(57)【要約】      （修正有）【課題】高性能で小型の原子物理パッケージを提供する。【解決手段】物理パッケージ１００は、真空チャンバを囲む光学的に透明な材料の複数の窓枠１０２と、１又は複数の窓枠の外面に取り付けられた１又は複数のくさび１１８と、を備える。物理パッケージは、１又は複数のくさびに取り付けられた、少なくとも１つの光源１１０、光センサ１１６、又は、ミラー１１２、を備え、前記光源は真空チャンバへの入力光ビームを生成するようになっており、光センサは真空チャンバからの出力光ビームを検出するようになっており、ミラーは真空チャンバからの光ビームを真空チャンバへ戻すように反射するようになっており、くさびは、光源、光センサ、又は、ミラーにそれぞれ対応する光ビームが、対応する窓枠に対して鋭角に窓枠を伝送するように、光源、光センサ、又は、ミラーを方向づける。【選択図】図１Ｂ
2015023276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子センサの物理パッケージ（１００，２００，３００）であって、
真空チャンバを取り囲む光学的に透明材料の複数の窓枠（１０２）と、
１又は複数の前記窓枠（１０２）の外面に取り付けられた１又は複数のくさび（１１８）と、
前記１又は複数のくさび（１１８）に取り付けられた少なくとも１つの光源（１１０）、光センサ（１１６）、又は、ミラー（１１２）であって、前記光源（１１０）は、前記真空チャンバへの入力光ビームを生成するようになっており、前記光センサ（１１６）は、前記真空チャンバからの出力光ビームを検出するようになっており、前記ミラー（１１２）は、前記真空チャンバからの光ビームを前記真空チャンバへ戻すように反射するようになっている、少なくとも１つの光源（１１０）、光センサ（１１６）、又は、ミラー（１１２）と、を備え、
前記くさび（１１８）は、前記光源（１１０）、前記光センサ（１１６）、又は、前記ミラー（１１２）にそれぞれ対応する光ビームが、対応する窓枠（１０２）に対して鋭角に前記窓枠（１０２）を伝送するように、前記光源（１１０）、前記光センサ（１１６）、又は、前記ミラー（１１２）を方向づけ、
前記複数の窓枠（１０２）は、６又はそれより少ない窓枠（１０２）を含み、矩形の直方体形状に配置される、
物理パッケージ。
【請求項２】
請求項１の物理パッケージにおいて、
前記１又は複数のくさび（１１８）は、プリズム及び中空のくさびを備え、対応する光ビームは前記中空のくさびの中空中央を通って伝搬するようになっている、
物理パッケージ。
【請求項３】
物理パッケージの形成方法（４００）であって、
真空チャンバを形成するために、光学的に透明な材料の複数の窓枠を共に固定取り付けするステップ（４０８）と、
１又は複数のくさびを１又は複数の窓枠の外面に取り付けるステップ（４１０）と、
少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、を前記１又は複数のくさびに取り付けるステップ（４１０）であって、前記光源は、前記真空チャンバへの入力光ビームを生成するようになっており、前記光センサは、前記真空チャンバからの出力光ビームを検出するようになっており、前記ミラーは、前記真空チャンバからの光ビームを前記真空チャンバへ戻すように反射するようになっている、少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、を前記１又は複数のくさびに取り付けるステップ（４１０）と、を備え、
前記１又は複数のくさびの取り付けステップ（４１０）、及び、前記少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、の前記１又は複数のくさびへの取り付けステップ、は、１又は複数の光ビームが前記真空チャンバに入射し、前記真空チャンバ内で交差する３つの光パスを形成するために反射し、少なくとも１つの光パスが窓枠に対して鋭角に窓枠を伝送するように、前記１又は複数のくさび及び前記少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、を調整することを備える、
