(57)【要約】【課題】装置を小型化、低消費電力化することが可能な光ポンピングを用いた磁気計測装置を提供する。【解決手段】磁気計測装置１０００は、光により励起され、スピン偏極する原子を内部に含むセル２８と、該原子を励起することができるポンプ光を、セルの一方端に入力してセル内の該原子を励起する光ポンプ手段２１と、セルにプローブ光を一方端に入力するための光プローブ手段２２とを備る。プローブ光は、ポンプ光により励起されて外部磁界を印加された原子を透過することによって、光学特性が外部磁界の強さに応じて変化し、セルは、ポンプ光及びプローブ光の双方を光導波路として伝搬させる構成を有し、受光器１１と受光器１２により、セル２８を伝搬したプローブ光から印加外部磁界強度に応じた偏光回転量を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光により励起され、スピン偏極する原子を内部に含むセルと、
該原子を励起することができるポンプ光を、前記セルの一方端に入力して前記セル内の該原子を励起する光ポンプ手段と、
前記セルにプローブ光を前記一方端に入力するための光プローブ手段とを備え、
前記プローブ光は、前記ポンプ光により励起されて外部磁界を印加された前記原子を透過することによって、光学特性が前記外部磁界の強さに応じて変化し、
前記セルは、前記ポンプ光及び前記プローブ光の双方を光導波路として伝搬させる構成を有し、
前記セルを伝搬した前記プローブ光から前記印加外部磁界強度に応じた光学特性の変化量を検出する磁場検出手段を備える、磁気計測装置。
【請求項２】
前記セルの他方端には、前記ポンプ光及び前記プローブ光の双方を反射するための反射機構が設けられ、
前記反射機構により反射され前記一方端から射出される前記ポンプ光が、前記光ポンプ手段および前記光プローブ手段へ逆行することを抑止するための逆行抑止手段とをさらに備え、
前記磁場検出手段は、前記セルの前記一方端から出力された前記プローブ光から前記印加外部磁界強度に応じた光学特性の変化量を検出する、請求項１記載の磁気計測装置。
【請求項３】
光導波機構を有する前記セルは、光により励起される原子を光導波部に含む中空光導波路である、請求項１記載の磁気計測装置。
【請求項４】
光導波機構を有する前記セルは、光により励起される原子を光導波部に含む光ファイバである、請求項１記載の磁気計測装置。
【請求項５】
前記セルは、前記外部磁界が印加された領域に複数設けられ、
前記複数のセルのそれぞれの一方端に前記ポンプ光を入力する手段と、
前記複数のセルのそれぞれの前記一方端に前記プローブ光を入力する手段とを備え、
前記磁場算出手段は、前記複数のセルの前記一方端から出力された前記プローブ光のそれぞれから印加外部磁界強度に応じた光学特性の変化量を検出する、請求項２に記載の磁気計測装置。
【請求項６】
前記セルは、光導波機構を有する線状の形態を有し、該線状のセルがコイル状に巻かれた形状を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気計測装置。
【請求項７】
前記セルは、前記外部磁界が印加された領域に、相互に異なる角度で配置され、
前記複数のセルのそれぞれの一方端に前記ポンプ光を入力する手段と、
前記複数のセルのそれぞれの前記一方端に前記プローブ光を入力する手段とを備え、
前記磁場算出手段は、前記複数のセルから出力されたプローブ光のそれぞれから印加外部磁界強度に応じた光学特性の変化量を検出し、検出された複数の該変化量をそれぞれ出力する、請求項５に記載の磁気計測装置。
【請求項８】
前記セルは、光により励起される原子を光導波部に含む基板上もしくは基板内に形成された二次元もしくは三次元の光導波路によって構成される、請求項１記載の磁気計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ポンピングを用いた磁気計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療の分野では、生体内の電気的現象を磁気現象として非侵襲で計測するために磁気計測装置が使われている。そのような装置としては、心臓の活動に伴って発生する電流分布を計測するための心磁図(MCG, magnetocardiography)や脳内の神経活動をリアルタイムで計測するための脳磁図(MEG, magnetoencephalography)などがある。
【０００３】
これらの生体内活動を計測するための磁気計測装置には、生体内で発生する微弱な磁気を検出するために高感度性が求められる。現在、広く実用に供されているのは、超電導量子干渉素子(SQUID, Superconducting Quantum Interference Device)を用いた磁気計測装置である。この装置は非常に高感度で、地球磁場の約10憶分の1とも言われる生体内の微弱な磁界を非侵襲で計測することが可能である。
【０００４】
SQUIDを用いた磁気計測装置は、液体ヘリウムで超電導センサを絶対零度近くまで冷却して動作させる。そのため大がかりな冷却設備が必要となり装置が非常に高価であること、また運用には冷却設備を扱える熟練運用者が必要とされるなど運用コストも高額になってしまうという課題があった。
【０００５】
SQUID磁気計測装置の課題を解決する新たな計測装置として、光ポンピングを用いた磁気計測装置が注目されている。このような磁気計測装置は、光ポンピング原子磁気センサ(Optically-Pumped Atomic Magnetometer：OPAM) とも呼ばれる。
この磁気計測装置は、アルカリ金属ガスや希ガスを封入したセルと呼ばれる透明容器にポンプ光、プローブ光という２種類の光を入力して外部磁界の強度を計測する装置である。セルに特定の波長、偏光の光（ポンプ光と呼ばれる）を外から照射すると容器内の気体原子で電子スピン偏極が発生する。ここに磁界が存在すると電子スピン偏極に変化が生じる。その変化をポンプ光とは異なる波長、偏光の光（プローブ光と呼ばれる）を使って計測することによって磁界を計測するものである。
【０００６】
セル内の気体原子の密度が高く、かつ磁界強度が微弱であってスピン交換衝突の影響を無視できるという条件(Spin Exchange Relaxation Free：SERF）を満たすときにこの原理による磁界計測感度がSQUIDに匹敵する高感度になることが発見され、小型で低コストに磁気計測装置を実現できる技術として注目されている。
【０００７】
