(57)【要約】【課題】原子センサ向けの真空セル装置のためのシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】少なくとも１つの実施形態では、この装置は、密閉容積を取り囲むセル壁であって、第１の開放端、および第１の開放端とは反対側の第２の開放端を有するセル壁と、セル壁の第１の開放端を覆い、第１の表面を有する第１のパネルであって、第１の表面が密閉容積に面し、第１の組の回折光学系を有する、第１のパネルとを備える。さらに、この装置は、セル壁の第２の開放端を覆い、第２の表面を有する第２のパネルであって、第２の表面が密閉容積に面し、第２の組の回折光学系を有する、第２のパネルを備え、第１の組の回折光学系および第２の組の回折光学系は、所定の光路に沿って密閉容積内で少なくとも１つの光ビームを反射するように構成される。【選択図】図１
2014022727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子センサ向けの真空セル（１００）装置であって、
密閉容積（１０４）を取り囲むセル壁（１０２）であって、第１の開放端、および前記第１の開放端とは反対側の第２の開放端を有するセル壁（１０２）と、
前記セル壁（１０２）の前記第１の開放端を覆い、第１の表面を有する第１のパネル（１０６）であって、前記第１の表面が前記密閉容積（１０４）に面し、第１の組の回折光学系を有する、第１のパネル（１０６）と、
前記セル壁（１０２）の前記第２の開放端を覆い、第２の表面を有する第２のパネル（１０８）であって、前記第２の表面が前記密閉容積（１０４）に面し、第２の組の回折光学系を有する、第２のパネル（１０８）とを備え、
前記第１の組の回折光学系および前記第２の組の回折光学系が、所定の光路に沿って前記密閉容積（１０４）内で少なくとも１つの光ビームを反射するように構成される、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記少なくとも１つの光ビームを前記密閉容積（１０４）内へ通信するように構成された１つまたは複数の光ポート（１１０）をさらに備え、前記光ポート（１１０）が、前記第１のパネル（１０６）を通じて第１の組の光ビームを前記密閉容積（１０４）内へ通信する第１の組の光ポートと、前記第２のパネル（１０８）を通じて第２の組の光ビームを前記密閉容積（１０４）内へ通信する第２の組の光ポートとを含み、前記第１の組の光ビームと前記第２の組の光ビームが、前記密閉容積（１０４）内の前記光路に沿って逆方向に伝播する、装置。
【請求項３】
１つまたは複数の真空セル（１００）を製造する方法であって、
剛体内に少なくとも１つの密閉容積（１０４）を形成するステップであって、前記少なくとも１つの密閉容積（１０４）が、第１の開放端、および前記第１の開放端とは反対側の第２の開放端を有する、形成するステップと、
第１の表面および前記第１の表面内の第１の組の回折光学系を有する第１のパネル（１０６）を形成するステップと、
第２の表面および前記第２の表面内の第２の組の回折光学系を有する第２のパネル（１０８）を形成するステップと、
前記第１の表面が前記少なくとも１つの密閉容積（１０４）に面するように、前記第１のパネル（１０６）を前記第１の開放端で前記剛体に取り付けるステップと、
前記第２の表面が前記少なくとも１つの密閉容積（１０４）に面するように、前記第２のパネル（１０８）を前記第２の開放端で前記剛体に取り付けるステップとを含み、前記第１の組の回折光学系および前記第２の組の回折光学系が、少なくとも１つの所定の光路に沿って前記少なくとも１つの密閉容積（１０４）内で少なくとも１つの光ビームを反射するように構成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１２年７月１２日出願の米国仮特許出願第６１／６７０，７６６号に対する優先権の利益を主張する。同出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
