にする素子である。光ファイバー２は、光源１により出力されたレーザービームを、ガスセル１０側に導く部材である。光ファイバー２には、例えば、基本モードのみを伝播するシングルモードの光ファイバーが用いられる。コネクター３は、光ファイバー２を偏光板４に接続するための部材である。コネクター３は、ねじ込み式で、光ファイバー２を偏光板４に接続する。

ガスセル１０は、内部に空隙を有する箱（セル）であり、この空隙（図２Ａに示す主室１４）にはアルカリ金属の蒸気（図２Ａに示すアルカリ金属ガス１３）が封入されている。ガスセル１０の構成については、後述する。

偏光分離器５は、入射したレーザービームを、互いに直交する２つの偏光成分のビームに分離する素子である。偏光分離器５は、例えば、ウォラストンプリズムまたは偏光ビームスプリッターである。光検出器６および光検出器７は、レーザービームの波長に感度を有する検出器であり、入射光の光量に応じた電流を信号処理回路８に出力する。光検出器６および光検出器７は、それ自体が磁場を発生すると測定に影響を与える可能性があるので、非磁性の材料で構成されることが望ましい。光検出器６および光検出器７は、ガスセル１０からみて偏光分離器５と同じ側（下流側）に配置される。

磁気計測装置１００における各部の配置を、レーザービームの経路に沿って説明すると、レーザービームの経路の最上流には光源１が位置し、以下、上流側から、光ファイバー２、コネクター３、偏光板４、ガスセル１０、偏光分離器５、および光検出器６，７の順で配置されている。

光源１から出力されたレーザービームは、光ファイバー２に導かれて偏光板４に到達する。偏光板４に到達したレーザービームは、偏光度がより高い直線偏光になる。ガスセル１０を透過しているレーザービームは、ガスセル１０に封入されているアルカリ金属原子を励起（光ポンピング）する。このとき、レーザービームは、磁場の強さに応じた偏光面回転作用を受けて偏光面が回転する。ガスセル１０を透過したレーザービームは偏光分離器５により２つの偏光成分のビームに分離される。２つの偏光成分のビームの光量は、光検出器６および光検出器７で計測（プロービング）される。

信号処理回路８は、光検出器６および光検出器７により計測されたビームの光量を示す信号をそれぞれから受け取る。信号処理回路８は、受け取った各信号に基づいて、レーザービームの偏光面の回転角を計測する。偏光面の回転角は、レーザービームの伝播方向の磁場の強さに基づく関数で表される（例えば、Ｄ．バドカー、外５名，「原子の共鳴非線形磁気光学回転効果」，レビュー・オブ・モダン・フィジクス誌，米国，米国物理学会，２００２年１０月，第７４巻，第４号，ｐ．１１５３−１２０１の数式（２）を参照。数式（２）は線形光学回転に関するものであるが、ＮＭＯＲの場合もほぼ同様の式を用いることができる）。信号処理回路８は、偏光面の回転角からレーザービームの伝播方向における磁場の強さを測定する。表示装置９は、信号処理回路８により測定された磁場の強さを表示する。

続いて、第１の実施形態に係るガスセルおよびガスセルに用いられるアンプルの構成について、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂを参照して説明する。

＜ガスセルの構成＞
図２Ａは、第１の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った断面図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

図２Ａおよび図２Ｂ、において、ガスセル１０の高さ方向をＺ軸とし、上方側を＋Ｚ方向とする。Ｚ軸と交差する方向であって、ガスセル１０の長手方向をＸ軸とし、図２Ａにおける右側を＋Ｘ方向とする。そして、Ｚ軸およびＸ軸と交差する方向であって、ガスセル１０の幅方向をＹ軸とし、図２Ｂの紙面における右側を＋Ｙ方向とする。

図２Ａに示すように、第１の実施形態に係るガスセル１０は、セル部１２と封止部１９とで構成される。セル部１２は、内部に空隙を有する箱（セル）であり、例えば、石英ガラスにより形成されている。セル部１２の厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍであり、例えば、１．５ｍｍ程度である。

セル部１２は、内部の空隙として、第１室としての主室１４と、Ｘ軸方向を長手方向とする第２室としてのリザーバー１６とを有している。主室１４とリザーバー１６とには、アルカリ金属が蒸発したガス（以下ではアルカリ金属ガスという）１３が充填されている。主室１４とリザーバー１６とには、アルカリ金属ガス１３の他に、希ガス等の不活性ガスが存在していてもよい。

主室１４とリザーバー１６とは、長手方向であるＸ軸方向に沿って並ぶように配置されており、連通孔１５を介して連通している。連通孔１５は、主室１４およびリザーバー１６の上方側（＋Ｚ方向側）に設けられている。リザーバー１６の長手方向における主室１４および連通孔１５の反対側（−Ｘ方向側）には、開口部１８が設けられている。