光ポンピング原子磁気センサには、光ポンピングによるスピン偏極を利用している点は共通であるものの、磁場を計測する方法や構成の違いから、以下のような種類がある。
【０００８】
ｉ）  磁場による光の吸収特性の変化を基に，磁場変調を併用して磁場の変化を計測する一軸型
ｉｉ）円偏光のポンプ光により生じたスピン偏極の磁気による挙動の変化をポンプ光に直交する直線偏光のプローブ光の磁気光学回転を介して計測するポンプ・プローブ型（たとえば、特許文献１）
ｉｉｉ）一本の楕円偏光によりポンプ・プローブの両機能を持たせて照射する楕円偏光型（たとえば、特許文献２）
ｉｖ）ポンプ・プローブの２本のレーザ光を光ファイバを介して同軸上に照射する２ 色型（たとえば、非特許文献１）
図１４は、非特許文献１に掲載されている光ポンピングを用いた磁気計測装置の例を示す図である。
【０００９】
図１４において、光ポンピングを用いた磁気計測装置は、アルカリ金属のルビジウム(Ｒｂ)が円筒状の透明媒体（ガラスなど）に封入されたセル１と、電気ヒーター２と、熱遮蔽体３と、偏波保持光ファイバ４と、偏光子５と、波長板６と、コリメーティングレンズ７と、ミラー８と、干渉フィルタ９と、１偏光ビームスプリッタ１０と、受光器１１，１２とを備え、１３はポンプ光、１４はプローブ光を、１５はコリメート光、１６は人の頭部など被測定対象、１７は被計測磁界をそれぞれ表している。
【００１０】
ＲｂのD1光吸収波長付近の波長を有するポンプ光は、偏波保持光ファイバ４を通って磁気計測装置へ導かれる。光ファイバから出力されたポンプ光は、偏光子５により単一偏波にされ、更にポンプ光の波長に対して1/4波長板となる波長板６を通って円偏光となる。その後コリメーティングレンズ７を通ってコリメート光（平行光）１５としてセル１に導かれる。セルは、セル内に封入されたＲｂ原子を気体化させるため、電気ヒータによって数百度に温められている。ポンプ光は平行光としてセルを通過し、他端に配置されたミラー８で反射され再度セル８、コリメーティングレンズ７を通過して干渉フィルタ９で吸収され消滅する。
【００１１】
一方、ポンプ光１３とは異なる波長を有するプローブ光１４は、ポンプ光と同様に偏波保持光ファイバ４で磁気計測装置へ導かれ、偏光子５によって直線偏光に変換され、プローブ光の波長から見て半波長板となる波長板６を通過する。波長板６は、ポンプ光に対しては1/4波長板、プローブ光に対しては半波長板となるように設計されている。そのため通過したプローブ光は直線偏光のままである。波長板を通過したプローブ光は、ポンプ光と同様にコリメーティングレンズ７によって平行光に変換されて光セル１、ミラー８、光セル１を通過、更にコリメーティングレンズ７、干渉フィルタ９を通過して偏光ビームスプリッタ１０へ導かれる。偏光ビームスプリッタ１０は、直交する偏光成分を分離し、それぞれを受光器１１、１２に入力する。二つの受光器では光信号強度が電気信号にそれぞれ変換され、これら二つの電気信号の差分信号を出力する。この差分信号は、プローブ光の偏光回転量に応じて増減する。
【００１２】
さて、円偏光のポンプ光がセルを往復する間、セル内ではポンプ光からエネルギーを得てＲｂ原子の電子が励起状態に遷移する。その際ポンプ光（円偏光。円偏光は右回り偏光と左回り偏光の和によって表される。）が右回り偏光か左回り偏光かによって遷移する電子スピンの角運動量が異なることに起因して電子スピン偏極という微細なエネルギー準位分裂が発生する。この電子スピン偏極は、外部に磁場が無い状態では縮退しているが、外部に磁場があるときにはゼーマン効果と呼ばれるエネルギー準位の分裂が陽に生じる。
ゼーマン効果が生じている原子群に単一偏光の光を通過させると、ファラデー効果と呼ばれる通過光の偏光回転が生じる。外部磁界がある状況でプローブ光がセルを往復すると、ファラデー効果によって外部磁界強度、セルの通過距離に応じた偏光回転をプローブ光が受けることになる。図１の系ではこの偏光回転に応じた出力信号が二つの受光器の差分信号として得られる。つまり外部磁界強度を出力信号の大小によって計測することが可能となる。
【００１３】
図１４の磁気計測装置のセルには、Ｒｂ原子のほかに、スピン偏極を起こしているＲｂ原子がセルの内壁に衝突したり、Ｒｂ原子同士が衝突してスピン偏極が解かれてしまうことを防ぐ目的でヘリウムガスと窒素ガスが封入されている。
【００１４】
非特許文献１では、サイズが直径25mm、長さ25mmのセルを用いた図１に記載の磁気計測装置を製作し、5fT/√Hz以下というSQUIDに匹敵する高感度が得られている。更に、同文献ではヒトの脳内磁気の計測にも成功しているとの報告がなされている。
【００１５】
非特許文献１では、光ポンピングを起こす原子としてルビジウム(Ｒｂ)が使われているが、同様の現象はアルカリ金属原子で起こると言われており、ルビジウム(Ｒｂ)のほか、カリウム(Ｋ)、セシウム(Ｃｓ)など他のアルカリ金属原子を用いた磁気計測装置の報告もなされている。
【００１６】
このように、光ポンピングを用いた磁気計測装置は超高感度であることが実証され、実際の脳計測など実利用への期待も高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００９−２３６５９９号公報明細書
【００１８】
【特許文献２】特開２０１６−５０７８４号公報明細書
【００１９】
【特許文献３】特開２０１１−８９８６８号公報
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】C. Johnson, P. D. D. Schwindt, and M. Weisend，”Magnetoencephalography with a two-color pump-probe, fiber-coupled atomic magnetometer，”Applied Physics Letters, 97, 243703 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上記背景技術に記載の光ポンピングを用いた磁気計測装置では次のような課題がある。
【００２２】
まず、セル内にはアルカリ金属（非特許文献１ではルビジウム）の気体を形成するためにセルを数百度（非特許文献１では190℃）に熱してアルカリ金属を蒸発、気体化する必要がある。そのため電気ヒーターをセルの周囲に配置するとともに、熱効率を向上させるためにセルの周囲を熱遮蔽体で覆う必要がある。これらの機材が磁気計測装置を小型化する上で障害になるという問題がある。また電気ヒーターは電熱体に電流を流すことによって熱を発生させるものであるが、電流が流れることによって新たな磁気が発生して磁気計測を阻害するという問題がある。そのため磁気計測時は電流を流さないようにする、あるいは電流を数十kHzの交流とし、これによる磁界雑音成分をフィルタで除去するなど雑音除去のための制御回路が必要となり、システムが複雑になるという問題もある。