[0002]原子のレーザ冷却は、精密クロック、磁力計、ジャイロスコープ、および加速度計を含む一種の精密センサの基礎である。低温原子センサには大型の真空チャンバが含まれることが多く、この真空チャンバで周囲の環境から原子を分離し、低温原子センサの本体にレーザおよび光学系を取り付けるためのプラットホームを提供する。低温原子センサを小型化するための最近の取り組みは、寸法の低減で進展してきたが、遅くてコストのかかる従来の機械加工処理を必要とする物理パッケージに基づいている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]原子センサ向けの真空セル装置のためのシステムおよび方法が提供される。少なくとも１つの実施形態では、この装置は、密閉容積を取り囲むセル壁であって、第１の開放端、および第１の開放端とは反対側の第２の開放端を有するセル壁と、セル壁の第１の開放端を覆い、第１の表面を有する第１のパネルであって、第１の表面が密閉容積に面し、第１の組の回折光学系を有する、第１のパネルとを備える。さらに、この装置は、セル壁の第２の開放端を覆い、第２の表面を有する第２のパネルであって、第２の表面が密閉容積に面し、第２の組の回折光学系を有する、第２のパネルを備え、第１の組の回折光学系および第２の組の回折光学系は、所定の光路に沿って密閉容積内で少なくとも１つの光ビームを反射するように構成される。
【０００４】
[0004]図面は例示的な実施形態のみを示し、したがって範囲を限定すると見なされるべきではないと理解した上で、例示的な実施形態について、添付の図面を使用して追加の特定性および詳細とともに説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】[0005]一実施形態による原子センサ向けの真空セルの斜視図である。
【図２】[0006]一実施形態による単一の折返し光ビームおよび付随する光学系を示す真空セルの側面図である。
【図３】[0007]一実施形態による複数の折返し光ビームの交差の図である。
【図４】[0008]図４Ａは、一実施形態による複数の折返し光ビームの交差の側面図である。図４Ｂは、一実施形態による複数の折返し光ビームの交差の側面図である。
【図５Ａ】[0009]一実施形態による折返し光学系を有する原子センサのバッチ製造を示す図である。
【図５Ｂ】一実施形態による折返し光学系を有する原子センサのバッチ製造を示す図である。
【図５Ｃ】一実施形態による折返し光学系を有する原子センサのバッチ製造を示す図である。
【図５Ｄ】一実施形態による折返し光学系を有する原子センサのバッチ製造を示す図である。
【図５Ｅ】一実施形態による折返し光学系を有する原子センサのバッチ製造を示す図である。
【図５Ｆ】一実施形態による折返し光学系を有する原子センサのバッチ製造を示す図である。
【図５Ｇ】一実施形態による折返し光学系を有する原子センサのバッチ製造を示す図である。
【図５Ｈ】一実施形態による折返し光学系を有する原子センサのバッチ製造を示す図である。
【図６】[0010]一実施形態による原子センサを製造する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[0011]一般的な慣行に従って、様々な記載の特徴は原寸に比例して描かれておらず、例示的な実施形態に関連する特有の特徴を強調するように描かれている。
[0012]以下の詳細な説明では、説明の一部を形成する添付の図面を参照されたい。図面には、特有の例示的な実施形態が例示を目的として示されている。他の実施形態を利用することもでき、論理的、機械的、および電気的な変更を加えることもできることを理解されたい。さらに、これらの図面および本明細書に提示する方法は、個々のステップを実行できる順序を限定すると解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
【０００７】
[0013]バッチ製造される原子センサのためのシステムおよび方法が提供される。後述するように、特定の原子センサは、真空内で原子を分離してそれらの原子の特性を測定することによって機能する。たとえば、分離された原子の測定された振動を、計時システムにおいて基準周波数として使用することができる。本開示に記載するように、原子は、バッチ製造できる真空セル内で分離される。たとえば、バッチ製造される真空パッケージには、平面ガラスの層によって覆われた中空のセルが含まれる。たとえば光ファイバによって、レーザ光がパッケージ内へ結合される。ガラスの内側表面上には、１組の回折光学系が配置される。レーザビームは、チャンバの内側表面にはね返ると拡大し、次いで視準された直後に、原子が捕捉される領域を通過する。少なくとも１つの実施形態では、３つのそのようなビームが９０度の角度で交差し、原子を捕捉および冷却する。これらのビームはまた、原子センサを作る目的で、原子を操作して応答させるために使用することもできる。
【０００８】
