(57)【要約】【課題】光の反射を効果的に抑えて、高感度かつ高精度で測定できるガスセル、磁気計測装置、および原子発振器を提供する。【解決手段】ガスセル１０は、壁１１で構成されたセル１２と、壁１１の内側の面１１２，１１３に設けられた第１のグリッド構造５０ａと、第１のグリッド構造５０ａの表面を覆うコーティング層３２と、セル１２に封入されたアルカリ金属ガス１３と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁で構成された閉容器と、
前記壁の内側の面に設けられた反射防止構造と、
前記反射防止構造の表面を覆う鎖式飽和炭化水素と、
前記閉容器に封入されたアルカリ金属ガスと、
を備えたことを特徴とするガスセル。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセルであって、
前記反射防止構造として、複数の第１の凸条部が一次元配列された第１のグリッド構造を備えたことを特徴とするガスセル。
【請求項３】
請求項２に記載のガスセルであって、
前記第１の凸条部の周期に対する幅の比率である占有率は、０．３以上０．７以下であることを特徴とするガスセル。
【請求項４】
請求項３に記載のガスセルであって、
前記第１の凸条部の占有率は、０．４以上０．６以下であることを特徴とするガスセル。
【請求項５】
請求項３または４に記載のガスセルであって、
前記壁の外側の面に、複数の第２の凸条部が一次元配列された第２のグリッド構造が設けられていることを特徴とするガスセル。
【請求項６】
請求項５に記載のガスセルであって、
前記第１のグリッド構造における前記第１の凸条部の占有率と、前記第２のグリッド構造における前記第２の凸条部の占有率と、が同じ場合には、
前記第１の凸条部の高さは、前記第２の凸条部の高さよりも小さいことを特徴とするガスセル。
【請求項７】
請求項５に記載のガスセルであって、
前記第１のグリッド構造における前記第１の凸条部の高さと、前記第２のグリッド構造における前記第２の凸条部の高さと、が同じ場合には、
前記第１の凸条部の占有率は、前記第２の凸条部の占有率よりも小さいことを特徴とするガスセル。
【請求項８】
請求項１に記載のガスセルであって、
前記反射防止構造として、モスアイ構造を備えたことを特徴とするガスセル。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のガスセルを備えたことを特徴とする磁気計測装置。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載のガスセルを備えたことを特徴とする原子発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセル、磁気計測装置、および原子発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、閉容器（セル）の壁の内側の面を鎖式飽和炭化水素（パラフィン等）でコーティングし内部にアルカリ金属ガスを充満させたガスセルの構成が開示されている。コーティング材料の層（以下では、コーティング層という）は、アルカリ金属原子がセルの壁に直接衝突したときの挙動（例えば、スピン）の変化を抑制または低減する機能を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、照射された直線偏光がガスセルを透過する際に、ガスセルの壁の表面で光の反射が起きるという課題がある。光の反射によりガスセルを透過する光に損失が生じると、磁場の測定における信号成分が低下する。また、反射された光は迷光となり、磁場の測定におけるノイズ成分となる。その結果、磁場の測定における感度の低下や測定精度の低下を招いてしまう。したがって、セルの壁の表面での反射を効果的に抑えて、高感度かつ高精度で測定できるガスセルが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係るガスセルは、壁で構成された閉容器と、前記壁の内側の面に設けられた反射防止構造と、前記反射防止構造の表面を覆う鎖式飽和炭化水素と、前記閉容器に封入されたアルカリ金属ガスと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本適用例の構成によれば、閉容器を構成する壁の内側の面に反射防止構造が設けられているので、光がガスセルを透過する際に、入射側の壁の内側の面と射出側の壁の内側の面とにおける光の反射が抑えられる。また、反射防止構造の表面が鎖式飽和炭化水素からなるコーティング層で覆われているので、閉容器に封入されたアルカリ金属原子が閉容器の壁に衝突したときの挙動の変化を抑制または低減できる。これにより、閉容器の内側の面にコーティング層を有するガスセルにおいて、光の反射に起因する感度の低下や測定精度の低下を抑えることができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係るガスセルであって、前記反射防止構造として、複数の第１の凸条部が一次元配列された第１のグリッド構造を備えていることが好ましい。
【０００９】
本適用例の構成によれば、第１の凸条部が一次元配列された第１のグリッド構造により、閉容器の内側の面における光の反射を抑えることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係るガスセルであって、前記第１の凸条部の周期に対する幅の比率である占有率は、０．３以上０．７以下であることが好ましい。
【００１１】
本適用例の構成によれば、第１の凸条部の占有率を０．３以上０．７以下とすることで、第１のグリッド構造を容易かつ確実に形成できるとともに、第１のグリッド構造を覆うコーティング層を均一な膜厚で形成できる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係るガスセルであって、前記第１の凸条部の占有率は、０．４以上０．６以下であることがより好ましい。
【００１３】
本適用例の構成によれば、第１の凸条部の占有率を０．４以上０．６以下とすることで、より安定して、第１のグリッド構造を容易かつ確実に形成できるとともに、第１のグリッド構造を覆うコーティング層を均一な膜厚で形成できる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係るガスセルであって、前記壁の外側の面に、複数の第２の凸条部が一次元配列された第２のグリッド構造が設けられていることが好ましい。
【００１５】