【００２３】
次に、図１４の従来例では、ポンプ光、プローブ光とアルカリ金属等の気体原子を相互作用させるために、ポンプ光およびプローブ光は、コリメーティングレンズを用いて平行光ビームに変換され、平行光ビームとしてセルを往復させるようになっている。
【００２４】
平行光ビームの径はアルカリ金属原子等との相互作用断面積を大きくするためにセルの断面に一様に光が当たるように設計される。平行光ビームの径を大きくするためには、それに応じて長い焦点距離のコリメーティングレンズを用い、また光源もしくは偏波保持光ファイバ出力端からコリメーティングレンズ間の距離（通常コリメーティングレンズの焦点距離と同じ長さになるように設計される。）も長くする必要が生じる。
【００２５】
そのため、装置全体が光学軸方向に大きく（長く）なってしまうという課題があった。
【００２６】
たとえば、非特許文献１で報告されている系では、直径２５ｍｍ、長さ２５ｍｍの光セルを平行光ビームで照射するために約４ｃｍ程度の光ファイバ端―コリメーティングレンズ間距離（焦点距離）になっていると推察される。
【００２７】
また、個別の光学素子を個別に配置固定する必要があるため複数部品のアッセンブリ、モジュール化や製造の自動化による製造コスト削減が難しいという課題もある。非特許文献１では、光ファイバ（偏波保持光ファイバ）を用いることで柔軟性や小型化ができるとしているが、それはあくまで半導体レーザ（光源）と図１４記載の計測装置本体（セルおよびセルに光信号を入出力するための光学系）の間の話であって、セルおよびセルへの光入出力に関わる光学系も含めた計測装置全体の小型化は難しいという課題がある。
【００２８】
このような課題に対処するために、特許文献３には、ファイバー構造を持ったセルについての開示があるが、コアの内部にさらに中空部を設けて、その内部にアルカリ金属原子を封入する構造であるため、製造が難しく、かつ、光ファイバー内の光伝搬が中空部により妨げられてしまう恐れがある。
【００２９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、装置を小型化、低消費電力化することが可能な光ポンピングを用いた磁気計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
この発明の１つの局面に従うと、光ポンピングを用いた磁気計測装置において、アルカリ金属原子等とポンプ光・プローブ光との相互作用の場となるセルを光導波機構を有する構成とし、ポンプ光もしくはプローブ光あるいはその両方の光密度、および光ポンピングされる原子とポンプ光／プローブ光が相互作用する密度を高めることによって、光ポンピングを用いた磁気計測装置の高効率化、小型化を可能とする。
【００３１】
この発明の１つの局面に従うと、磁気計測装置であって、光により励起され、スピン偏極する原子を内部に含むセルと、該原子を励起することができるポンプ光を、セルの一方端に入力してセル内の該原子を励起する光ポンプ手段と、セルにプローブ光を一方端に入力するための光プローブ手段とを備え、プローブ光は、ポンプ光により励起されて外部磁界を印加された原子を透過することによって、光学特性が外部磁界の強さに応じて変化し、セルは、ポンプ光及びプローブ光の双方を光導波路として伝搬させる構成を有し、セルを伝搬したプローブ光から印加外部磁界強度に応じた光学特性の変化量を検出し、変化量に基づき磁場強度を出力する磁場算出手段とを備える。
【００３２】
好ましくは、セルの他方端には、ポンプ光及びプローブ光の双方を反射するための反射機構が設けられ、反射機構により反射され一方端から射出されるポンプ光が、光ポンプ手段および光プローブ手段へ逆行することを抑止するための逆行抑止手段とをさらに備え、
磁場算出手段は、セルの一方端から出力されたプローブ光から印加外部磁界強度に応じた光学特性の変化量を検出する。
【００３３】
好ましくは、光導波機構を有するセルは、光により励起される原子を光導波部に含む中空光導波路である。
【００３４】
好ましくは、光導波機構を有するセルは、光により励起される原子を光導波部に含む光ファイバである。
【００３５】
好ましくは、セルは、外部磁界が印加された領域に複数設けられ、複数のセルのそれぞれの一方端にポンプ光を入力する手段と、複数のセルのそれぞれの一方端にプローブ光を入力する手段とを備え、磁場算出手段は、複数のセルの一方端から出力されたプローブ光のそれぞれから印加外部磁界強度に応じた姿態変化量を検出し、検出された複数の該変化量の総和に基づき、磁場強度を出力する。
【００３６】
好ましくは、セルは、光導波機構を有する線状の形態を有し、該線状のセルがコイル状に巻かれた形状を有する。
【００３７】
好ましくは、セルは、外部磁界が印加された領域に、相互に異なる角度で配置され、複数のセルのそれぞれの一方端にポンプ光を入力する手段と、複数のセルのそれぞれの一方端にプローブ光を入力する手段とを備え、磁場算出手段は、複数のセルから出力されたプローブ光のそれぞれから印加外部磁界強度に応じた光学特性の変化量を検出し、検出された複数の該変化量をそれぞれ出力する。
【００３８】
好ましくは、セルは、光により励起される原子を光導波部に含む基板上もしくは基板内に形成された二次元もしくは三次元の光導波路によって構成される。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、ポンプ光、プローブ光およびアルカリ金属等原子が高密度に相互作用することが可能となるため、装置を小型化、低消費電力化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態１の磁気計測装置１０００の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】導波路セルとして中空光導波路でセルを構成した例を示す概念図である。
【図３】式３から得られたセル半径と平均光電力密度の関係を示す図である。
【図４】実施の形態１の変形例１の磁気計測装置１０００´の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】実施の形態１の変形例２の磁気計測装置１０００´´の構成を説明するためのブロック図である。