[0014]図１は、原子センサ向けのバッチ製造された真空セル１００の図である。真空セル１００は、セル壁１０２を含む。セル壁１０２は、密閉容積１０４を含む剛体の一部であり、密閉容積１０４は、セル壁１０２によって取り囲まれている。セル壁１０２は、シリコン、ガラス、または他の硬質な材料から製造することができる。真空セル１００をさらに画定するために、密閉容積１０４の反対側の端部上で、第１のパネル１０６および第２のパネル１０８がセル壁１０２に接合され、その結果、第１のパネル１０６、第２のパネル１０８、およびセル壁１０２の組合せによって密閉された密閉容積１０４は気密性を有する。たとえば、セル壁１０２は、セル壁１０２の両側に第１の開放端および第２の開放端を有する。第１のパネル１０６を第１の開放端に接合し、第２のパネル１０８を第２の開放端に接合して、密閉容積１０４を取り囲み、気密性の内部空間を形成する。少なくとも１つの実施形態では、第１のパネル１０６および第２のパネル１０８は、ガラスまたは他の透明な材料から作られる。セル壁１０２がシリコンから製造され、第１のパネル１０６および第２のパネル１０８がガラスパネルである一実装形態では、第１のパネル１０６および第２のパネル１０８は、密閉容積１０４の両側の端部でセル壁１０２に陽極接合される。別法として、セル壁１０２がガラスから製造され、第１のパネル１０６および第２のパネル１０８がガラスから製造されたとき、フリットシールで第１のパネル１０６および第２のパネル１０８をセル壁１０２に接合することができる。接着剤などの他の方法で、第１のパネル１０６および第２のパネル１０８をセル壁１０２に接合することもできる。
【０００９】
[0015]特定の実施形態では、セル壁１０２、第１のパネル１０６、および第２のパネル１０８によって画定された密閉容積１０４は、低温原子センサに対する真空パッケージとして機能する。真空セル１００が低温原子センサの一部として機能するとき、密閉容積１０４は、密閉容積１０４内へ導入されるレーザ光によって冷却される原子を含有する。密閉容積１０４内へ光を導入するために、複数の光ポート１１０の１つから光が導入される。特定の実施形態では、光ポート１１０は、光ポート１１０から密閉容積１０４内へ導入される光が互いに９０度の角度で交差するように構成される。第１のパネル１０６上で光ポートに結合された光ファイバケーブルからレーザ光を放出することによって、光ポート１１０を通じて光を導入することができる。代替実施形態では、光はまた、第２のパネル１０８上に位置する光ポートを通じて結合される。第１のパネル１０６と第２のパネル１０８の両方を通じて光が導入されるとき、第１のパネル１０６を通じて導入される各光ビームに対応して、第２のパネル１０８を通じて導入される光ビームが、同じビーム経路に沿って反対の方向に伝播する。
【００１０】
[0016]さらなる実施形態では、第１のパネル１０６の表面上に磁気コイル１１２が形成され、第１のパネル１０６のうち、磁気コイル１１２に接触する表面は、真空セル１００の外部表面上に位置する。また、いくつかの実装形態では、第２のパネル１０８の外部表面上にも類似の磁気コイルが形成される。いくつかの実装形態では、磁気コイル１１２は、光ポート１１０を通じて導入された光ビームが交差する位置で、最小磁界（ヘルムホルツ防止磁界のような磁界）を形成するように機能する。この最小磁界は、密閉容積１０４内の原子を光ビームが交差する位置へ誘導し、その結果、これらの原子を光ビームによって冷却および捕捉することができる。次いで、捕捉された原子を、精密クロック、磁力計、ジャイロスコープ、加速度計などの一部として監視することができる。たとえば、第１のパネル１０６および第２のパネル１０８を通じて導入される光ビームは、原子に応答させてセンサから情報を集めることができる。さらに、真空セル１００付近に光検出器を取り付けて、検出を支援することもできる。
【００１１】
[0017]図２は、単一の折返し光ビーム２０１が第１のパネル２０６および第２のパネル２０８の内部表面上に形成された密閉容積２０４および付随する光学系を通って伝播する真空セル２００の図である。少なくとも１つの実施形態では、密閉容積２０４は、図１の密閉容積１０４として機能する。同様に、少なくとも１つの実施形態では、第１のパネル２０６および第２のパネル２０８は、第１のパネル１０６および第２のパネル１０８として機能する。また、特定の実施形態では、光ポート２１０は光ポート１１０として機能することができる。図２に示すように、第１のパネル２０６上の光ポート２１０を通じて折返し光ビーム２０１が密閉容積２０４内へ導入される。光ポート２１０は光源２０３に結合されている。光源２０３は、レーザ、光ファイバケーブル、または他の光源もしくは光伝送媒体とすることができる。