本適用例の構成によれば、閉容器を構成する壁の外側の面にも反射防止構造として第２のグリッド構造が設けられているので、光がガスセルを透過する際に、入射側の壁の内側の面と射出側の壁の内側の面とに加えて、入射側の壁の外側の面と射出側の壁の外側の面とにおける光の反射も抑えられる。これにより、ガスセルにおいて、光の反射に起因する感度の低下や測定精度の低下をより効果的に抑えることができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に係るガスセルであって、前記第１のグリッド構造における前記第１の凸条部の占有率と、前記第２のグリッド構造における前記第２の凸条部の占有率と、が同じ場合には、前記第１の凸条部の高さは、前記第２の凸条部の高さよりも小さいことが好ましい。
【００１７】
本適用例の構成によれば、第１のグリッド構造における第１の凸条部の占有率と第２のグリッド構造における第２の凸条部の占有率とが同じ場合に、コーティング層に覆われる壁の内側の面における光の反射率と、コーティング層に覆われない壁の外側の面における光の反射率とを同程度に抑えることができる。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に係るガスセルであって、前記第１のグリッド構造における前記第１の凸条部の高さと、前記第２のグリッド構造における前記第２の凸条部の高さと、が同じ場合には、前記第１の凸条部の占有率は、前記第２の凸条部の占有率よりも小さいことが好ましい。
【００１９】
本適用例の構成によれば、第１のグリッド構造における第１の凸条部の高さと第２のグリッド構造における第２の凸条部の高さとが同じ場合に、コーティング層に覆われる壁の内側の面における光の反射率と、コーティング層に覆われない壁の外側の面における光の反射率とを同程度に抑えることができる。
【００２０】
［適用例８］上記適用例に係るガスセルであって、前記反射防止構造として、モスアイ構造を備えていてもよい。
【００２１】
本適用例の構成によれば、反射防止構造としてモスアイ構造を備えることで、グリッド構造と同様に光の反射を抑えることができる。
【００２２】
［適用例９］本適用例に係る磁気計測装置は、上記に記載のガスセルを備えたことを特徴とする。
【００２３】
本適用例の構成によれば、高感度かつ高精度で磁気を測定可能な磁気計測装置を提供できる。
【００２４】
［適用例１０］本適用例に係る原子発振器は、上記に記載のガスセルを備えたことを特徴とする。
【００２５】
本適用例の構成によれば、高精度な原子発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る磁気計測装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った側断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ’線に沿った平断面図。
【図４】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５】図４のＢ−Ｂ’線に沿った断面図。
【図６】第１の実施形態に係る反射防止構造の概略構成を示す斜視図。
【図７】図６のＣ−Ｃ’線に沿った第１のグリッド構造の断面図。
【図８】図６のＣ−Ｃ’線に沿った第２のグリッド構造の断面図。
【図９】第１の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する図。
【図１０】第１の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する図。
【図１１】第１の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する図。
【図１２】第１の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する図。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】第２の実施形態に係るガスセルの構成を示す平断面図。
【図２２】第２の実施形態に係る反射防止構造の概略構成を示す断面図。
【図２３】第２の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する図。
【図２４】第２の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する図。
【図２５】第２の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する図。
【図２６】第３の実施形態に係る原子発振器の構成を示す概略図。
【図２７】第３の実施形態に係る原子発振器の動作を説明する図。
【図２８】第３の実施形態に係る原子発振器の動作を説明する図。
【図２９】従来の反射防止構造を備えていないガスセルの一例を示す平断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
（第１の実施形態）
＜磁気計測装置＞
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、第１の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。第１の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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、ねじ込み式であり、光ファイバー２を偏光板４に接続する。
【００３２】
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２に示す主室１４）にはアルカリ金属の蒸気（図２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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を通過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。
【００３６】
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。
【００３７】
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２から図５を参照して説明する。
【００３８】
＜ガスセル＞
図２は、第１の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った側断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿った平断面図である。図２および図３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（後述する主室１４とリザーバー１６とが並ぶ方向）をＸ軸とし、図２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３における右側を＋Ｙ方向とする。