開口部１８は封止部１９により封止されており、これにより、セル部１２（主室１４およびリザーバー１６）が密封されている。封止部１９の材料としては、例えば、石英ガラスが用いられる。封止部１９は、例えば、開口部１８の周囲に配置された低融点ガラスフリット（図示しない）を介してセル部１２に固着されている。

リザーバー１６内には、アンプル２０が収納されている。アンプル２０のガラス管２２には、貫通孔（開口部）２１が形成されている。アルカリ金属ガス１３は、アンプル２０内に充填されていたアルカリ金属固体２４（図３Ａ参照）が蒸発（ガス化）したものである。アンプル２０の構成については後述する。

アンプル２０とリザーバー１６の内壁との間には、粘着剤２５が配置されている。アンプル２０は、粘着剤２５を介してリザーバー１６の内壁に固定されている。粘着剤２５は、パラフィンなどの鎖式飽和炭化水素で構成されている。パラフィンの一例として、例えば、化学式（ＣＨ₃（ＣＨ₂）₄₈ＣＨ₃）で示されるペンタコンタンを用いることができる。

パラフィンなどの鎖式飽和炭化水素は、アンプル２０をリザーバー１６の内壁に固定できる粘着性を有するとともに、セル部１２（主室１４およびリザーバー１６）の内壁の非緩和特性を高める効果を有するので、粘着剤２５の材料として好適である。したがって、粘着剤２５がリザーバー１６の内壁のアンプル２０が固定されていない部分に配置されていてもよいし、セル部１２（主室１４およびリザーバー１６）の内壁に粘着剤２５の薄い膜が形成されていてもよい。

図２ＡのＡ−Ａ’線はガスセル１０の長手方向と交差するＺ軸に沿ってアンプル２０（ガラス管２２）に形成された貫通孔２１を通る線であり、図２Ｂは貫通孔２１の位置におけるガスセル１０のＹ−Ｚ断面である。図２Ｂに示すように、開口部１８は、例えば円形状である。開口部１８の内径は、例えば、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。図示しないが、連通孔１５は、例えば円形状である。連通孔１５の内径は、例えば、０．４ｍｍ〜１ｍｍ程度である。封止部１９は、例えば矩形状であるが、円形状など他の形状であってもよい。

＜アンプルの構成＞
図３Ａは、第１の実施形態に係るアンプルの長手方向に沿った断面図である。図３Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図３Ａに示すように、第１の実施形態に係るアルカリ金属を含む固形物としてのアンプル２０は、長手方向を有している。図３Ａには、アンプル２０を、その長手方向がＸ軸方向に沿うように配置したときのＸ−Ｚ断面を示している。アンプル２０は、中空状のガラス管２２で構成される。ガラス管２２は、例えば、ホウ珪酸ガラスにより形成されている。

ガラス管２２は、一方向（図３ＡではＸ軸方向）に沿って延在しており、その両端部が溶着されている。これにより、内部が中空状のガラス管２２は密封されている。なお、ガラス管２２の両端部の形状は、図３Ａに示すような丸い形状に限定されず、平面に近い形状や一部が尖った形状などであってもよい。ガラス管２２の中空状の内部には、アルカリ金属固体（粒状や粉末状のアルカリ金属原子）２４が充填されている。アルカリ金属固体２４としては、上述したように、セシウムの他に、ルビジウム、カリウム、ナトリウムを用いることができる。

図３Ａには、アンプル２０（ガラス管２２）が密封された状態を示している。アンプル２０が製造された段階ではガラス管２２は密封された状態であるが、ガスセル１０が完成した段階では、ガラス管２２に貫通孔２１（図２Ａ参照）が形成され密封が破られる。これにより、アンプル２０内のアルカリ金属固体２４が蒸発してガスセル１０内に流出し、セル部１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる（図２Ａ参照）。なお、アンプル２０内からアルカリ金属固体２４が蒸発して流出し易くなるように、アンプル２０の上面とセル部１２の内面との間には、例えば＋Ｚ方向に１．５ｍｍ程度の隙間が設けられている（図２Ａ参照）。

図３Ｂに、アンプル２０の長手方向と交差する方向におけるＹ−Ｚ断面を示す。図３Ｂに示すように、ガラス管２２のＹ−Ｚ断面の形状は、例えば略円形であるが、他の形状であってもよい。ガラス管２２の外径φは、０．２ｍｍ≦φ≦１．２ｍｍである。ガラス管２２の肉厚ｔは、０．１ｍｍ≦ｔ≦０．５ｍｍであり、概ね外径φの２０％程度であることが好ましい。ガラス管２２の肉厚ｔが０．１ｍｍ未満であるとガラス管２２が破損し易くなり、ガラス管２２の肉厚ｔが０．５ｍｍを超えると、ガラス管２２に貫通孔２１を形成する加工（詳細は後述する）が困難となる。