【００１２】
[0018]特定の実施形態では、光ビーム２０１が光ポート２１０を通じて密閉容積２０４内へ放出されたとき、光ビーム２０１は、第１のパネル２０６および第２のパネル２０８上の表面に反射して、折返し光ビーム２０１を形成する。さらに、第１のパネル２０６および第２のパネル２０８の内部表面のうち、折返し光ビーム２０１が接触する部分は、回折光学系２１４、２１６、２１８、および２２０を有するように構成される。回折光学系２１４、２１６、２１８、および２２０は、第１のパネル２０６および第２のパネル２０８の内部表面上で、折返し光ビーム２０１が密閉容積２０４を通って伝播するときに折返し光ビーム２０１を回折し、折返し光ビーム２０１が拡大する率を変化させる部分である。たとえば、回折光学系には、光を反射する鏡、平行な光ビームを反射する視準光学表面、４分の１波長板などが含まれる。回折光学系２１４、２１６、２１８、および２２０はまた、密閉容積２０４内で折返し光ビーム２０１を反射する。たとえば、光ビーム２０１は密閉容積２０４内へ導入されると、回折光学系２１４に入射する。回折光学系２１４は、光ビーム２０１をより急速に拡大させ、折返し光ビーム２０１を回折光学系２１６の方へ反射する。拡大した光ビーム２０１は、回折光学系２１４に反射し、密閉容積２０４を通って伝播し、回折光学系２１６に入射する。回折光学系２１６は、光ビーム２０１を視準し、その結果、折返し光ビーム２０１内の光子は互いに平行に進む。さらに、回折光学系２１６は、視準された光ビーム２０１を原子２０７上へ誘導し、密閉容積２０４内の位置で原子２０７を冷却および捕捉する。次いで、視準された光ビーム２０１は、回折光学系２１８に入射する。回折光学系２１８は、光ビーム２０１を狭め始めて、光ビーム２０１を回折光学系２２０へ反射する。回折光学系２１８と同様に、回折光学系２２０は光ビーム２０１をさらに狭めて、光ビーム２０１を表面２０５へ反射する。
【００１３】
[0019]特定の実施形態では、表面２０５は、４分の１波長板と鏡の組合せである。表面２０５が４分の１波長板／鏡の組合せであるとき、光は４分の１波長板を通過して鏡に反射し、再び４分の１波長板を通過する。４分の１波長板／鏡の組合せは、折返し光ビーム２０１の偏光を変化させ、密閉容積２０４を通って折返し光ビーム２０１を回折光学系２２０、２１８、２１６、および２１４に後方反射させ、その結果、逆方向に進む折返し光ビーム２０１は、前方へ進む折返し光ビーム２０１と同じ経路に沿って同じビーム幅で進むが、逆方向に進む折返し光ビーム２０１と前方へ進む折返し光ビーム２０１は異なる方向に進む。少なくとも１つの代替実施形態では、表面２０５は、第２のパネル２０８上の光ポートとして機能する。表面２０５が光ポートであるとき、逆方向に進む折返し光ビーム２０１は、第２の光源から密閉容積２０４内へ導入される。逆方向に進む折返し光ビーム２０１が光ポートを通って導入されるとき、逆方向に進む折返し光ビーム２０１は、前方へ進む折返し光ビーム２０１と同じ経路に沿って同じビーム幅で進むが、逆方向に進む折返し光ビーム２０１と前方へ進む折返し光ビーム２０１は異なる方向に進む。逆方向に進む光ビーム２０１および前方へ進む光ビーム２０１は、密閉容積２０４の中心に位置する原子を捕捉および冷却するのを支援する。
【００１４】
[0020]図３は、密閉容積内を伝播する複数の折返し光ビーム３０１−１〜３０１−３の交差の図である。少なくとも１つの実装形態では、各折返し光ビーム３０１−１〜３０１−３は、添付の回折光学系２１４、２１６、２１８、および２２０とともに示す図２の折返し光ビーム２０１と同様に伝播する。しかし、折返し光ビーム３０１−１〜３０１−３は、交点３３０で互いに同時に交差するように、異なる位置で密閉容積内へ導入され、折返し光ビーム３０１−１〜３０１−３は、密閉容積内の交点３３０で直交方向に伝播する。特定の例示的な実施形態では、交点３３０に原子が配置され、折返し光ビーム３０１−１〜３０１−３は、これらの原子を捕捉および冷却する。
【００１５】