【００３９】
図２に示すように、第１の実施形態に係るガスセル１０は、閉容器としてのセル１２とリッド１９とを備えている。セル１２は、壁１１で構成された内部に空隙を有する箱（セル）である。壁１１は、例えば、石英ガラスなどからなるガラス板部材である。壁１１（板状の部材）の厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍであり、例えば、１．５ｍｍ程度である。
【００４０】
セル１２は、内部の空隙として、主室１４と、Ｘ軸方向を長手方向とするリザーバー１６とを有している。主室１４とリザーバー１６とは、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。図示しないが、連通孔１５をＸ軸方向に沿って見た形状は、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。
【００４１】
セル１２（主室１４およびリザーバー１６）の内部には、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およびリザーバー１６には、アルカリ金属ガス１３の他に、希ガスなどの不活性ガスが存在していてもよい。
【００４２】
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４参照）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。
【００４３】
セル１２の壁１１の内側には、膜状のコーティング層３２が配置されている。コーティング層３２は、アルカリ金属原子がセル１２（主室１４）の壁１１に直接衝突したときの挙動（例えば、スピン）の変化を抑制または低減する機能を有する。コーティング層３２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。
【００４４】
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をＸ軸方向に沿って見た形状は、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。開口部１８は、封止部材３０を介してセル１２に接合されたリッド１９で封止されている。これにより、セル１２（主室１４およびリザーバー１６）が密封されている。
【００４５】
図３では、セル１２の長手方向が図３における上下方向に沿うように図示している。図３に示すように、主室１４の側部（Ｘ−Ｚ平面に沿った部分）の壁１１の内側の面１１２および面１１３には、反射防止構造として第１のグリッド構造５０ａが設けられている。第１のグリッド構造５０ａの表面は、コーティング層３２に覆われている。また、主室１４の側部の壁１１の外側の面１１１および面１１４には、反射防止構造として第２のグリッド構造５０ｂが設けられている。
【００４６】
磁気計測装置１００（図１参照）において、レーザービームＬｂは、図３におけるＹ軸方向に沿って、−Ｙ方向側から＋Ｙ方向側へ照射される。レーザービームＬｂの照射方向から見ると、レーザービームＬｂは、主室１４の側部の壁１１の略中央部に照射されて（図２参照）、主室１４内を透過する。レーザービームＬｂは、−Ｙ方向側の壁１１の外側の面１１１に略垂直に入射し、面１１１から内側の面１１２を透過して主室１４内に入射し、主室１４内を透過し、＋Ｙ方向側の壁１１の内側の面１１３から外側の面１１４を透過して、主室１４外へ射出される。
【００４７】
このとき、レーザービームＬｂは、−Ｙ方向側の壁１１において、外側の面１１１に設けられた第２のグリッド構造５０ｂを透過し、内側の面１１２に設けられた第１のグリッド構造５０ａを透過する。そして、レーザービームＬｂは、＋Ｙ方向側の壁１１において、内側の面１１３に設けられた第１のグリッド構造５０ａを透過し、外側の面１１４に設けられた第２のグリッド構造５０ｂを透過する。
【００４８】
ここで、ガスセル１０が備える反射防止構造（第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂ）の効果について、従来の反射防止構造を備えていないガスセルと比較して説明する。図２９は、従来の反射防止構造を備えていないガスセルの一例を示す平断面図である。図２９に示すガスセル９０は、反射防止構造（第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂ）を備えていない点以外は、第１の実施形態に係るガスセル１０と同じ構成を有している。
【００４９】
ガスセル９０にレーザービームＬｂが照射されると、−Ｙ方向側の壁１１の外側の面１１１において反射が起きる。そして、−Ｙ方向側の壁１１の内側の面１１２、＋Ｙ方向側の壁１１の内側の面１１３および外側の面１１４でも同様の反射が起きる。壁１１の各面における反射によるレーザービームＬｂの光損失は４％程度である。したがって、レーザービームＬｂが主室の４つの面を透過することにより、レーザービームＬｂの光損失は１５％程度となる。この結果、ガスセル９０から射出されるレーザービームＬｂの光量は、ガスセル９０に入射するレーザービームＬｂの光量の８５％程度に低下してしまう。
【００５０】
このような反射によりガスセル９０を透過するレーザービームＬｂに損失が生じると、磁気計測装置１００での磁場の測定における信号成分が低下する。また、レーザービームＬｂが反射された反射光は迷光となり、磁場の測定におけるノイズ成分となる。その結果、従来のガスセル９０では、磁場の測定における感度の低下や測定精度の低下を招いてしまう。
【００５１】
これに対して、第１の実施形態に係るガスセル１０は、主室１４の壁１１に反射防止構造（第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂ）を備えているので、レーザービームＬｂがガスセル１０を透過する際に、入射側の壁１１の外側の面１１１および内側の面１１２と、射出側の壁１１の内側の面１１３および外側の面１１４とにおける光の反射が抑えられる。これにより、レーザービームＬｂの反射に起因する感度の低下や測定精度の低下を抑えることができる。反射防止構造（第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂ）の構造とその効果については後で詳述する。
【００５２】