＜ガスセルの製造方法＞
次に、第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、および図６Ｂを参照して説明する。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、および図６Ｂは、第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図である。なお、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、および図６Ｂは図２Ａに対応する断面図であり、図６Ａは図２Ｂに対応する断面図である。本実施形態に係るガスセルの製造方法は、収納工程と、封止工程と、照射工程とを含む。

まず、図４Ａに示すセル部１２を用意する。図示を省略するが、例えば、石英ガラスからなるガラス板を切断して、セル部１２を構成する各壁面に対応するガラス板部材を準備する。そして、これらのガラス板部材を組立て、ガラス板部材同士を接着剤または溶着により接合して、図４Ａに示すような主室１４とリザーバー１６とを有するセル部１２を得る。この段階では、セル部１２の開口部１８は開放されている。

続いて、図４Ｂに示すように、セル部１２のリザーバー１６内にアンプル２０を収納する（収納工程）。図４Ｂに矢印で示すように、アンプル２０を、セル部１２のリザーバー１６に設けられた開口部１８から長手方向（Ｘ軸方向）に沿ってリザーバー１６内に挿入する。アンプル２０は、その延在方向がリザーバー１６の長手方向（Ｘ軸方向）に沿うようにリザーバー１６内に挿入される。

収納工程では、リザーバー１６の内壁およびアンプル２０の表面の少なくとも一方に、鎖式飽和炭化水素で構成された粘着剤２５を配置する。粘着剤２５をリザーバー１６の内壁に配置する場合は、アンプル２０を挿入する前に、例えばニードルなどを用いて開口部１８から粘着剤２５をリザーバー１６の内壁の一部に配置する。粘着剤２５を配置する位置は、リザーバー１６の底部（−Ｚ方向側）が好ましく、底部における角部がより好ましい。

アンプル２０を開口部１８からリザーバー１６内に挿入し、内壁の粘着剤２５が配置された位置にアンプル２０を配置する。これにより、アンプル２０は粘着剤２５を介してリザーバー１６の内壁に固定される。リザーバー１６の内壁に配置する粘着剤２５の量は、アンプル２０の大きさや質量を考慮し、後述する封止工程での姿勢変化や照射工程でのレーザー光照射時の衝撃に対してアンプル２０が動いてしまわないような量を最小量とし、この最小量よりも多くなってもよい。

粘着剤２５をアンプル２０の表面に配置する場合は、アンプル２０の表面の少なくとも一部にニードルなどを用いて粘着剤２５を配置した後、そのアンプル２０を開口部１８からリザーバー１６内に挿入する。そして、リザーバー１６内でアンプル２０を、その表面の粘着剤２５がリザーバー１６の内壁に付着するように配置する。粘着剤２５をリザーバー１６の内壁に配置しておいて、粘着剤２５を表面に配置したアンプル２０をリザーバー１６内に収納するようにして、リザーバー１６の内壁およびアンプル２０の表面の双方に粘着剤２５を配置することとしてもよい。

なお、収納工程までの段階では、アンプル２０は、図３Ａに示すように、中空状のガラス管２２の内部にアルカリ金属固体２４が充填され密封された状態となっている。アンプル２０は、真空に近い低圧環境下（理想的には真空中）において、管状のガラス管２２の中空状の内部にアルカリ金属固体２４を充填し、ガラス管２２の両端部をそれぞれ溶着し密封して形成する。アルカリ金属固体２４として用いられるセシウムなどのアルカリ金属は、反応性に富み大気中で取り扱うことができないため、低圧環境下でアンプル２０内に密封された状態でセル部１２に収納される。

続いて、図５Ａに示すように、リザーバー１６の開口部１８を封止部１９で封止する（封止工程）。封止工程では、セル部１２内の脱気を十分に行い、内部の空隙に不純物が極めて少ない状態で、セル部１２（主室１４、連通孔１５、およびリザーバー１６）を密封する。例えば、真空に近い低圧環境下（理想的には真空中）において、セル部１２および封止部１９の少なくとも一方における開口部１８の周囲に低融点ガラスフリット（図示しない）を配置し、セル部１２と封止部１９とを固着して封止することにより、セル部１２が密封される。

セル部１２と封止部１９とを固着する際は、図５Ａに示すように、セル部１２を、長手方向が鉛直方向に沿うとともに開口部１８が鉛直方向の下方側となるようにして、封止部１９の上に配置することが好ましい。このように配置すれば、鉛直方向の下方に位置する封止部１９側から低融点ガラスフリットを加熱しながら、上方に位置するセル部１２に荷重を付加してセル部１２と封止部１９とを密着させることにより、効率良く封止を行うことができる。