物理パッケージの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、ＤＡＲＰＡによって認められたＷ３１Ｐ４Ｑ−０９−Ｃ−０３４８の政府支援によってなされた。
【背景技術】
【０００２】
[0002]冷原子雲をセンサ素子として利用する原子クロック及び他のセンサを含む原子センサの、サイズ及び実装を縮小するために努力がなされてきた。これを実現するために、原子センサの物理パッケージのサイズ縮小に努力が向けられてきた。物理パッケージの一例は、超高真空を維持するために機械加工されシールされたガラスブロックである。ある態様では、ガラスブロックは、その外側の複数の面と、光パスを捉え、冷却し、冷原子サンプルを操作する、複数の角度が付けられた穴と、を備える。ミラーと窓は、物理パッケージをシールするために、光パス穴の外側の開口を覆って取り付けられる。キャビティ排気構造（例えば、真空ポンプポート）は、物理パッケージの初期真空排気を行う手段として取り付けられる。サンプルリザーバ（例えば、アルカリ材料のためのリザーバ）は、センサで用いられる原子を供給するために取り付けられる。サンプルリザーバは、真空プロセスの後に、バックグラウンドの蒸気を解放するために、破壊される又は活性化される。バックグラウンドの蒸気に含まれる原子は、光ビームによって冷却され、一般的に磁気光学トラップ（ＭＯＴ）と呼ばれる態様で磁界によって、又は磁界なしに光学モラセスによって捕捉される。バックグラウンド蒸気からの原子を冷却する際に、ＭＯＴで補足された原子の数は、物理パッケージ内で使用される光学ビームのサイズの４次パワーに調整する。基本的な制限では、原子センサの信号対ノイズは、センサの信号対ノイズ及び光学ビームサイズを基本的に調整するために、補足された原子の平方根として調整する。大きい光ビームを許容し、複数ビーム構成の柔軟性を追加した、小容量の物理パッケージを開発することは、高性能で小型の原子物理パッケージを開発することと同じである。複数ビームＭＯＴ構成は柔軟性があり、ピラミッドトラップのようなシングルビーム構成は柔軟性がない。柔軟性は、例えば、正確な状態準備のために光学ポンピングが求められる原子センサ又は原子クロック、干渉性の原子操作又は原子”ビームスプリッタ”のための光学パルス、又は、光ビームを選択的なシャッタを介した光学散乱の減少、を考慮するために、必要である。
【０００３】
[0003]一実施形態は、原子センサの物理パッケージに向けられる。物理パッケージは、真空チャンバを取り囲む光学的に透明材料の複数の窓枠と、１又は複数の前記窓枠の外面に取り付けられた１又は複数のくさびと、を備える。物理パッケージは、前記１又は複数のくさびに取り付けられた少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラーであって、前記光源は、前記真空チャンバへの入力光ビームを生成するようになっており、前記光センサは、前記真空チャンバからの出力光ビームを検出するようになっており、前記ミラーは、前記真空チャンバからの光ビームを前記真空チャンバへ戻すように反射するようになっている、少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、を備え、前記くさびは、前記光源、前記光センサ、又は、前記ミラーにそれぞれ対応する光ビームが、対応する窓枠に対して鋭角に前記窓枠を伝送するように、前記光源、前記光センサ、又は、前記ミラーを方向づける。
【０００４】
[0004]図面は、単に実施形態を説明するためだけに使用され、発明の範囲を制限するものではないと理解され、実施形態は図面を用いて詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】[0005]図１Ａは、原子センサ装置の物理パッケージの実施形態の斜視図である。
【図１Ｂ】[0006]図１Ｂは、図１Ａの原子センサ装置の物理パッケージの実施形態の分解図である。
【図２】[0007]図２は、原子センサ装置の物理パッケージの他の実施形態の斜視図である。
【図３】[0008]図３は、原子センサ装置の物理パッケージのさらに他の実施形態の斜視図である。
【図４】[0009]図４は、図１Ａ〜図３のいずれかの原子センサ装置の物理パッケージの形成方法の実施形態のフローチャートである。