なお、第１の実施形態に係るガスセル１０は、主室１４の壁１１の内側の面１１２および面１１３に第１のグリッド構造５０ａを備え、外側の面１１１および面１１４に第２のグリッド構造５０ｂを備えているが、ガスセルが外側の面１１１および面１１４に第２のグリッド構造５０ｂを備えていない構成としてもよい。このような構成の場合、第１の実施形態に係るガスセル１０よりも反射防止効果は低下するが、反射防止構造を備えていないガスセル９０と比べて、感度の低下や測定精度の低下を抑えることができる。
【００５３】
＜アンプル＞
図４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５は、図４のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図４に示すように、本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４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。
【００５４】
ガラス管２２は、一方向（図４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４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。
【００５５】
図４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２参照）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１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる（図２参照）。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２参照）。
【００５６】
図５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５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、０．３ｍｍ≦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。
【００５７】
＜反射防止構造＞
次に、第１の実施形態に係るガスセルの反射防止構造を、図６、図７、および図８を参照して説明する。図６は、第１の実施形態に係る反射防止構造の概略構成を示す斜視図である。図７は、図６のＣ−Ｃ’線に沿った第１のグリッド構造の断面図である。図８は、図６のＣ−Ｃ’線に沿った第２のグリッド構造の断面図である。図６、図７、および図８は、反射防止構造（第１のグリッド構造５０ａまたは第２のグリッド構造５０ｂ）が設けられた主室１４の側部の壁１１の一部を拡大して示す図である。
【００５８】
図６に示すように、第１のグリッド構造５０ａの概略構成と第２のグリッド構造５０ｂの概略構成とは同じである。上述したように、第１のグリッド構造５０ａは、主室１４の側部の壁１１の内側の面１１２および面１１３に設けられている。第１のグリッド構造５０ａは、複数の第１の凸条部５２ａがストライプ状に一次元配列された構成を有している。
【００５９】
第１の凸条部５２ａは、壁１１の面１１２および面１１３に複数の凹条部５３ａを形成することで残留した部分である。したがって、第１の凸条部５２ａは壁１１の一部であり、第１の凸条部５２ａの上面が、壁１１の表面（面１１２および面１１３）である。
【００６０】
第２のグリッド構造５０ｂは、主室１４の側部の壁１１の外側の面１１１および面１１４に設けられている。第２のグリッド構造５０ｂは、複数の第２の凸条部５２ｂがストライプ状に一次元配列された構成を有している。第２の凸条部５２ｂは、壁１１の面１１１および面１１４に複数の凹条部５３ｂを形成することで残留した部分である。したがって、第２の凸条部５２ｂも壁１１の一部であり、第２の凸条部５２ｂの上面が、壁１１の表面（面１１１および面１１４）である。
【００６１】
第１のグリッド構造５０ａにおける第１の凸条部５２ａの延在方向と、第２のグリッド構造５０ｂにおける第２の凸条部５２ｂの延在方向とは平行である。上述したように、ガスセル１０の主室１４に入射するレーザービームＬｂ（図３参照）の波長を、８９４ｎｍとする。レーザービームＬｂは、主室１４の側部の壁１１に対して垂直に入射する。レーザービームＬｂは、直線偏光のＴＥ偏光とする。すなわち、直線偏光の電場の振動方向が第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの延在方向に平行な方向であるものとする。
【００６２】
図７は、第１のグリッド構造５０ａが設けられた壁１１の内側の面１１２および面１１３の概略断面図である。第１の凸条部５２ａは、所定のピッチ（周期）で配置されている。図７には、図６に図示されていないコーティング層３２を図示している。コーティング層３２は、第１のグリッド構造５０ａにおける第１の凸条部５２ａの上面および側面と、隣り合う第１の凸条部５２ａ同士の間とを覆うように配置されている。コーティング層３２の膜厚は、例えば６０ｎｍ程度である。
【００６３】
図８は、第２のグリッド構造５０ｂが設けられた壁１１の外側の面１１１および面１１４の概略断面図である。第２の凸条部５２ｂも、第１の凸条部５２ａと同じピッチ（周期）で配置されている。第２のグリッド構造５０ｂ上には、コーティング層３２は配置されていない。
【００６４】
図７および図８を参照して、第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂの詳細構成を説明する。第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの配置ピッチ（すなわち、凹条部５３ａおよび凹条部５３ｂの配置ピッチ）である周期をｐとする。第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの幅をｗとする。第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの高さ（すなわち、凹条部５３ａおよび凹条部５３ｂの深さ）をｈとする。ここでは、一旦、第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの、周期ｐと、幅ｗと、高さｈとがそれぞれ同じであるものとする。
【００６５】
レーザービームＬｂの波長をλとし、壁１１を構成するガラス板部材の屈折率をｎ1とする。第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの周期ｐと、レーザービームＬｂの波長λと、壁１１を構成するガラス板部材の屈折率ｎ1との関係は、以下の数式１によって表される。
【００６６】
【数１】
2018133644.tif 000003
【００６７】