ここで、アンプル２０が粘着剤２５でリザーバー１６の内壁に固定されていない場合は、封止工程でセル部１２を開口部１８が鉛直方向の下方側となるように配置すると、アンプル２０は、その長手方向が鉛直方向に沿うように配置されているため、開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうおそれがある。本実施形態では、アンプル２０が粘着剤２５でリザーバー１６の内壁に固定されているので、封止工程で開口部１８が下方側となるようにセル部１２が配置されても、アンプル２０が開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうことを抑止できる。

続いて、図５Ｂおよび図６Ａに示すように、パルスレーザー光４０を、集光レンズ４２で集光して、セル部１２を間に介してアンプル２０のガラス管２２に照射する（照射工程）。パルスレーザー光４０は、アンプル２０（ガラス管２２）の上面で焦点を結ぶように照射する。

これにより、図６Ｂに示すように、ガラス管２２に貫通孔２１が形成され、アンプル２０内のアルカリ金属固体２４が蒸発して、ガスセル１０の空隙に流出する。リザーバー１６内に流出したアルカリ金属ガス１３は、連通孔１５を通ってセル部１２の主室１４に流入し拡散する。この結果、図２Ａに示すように、セル部１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる。レーザー光は指向性や収束性に優れているので、パルスレーザー光４０を照射することにより、ガラス管２２に容易に貫通孔２１を形成することができる。

照射工程では、セル部１２に損傷を与えることなく、アンプル２０のガラス管２２に貫通孔２１を形成する必要がある。そこで、セル部１２が石英ガラスで形成されガラス管２２がホウ珪酸ガラスで形成されている場合、例えば、紫外線領域の波長のパルスレーザー光４０を用いる。紫外線領域の波長の光は、石英ガラスを透過するが、ホウ珪酸ガラスには僅かに吸収される。これにより、セル部１２に損傷を与えることなく、アンプル２０のガラス管２２を選択的に加工して貫通孔２１を形成することができる。

パルスレーザー光４０のエネルギーは、例えば、２０μＪ／ｐｕｌｓｅ〜２００μＪ／ｐｕｌｓｅとする。パルスレーザー光４０のパルス幅は、例えば、１０ナノ秒〜５０ナノ秒とし、３０ナノ秒程度であることが好ましい。パルスレーザー光４０の繰り返し周波数は、例えば、５０ｋＨｚ程度とし、パルスレーザー光４０の照射時間は、例えば、１００ｍｓｅｃ程度とする。

また、照射工程でアンプル２０のガラス管２２に確実に貫通孔２１を形成するためには、図６Ａに示すように、アンプル２０に対するパルスレーザー光４０の照射位置を、パルスレーザー光４０の焦点がアンプル２０の幅方向（Ｙ軸方向）における中央部に位置するように設定することが好ましい。パルスレーザー光４０の焦点がアンプル２０の幅方向における中央部からずれると、深さ方向の加工が進まなくなりガラス管２２を貫通させることができなくなる場合がある。

ところで、アンプル２０が粘着剤２５でリザーバー１６の内壁に固定されていない場合は、リザーバー１６内でアンプル２０の位置が個体によってばらつくことや、セル部１２を取り扱う際のわずかな傾きや衝撃などによってアンプル２０が動いてパルスレーザー光４０の照射位置からずれてしまうことがある。また、アンプル２０が固定されていないと、パルスレーザー光４０が照射されたことによる衝撃で、アンプル２０が動いてその位置からずれてしまうことがある。そうすると、照射工程でガラス管２２に貫通孔２１を形成できず、ガスセル１０を製造する工程における製造歩留まりの低下や、加工のやり直しによる製造工数の増大を招くこととなる。

本実施形態では、図５Ｂおよび図６Ａに示すように、アンプル２０が粘着剤２５でリザーバー１６の内壁に固定されているため、リザーバー１６内でアンプル２０の位置がばらつくことや取り扱いにおいてアンプル２０が動いてしまうことを抑止できるので、アンプル２０のパルスレーザー光４０の照射位置からのずれが抑えられる。そして、照射工程においてパルスレーザー光４０の照射による衝撃でアンプル２０が動いてしまうことが抑えられる。これにより、アンプル２０に安定的かつ確実に貫通孔２１を形成しアルカリ金属ガス１３を発生させることができるので、ガスセル１０の製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることができる。

ここで、アンプル２０のＹ−Ｚ断面形状が略円形であると、セル部１２の傾きや衝撃で回転して動いてしまうおそれがある。図６Ａに示すように、アンプル２０がリザーバー１６内の角部に配置されていると、角部で交差する２つの内壁にアンプル２０が接して保持されるので、より安定した状態でアンプル２０を固定することができる。

なお、照射工程では、アンプル２０内からアルカリ金属固体２４が蒸発して流出すればよいので、貫通孔２１の形成に限定されず、例えば、ガラス管２２に亀裂を生じさせてアンプル２０を分断してもよいし、ガラス管２２を破壊してもよい。