【０００６】
[0010]共通の慣習にしたがって、実施形態に関する様々な構成は、特徴構成を強調して描くために、実際の角度又はスケールでは描かれていない。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0011]上述のガラスブロックのサイズをさらに小さくすると、ガラスは、ブロックを通る複数のビーム穴を形成するために、脆くなり、その結果、ガラスブロックに穴を形成する際に、壊れ、破砕され、及び／又は、欠けることになる。蒸気からレーザ冷却原子を使用するセンサにおいて、この問題は、大きな光ビームに適応するために出来るだけ大きなサイズの穴を形成するという要望によって大きくなる。
【０００８】
[0012]ここで記載される主題は、光学的に透明な材料（例えば、ガラス）の窓枠を簡潔な形状に配置した物理パッケージと、窓枠の外面に取り付けられた、１又は複数の光源、光センサ、及び／又は、ミラー、を提供することによって、これらの問題を解決することができる。プリズムは、光ビームを所望の方向に向けるために、いくつかの、又は、全部の光源、光センサ、及び／又はミラー、及びそれぞれの窓枠、の間に配置され、物理的に接着することができる。光源、光センサ、ミラー、及び／又は、プリズムは、組み立て後の調整を可能とするために、真空チャンバを組み立てた後に取り付けられ得る。したがって、プリズムは、窓枠に入射する光パス及び窓枠から出射する光パスを、窓枠に対して鋭角に方向付けることができる。これらの特性により、真空チャンバはとても強固な形状に組み立てられる一方、大きな光ビーム及び大きな真空チャンバを許容し、さらに、物理パッケージは、性能を損なうおそれがなく、操作に柔軟性があり、小さいサイズを実現することができる。
【０００９】
[0013]図１Ａは、原子センサ装置の物理パッケージ１００の実施形態の斜視図であり、図１Ｂは、原子センサ装置の物理パッケージ１００の実施形態の分解立体図である。図示のとおり、物理パッケージ１００は、真空チャンバを取り囲む光学的に透明材料の複数の窓枠１０２を備える。この実施形態では、複数の窓枠１０２は、矩形直方体、特に、立方体を形成するために配置される。複数の窓枠１０２は、真空チャンバを規定する密封シールされた容器を形成するために相互に固定取り付けされる。他の実施形態では、複数の窓枠１０２は、ピラミッド状など他の形状の内部に配置される。
【００１０】
[0014]複数の窓枠１０２の各窓枠１０２は、平らな内面及び外面を有する平坦構造である。複数の窓枠１０２は、相互に直接結合することによって、及び／又は、図１Ｂに示すようにフレーム１０４に対して結合することによって、相互に固定取り付けされる。複数の窓枠０１２は、溶融法又はゾルゲル法を用いて、相互に、又は、フレームに、結合される。
【００１１】
[0015]クロックの場合、原子エネルギーレベルは、外部オシレータの周波数出力と原子の内部エネルギーレベルとを比較して統制するために、光又はマイクロ波領域によって分光的に調べられる。物理パッケージ１００は、調べられた原子を含む真空シールチャンバを規定する。実施形態では、原子は、ラジウム（例えば、Ｒｂ−８７）又はセシウムのようなアルカリ金属原子であり、真空シールチャンバは、ゲッタ剤を有する又は有さない受動真空である。ここで記載される物理パッケージ１００は、異なる角度から物理パッケージ１００の内部の同じ領域で交差する複数の光パス１０６，１０７，１０８を可能にする。
【００１２】
[0016]原子（例えば、原子雲）は、物理パッケージ１００の内部で遅くなり冷却され、ビームの好転を集める。レーザからの光ビームは、原子雲を交差するために、複数の光パス１０６，１０７，１０８に沿って伝搬する。これらの光ビームは、原子を冷却するのに用いられる光ビームを含むことができ、センサ動作に依存し、原子を調べる又はさらに操作するために用いられる光ビームを含むことができる。
【００１３】