[0021]図４Ａおよび図４Ｂは、複数の折返し光ビーム４０１−１〜４０１−３の交差の第１の側面図４００および第２の側面図４０５の図である。少なくとも１つの実施形態では、複数の折返し光ビーム４０１−１〜４０１−３は、図３の複数の折返し光ビーム３０１−１〜３０１−３として機能する。図４Ａの第１の側面図４００に示すように、複数の折返し光ビーム４０１−１〜４０１−３は、第１の平面表面４０６と第２の平面表面４０８との間で反射され、いくつかの実装形態では、第１のパネル４０６および第２のパネル４０８が、図１の第１のパネル１０６および第２のパネル１０８として機能する。複数の折返しビーム４０１−１〜４０１−３が第１のパネル４０６と第２のパネル４０８との間で反射されると、複数の折返しビーム４０１−１〜４０１−３は、交点４３０で交差する。交点４３０は、図３の交点３３０に類似している。複数の折返し光ビーム４０１−１〜４０１−３の図４Ｂの第２の側面図４０５は、複数の折返し光ビーム４０１−１〜４０１−３が交点４３０で互いにどのように交差するかをよりはっきりと示すために、複数の折返し光ビームを異なる角度で示す。特定の例示的な実施形態では、交点４３０に原子が配置され、複数の折返し光ビーム４０１−１〜４０１−３は、これらの原子を捕捉および冷却する。
【００１６】
[0022]図５Ａ〜５Ｈは、折返し光学系を有する原子センサを製造する１つの例示的なバッチ処理を示す。図５Ａに示す特定の実施形態では、５５０で、不透明なウェーハ５０２などの剛体内に密閉容積５０４が形成される。ウェーハ５０２は、たとえばシリコンから構成することができる。特定の実施形態では、ウェーハ５０２は、１センチメートル程度の厚さを有し、ウェーハ５０２内に複数の密閉容積５０４を形成するために、超音波工作機械５３２が使用される。超音波工作機械５３２は複数の歯５３３を有し、歯５３３はそれぞれ、ウェーハ５０２内に形成される異なる密閉容積５０４に別個に対応する。超音波工作機械５３２は、ウェーハ５０２の表面にスラリーが接触した状態で、複数の歯５３３を超音波速度で振動させる。複数の歯５３３は研磨用であり、ウェーハ５０２の表面のうち、複数の密閉容積５０４を形成する部分をすり減らす。代替実施形態では、複数の密閉容積５０４は、ディープ反応性イオンエッチングによってウェーハ５０２の表面内に形成される。
【００１７】
[0023]図５Ｂに示すように、５５２で、ガラスウェーハなどの第１の透明パネル５０６の表面内に、回折光学系５１４が形成される。少なくとも１つの実施形態では、回折光学系５１４は、標準的なフォトリソグラフィ手順を通じてパネル５０６内へ刻まれる。いくつかの例示的な実装形態では、回折光学系５１４は、図２の回折光学系２１４、２１６、２１８、および２２０として機能する。
【００１８】
[0024]さらに、図５Ｃに示すように、５５４で、第１の透明パネル５０６および第２の透明パネル５０８がウェーハ５０２に接合される。パネル５０８は、パネル５０６に関して前述した方法と同様に形成される。したがって、パネル５０６および５０８はどちらも、ウェーハ５０２に面するそれぞれの表面内へ回折光学系５１４がエッチングされている。パネル５０６および５０８のうち、回折光学系５１４を有する表面は、陽極接合を使用してウェーハ５０２に接合され、パネル５０６および５０８はウェーハ５０２の両側に接合される。ウェーハ５０２がシリコンではなくガラスから製造される代替実施形態では、パネル５０６および５０８は、フリットシールを使用してウェーハ５０２に接合される。フリットシールと陽極接合はいずれも、密閉容積５０４に対する気密封止を提供する。特定の実施形態では、パネル５０６および５０８は、密閉容積５０４内の真空を封止するために、真空環境でウェーハ５０２に封止される。
【００１９】
[0025]図５Ｄに示すように、５５６で、パネル５０６および５０８のうち、ウェーハ５０２に接合されていない外側表面上に、磁気コイル５１２が形成される。特定の実施形態では、磁気コイル５１２は、図１の磁気コイル１１２として機能する。
【００２０】
[0026]図５Ｅの５５８で、第１の上層５３４が製造される。第１の上層５３４は、原子センサを保護し、原子センサと他のデバイスを物理的に接続するための境界面を提供する。特定の実施形態では、第１の上層５３４は、シリコンまたは他の硬質な材料から製造される。第１の上層５３４の製造中、第１の上層５３４上に補助磁気コイル５１３を堆積させることができる。少なくとも１つの実装形態では、図５Ｆで５６０に示すように、第２の上層５３６も製造される。少なくとも１つの例では、第１の上層５３４および第２の上層５３６は、類似の製造処理を使用して製造される。別法として、第１の上層５３４および第２の上層５３６は、異なる処理を使用して製造される。
【００２１】