本実施形態に係る磁気計測装置１００の製造方法は、上述したガスセル１０の製造方法を含んでいる。本実施形態に係る磁気計測装置１００を製造する工程は、ガスセル１０を製造する工程以外の工程では公知の方法を用いることができるため、その説明を省略する。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態に対して、アルカリ金属を含む固形物がアンプルではなくピルである点が異なるが、セル部の構成はほぼ同じである。第２の実施形態に係るガスセルおよびガスセルに用いられるピルの構成について、図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明する。なお、第１の実施形態と共通する構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

＜ピルの構成＞
まず、第２の実施形態に係るアルカリ金属を含む固形物としてのピルの構成を説明する。図７Ａは、第２の実施形態に係るピルの斜視図である。図７Ａに示すように、第２の実施形態に係るピル３０は、例えば略円筒形である。ピル３０の円筒形の径φは、例えば１ｍｍ程度であり、ピル３０の円筒形の高さｈは、例えば１ｍｍ程度である。なお、ピル３０の外形形状は略円筒形に限定されず、直方体や球体など他の形状であってもよい。

ピル３０は、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含む。ピル３０は、後述する照射工程でレーザー光を照射するとアルカリ金属化合物が加熱され活性化されることでアルカリ金属が生成され、その際に放出される不純物や不純ガスは吸着剤に吸着される。アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属としてセシウムを用いる場合、例えば、モリブデン酸セシウム、塩化セシウムなどのセシウム化合物を用いることができる。吸着剤としては、例えば、ジルコニウム粉末、アルミニウムなどを用いることができる。

＜ガスセルの構成＞
図７Ｂは、第２の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った断面図である。図７Ｂに示すように、第２の実施形態に係るガスセル１０Ａは、第１の実施形態に係るガスセル１０と同様に、連通孔１５で連通された主室１４およびリザーバー１６を有するセル部１２とで構成される。

図７Ｂに示すガスセル１０Ａが完成した状態では、リザーバー１６内にピル３０のアルカリ金属化合物からアルカリ金属２６（例えば、セシウム）が生成され、アルカリ金属２６が蒸発したアルカリ金属ガス１３で主室１４およびリザーバー１６が満たされている。リザーバー１６内に、不純ガスを吸着した吸着剤３１や不純物等が残留していてもよい。吸着剤３１とリザーバー１６の内壁との間には、鎖式飽和炭化水素からなる粘着剤２５が配置されている。

＜ガスセルの製造方法＞
次に、第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂを参照して説明する。図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂは、第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図である。第２の実施形態に係るガスセルの製造方法は、第１の実施形態に係るガスセルの製造方法に対して、配置工程でピル３０をリザーバー１６内に配置する点と、照射工程で連続発振レーザー光を照射する点とが異なるが、それ以外はほぼ同じである。なお、第１の実施形態と共通する製造方法についてはその説明を省略する。

図８Ａに示すように、セル部１２を用意し、セル部１２のリザーバー１６内にピル３０を収納する（収納工程）。第１の実施形態と同様に、リザーバー１６の内壁およびピル３０の少なくとも一方に鎖式飽和炭化水素で構成された粘着剤２５を配置する。そして、図８Ａに矢印で示すように、ピル３０を、セル部１２のリザーバー１６に設けられた開口部１８からリザーバー１６内に挿入し、粘着剤２５を介してリザーバー１６の内壁に固定させる。

続いて、図８Ｂに示すように、第１の実施形態と同様の方法で、リザーバー１６の開口部１８を封止部１９で封止する（封止工程）。封止工程では、ピル３０が粘着剤２５でリザーバー１６の内壁に固定されているので、開口部１８が下方側となるようにセル部１２が配置されても、ピル３０が開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうことを抑止できる。

続いて、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、連続発振レーザー光４４を、集光レンズ４２で集光して、セル部１２を間に介してピル３０に照射する（照射工程）。連続発振レーザー光４４は、ピル３０の上面の略中央部で焦点を結ぶように照射する。

連続発振レーザー光４４として、例えば、赤色から赤外線領域（６８０ｎｍ〜１２００ｎｍ程度）の波長で連続発振するＬＤ（Laser Diode）レーザーを用いることができる。連続発振レーザー光４４の波長は、８００ｎｍ程度であることが好ましい。連続発振レーザー光４４の出力は、例えば、１Ｗ〜１０Ｗ程度とし、２Ｗ〜５Ｗ程度であることが好ましい。連続発振レーザー光４４の照射時間は、例えば、１０秒〜５分程度とし、３０秒〜９０秒程度であることが好ましい。

連続発振レーザー光４４を照射することにより、ピル３０が加熱されてピル３０に含まれるアルカリ金属化合物が活性化され、アルカリ金属２６が生成される。そして、アルカリ金属２６が蒸発しアルカリ金属ガス１３となってリザーバー１６内に流出し、連通孔１５を通ってセル部１２の主室１４に流入し拡散する。この結果、図７Ｂに示すように、セル部１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる。アルカリ金属化合物から放出された不純物や不純ガスは、吸着剤３１に吸着される。