[0017]図１Ａ及び図１Ｂに示された実施形態では、３つの光波１０６，１０７，１０８のそれぞれは、独立した光源１１０によって生成される。本例のような１つの実施形態では、各光源１１０は、異なる窓枠１０２に取り付けられ、各光源１１０は、それぞれの窓枠を介して垂直に光ビームを向けるようになっている。各光ビームは、３つの交差する光パス１０６，１０７，１０８の１つに対応する。各光ビームは、それぞれの光源１１０から伝搬され、それぞれの窓枠１０２を介して送られ、それぞれの光パス１０６，１０７，１０８を通る。各光ビームは、対応する光源１１０が取り付けられた窓枠１０２の反対側の窓枠１０２に入射され、光ビームは原子雲を通って対応する光源１１０へ向けて逆反射する。本例のような１つの実施形態では、窓枠１０２は、ガラスで構成され、外部逆反射ミラー１１２は、各光ビームを光源１１０へ戻すために、光源１１０の反対側の窓枠１０２に取り付けられる。入射光波は、光源１１０と第１透過窓枠１０２との間において外部４分の１波長板１１４によって環状に偏光される。追加の外部４分の１波長板１１４は、逆反射光ビームの偏光を回転するために、各逆反射ミラー１１２と対応する窓枠１０２との間に配置される。
【００１４】
[0018]他の実施形態の図２に示された物理パッケージ２００において、窓枠１０２は、外部４分の１波長板１１４の必要を除去するために、サファイヤなどの自然複屈折部材で構成される。この実施形態では、窓枠１０２の厚みは、窓枠１０２を介した正確な偏光回転を提供するために、精密に制御される。さらに、この実施形態では、逆反射ミラー１１２は、光源１１０の反対側の窓枠１０２の反射コーティングによって形成されていてもよい。例えば、１または複数の窓枠１０２の内面は、真空チャンバ内部で光を反射することができるミラーを形成するために、反射フィルムで被覆されていてもよい。１つの実施形態では、窓枠１０２の全体の内面が反射フィルムで被覆されてもよい。他の実施形態では、光パスの内部又は隣接した箇所の光ビームを被覆し得る限られた領域の窓枠１０２の内面のみが反射フィルムで被覆されてもよい。反射フィルムは、単一層又は複数層の金属又は誘電体の積層コーティングであってもよい。サファイヤの窓枠１０２であること、及び、４分の１波長板１１４が不要であること、を除いて、物理パッケージ２００は、図１Ａ及び図１Ｂに示した物理パッケージ１００と同様である。
【００１５】
[0019]上述の通り、光源１１０は、原子を冷却する及び／又は調べるための光ビームを生成するために、それぞれの窓枠１０２に取り付けられる。例の通り、光源１１０は、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、分布フィードバックレーザ、又は、エッジ発光レーザ、のような半導体レーザを備えることができる。
【００１６】
[0020]いくつかの実施形態では、光源１１０は、光源１１０の周波数を絶対的に安定させるために、ラジウム又はセシウムなどのアルカリ金属を含む微細加工された蒸気セルを備え得る。アルカリ金属を含む蒸気セルは、光源１１０からアルカリ金属の所定の原子遷移への出力の周波数安定性のために用いられる。物理パッケージを含む原子センサは、原子センサの動作において、必要に応じて、原子をＭＯＴに制限するための用いられる磁界を生成するために、ヘルムホルツコイル及びアンチヘルムホルツコイルのような複数の磁界コイルを備えることができる。
【００１７】
[0021]原子センサがマイクロ波原子クロックである実施形態では、マイクロ波クリスタルオシレータは、アルカリ金属の原子遷移クロックにおいてマイクロ波信号を生成するのに使用することができる。アンテナ又は同様の構成（例えば導波管）は、物理パッケージ１００のアルカリ金属原子の分光法を実行するために、マイクロ波信号をローカルオシレータから伝達するのに用いられる。
【００１８】
[0022]真空チャンバの外部に配置され１又は複数の窓枠１０２に取り付けられた、１又は複数の光源１１０、光センサ１１６、及び／又はミラー１１２、は、それぞれの窓枠を介して鋭角に伝送される光を入力し、検出し、反射する。図１Ａ、図１Ｂ、図２に示した実施形態では、光センサ１１６は、それぞれの窓枠１０２を介して鋭角に伝送される光を検出するようになっている。光センサ１１６は、原子センサの使用目的に応じて、蛍光検出、又は、吸収検出をできるようになっている。鋭角の光ビームを正確に検出するために、光センサ１１６は、窓枠１０２に結合されたくさび１１８に結合されている。くさび１１８は、プリズムのように光学的に透明で固い構造であり、光はこの構造を介して伝搬する。くさび１１８は、中空構造であってもよく、光は、くさびの中空中央を介して伝搬する。くさび１１８は、窓枠１０２に取り付けた後に機械的に取り付け調整を行うことによって光センサ１１６の角度を調整できるように、機械的に調整可能になっている。機械的な取り付け調整は、くさびを窓枠、光センサ１１６又は他の部品（例えば、光源１１０、ミラー１１２）に取り付けた後にそれぞれの取り付け角度を調整可能にする。