【図６】実施の形態１の変形例３の磁気計測装置１０００´´´の構成を説明するためのブロック図である。
【図７】実施の形態２の光導波路セルの構成を示す概念図である。
【図８】実施の形態３の導波路構造を有する光セルを示す図である。
【図９】実施の形態３の導波路構造を有する光セルの拡大図を示す図である。
【図１０】実施の形態３の変形例の導波路構造を有する光セルを示す図である。
【図１１】実施の形態４の磁気計測装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図１２】実施の形態５の磁気計測装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図１３】実施の形態６の磁気計測装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図１４】非特許文献１に掲載されている光ポンピングを用いた磁気計測装置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態の「光導波機構を有するセルを用いた磁気計測装置」の構成について、図に従って説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。
【００４２】
図１は、本実施の形態の磁気計測装置１０００の構成を説明するためのブロック図である。
【００４３】
図１を参照して、磁気計測装置１０００は、ポンプ光用レーザ光源２１と、プローブ光用レーザ光源２２と、光アイソレータ２３、２４と、コリメートレンズ２５と、ハーフミラー２６と、集光レンズ２７と、導波路セル２８と、集光レンズ２９と、ポンプ光波長のみを通過させる波長フィルタ３０と、プローブ光波長のみを通過させる波長フィルタ３１とを備える。その他の構成要素は図１４と同様であるので、説明は繰り返さない。
【００４４】
図１において、まずポンプ用レーザ光源２１からポンプ光１３（Ｄ１光）が出力される。レーザ光源２１、２２は、はっしん発振周波数の単一性、制御性の良さから分布帰還型半導体レーザ(Distributed Feed Back Semiconductor LASER, DFBレーザ)を用いることができる。出力されたポンプ光は、光アイソレータ２３、ポンプ光の波長を通過させ他の波長光はカットする波長フィルタ３０、および偏波保持ファイバを通過した後、コリメートレンズ２５により平行光ビームに変換される。
【００４５】
平行光ビームは、偏光子５、波長板６を通過して円偏光に変換された後、レンズ２７で導波路セル２８の一方端（入力端）に集光され入力される。ここで波長板６はポンプ光波長に対して１／４波長板となるように設計されており、円偏光を得ることを可能としている。
【００４６】
導波路セル２８は、光の進行方向に対して横方向に光閉じ込め機構を有する光導波路を形成したものである。更に光セル内には、光ポンピングを引き起こすアルカリ金属等の原子が存在し、光と相互作用できるような構造になっている。従って導波路セル内では、円偏光のポンプ光によってアルカリ金属等の原子にスピン偏極が生じることになる。
【００４７】
光導波路セル２８の他方端にはミラー８が配置されており、ここでポンプ光は反射されて元々の入力端に戻ってくる。逆方向に伝搬する光もスピン偏極生成に寄与する。セルの入力端から逆方向へ出力されたポンプ光は、レンズ２７で平行ビームに変換され、ハーフミラー２６で分岐されて、一方は受光系方面に向かい干渉フィルター９によって吸収される。一方、ハーフミラー２６で光源系方面に出力されたポンプ光１３は、光源に向かって逆方向に伝搬し、波長フィルタ３１および光アイソレータ２３で遮断される。
【００４８】
プローブ光１４（Ｄ２光）は、プローブ光用レーザ光源２２から出力され、光アイソレータ２４、プローブ光１４を通過させその他の波長光はカットする波長フィルタ３１、および偏波保持ファイバ４を通過した後、レンズ２５によって平行光ビームに変換される。平行光ビームは偏光子５、波長板６によって直線偏光に変換され、ハーフミラー２６、レンズ２７を通って導波路セル２８に導かれる。
【００４９】
ここで、波長板６はプローブ光波長に対して半波長板となるように設計されており、これによって直線偏光を得ることができる。なお、異なる波長の光に対して一方の波長光に対しては１／４波長板、他方の波長光に対しては１／２波長板として動作するように波長板を構成することは、波長板を波長分散特性を有する媒質で構成し、その厚さを最適設計することで実現可能である。
【００５０】
さて、導波路セルに入力されたプローブ光は、ファラデー効果によって被測定磁界１７に対応した偏波回転を受ける。そしてプローブ光が導波路セルの他端で反射されて逆方向に伝搬する際にも被測定磁界１７に対応した偏波回転が更に加えられて出力される。ファラデー効果は光の方向によらず一方向に偏波回転が生ずることから非相反性を持つと言われる。
【００５１】
導波路セルから出力されたプローブ光は、ハーフミラーによって２方向に分けられる。一方は光源方面に戻っていく光、他方は受光系に導かれる光である。光源方面に戻っていく光は、ポンプ光のときと同様に波長フィルタ３０および光アイソレータ２４によってカットされる。
【００５２】
一方、受光系に導かれる光は、干渉フィルタ９、レンズ２９を通過して偏光ビームスプリッタ１０に導かれる。偏光ビームスプリッタ１０では光が直交する２つの偏光成分に分離され、それぞれ受光器１１、１２に導かれる。最終的に受光器１１、１２の差分信号が出力される。プローブ光は、導波路セルで被測定磁界に応じた偏波回転を受けており、この回転角度に応じた出力信号が差分信号として得られることになる。
【００５３】
図１の構成によれば、ポンプ光、プローブ光ともにセル内を通過させるにあたり、平行ビームに整形してから伝搬させる必要はなく、セルの導波路構造によって、光が導波路固有の伝搬モードを形成して伝搬することになる。したがって、本実施の形態では平行ビームを形成してセルを往復させるのではなく、集光レンズによって光をセルの入力端に集光させて光をセルに入力する構造を取る。
【００５４】
図１４に示した平行ビームを形成してセルを往復させる従来構成では、光の回折現象に起因して光が伝搬するに従って起こるビーム径の広がりを低く抑えるためにビーム半径を数ミリ以上にするなどある程度大きくする必要があった。そのため焦点距離が大きなコリメートレンズを用いる必要があり、全体の系が光軸方向に大きくなってしまうという問題があった。