第２の実施形態に係るガスセル１０Ａでは、セル部１２に損傷を与えることなく、ピル３０を加熱する必要がある。第２の実施形態に係る照射工程では、連続発振レーザー光４４を照射することにより、ピル３０を局所的に加熱するので、ピル３０が収納されたリザーバー１６（セル部１２）全体を加熱する場合と比べて、セル部１２を構成する部材に対する熱の影響を抑えることができる。

ピル３０を局所的に加熱するためには、ピル３０に対する連続発振レーザー光４４の照射位置を、連続発振レーザー光４４の焦点がピル３０の上面における中央部に位置するように設定することが好ましい。連続発振レーザー光４４の焦点がピル３０からずれると、ピル３０の加熱が不十分となりアルカリ金属の生成が進まなくなり、ガスセル１０Ａの製造歩留まりの低下や、加工のやり直しによる製造工数の増大を招くこととなる。

本実施形態では、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、ピル３０が粘着剤２５でリザーバー１６の内壁に固定されているため、リザーバー１６内でピル３０の位置がばらつくことや取り扱いにおいてピル３０が動いてしまうことを抑止できるので、ピル３０の連続発振レーザー光４４の照射位置からのずれが抑えられる。そして、照射工程において連続発振レーザー光４４の照射による衝撃でピル３０が動いてしまうことが抑えられる。これにより、ピル３０に安定的かつ確実に連続発振レーザー光４４を照射して加熱しアルカリ金属ガス１３を発生させることができるので、ガスセル１０Ａの製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることができる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。変形例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。

（変形例１）
上記実施形態の磁気計測装置およびガスセルの製造方法では、収納工程でアンプル２０をリザーバー１６の内壁に固定するため、アンプル２０およびリザーバー１６の内壁の少なくとも一方の一部に粘着剤２５を配置していたが、本発明はこのような方法に限定されない。アンプル２０の表面全体またはリザーバー１６の内壁全体に粘着剤２５（鎖式飽和炭化水素）をコーティングするようにしてもよい。

図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、変形例１に係るガスセルの製造方法を説明する図である。詳しくは、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは粘着剤２５をアンプル２０の表面全体にコーティングする場合を説明する図であり、図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃはリザーバー１６の内壁全体に粘着剤２５をコーティングする場合を説明する図である。

＜アンプルの表面全体にコーティングする場合＞
図１０Ａに示すように、予めアンプル２０の表面全体に粘着剤２５（鎖式飽和炭化水素）をコーティングする。図示を省略するが、例えば、密閉した容器の中にアンプル２０と粘着剤２５とを配置して容器全体を２００℃程度に加熱する。これにより、アンプル２０の表面全体を覆うように粘着剤２５の薄い膜が形成される。

図１０Ｂに示すように、粘着剤２５の薄い膜が形成されたアンプル２０をリザーバー１６内に収納すると、アンプル２０は粘着剤２５を介してリザーバー１６の内壁に固定される。アンプル２０の表面全体が粘着剤２５で覆われているので、アンプル２０がリザーバー１６内のいずれの位置に配置されても、アンプル２０をリザーバー１６の内壁に固定することができる。

なお、アンプル２０の表面全体が粘着剤２５で覆われているため、アンプル２０がリザーバー１６の内壁の好ましくない位置に固定されてしまう場合がある。例えば、図１０Ｃに示すように、リザーバー１６の上方側（＋Ｚ方向側）の内壁に固定されてしまうと、リザーバー１６の上面（＋Ｚ方向側の面）とアンプル２０の表面との距離が小さくなるため、照射工程においてパルスレーザー光４０の焦点をアンプル２０の表面に合わせにくくなる。

このような場合、図１０Ｃに示すように、加熱装置４５（例えば、半田ごてなど）でリザーバー１６の上面のアンプル２０が固定されている部分を局所的に加熱すると、粘着剤２５が融解してアンプル２０がリザーバー１６の内壁から離れるので、アンプル２０をリザーバー１６内の他の位置に移動させることができる。アンプル２０をリザーバー１６の底部側（−Ｚ方向側）の内壁に固定すると、リザーバー１６の上面とアンプル２０の表面との距離が大きくなるため、照射工程においてパルスレーザー光４０の焦点をアンプル２０の表面に合わせ易くなる。

＜リザーバーの内壁全体にコーティングする場合＞
図１１Ａに示すように、リザーバー１６の内壁全体に粘着剤２５（鎖式飽和炭化水素）をコーティングする。図示を省略するが、例えば、リザーバー１６内の一部に粘着剤２５を配置し、開口部１８（図４Ａ参照）を仮封止してセル１２部内を密閉し、２００℃程度の温度で１０分程度のベーキングを行う。これにより、図１１Ａに示すように、リザーバー１６の内壁全体を覆うように粘着剤２５の薄い膜が形成される。リザーバー１６の内壁に粘着剤２５の薄い膜を形成する際に、主室１４の内壁に粘着剤２５の薄い膜が形成されてもよい。