【００１９】
[0023]物理パッケージ１００は、１又は複数の窓枠１０２に取り付けられた、サンプルリザーバ１２０及び真空チャンバ排気構造１２２を備える。サンプルリザーバ１２０及び真空チャンバ排気構造１２２は、１又は複数の窓枠１０２のそれぞれの開口１２４上に取り付けられる。サンプルリザーバ１２０及び真空チャンバ排気構造１２２は、溶融法又はゾルゲル法を用いて１又は複数の窓枠１０２に取り付けられ得る。サンプルリザーバ１２０は、物理パッケージ１００内における調査用に真空チャンバ内へ原子を解放するために用いられるアルカリサンプルを保持し得る。実施形態において、例えばリザーバ１２０がアルカリサンプルを解放するために破壊された場合に破壊されたガラスの大きいかたまりを除去するために、ろ過網は、サンプルリザーバ１２０が取り付けられる窓枠１０２の開口１２４と交差して配置される。真空チャンバ排気構造１２２は、真空チャンバへ連通する開口を有する中空構造である。真空チャンバ排気構造１２２は、真空チャンバを超高真空状態にするための初期排気を行うために用いられる。真空チャンバの排気の後、真空チャンバ排気構造１２２は、真空チャンバをシールするために閉じられ得る。実施形態では、真空チャンバ排気構造１２２は、真空チャンバ排気構造１２２をピンチングする（つまむ）ことによって閉じられ得る。真空チャンバ排気構造１２２及びサンプルリザーバ１２０は、物理パッケージ１００の放電洗浄、及び、ポンプダウンとベークダウンの強化、のためのプラズマを形成する電極を備える。
【００２０】
[0024]１又は複数の窓枠１０２の一部分又は全部は、光ビームの不要な反射を抑止するために反射防止膜が被覆されている。反射防止膜は、窓枠１０２の内面及び／又は外面に被膜される。実施形態では、窓枠１０２の内面及び／又は外面の全体が反射防止膜で被膜される。他の実施形態では、真空チャンバの内部及び／又は外部へ光ビームを伝送する窓枠１０２の一部分１２６にのみ反射防止膜が被膜され得る。
【００２１】
[0025]ある実施形態では、窓枠１０２の内面の第１部分は反射膜が被膜され、窓枠１０２の内面の第２部分は反射防止膜が被膜され得る。第１部分は、光パスが入射して真空チャンバへ反射させる窓枠１０２の一部分に対応する。すなわち、反射膜は、ミラーの機能を有する部分に被膜される。反射防止膜は、ミラーの機能を有さず、及び／又は、光を真空チャンバの内部へ及び／又は外部へ伝送する、窓枠の一部分に被膜される。
【００２２】
[0026]ある実施形態では、偏光光学部が光源１１０、光センサ１１６、又は外部ミラー１１２の間に備えられてもよい。
【００２３】
[0027]ある実施形態では、各窓枠１０２は、ガラスセラミック（例えば、Ｚｅｒｏｄｕｒ（登録商標））などのガラス、光学ガラス（例えば、ＢＫ−７）、又は、サファイヤなどの他の透明材料、によって構成される。一般的には、窓枠１０２は、以下真空気密、水素又はヘリウムに対して非浸透性、真空チャンバへ導入された材料に対して非反応、透過性窓枠、対象物の波長の低損失、という特性を有するべきである。他の特性としては、アルゴンなどのような不活性ガスに対して低浸透性、溶融結合に対して適合性があること、などが含まれる。ある実施形態では、各窓枠１０２は、例えば、窓枠１０２の光学特性を変更しない非浸透性被膜を強化する浸透性材料（又は非浸透性材料）で構成されてもよい。
【００２４】