【００５５】
一方、本実施の形態では、光セルは導波路構造を有するため内径を数ミリ以下にすることができ、そこに光を集光して入力すれば良いため短い焦点距離の集光レンズを使うことができ、光軸方向の系の長さは従来構成に較べて大幅に短くすることができる。また、光セルが導波構造を有することにより、平行ビームで問題となる回折によるビーム径の広がりもなくなるため、光セルの長尺化も容易になる。光セルが長尺化されるとは、ポンプ光、プローブ光および光ポンピング原子を長い距離に亘って相互作用させることができることを意味しており、磁気計測装置の効率化に資することができる。
【００５６】
本実施の形態のもっとも大きな特徴は、セルを光閉じ込め機能を有する導波路構造とすることである。光閉じ込め機能を有する光セルの構成としては特許文献：特開２０１１−８９８７８号広報に開示がある。該特許文献に記載の光セルの構成は、単純に気体セルの内壁をミラー化して光線を多重反射させる構成になっている。光線が多重反射されると反射ごとに損失が発生し光パワーが減衰してしまうとともに反射ごとに偏波状態も乱れるため、ポンプ光の光パワーおよび円偏光を維持したまま光セル内を長い距離伝搬させることは困難である。一方、本発明の光セルは、セル内を基本モードが励振されて伝搬する構造として、偏光状態を保ったまま長い距離、低損失で光を伝搬させることを特徴としている。ここで、モードとは、マイクロ波伝送用の導波管や光通信用の光ファイバの内部の横方向電磁界状態（電磁界は通常離散的な状態を取る）を指す用語で、基本モードは、導波路横断面の中央部で最大電力を有し、周辺部に向かって徐々に電力が減衰していくような電磁界分布を取り、通常最も導波路内への閉じ込め作用が強く、低損失でかつ偏波状態も保持されやすいモードである。
【００５７】
図２は、導波路セルとして中空光導波路でセルを構成した例を示す概念図である。
【００５８】
図２を参照して、図２（ａ）は導波路セル（中空光導波路）４１の斜視図を示し、図２（ｂ）は導波路セルの縦方向断面図であり、図２（ｃ）は横方向断面図である。ここで、縦方向断面とは、導波路セルの軸方向に並行な断面を意味し、横方向断面とは、軸方向に垂直な断面を意味する。図２において、４４は中空光導波路内側に配置された全反射媒体、４５はアルカリ金属等光ポンピングを生じる原子が封入された空間、４６は導波路内を伝搬する光線イメージ、４７は光入力端に配置される透明なふた、４８は反射ミラーをそれぞれ表している。
【００５９】
中空光導波路は、屈折率の低い空気等をコアとし、高屈折率の誘電体や損失性媒質でクラッディングを構成したものである。光が伝搬する中空管の内壁が全反射機構を持つように金属で構成したり誘電体多層膜による反射層を設けたりして構成することも可能である。
【００６０】
このように中空管の内側が高い反射率を持つ時に光は低損失に管内を伝搬していくことが知られており、中空光導波路と言われている。中空光導波路の内径は通常数ミリ以下である。ここでは、ポンプ光、プローブ光ともそれぞれ円偏波、直線偏波が保持された状態で光が伝搬するよう導波路内の構造や光の励振条件が調整されているものとする。
【００６１】
本実施形態ではこの中空光導波路の管内にアルカリ金属等光ポンピングによるスピン偏極を発生する物質を封入しておく。
【００６２】
従来の構成ではセル内にアルカリ金属等を入れておき、外部からヒータで加熱することでアルカリ金属気体をセル内に生成している。本実施形態でも外部にヒータ等加熱手段を設置してアルカリ金属等の気体を生成しても良い。本実施形態ではセルを光導波路構造とすることで内径を小さくできるという特徴がある。これは内部を伝搬する光の電力密度を高くできることを意味する。したがって、外部から導波路セルにポンプ光を入力、伝搬させることにより、高い光電力密度が得られ、これによって内部にあるアルカリ金属等を発熱、気体化させることができる。そのため、本実施形態によれば外部の発熱手段を不要することができ系を小型化できるという利点がある。
【００６３】
以下、セルの径によってどれほど光電力密度が上がるか簡単な試算をしてみる。ガウス型の光ビーム（一般的な光ビーム）の横方向断面の半径ｒ内にある光電力P(r, z)は一般的に次式で表される。
【００６４】
【数１】
2019124556.tif 000003
ここで、rは光軸の横方向の径を、ｚは光軸上での距離を、P0は光ビームの全光電力を、ωは光ビームの半径を、λは光の波長を、ω0は光ビームの最小半径をそれぞれ表す。上の２つの式から、光ビームの光電力分布は横方向に広がっており、光ビーム径ω(z)内で全電力の[1 - exp(-2)]≒0.865が存在すること、また光ビーム径は光が光軸上を進むほど広がっていくことなどがわかる。さて、全電力P0=1mWの光ビームが半径rcの光セルに入力されたときの光セル内での平均光電力密度を試算してみる。ここでは簡単のため、光ビーム径はセル半径に対して十分小さく、全電力がセルに入力されるものとする。光セル内での平均光電力密度Iav(W/m2)は次式で表される。
【００６５】
【数２】
2019124556.tif 000004
図３は、式３から得られたセル半径と平均光電力密度の関係を示す図である。
【００６６】
図３において横軸はセル半径を縦軸はセル内の平均光電力密度をそれぞれ表している。
【００６７】
図３から、セル半径が小さくなるほど平均光電力密度は指数的に大きくなることがわかる。従来の実施形態で示した非特許文献１のセルの半径は12.5mmである。この時の平均光電力密度は、約2.04W/m2と試算される。一方本実施形態の光導波路型セルにおいては、半径を1mm以下にすることができる。（波長10.6μmのレーザメス用の中空光導波路では内径1mm程度のものが得られている。）式３によればセル半径を1mmとした時の平均光電力密度は318.3W/m2となる。このように本実施形態によれば、従来の実施形態と比較しても100倍以上の平均光電力密度が得られることになる。本実施形態による高い平均光電力密度は、セル内部のアルカリ金属等の被光ポンピング原子の気体化や光ポンピング自体の効率化に大きく寄与するものである。
（実施の形態１の変形例１）
図４は、実施の形態１の変形例１の磁気計測装置１０００´の構成を説明するためのブロック図である。
【００６８】
実施の形態１の磁気計測装置１０００の構成と異なる点は、導波路セル２８の端部にミラー８を設けるのではなく、端部側に、受光系が設けられる構成となっている点である。