数式１において、ガラス板部材（例えば石英ガラス）の屈折率ｎ1を１．４５とすると、λは８９４ｎｍであるので、周期ｐ＜６１７ｎｍとなる。そこで、周期ｐを、６００ｎｍとする。
【００６８】
第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂは、実効屈折率（ｎeff）を有する薄膜とみなすことができる。数式１の条件を満たす波長に対応して、第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂに求められる実効屈折率ｎeffは、以下の数式２によって計算できる。
【００６９】
【数２】
2018133644.tif 000004
【００７０】
数式２において、ｎeff（ＴＥ）は、ＴＥ偏光に対する実効屈折率である。ｎ2は、壁１１の周囲の屈折率であり、１であるものとする。ｆは、第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂにおける一次元グリッドの占有率であり、以下の数式３によって表される。
【００７１】
【数３】
2018133644.tif 000005
【００７２】
数式３に示すように、占有率ｆは、第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの周期ｐに対する幅ｗの比率である。第１のグリッド構造５０ａについては、第１の凸条部５２ａの表面がコーティング層３２で覆われるが、コーティング層３２により凹条部５３ａが埋まらないようにするためには、占有率ｆが０．５（すなわち、幅ｗが周期ｐの１／２）程度であることが望ましい。ここでは、コーティング層３２が等方的に形成される（均一な膜厚で形成される）ことを考慮して、占有率ｆを０．４とする。そうすると、数式２により、第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂに求められる実効屈折率ｎeffは、１．２となる。
【００７３】
また、第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの高さｈは、以下の数式４によって計算できる。
【００７４】
【数４】
2018133644.tif 000006
【００７５】
数式４により、第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの高さｈは、１８６ｎｍとなる。これらの結果を用いて、第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂにおける反射率を試算する。数式２により求めた実効屈折率ｎeffと、数式４により求めた第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの高さｈとからフレネル係数を計算して、第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂにおける概略の反射率を求めると、反射率はほぼゼロとなる。
【００７６】
上記の反射率は、コーティング層３２が形成されていない第２のグリッド構造５０ｂに適用できる。第１のグリッド構造５０ａについては、上記の反射率はコーティング層３２が形成されていない状態での反射率であるため、コーティング層３２が形成されることで条件が異なってくる。そこで、以下、コーティング層３２で覆われた状態における第１のグリッド構造５０ａの反射率を試算する。
【００７７】
コーティング層３２の材料（例えば、ペンタコンタン）の屈折率は、壁１１の屈折率ｎ1とほぼ同じである。６０ｎｍ程度の膜厚のコーティング材が第１のグリッド構造５０ａ上に等方的に蒸着され、第１の凸条部５２ａの上面および側面と、隣り合う第１の凸条部５２ａ同士の間とに同じ膜厚でコーティング層３２が形成されるものとする。
【００７８】
第１の凸条部５２ａにコーティング層３２を含めると、図７に示すように、第１の凸条部５２ａの周期ｐおよび高さｈは変わらないが、幅ｗ１はコーティング層３２が形成されていない状態の幅ｗよりも大きくなる。その結果、占有率ｆは、０．４から０．６程度に変化する。コーティング層３２の屈折率が壁１１の屈折率ｎ1とほぼ同じであるので、コーティング層３２で覆われた第１のグリッド構造５０ａは、占有率ｆが０．６の一次元グリッド構造であるとみなすことができる。
【００７９】
占有率ｆを０．６として、数式２により実効屈折率ｎeffを求めると、コーティング層３２で覆われた第１のグリッド構造５０ａの実効屈折率ｎeffは１．２９になる。そして、数式４により、第１の凸条部５２ａの高さｈを求めると、高さｈは１７３ｎｍとなる。したがって、コーティング層３２で覆われる第１のグリッド構造５０ａについては、第１の凸条部５２ａを形成する際に、予めその高さｈを１７３ｎｍとしておくことが望ましい。
【００８０】
コーティング層３２で覆われた状態における第１のグリッド構造５０ａについて、数式２により求めた実効屈折率ｎeffと、数式４により求めた第１の凸条部５２ａの高さｈとからフレネル係数を計算して概略の反射率を求めると、反射率は０．５％程度となる。コーティング層３２で覆われることで反射率が僅かに上昇するが、反射防止構造を備えていないガスセル９０に対しては反射率を格段に低下させることができる。
【００８１】
上記の試算結果から、第１のグリッド構造５０ａと第２のグリッド構造５０ｂとでは、第１のグリッド構造５０ａ上にコーティング層３２で覆われることで占有率ｆが変化することを踏まえて、予め第１の凸条部５２ａの高さｈと第２の凸条部５２ｂの高さｈとを異ならせておくことが望ましい。上記の試算結果に基づけば、第１の凸条部５２ａと第２の凸条部５２ｂとで占有率ｆを０．４とし、第１の凸条部５２ａの高さｈを１７３ｎｍとし、第２の凸条部５２ｂの高さｈを１８６ｎｍとすればよい。
【００８２】
換言すれば、第１のグリッド構造５０ａにおける第１の凸条部５２ａの占有率ｆと、第２のグリッド構造５０ｂにおける第２の凸条部５２ｂの占有率ｆとが同じ場合には、第１の凸条部５２ａの高さｈを、第２の凸条部５２ｂの高さｈよりも小さくすればよい。
【００８３】
第１の凸条部５２ａの占有率ｆと第２の凸条部５２ｂの占有率ｆとは、特に限定されないが、第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂが容易かつ確実に形成できること、第１の凸条部５２ａにコーティング層３２を均一な膜厚で形成できること、等を考慮すると、０．５を中心値として、０．３以上０．７以下の範囲が好ましく、０．４以上０．６以下の範囲がより好ましい。
【００８４】