[0027]一例では、第１の上層５３４と第２の上層５３６はどちらも、補助磁気コイル５１３を含むように製造することができる。図５Ｆに示すように、第２の上層５３６は、第２の上層５３６のうち、補助磁気コイル５１３を含有する側とは反対側に、金属化層５４０を含むようにさらに製造することができる。金属化層５４０は、密閉容積５０４を含有する原子センサに取り付けることができるＭＥＭＳセンサに対する支持体として機能する。
【００２２】
[0028]図５Ｇに示すように、５６２で、第２の上層５３６内に光ポート５１０が形成される。少なくとも１つの実施形態では、光ポート５１０は、ディープ反応性イオンエッチングまたは光ポート５１０を形成できる他の方法によって形成される。特定の実装形態では、光ポート５１０は、図１の光ポート１１０として機能する。代替実施形態では、第２の上層５３６と同様に、第１の上層５３４にも光ポートおよび／または金属化層が形成される。
【００２３】
[0029]図５Ｈの５６４で、第１の上層５３４、第２の上層５３６、ならびにパネル５０６、パネル５０８、およびウェーハ５０２の組合せが、別個の構成要素に個片化される。これらの構成要素はそれぞれ、特定の原子センサ５０１−１、５０１−２、および５０１−３に関連する。たとえば、個片化は、ダイシング、ソーイングなどによって実行される。異なる構成要素が個片化されたとき、第１の上層５３４および第２の上層５３６は、パネル５０６、パネル５０８、およびウェーハ５０２を接合した組合せを個片化したものに接合されている。これらの組合せは、個々の原子センサ５０１−１〜５０１−３に対応する。たとえば、第１の上層５３４の個片化部分は、個片化されたパネル５０８に接合され、第２の上層５３６の個片化部分は、個片化されたパネル５０６に接合される。少なくとも１つの実施形態では、第１の上層５３４および第２の上層５３６は、熱圧縮によって接合される。熱圧縮は、補助磁気コイル５１３を含有する個片化された第１の上層５３４および個片化された第２の上層５３６の表面を、磁気コイル５１２を含有する個片化されたパネル５０６および個片化されたパネル５０８の表面に接合する。少なくとも１つの実施形態では、熱圧縮によりスタッドバンプ５４２を通じて異なる表面を互いに接合し、それにより、圧力および熱を印加することによって表面をともに接合する。個片化された第１の上層５３４および個片化された第２の上層５３６を個片化されたパネル５０６および５０８に接合することで、バッチ製造された個々の原子センサ５０１−１〜５０１−３を形成する。
【００２４】
[0030]図６は、真空セルを製造する方法６００を示す流れ図である。方法６００は６０２へ進み、剛体内に密閉容積が形成され、密閉容積は、第１の開放端と、第１の開放端とは反対側の第２の開放端とを有する。たとえば、超音波工作機械でシリコンウェーハの表面の一部分をすり減らすことによって、シリコンウェーハ内に容積を形成することができる。別法として、密閉容積は、ディープ反応性イオンエッチングによってシリコンウェーハの表面内に形成することができる。
【００２５】
[0031]方法６００は６０４へ進み、第１のパネルが形成され、第１のパネルは、実質上平面の表面を有し、実質上平面の表面内に第１の組の回折光学系を有する。同様に、方法６００は６０６へ進み、第２のパネルが形成され、第２のパネルは、実質上平面の表面を有し、実質上平面の表面内に第２の組の回折光学系を有する。たとえば、回折光学系は、第１および第２のパネルの表面内へ刻むことができ、第１および第２のパネルはガラスウェーハである。
【００２６】
[0032]方法６００は６０８へ進み、第１のパネルは、第１のパネルの実質上平面の表面が密閉容積に面するように、第１の開放端に取り付けられる。さらに、方法６００は６１０へ進み、第２のパネルは、第２のパネルの実質上平面の表面が密閉容積に面するように、第２の開放端に取り付けられ、第１の組の回折光学系および第２の組の回折光学系は、密閉容積内で少なくとも１つの光ビームを反射するように構成される。たとえば、第１のパネルと第２のパネルの両方のうち、回折光学系を有する表面は、陽極接合を使用して、シリコンから作られた剛体に接合することができ、第１のパネルおよび第２のパネルは、剛体の両側に接合される。剛体がシリコンではなくガラスから製造される代替実施形態では、第１のパネルおよび第２のパネルは、フリットシールを使用して剛体に接合される。フリットシールと陽極接合はいずれも、密閉容積に対する気密封止を提供する。
例示的な実施形態