【００６９】
すなわち、導波路セル２８の端部からの出力は、レンズ２９およびＤ２光のみを通過させる干渉フィルタ９を通過し、この光が偏光ビームスプリッタ１０をさらに通過した後に、受光器１１および受光器１２で受光されるという構成となっている。
（実施の形態１の変形例２）
図５は、実施の形態１の変形例２の磁気計測装置１０００´´の構成を説明するためのブロック図である。
【００７０】
図４においては、波長板６により、Ｄ１光を円偏光化するとともに、Ｄ２光を直線偏光化する構成であった。
【００７１】
これに対して、図５においては、導波路セル入力点でＤ１光を円偏光に、Ｄ２光を直線偏光にするのを分離して実施する構成となっている。
【００７２】
すなわち、レンズ２５を通過した光は、ダイクロイックミラー５０−１により、Ｄ１光は反射し、Ｄ２光は通過する。
【００７３】
反射したＤ１光は、ミラー５１−１により反射され、偏光子５−２を透過してＤ１光に対して１／４波長板となっている波長板６−２により円偏光となって、ミラー５１−２により反射され、ダイクロイックミラー５０−１により反射されてレンズ２７を透過して導波路セル２８に入射する。
【００７４】
一方で、ダイクロイックミラー５０−１を透過したＤ２光は、偏光子５−１を透過してＤ２光に対して１／２波長板となっている波長板６−１により直線偏光となって、ダイクロイックミラー５０−２とレンズ２７を透過して導波路セル２８に入射する。
【００７５】
このような構成とすることで、一枚の波長板を用いるのに比べ調整の自由度が高くなりポンプ光、プローブ光のそれぞれを最適な偏波状態に調整することが容易になるため効率を上げることができる。実施の形態１や実施の形態１の変形例１の構成では偏波保持ファイバ通過後の偏波状態がＤ１光とＤ２光で異なるために偏光子部分で光損失の大小が生じていたが、本構成により偏光子、波長板の方向を独立に調整して光損失を最小化できるため効率化が図られる。
（実施の形態１の変形例３）
図６は、実施の形態１の変形例３の磁気計測装置１０００´´´の構成を説明するためのブロック図である。
【００７６】
磁気計測装置１０００´´´では、実施の形態１の変形例１の磁気計測装置１０００´の構成において、導波路セル２８からの出力光を偏波保持ファイバ４４によりレンズ２９に導く構成となっており、その他は、同様である。
【００７７】
導波路セルの出力側に可とう性のある偏波保持ファイバをバッドジョイントした構成とすることにより、受光系を送信側に持ってくることが可能になる。
【００７８】
なお、実施の形態１の変形例２の磁気計測装置１０００´´の構成においても同様に、導波路セル２８からの出力光を偏波保持ファイバ４４によりレンズ２９に導く構成とすることができる。
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２の光導波路セルの構成を示す概念図である。
【００７９】
図７においては、光導波路セルとして光ファイバを用いる構成例を示している。
【００８０】
図７において、図７（ａ）は、光ファイバの外観を示す斜視図であり、図７（ｂ）は光ファイバの縦方向断面図であり、図７（ｃ）は光ファイバの横方向断面図であり、図７（ｄ）は光ファイバの径方向の屈折率分布を示す。図７において、５５はアルカリ金属等光ポンピングによるスピン偏極を生じる原子がドープされた高屈折率層であるコア層、５６はコアと比較して低い屈折率を有するクラッド層、５７は光ファイバ内を伝搬する光線のイメージをそれぞれ表わしている。コア部は、通常の通信用光ファイバの材料である石英ガラスなどの誘電体にアルカリ金属原子等光ポンピングを引き起こす原子を熱拡散させる等の方法によってドープして構成する。原子がドープされることでコア部は通常誘電体固有の屈折率よりも屈折率が高くなる。ドープされる原子が金属の場合には通常複素誘電率を持つために光の吸収も生じてしまうが本実施の形態では通信とは違って長距離光を伝送させるのが目的ではないため多少の損失が生じても問題にはならない。
【００８１】
クラッド層は、アルカリ金属原子等の不純物をドープしないガラス材料で構成すれば、相対的にコア層よりも低い屈折率層を構成することができる。
【００８２】
以上のようにして、図７（ｄ）に示すような屈折率分布を実現することができる。この屈折率分布を持つ光ファイバでは、光線イメージ５７に示すように光を基本モードで伝搬させることができる。これは、光線近似に基づくモードの説明で言えば、基本モードで伝搬させるとは、コアとクラッドの境界で反射しない光軸上を直進する光線として光を伝搬させることを意味する。
【００８３】
なお、図７には屈折率分布がステップ状のステップインデックス型光ファイバの屈折率分布を示しているが、光ファイバ断面の中心から径方向に向かって徐々に屈折率が低くなっていくグレーデッドインデックス型光ファイバ構造を持っていても良い。その他、クラッド層に空隙部を設け曲げ損失を低減する光ファイバや、複数のコアが同一クラッド層内に配置されるマルチコア光ファイバなどもあるが、これらの光ファイバでも光の伝搬方向の横断面方向に光を閉じ込める導波構造を有していれば本実施の形態の光セルとして利用することができる。
【００８４】
実施形態２では、実施の形態１のセル２８、たとえば、図１のセル２８に図７に示す光ファイバを適用することを特徴とする。
【００８５】
図１のセル２８に図７に示す光ファイバを適用したときは、光セルの先端部にはミラーが配置されることになるが、これは図７の光ファイバの片方端の断面にミラーを密着させる、もしくはミラー材料となりうる金属等を蒸着させるなどして形成することができる。本実施の形態の光導波路セルとして光ファイバを用いることにより、アルカリ金属等はコア層の中にある密度で配置されていることになるので、従来例のようにセルを加熱する必要はなくなるという利点がある。
【００８６】
また、光ファイバ化することによって実質的なセル半径を小さくすることが可能になる。例えば通信用でよく使われるシングルモード光ファイバでコア半径が５μｍ程度、マルチモード光ファイバで５０μｍ程度の光ファイバが実現されている。本実施例でも同程度のセル半径が実現できると期待される。その場合には図３に示す通り、従来例の４〜５桁倍のセル内平均光パワーが実現でき、光ポンピングの効率化や低消費電力化、システム全体の小型化を図ることができる。
【００８７】
なお、実施の形態１の各変形例に対しても、図７のような構成の光導波路セルを用いることも可能である。