内壁全体に粘着剤２５の薄い膜が形成されたリザーバー１６内にアンプル２０を収納すると、アンプル２０は粘着剤２５を介してリザーバー１６の内壁に固定される。リザーバー１６の内壁全体が粘着剤２５で覆われているので、アンプル２０がリザーバー１６内のいずれの位置に配置されても、アンプル２０をリザーバー１６の内壁に固定することができる。

図１１Ｂに示すように、アンプル２０がリザーバー１６の内壁の好ましくない位置（例えば、上部側）に固定されてしまった場合は、リザーバー１６の上部側（＋Ｚ方向側）を加熱装置４６で加熱するとともに、リザーバー１６の底部側（＋Ｚ方向側）を冷却装置４８で冷却する。

これにより、図１１Ｃに示すように、リザーバー１６の上部側の粘着剤２５が融解して底部側へ集中するので、アンプル２０をリザーバー１６の上部側の内壁から離してリザーバー１６の底部側へ移動させて固定することができる。また、粘着剤２５をリザーバー１６の底部側へ集中させることにより、底部側における粘着剤２５の膜厚が厚くなるので、アンプル２０をより確実にリザーバー１６の内壁に固定することができる。

変形例１の製造方法において、アンプル２０の表面全体を粘着剤２５でコーティングするとともに、リザーバー１６の内壁全体を粘着剤２５でコーティングすることとしてもよい。なお、変形例１で説明した方法は、第２の実施形態のピル３０を用いる場合にも適用できる。

（変形例２）
上記実施形態に係るガスセルを適用可能な装置は、磁気計測装置１００に限定されない。上記実施形態および変形例に係るガスセルは、例えば、原子時計などの原子発振器にも適用できる。図１２は、変形例２に係る原子発振器の構成を示す概略図である。また、図１３Ａおよび図１３Ｂは、変形例２に係る原子発振器の動作を説明する図である。

図１３に示す変形例２に係る原子発振器（量子干渉装置）１０１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。図１２に示すように、原子発振器１０１は、上記実施形態に係るガスセル１０（またはガスセル１０Ａ）と、光源７１と、光学部品７２，７３，７４，７５と、光検出部７６と、ヒーター７７と、温度センサー７８と、磁場発生部７９と、制御部８０とを備えている。

光源７１は、ガスセル１０内のアルカリ金属原子を励起する励起光ＬＬとして、後述する周波数の異なる２種の光（図１３Ａに示す共鳴光Ｌ１および共鳴光Ｌ２）を射出する。光源７１は、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などの半導体レーザーなどで構成される。光学部品７２，７３，７４，７５は、それぞれ、光源７１とガスセル１０との間における励起光ＬＬの光路上に設けられ、光源７１側からガスセル１０側へ、光学部品７２（レンズ）、光学部品７３（偏光板）、光学部品７４（減光フィルター）、光学部品７５（λ／４波長板）の順に配置されている。

光検出部７６は、ガスセル１０内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光Ｌ１，Ｌ２）の強度を検出する。光検出部７６は、例えば、太陽電池、フォトダイオードなどで構成されており、後述する制御部８０の励起光制御部８２に接続されている。ヒーター７７（加熱部）は、ガスセル１０内のアルカリ金属をガス状に（アルカリ金属ガス１３として）維持するために、ガスセル１０を加熱する。ヒーター７７（加熱部）は、例えば、発熱抵抗体などで構成される。

温度センサー７８は、ヒーター７７の発熱量を制御するために、ヒーター７７またはガスセル１０の温度を検出する。温度センサー７８は、サーミスター、熱電対などの公知の各種温度センサーで構成される。磁場発生部７９は、ガスセル１０内のアルカリ金属の縮退した複数のエネルギー準位をゼーマン***させる磁場を発生させる。ゼーマン***により、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップを拡げて、分解能を向上させることができる。その結果、原子発振器１０１の発振周波数の精度を高めることができる。磁場発生部７９は、例えば、ヘルムホルツコイルやソレノイドコイルなどで構成される。

制御部８０は、光源７１が射出する励起光ＬＬ（共鳴光Ｌ１，Ｌ２）の周波数を制御する励起光制御部８２と、温度センサー７８の検出結果に基づいてヒーター７７への通電を制御する温度制御部８１と、磁場発生部７９から発生する磁場が一定となるように制御する磁場制御部８３とを有する。制御部８０は、例えば、基板上に実装されたＩＣチップに設けられている。