[0033]実施例１は、原子センサ向けの真空セル装置を含み、この装置は、密閉容積を取り囲むセル壁であって、第１の開放端、および第１の開放端とは反対側の第２の開放端を有するセル壁と、セル壁の第１の開放端を覆い、第１の表面を有する第１のパネルであって、第１の表面が密閉容積に面し、第１の組の回折光学系を有する、第１のパネルと、セル壁の第２の開放端を覆い、第２の表面を有する第２のパネルであって、第２の表面が密閉容積に面し、第２の組の回折光学系を有する、第２のパネルとを備え、第１の組の回折光学系および第２の組の回折光学系は、所定の光路に沿って密閉容積内で少なくとも１つの光ビームを反射するように構成される。
【００２７】
[0034]実施例２は実施例１の装置を含み、この装置は、少なくとも１つの光ビームを密閉容積内へ通信するように構成された１つまたは複数の光ポートをさらに備える。
[0035]実施例３は実施例２の装置を含み、光ポートは、第１のパネルを通じて第１の組の光ビームを密閉容積内へ通信する第１の組の光ポートと、第２のパネルを通じて第２の組の光ビームを密閉容積内へ通信する第２の組の光ポートとを含み、第１の組の光ビームと第２の組の光ビームは、密閉容積内の光路に沿って逆方向に伝播する。
【００２８】
[0036]実施例４は実施例１〜３のいずれかの装置を含み、第１の組の回折光学系および第２の組の回折光学系は、少なくとも１つの光ビームを密閉容積内の原子含有位置に誘導するように構成される。
【００２９】
[0037]実施例５は実施例４の装置を含み、少なくとも１つの光ビームは、原子含有位置で直交して交差する複数の光ビームを構成する。
[0038]実施例６は実施例４〜５のいずれかの装置を含み、この装置は、第１および第２のパネルの少なくとも１つの外部表面上に少なくとも１つの磁気コイルをさらに備え、少なくとも１つの磁気コイルは、原子含有位置で低減された磁界を生成する。
【００３０】
[0039]実施例７は実施例１〜６のいずれかの装置を含み、第１の組の回折光学系および第２の組の回折光学系は、少なくとも１つの光ビームを反射するように構成された鏡、少なくとも１つの光ビームを視準および反射するように構成された視準光学表面、ならびに少なくとも１つの光ビームの偏光を変化させて少なくとも１つの光ビームを反射するように構成された４分の１波長板の少なくとも１つを含む。
【００３１】
[0040]実施例８は実施例７の装置を含み、４分の１波長板は、密閉容積を通じて少なくとも１つの光ビームを反射し、その結果、この光ビームは光路に沿って後方へ伝播する。
[0041]実施例９は実施例１〜８のいずれかの装置を含み、第１のパネルおよび第２のパネルは、フリットシールおよび陽極接合の少なくとも１つによってセル壁に接合される。
【００３２】
[0042]実施例１０は実施例１〜９のいずれかの装置を含み、この装置は、第１の上層および第２の上層をさらに備え、第１の上層は第１のパネルに取り付けられ、第２の上層は第２のパネルに取り付けられる。
【００３３】
[0043]実施例１１は実施例１０の装置を含み、第１の上層および第２の上層の少なくとも１つは、少なくとも１つの補助磁気コイルを備える。
[0044]実施例１２は、１つまたは複数の真空セルを製造する方法を含み、この方法は、剛体内に少なくとも１つの密閉容積を形成するステップであって、少なくとも１つの密閉容積が、第１の開放端、および第１の開放端とは反対側の第２の開放端を有する、形成するステップと、第１の表面および第１の表面内の第１の組の回折光学系を有する第１のパネルを形成するステップと、第２の表面および第２の表面内の第２の組の回折光学系を有する第２のパネルを形成するステップと、第１の表面が少なくとも１つの密閉容積に面するように、第１のパネルを第１の開放端で剛体に取り付けるステップと、第２の表面が少なくとも１つの密閉容積に面するように、第２のパネルを第２の開放端で剛体に取り付けるステップとを含み、第１の組の回折光学系および第２の組の回折光学系は、少なくとも１つの所定の光路に沿って少なくとも１つの密閉容積内で少なくとも１つの光ビームを反射するように構成される。
【００３４】
[0045]実施例１３は実施例１２の方法を含み、第１のパネルを取り付けるステップおよび第２のパネルを取り付けるステップは、フリットシールを使用して接合すること、および陽極接合処理を使用して接合することの少なくとも１つを含む。
【００３５】
[0046]実施例１４は実施例１２〜１３のいずれかの方法を含み、この方法は、少なくとも１つの光ビームを密閉容積内へ通信するように構成された少なくとも１つの光ポートを形成するステップをさらに含む。
【００３６】