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３の導波路構造を有する光セルを示す図である。
【００８８】
図８では、導波路構造を有する光セルを複数個使用し導波路セルの束としたアレイとして用いる。
【００８９】
図８において、６１はレンズアレイを、６２は導波路セルの束を、６３はミラーアレイをそれぞれ表している。
【００９０】
図８は図１の導波路セル２８を複数本にしているところが特長である。
【００９１】
ここで複数の導波路セルは一次元アレイとして並べても良いし、２次元アレイ状に並べても良い。
【００９２】
図８において、レンズ２５によって平行光ビームに変換されたポンプ光、プローブ光は、偏光子、波長板、ハーフミラーを通過してレンズアレイに導かれる。レンズアレイを構成する各レンズは、レンズ径内に入射された光を対応する導波路セルの入射端面に集光して入力する役割を果たす。各導波路セルに入力されたポンプ光は導波路内のアルカリ金属等原子に対してスピン偏極を生じさせ、またプローブ光は、周囲磁界に応じた偏波回転を受ける。導波路セルの他端にはミラーアレイがおかれ、ポンプ光、プローブ光ともに反射され入射端に戻ってくる。各導波路セルの入射端から逆方向に出力されたポンプ光、プローブ光はレンズアレイ中の対応するレンズによって平行光に変換されて受光系等へ導かれていく。
【００９３】
このような光導波路セルとしては、図２の中空導波路または図７の光ファイバ型の導波路構造を用いることができる。
【００９４】
本実施形態によれば、導波路セルを複数にして磁界を計測する構成とすることにより磁界計測における感度を向上させることができるという利点がある。
（実施の形態３の変形例１）
図９は、実施の形態３の導波路構造を有する光セルの変形例１の拡大図を示す図である。
【００９５】
図９において、図８の構成と異なる点は、以下のとおりである。
【００９６】
すなわち、図９の構成では、図８の光セルへのポンプ光、プローブ光の入出力の別の実施形態を示している。
【００９７】
図８の光セルの右端にはミラーが配置されていたが、上図では、２つの光セルをペアとし、一方の光セルの出力光を、４５度ミラー、集光レンズ、４５度ミラーを適当に配置することにより、他方の光セルへ入力する構成としている。このような構成とすることで、光セルペアの一方から入力されたポンプ光、プローブ光は他方の光セルから出力される。同時に他方の光セルへ入力されたポンプ光、プローブ光は、一方の光セルから出力される。このように、ポンプ光、プローブ光が２つの光セルを互いに逆方向に進む構成とすることにより、ポンプ光パワーの光セル内での平準化による磁気計測性能の向上や、光セルの不均一性や性能ばらつきに起因する磁気計測性能の劣化を緩和することができる。
（実施の形態３の変形例２）
図１０は、実施の形態３の磁気計測装置の変形例２を示すブロック図である。
【００９８】
図８の構成において、プローブ光の出力側である導波路セルの出力側のレンズ９を光が透過した後に、ミラー９０で反射されレンズ９２を透過する。レンズ９２を透過した光は、２枚の複屈折板９４−１と９４−２を１／２半波長板９６で挟んだ構造を有する偏波分離合成手段を透過する。偏波分離合成手段の出力を偏波保持ファイバ９７に入力する構成とする。偏波保持ファイバ９７の出力には複屈折板（偏波ビームスプリッタでも良い）などの偏波分離手段９８を設けた上でそれぞれの偏波光を受光器１１および１２に導く。
【００９９】
このような構成とすることにより、受光回路部をセンサ部から離すことができ、システム設計の自由度が増えるという利点がある。センサヘッド部と、光源、受光系を離れた場所におき、これらの間を偏波保持ファイバで接続する構成を取ることができる。
（実施の形態４）
図１１は、実施の形態４の磁気計測装置の構成を説明するためのブロック図である。
【０１００】
図１１では、導波路セルをコイル状に巻いて構成した実施形態を示している。
【０１０１】
図１１において、７０はコイル状に巻かれた導波路セル、７１は被計測磁界をそれぞれ表している。図１１は図１に示した実施形態１において、コイル状に巻いた導波路セルを用いることを特徴としている。
【０１０２】
導波路セルとしては、図２の中空導波路でも良いし図７の光ファイバ型の導波路でも良い。特に光ファイバ型の導波路は容易にコイル状に巻くことが可能である。ただしコイル状に巻く径は、導波路の曲げ損失が顕著にならない程度にしておく必要がある。最近はクラッド部に空隙を設けて曲げ半径を小さくできる光ファイバが開発されており、そのような構造を持つ光ファイバ型セルを用いてコイルを構成すればミリメートルオーダーのコイル径も実現することができる。
【０１０３】
図１１に示す本実施形態では、導波路セルをコイル状に巻くためにセル長を長くできるという特徴がある。そのため光と原子および磁界が相互作用する長さを長くとることができ、その分磁界計測感度を高くすることができる。また、図７に示すように測定対象に対して導波路セルがほぼ平行になるようにコイルを配置することにより、測定対象に対して垂直方向の磁界成分を計測することができるという利点がある。（図２の構成では、測定対象に対して水平方向の磁界成分しか計測できない。）
（実施の形態５）
図１２は、実施の形態５の磁気計測装置の構成を説明するためのブロック図である。
【０１０４】
図１２は、コイル状の導波路セルを複数用いて、磁界方向成分を分離して計測可能な磁気計測装置の構成例を示している。図１２において、８０−１〜８０−３はそれぞれ光信号送受信回路、８１は３つのコイル状の光導波路セルを互いに直交する関係となるように重畳した磁界センサ部、８１−１〜８１−３はｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の磁界センサにそれぞれ対応したコイル状の光導波路セル、８２はｘ軸、ｙ軸、ｚ軸成分を有する被計測磁界をそれぞれ表している。８０−１〜８０−３の光信号送受信回路は、図７における導波路セルの左側のシステム部分をそれぞれ表しており、それぞれコイル状の光導波路セル８１−１〜８１−３へのポンプ光、プローブ光の入出力、磁界センサ結果の信号処理、結果出力などを担う回路を構成している。
【０１０５】
図１２に示す通り、３つのコイル状の光導波路セルを互いに直交するように配置、重畳してセンサを構成することによって被計測磁界のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸成分を個別に検出することが可能となる。磁界の３次元成分検出は、図１４の従来例はもちろん、他の光ポンピングを用いた磁気計測装置でもなされていなかったことであり、光導波路セルを用いることで初めて可能となる。