また、第１の凸条部５２ａの高さｈと第２の凸条部５２ｂの高さｈとを同じとしてもよい。第１の凸条部５２ａの高さｈと第２の凸条部５２ｂの高さｈとが同じ場合には、第１の凸条部５２ａの占有率ｆを第２の凸条部５２ｂの占有率ｆよりも小さくすればよい。例えば、第１の凸条部５２ａの高さｈと第２の凸条部５２ｂの高さｈとを１７３ｎｍとする場合、第１の凸条部５２ａの占有率ｆを０．４とし、第２の凸条部５２ｂの占有率ｆを０．６とすればよい。
【００８５】
上記の試算では、コーティング層３２の膜厚を６０ｎｍとしているが、コーティング層３２の膜厚が異なる場合でも、第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの占有率ｆと、第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの高さｈとを適切に設定することで、対応することが可能である。
【００８６】
なお、上述の説明では、レーザービームＬｂを直線偏光のＴＥ偏光としたが、レーザービームＬｂは直線偏光のＴＭ偏光（電場の振動方向が第１の凸条部５２ａおよび第２の凸条部５２ｂの延在方向と直交する方向の直線偏光）であってもよい。レーザービームＬｂが直線偏光のＴＭ偏光である場合の実効屈折率ｎeffは、数式５によって同様に計算できる。
【００８７】
【数５】
2018133644.tif 000007
【００８８】
次に、第１の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を含むガスセルの製造方法を、図９から図２０を参照して説明する。図９から図１２は、第１の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する図である。図１３から図２０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。
【００８９】
＜反射防止構造の形成方法＞
まず、図９から図１２を参照して、第１の実施形態に係る反射防止構造としてのグリッド構造の形成方法を説明する。図９から図１２には第１のグリッド構造５０ａの形成方法が示されているが、第２のグリッド構造５０ｂの形成方法も同様である。第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂは、セル１２を組み立てる前の壁１１となるガラス板部材の状態において形成される。ここでは、ガラス板部材を壁１１と表記する。
【００９０】
図９に示すように、壁１１の内側の面１１２，１１３にポジ型のレジスト６０を、例えばスピンコート法を用いて形成する。そして、レジスト６０を、レーザー干渉露光を用いてパターニングする。レーザー干渉露光に用いる光源としては、例えば、波長が２６６ｎｍの連続発振ＤＵＶ（Deep Ultra Violet）レーザーを用いることができる。
【００９１】
図９に示すように、連続発振ＤＵＶレーザー光を、適宜２本のレーザー光ＤＬ１、ＤＬ２に分岐し、２本のレーザー光ＤＬ１、ＤＬ２を所定の角度θで交差させる。これにより、周期的な明暗からなる干渉縞を含む光（干渉光）が発生する。干渉縞のピッチ（明暗の周期）は、所定の角度θによって決まる。例えば、角度θを１３度に設定することにより、干渉縞のピッチを６００ｎｍとすることができる。このような干渉光をレジスト６０に照射することにより、レジスト６０に干渉縞のピッチに対応した潜像パターンが形成される。
【００９２】
続いて、干渉縞のピッチに対応した潜像パターンが形成されたレジスト６０を現像する。これにより、図１０に示すように、干渉縞のピッチに対応した周期を有するレジストパターン６２が、壁１１の面１１２，１１３に形成される。例えば、干渉縞のピッチを６００ｎｍとすれば、レジストパターン６２の周期もほぼ６００ｎｍとなる。
【００９３】
続いて、図１１に示すように、レジストパターン６２をマスクとして、壁１１の面１１２，１１３にドライエッチングを施す。これにより、壁１１の面１１２，１１３のうちレジストパターン６２で覆われていない部分が選択的に除去されて、レジストパターン６２の形状が壁１１の面１１２，１１３に転写される。具体的には、壁１１の面１１２，１１３のうち除去された部分が凹条部５３ａとなり、レジストパターン６２に覆われて残留した部分が第１の凸条部５２ａとなる。
【００９４】
続いて、図１２に示すように、レジストパターン６２を除去することで、壁１１の面１１２，１１３に、複数の第１の凸条部５２ａを有する第１のグリッド構造５０ａが形成される。
【００９５】
＜ガスセルの製造方法＞
次に、図１３から図２０を参照して、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１３から図２０のうち、図１４および図１６は図３に対応する平断面図であり、それ以外は図２に対応する側断面図である。
【００９６】
図１３および図１４に示す工程では、セル１２を組み立てる。セル１２は、例えば、石英ガラスからなるガラス板部材を壁１１として組み合わせることで構成される。図示を省略するが、石英ガラスからなるガラス板を切断して、セル１２を構成する各壁１１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（壁）１１を組み立て、ガラス板部材（壁）１１同士を接着剤または溶着により接合して、図１３および図１４に示すような、主室１４とリザーバー１６とを有するセル１２を得る。
【００９７】
図１４に示すように、主室１４の側部の壁１１となるガラス板部材の内側の面１１２および面１１３には、予め第１のグリッド構造５０ａが設けられている。また、主室１４の側部の壁１１となるガラス板部材の外側の面１１１および面１１４には、予め第２のグリッド構造５０ｂが設けられている。図１３および図１４に示す段階では、コーティング層３２は形成されていない。また、この段階では、セル１２の開口部１８は開放されている。
【００９８】
続いて、図１５および図１６に示す工程では、セル１２の壁１１の内側にコーティング層３２を形成する。図示を省略するが、組み立てたセル１２内部の脱気を十分に行い、減圧環境下において、セル１２の開口部１８からリザーバー１６内に、例えばニードルなどを用いてコーティング層３２の材料を配置する。そして、開口部１８を仮栓などで仮封止し、セル１２全体を、例えば２００℃程度に加熱する。
【００９９】
これにより、図１５および図１６に示すように、セル１２（主室１４およびリザーバー１６）の壁１１の内側を覆うコーティング層３２が形成される。この結果、図１６に示すように、主室１４の側部の壁１１の内側の面１１２および面１１３において、第１のグリッド構造５０ａがコーティング層３２で覆われる。この他にも、セル１２内を真空に近い状態とし、コーティング層３２の材料を加熱して気相または液相の状態で、開口部１８を介してセル１２に導入してもよい。
【０１００】