原子発振器１０１の原理を簡単に説明する。図１３Ａは原子発振器１０１のガスセル１０内におけるアルカリ金属のエネルギー状態を説明する図であり、図１３Ｂは原子発振器１０１の光源７１からの２つの光の周波数差と光検出部７６での検出強度との関係を示すグラフである。図１３Ａに示すように、ガスセル１０内に封入されているアルカリ金属（アルカリ金属ガス１３）は、３準位系のエネルギー準位を有しており、エネルギー準位の異なる２つの基底状態（基底状態Ｓ１、基底状態Ｓ２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態Ｓ１は、基底状態Ｓ２よりも低いエネルギー状態である。

このようなアルカリ金属ガス１３に対して周波数の異なる２種の共鳴光Ｌ１，Ｌ２を照射すると、共鳴光Ｌ１の周波数ω１と共鳴光Ｌ２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光Ｌ１，Ｌ２のアルカリ金属ガス１３における光吸収率（光透過率）が変化する。そして、共鳴光Ｌ１の周波数ω１と共鳴光Ｌ２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態Ｓ１と基底状態Ｓ２とのエネルギー差に相当する周波数と一致したとき、基底状態Ｓ１，Ｓ２から励起状態への励起がそれぞれ停止する。このとき、共鳴光Ｌ１，Ｌ２は、いずれも、アルカリ金属ガス１３に吸収されずに透過する。このような現象をＣＰＴ現象または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）と呼ぶ。

光源７１は、ガスセル１０に向けて、上述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光Ｌ１および共鳴光Ｌ２）を射出する。ここで、例えば、共鳴光Ｌ１の周波数ω１を固定し、共鳴光Ｌ２の周波数ω２を変化させていくと、共鳴光Ｌ１の周波数ω１と共鳴光Ｌ２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態Ｓ１と基底状態Ｓ２とのエネルギー差に相当する周波数ω０に一致したとき、光検出部７６の検出強度は、図１３Ｂに示すように急峻に上昇する。このような急峻な信号をＥＩＴ信号と呼ぶ。このＥＩＴ信号は、アルカリ金属の種類によって決まった固有値をもっている。したがって、このようなＥＩＴ信号を基準として用いることにより、高精度な原子発振器１０１を実現することができる。

原子発振器１０１に用いられるガスセル１０には小型であり、かつ、長寿命であることが要求されるが、上記実施形態のガスセルの構成およびその製造方法によれば、小型で長寿命のガスセル１０を安定的に製造できるので、小型で精度が高く長寿命の原子発振器１０１に好適に用いることができる。

１０，１０Ａ…ガスセル、１２…セル部、１３…アルカリ金属ガス（アルカリ金属のガス）、１４…主室（第１室）、１６…リザーバー（第２室）、１８…開口部、１９…封止部、２０…アンプル（アルカリ金属を含む固形物）、２５…粘着剤（鎖式飽和炭化水素）、３０…ピル（アルカリ金属を含む固形物）、４０…パルスレーザー光（レーザー光）、４４…連続発振レーザー光（レーザー光）、１００…磁気計測装置。

Claims (8)

1. 磁場を計測する磁気計測装置の製造方法であって、
   第１室と、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部の前記第２室に前記開口部からアルカリ金属を含む固形物を挿入して収納する収納工程と、
   前記開口部を封止部で封止する封止工程と、
   前記固形物にレーザー光を照射する照射工程と、を含み、
   前記収納工程では、前記第２室の内壁および前記固形物の少なくとも一方に鎖式飽和炭化水素を配置することを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
   前記封止工程では、前記セル部を、前記長手方向が鉛直方向に沿うとともに前記開口部が鉛直方向の下方側となるようにして前記封止部の上に配置することを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
   前記固形物は内部にアルカリ金属が充填されたアンプルであり、
   前記照射工程では、前記アンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射することを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
4. 請求項１または２に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
   前記固形物はアルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルであり、
   前記照射工程では、前記ピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射することを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
5. 第１室と、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部の前記第２室に前記開口部からアルカリ金属を含む固形物を挿入して収納する収納工程と、
   前記開口部を封止部で封止する封止工程と、
   前記固形物にレーザー光を照射する照射工程と、を含み、
   前記収納工程では、前記第２室の内壁および前記固形物の少なくとも一方に鎖式飽和炭化水素を配置することを特徴とするガスセルの製造方法。
6. 請求項５に記載のガスセルの製造方法であって、
   前記封止工程では、前記セル部を、前記長手方向が鉛直方向に沿うとともに前記開口部が鉛直方向の下方側となるようにして前記封止部の上に配置することを特徴とするガスセルの製造方法。
7. 請求項５または６に記載のガスセルの製造方法であって、
   前記固形物は内部にアルカリ金属が充填されたアンプルであり、
   前記照射工程では、前記アンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射することを特徴とするガスセルの製造方法。
8. 請求項５または６に記載のガスセルの製造方法であって、
   前記固形物はアルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルであり、
   前記照射工程では、前記ピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射することを特徴とするガスセルの製造方法。

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