（実施の形態６）
図１３は、実施の形態６の磁気計測装置における光導波路セルの構成を説明するためのブロック図である。
【０１０６】
図１３は、基板１０１上に形成された光導波路セルの構成例を示している。
【０１０７】
図１３において、１０１は半導体や誘電体の基板、１０２はアルカリ金属等光ポンピングによるスピン偏極を生じる原子をドープした光導波層（高屈折率層）、１０３はリッジ型三次元光導波路、１０４は拡散光導波路をそれぞれ表している。
【０１０８】
図１３に示した通り、半導体（シリコンなど）や誘電体（石英ガラスなど）などの透明基板上にアルカリ金属原子など光ポンピングによるスピン偏極を生じる原子をドープして高屈折率層、もしくは導波路層を構成することで、導波路セルを構成することができる。
【０１０９】
図１３（ａ）は、スラブ導波路と呼ばれる構造で、基板に対して上下方向にのみ光閉じ込め機構がある導波路構造を持つ。スラブ導波路構造により、ポンプ光、プローブ光を高密度に閉じ込めた状態でアルカリ金属原子等と相互作用させることができる。またスラブ導波路構造では、ポンプ光とプローブ光が互いに直交するような系を構成することも可能である。
【０１１０】
図１３（ｂ）はリブ導波路構造を持つ導波路セルの例である。図に示す通り、パターン化された導波路層上部に透明媒質層を構成するなどして３次元導波路を形成している。
【０１１１】
また図１３（ｃ）は、ガラスなどの誘電体基板の表面にアルカリ金属原子等の薄い層をパターン化して形成し、その後熱拡散させることによって基板内部形成した3次元導波路を示している。図１３（ｂ）（ｃ）の三次元導波路セルを用い、更に光集積回路技術を用いることによって、セルに加えてポンプ光、プローブ光の合波分波、偏光制御、反射などの機能を同一基板に形成することができる。更には、半導体基板などを適切に選択することによって光源や受光素子などアクティブ素子の機能も同一基板上に形成することも可能である。
【０１１２】
このように、基板上に形成された導波路セルを用いることにより、システムを小型集積化することができる。
【０１１３】
以上に説明した通り、本実施の形態によれば、ポンピングを用いた磁気計測装置において、アルカリ金属原子等とポンプ光・プローブ光との相互作用の場となるセルを光導波機構を有する構成とすることによって、ポンプ光もしくはプローブ光あるいはその両方の光密度、および光ポンピングされる原子とポンプ光／プローブ光が相互作用する密度を高めることができ、光ポンピングを用いた磁気計測装置の高効率化、小型化することができる。
【０１１４】
本実施の形態によって、光ポンピングを用いた磁気計測装置が小型化、低消費電力化され、利便性が増大するため、医療分野において心磁図(Magnetocardiography)、脳磁図(Magnetoencephalography)計測用装置として活用されることが期待される。磁気計測装置、特にセルおよびセルへの光入出力系を小型化できるため、多チャンネル化が容易になるという利点もある。また、本実施の形態による磁気計測装置は小型化が可能なため、人の通常生活時の体内状況を計測するためのウエアラブルセンサとして利用できる可能性がある。本実施の形態は医療分野の応用に限らず、地下探索や考古学、更には磁界を通信媒体とする通信方式など磁界計測を必要とされる分野で広く利用することができる。
【０１１５】
今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１６】
１．アルカリ金属等が透明媒体（ガラスなど）に封入されたセル
２．電気ヒーター
３．熱遮蔽体
４．偏波保持光ファイバ
５．偏光子
６．波長板
７．コリメーティングレンズ
８．ミラー
９．干渉フィルタ
１０．偏光ビームスプリッタ
１１,１２．受光器
１３．ポンプ光
１４．プローブ光を
１５．コリメート光
１６．被測定対象（頭部など）
１７．被計測磁界
２１．ポンプ光用レーザ光源
２２．プローブ光用レーザ光源
２３, ２４．光アイソレータ
２５．コリメートレンズ
２６．ハーフミラー
２７．集光レンズ
２８．導波路セル
２９．集光レンズ
３０．ポンプ光波長のみを通過させる波長フィルタ
３１．プローブ光波長のみを通過させる波長フィルタ
４１．導波路セル（中空光導波路）の外観
４２．導波路セルの縦方向断面図
４３．横方向断面図
４４．中空光導波路内側に配置された全反射媒体
４５．アルカリ金属等光ポンピングを生じる原子が封入された空間
４６．導波路内を伝搬する光線イメージ
４７．光入力端に配置される透明なふた
４８．反射ミラー
５１．光ファイバの外観
５２．光ファイバの縦方向断面図
５３．光ファイバの横方向断面図
５４．光ファイバの径方向の屈折率分布
５５．アルカリ金属等光ポンピングによるスピン偏極を生じる原子がドープされた高屈折率層であるコア層
５６．コアと比較して低い屈折率を有するクラッド層
５７．光ファイバ内を伝搬する光線のイメージ
６１．レンズアレイ
６２．導波路セルの束
６３．ミラーアレイ
７０．コイル状に巻かれた導波路セル
７１．被計測磁界
８０−１〜８０−３．光信号送受信回路
８１．３つのコイル状の光導波路セルを互いに直交する関係となるように重畳した磁界センサ部
８１−１〜８１−３．ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の磁界センサにそれぞれ対応したコイル状の光導波路セル
８２．ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸成分を有する被計測磁界
１０１．半導体や誘電体の基板
１０２．アルカリ金属等光ポンピングによるスピン偏極を生じる原子をドープした光導波層（高屈折率層）
１０３．リッジ型三次元光導波路
１０４．拡散光導波路
【図１】
2019124556.tif 000005
【図２】
2019124556.tif 000006
【図３】
2019124556.tif 000007
【図４】
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【図５】
2019124556.tif 000009
【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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