続いて、図１７に示す工程では、内面にコーティング層３２が形成されたセル１２のリザーバー１６内にアンプル２０を収納する。アンプル２０は、セル１２のリザーバー１６側に設けられた開口部１８から挿入され、リザーバー１６内に配置される。この段階では、アンプル２０は、図４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。
【０１０１】
なお、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１２に収納される。
【０１０２】
続いて、図１８に示す工程では、セル１２内からの排気を十分に行い、主室１４およびリザーバー１６内に不純物が極めて少ない状態で、セル１２を封止する。例えば、真空に近い低圧環境下（理想的には真空中）または不活性気体中において、セル１２の開口部１８を、封止部材３０（低融点ガラスフリット）を用いてリッド１９で封止する。これにより、内部にアンプル２０が収納された状態で、セル１２が密封される。
【０１０３】
続いて、図１９に示す工程では、アンプル２０（ガラス管２２）に貫通孔２１を形成する。この工程では、パルスレーザー光４０を、集光レンズ４２で集光して、上方（＋Ｚ方向）側からセル１２を間に介してアンプル２０のガラス管２２に照射する。レーザー光は指向性や収束性に優れているので、ガラス管２２を容易に加工することができる。パルスレーザー光４０を照射することにより、ガラス管２２の上面（表面）から深さ方向（−Ｚ方向）に加工が進む。そして、ガラス管２２に貫通孔２１が形成されると、アンプル２０の中空部がリザーバー１６と連通してアンプル２０の密封が破られる。
【０１０４】
図２０に示すように、ガラス管２２に貫通孔２１を形成することにより、アンプル２０内のアルカリ金属固体２４（図４参照）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１２の主室１４に流入し拡散する。この結果、セル１２の主室１４内がアルカリ金属ガス１３で満たされる。以上の工程により、ガスセル１０を製造できる。
【０１０５】
図２０に示す工程では、セル１２の壁１１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、壁１１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１２の壁１１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。
【０１０６】
なお、この工程では、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。
【０１０７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態に対して、反射防止構造の構成が異なる点以外は、同じ構成を有している。ここでは、第２の実施形態に係るガスセルおよび反射防止構造について説明する。
【０１０８】
＜ガスセル＞
第２の実施形態に係るガスセルの構成を、図２１を参照して説明する。図２１は、第２の実施形態に係るガスセルの構成を示す平断面図である。図２１は、第１の実施形態における図３に対応する図である。ここでは、第１の実施形態との相違点を説明する。
【０１０９】
図２１に示すように、第２の実施形態に係るガスセル１０Ａは、入射側の壁１１の外側の面１１１と、射出側の壁１１の外側の面１１４とに、反射防止構造としての第３のグリッド構造５４を備えている。第２の実施形態に係るガスセル１０Ａでは、第３のグリッド構造５４が、入射側の壁１１の外側の面１１１および射出側の壁１１の外側の面１１４における中央部の、レーザービームＬｂが透過する領域（図２参照）に設けられている。
【０１１０】
＜反射防止構造＞
図２２は、第２の実施形態に係る反射防止構造の概略構成を示す断面図である。図２２は、第１の実施形態における図８に対応する図である。図２２に示すように、第２の実施形態に係る反射防止構造としての第３のグリッド構造５４は、複数の第３の凸条部５６がストライプ状に一次元配列された構成を有している。第３の凸条部５６は、壁１１の外側の面１１１および面１１４の表面に配置されている。第３の凸条部５６は、樹脂で構成されている。
【０１１１】
なお、図示を省略するが、第３のグリッド構造５４についても、第３の凸条部５６の周期ｐと、幅ｗと、高さｈとが、第１の実施形態に係る第１のグリッド構造５０ａおよび第２のグリッド構造５０ｂと同様に設定される。
【０１１２】
＜反射防止構造の形成方法＞
図２３、図２４、および図２５を参照して、第２の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する。図２３、図２４、および図２５は、第２の実施形態に係る反射防止構造の形成方法を説明する図である。
【０１１３】
第２の実施形態に係る反射防止構造としての第３のグリッド構造５４の形成方法では、図２３に示すように、スタンパー６４を用いて第３のグリッド構造５４を形成する。スタンパー６４は、例えば金属からなり、凸条部６６と凹条部６８とが交互に配列された凹凸パターンを有する抜型となっている。凸条部６６と凹条部６８との凹凸パターンは、例えばフォトリソグラフィ法により形成できる。
【０１１４】
図２３に示すように、第３の凸条部５６を形成する壁１１の面１１１，１１４にスタンパー６４を押し付ける。続いて、図２４に示すように、スタンパー６４の一端部に光硬化性の樹脂５５を塗布し、毛細管現象によって壁１１の面１１１，１１４とスタンパー６４の凹凸パターンとの隙間内に浸透させる。樹脂５５は、熱硬化性の樹脂等であってもよい。
【０１１５】
塗布した樹脂５５を、スタンパー６４に対して樹脂５５を塗布する側の反対側から真空引きすることにより、スタンパー６４の凹凸パターン全体に広げる。供給された樹脂５５を、例えば窒素ガス（Ｎ2）等の不活性ガスによって加圧して、塗布側からの押込みと反対側からの真空引きにより、壁１１の面１１１，１１４上に凹凸パターンに沿って広げることができる。
【０１１６】
スタンパー６４の凹凸パターン内に充填された樹脂５５を、紫外線照射等の方法により露光して硬化させると、凹凸パターン内に充填された樹脂５５が第３の凸条部５６となる。樹脂５５が硬化した後、壁１１の面１１１，１１４からスタンパー６４を剥離（あるいは離間）する。これにより、図２５に示すように、壁１１の面１１１，１１４上に第３の凸条部５６が配置される。以上により、第３のグリッド構造５４が形成される。第２の実施形態に係る第３のグリッド構造５４は、スタンパー６４を用いて形成されるので、セル１２を組み立てた後でも主室１４の壁１１の外側の面１１１，１１４に形成することができる。
【０１１７】