[0047]実施例１５は実施例１２〜１４のいずれかの方法を含み、第１の組の回折光学系および第２の組の回折光学系は、少なくとも１つの光ビームを少なくとも１つの密閉容積内で少なくとも１つの原子含有位置に誘導するように構成され、少なくとも１つの光ビームは、少なくとも１つの原子含有位置で直交して交差する複数の光ビームを構成する。
【００３７】
[0048]実施例１６は実施例１５の方法を含み、この方法は、第１のパネルおよび第２のパネルの少なくとも１つの外部表面上に少なくとも１つの磁気コイルを形成するステップをさらに含み、少なくとも１つの磁気コイルは、少なくとも１つの原子含有位置で低減された磁界を形成する。
【００３８】
[0049]実施例１７は実施例１２〜１６のいずれかの方法を含み、この方法は、第１の上層および第２の上層を形成するステップをさらに含み、第１の上層は第１のパネルに取り付けられ、第２の上層は第２のパネルに取り付けられる。
【００３９】
[0050]実施例１８は、実施例１２〜１７のいずれかの方法を含み、１つまたは複数の真空セルを個片化して個々の真空セルにする。
[0051]実施例１９は原子センサを含み、原子センサは、密閉容積を取り囲む真空セル壁であって、第１の開放端、および第１の開放端とは反対側の第２の開放端を有する真空セル壁と、真空セル壁の第１の開放端を覆い、第１の内部表面を有する第１のパネルであって、第１の内部表面が密閉容積に面し、第１の組の回折光学系を有する、第１のパネルと、真空セル壁の第２の開放端を覆い、第２の内部表面を有する第２のパネルであって、第２の内部表面が密閉容積に面し、第２の組の回折光学系を有する、第２のパネルとを備え、１つまたは複数の光ポートは、少なくとも１つの光ビームを密閉容積内へ通信するように構成され、第１の組の回折光学系および第２の組の回折光学系は、少なくとも１つの光ビームを所定の光路に沿って密閉容積内の原子含有位置に誘導するように構成され、第１の上層は第１のパネルの第１の外部表面に取り付けられ、第２の上層は第２のパネルの第２の外部表面に取り付けられる。
【００４０】
[0052]実施例２０は実施例１９の原子センサを含み、この原子センサは、第１および第２のパネルの少なくとも１つの外部表面上に少なくとも１つの磁気コイルと、第１の上層および第２の上層の少なくとも１つの表面上に少なくとも１つの補助磁気コイルとをさらに備え、少なくとも１つの磁気コイルおよび少なくとも１つの補助磁気コイルは、原子含有位置に低減された磁界を生成させる。
【００４１】
[0053]特有の実施形態について本明細書に図示および説明したが、同じ目的を実現するように計算された任意の構成で、図示の特有の実施形態を置き換えることもできることが当業者には理解されよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物のみによって限定されることが明らかである。
【符号の説明】
【００４２】
１００  真空セル
１０２  セル壁
１０４  密閉容積
１０６  第１のパネル
１０８  第２のパネル
１１０  光ポート
１１２  磁気コイル
２００  真空セル
２０１  折返し光ビーム
２０３  光源
２０４  密閉容積
２０５  表面
２０６  第１のパネル
２０７  原子
２０８  第２のパネル
２１０  光ポート
２１４  回折光学系
２１６  回折光学系
２１８  回折光学系
２２０  回折光学系
３０１−１  折返し光ビーム
３０１−２  折返し光ビーム
３０１−３  折返し光ビーム
３３０  交点
４００  第１の側面図
４０５  第２の側面図
４０１−１  折返し光ビーム
４０１−２  折返し光ビーム
４０１−３  折返し光ビーム
４０６  第１の平面表面、第１のパネル
４０８  第２の平面表面、第２のパネル
４３０  交点
５０１−１  原子センサ
５０１−２  原子センサ
５０１−３  原子センサ
５０２  ウェーハ
５０４  密閉容積
５０６  第１の透明パネル
５０８  第２の透明パネル
５１０  光ポート
５１２  磁気コイル
５１３  補助磁気コイル
５１４  回折光学系
５３２  超音波工作機械
５３３  歯
５３４  第１の上層
５３６  第２の上層
５４０  金属化層
５４２  スタッドバンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６】
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【外国語明細書】
2014022727000001.pdf