なお、図２１では、壁１１の外側の面１１１，１１４における中央部のレーザービームＬｂが透過する領域に第３のグリッド構造５４が形成されているが、壁１１の外側の面１１１，１１４の全面に第３のグリッド構造５４を形成するようにしてもよい。また、セル１２を組み立てる前のガラス板部材の状態で、壁１１の外側の面１１１，１１４だけでなく、壁１１の内側の面１１２，１１３に第３のグリッド構造５４を形成するようにしてもよい。
【０１１８】
（第３の実施形態）
＜原子発振器＞
第１の実施形態では、ガスセル１０，１０Ａを適用可能な装置として、磁気計測装置１００を説明したが、第３の実施形態では、上記実施形態に係るガスセル１０（またはガスセル１０Ａ）を適用した装置として、原子時計などの原子発振器を説明する。図２６は、第３の実施形態に係る原子発振器の構成を示す概略図である。また、図２７および図２８は、第３の実施形態に係る原子発振器の動作を説明する図である。
【０１１９】
図２６に示す第３の実施形態に係る原子発振器（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２６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。
【０１２０】
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２７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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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分裂させる磁場を発生させる。ゼーマン分裂により、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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
原子発振器１０１の原理を簡単に説明する。図２７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２８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２７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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象と呼ぶ。ＥＩＴ現象に伴って発生する急峻な信号であるＥＩＴ信号を光検出部７６で検出し、そのＥＩＴ信号を基準信号として用いる。ＥＩＴ信号は、短期周波数安定度を高める観点から、線幅（半値幅）が小さく、かつ、強度が高いことが好ましい。
【０１２７】
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２８に示すように急峻に上昇する。
【０１２８】
このような急峻な信号をＥＩＴ信号と呼ぶ。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。本実施形態では、線幅が小さく高品質かつ大きなＥＩＴ信号が得られる。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。
【０１２９】
原子発振器１０１に用いられるガスセル１０には小型で長寿命であり、かつ、精度が高いことが要求されるが、上記実施形態のガスセルの構成によれば、小型で長寿命で高精度のガスセル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を提供できる。
【０１３０】
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。
【０１３１】
（変形例１）
上記実施形態に係るガスセル１０，１０Ａは、反射防止構造として第１の凸条部５２ａ、第２の凸条部５２ｂ、第３の凸条部５６、がストライプ状に一次元配列されたグリッド構造であったが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、ガスセル１０，１０Ａが反射防止構造としてモスアイ構造を備えていてもよい。反射防止構造としてモスアイ構造を備えることで、ガスセル１０，１０Ａが備える第１のグリッド構造５０ａ、第２のグリッド構造５０ｂ、第３のグリッド構造５４、と同様にガスセル１０，１０Ａを透過するレーザービームＬｂの反射を抑えることができる。
【０１３２】
（変形例２）
上記実施形態に係るガスセル１０，１０Ａは、セル１２の内部にアルカリ金属ガス１３を発生させる手段としてアンプル２０を用いていたが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、アルカリ金属ガス１３を発生させる手段として、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含み、円筒形、直方体、球体などの形状を有するピルを用いることとしてもよい。図示を省略するが、このようなピルに、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と、アルカリ金属化合物が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。
【０１３３】
（変形例３）
上記実施形態に係るガスセル１０，１０Ａは、セル１２の内部にコーティング層３２を形成する際に、セル１２の開口部１８からリザーバー１６内にコーティング層３２の材料を配置することとしたが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、コーティング層３２の材料を管状部材に充填し、この管状部材をセル１２の開口部１８からリザーバー１６内に配置し、アンプル２０もリザーバー１６内に配置してリッド１９で開口部１８を封止した後に、セル１２全体を加熱するようにしてもよい。なお、このようにした場合には、セル１２の内部にコーティング層３２が形成された後、コーティング層３２の材料が充填されていた管状部材がリザーバー１６内に残留する。
【符号の説明】
【０１３４】
１０，１０Ａ，９０…ガスセル、１１…壁、１２…セル（閉容器）、１３…アルカリ金属ガス、３２…コーティング層（鎖式飽和炭化水素）、５０ａ…第１のグリッド構造（反射防止構造）、５０ｂ…第２のグリッド構造（反射防止構造）、５２ａ…第１の凸条部、５２ｂ…第２の凸条部、１００…磁気計測装置、１０１…原子発振器、１１１，１１４…外側の面、１１２，１１３…内側の面、ｆ…占有率、ｈ…高さ、ｐ…周期、ｗ…幅。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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