[0028]ある実施形態の物理パッケージ１００は、いくつかのガス（例えば、水素）に部分的に圧力が加わるのを制限するために、シールされた真空チャンバ内部にゲッタ剤を備えることができる。例えば、スパッタリング又は焼結を利用して、反射又は透過に用いられない窓枠１０２の内面に組み立て前にゲッタ膜を適用することができる。適切な活性化温度を提供する材料を使用し、物理パッケージ１００の外部からレーザ加熱することによって、ゲッタは、組み立てられた後に活性化される。個々の被膜、ゲッタ被膜、反射膜、浸透膜、防止膜、及び／又は、他の被膜は、個々の窓枠１０２に適用される。ここで示される実施形態では、ゲッタリザーバ１２８は、窓枠１０２の１つに取り付けられる。ゲッタリザーバ１２８は、窓枠１０２の所定の開口１２４に取り付けられる。ゲッタリザーバ１２８は、溶融法又はゾルゲル法を用いて窓枠１０２に取り付けられる。ゲッタリザーバ１２８は、バリウムなどの物理的なゲッタをゲッタ皿に保持する。ゲッタ皿は、スナップリングとともに円筒ガラスチャンバの内部に保持される。ゲッタリザーバ１２８は、真空チャンバに連通する開口を提供する中空構造である。
【００２５】
[0029]図１Ｂに示されたある実施形態では、１又は複数の窓枠１０２は、フレーム１０４に取り付けられる。フレーム１０４は、３次元構造で相互に延伸する複数の細い支持部材を含む剛構造である。フレーム１０４は、真空チャンバの全体又は一部を取り囲み、真空チャンバを形成するために、真空チャンバの物理的な外装（例えば、１又は複数の窓枠１０２）を適所に保持し得る。フレーム１０４は、１又は複数の窓枠１０２のために構造的な枠組みを提供し得る。すなわち、フレーム１０４は、他の部品（例えば、１又は複数の窓枠１０２）が取り付けられる構造として働き、かつ、部品が取り付けられた際の物理的な結び付きを規定することができる。
【００２６】
[0030]図３は、他の実施形態の物理パッケージ３００の斜視図である。物理パッケージ３００は、図１の物理パッケージ１００と同様の部品を備え、これらの同様の部品は同じ符号が付される。物理パッケージ３００は、２つの光源１１０のみを用いて３つの交差する光ビームを生成するようになっている。これを行うには、１つの光源１１０からの光ビームは、複数（２つ）の光パス１０７，１０８に沿って物理パッケージの周りを反射する。第３光パス１０６は、図１Ａに関して説明されたのと同様に第２光源１１０からの光ビームとともに生成される。光源１１０からの光ビームを物理パッケージに周りで反射するために、折り畳みミラー３０２、及び／又は、再帰反射ミラー１１２は、それらが搭載される窓枠１０２に対して斜めに搭載される。
【００２７】
[0031]第１窓枠１０２に対して斜めに向いた光源１１０からの光ビームを伝搬するために、くさび１１８は、光源１１０と第１窓枠１０２との間に配置される。くさび１１８は、光源１１０及び第１窓枠１０２に合わせて角度を付けられた面を備える。光源１１０は、くさび１１８に取り付けられ、くさび１１８は、第１窓枠１０２の外面に取り付けられる。光源１１０は、したがって、プリズムを介して第１窓枠１０２に固定取り付けされる。
【００２８】
[0032]くさび１１８は、折り畳みミラー３０２及び／又は再帰反射ミラー１１２の間に、これらが斜めに窓枠１０２に搭載し得るように配置される。図１に記載したように、くさび１１８は、プリズム、中空くさび、又は、機械的に調整可能な台を備える。光源１１０、折り畳みミラー３０２、及び、再帰反射ミラー１１２、の角度を適切に選択することによって、光ビームは、所望の光パスに沿って向けられる（例えば、両方の光パス１０７，１０８を単一の光ビームにする）。折り畳みミラー３０２及び／又は再帰反射ミラー１１２は、くさび１１８に取り付けられ、くさび１１８は、それぞれ窓枠１０２に取り付けられる。
【００２９】
[0033]ミラー１１２，３０２は真空チャンバの外部に配置されているので、ミラー１１２，３０２によって反射された光ビームは、窓枠１０２を通って伝送され、ミラー１１２，３０２に入射される。ミラー１１２，３０２によって反射された後、光ビームは真空チャンバの方向へ向き、窓枠１０２の方向へ伝送され、真空チャンバへ入射する。真空チャンバの外部のミラー１１２，３０２を使用することによって、真空チャンバを形成するためにミラー１１２，３０２を窓枠１０２に固定取り付けした後にミラー１１２，３０２の位置合わせを行うことができる点が有利である。実施形態では、ミラー１１２，３０２は、窓枠１０２に直接取り付けられる。他の実施形態では、ミラー１１２，３０２は、くさび１１８、及び／又は、窓枠１０２に取り付けられる４分の１波長板１１４、に取り付けられ得る。くさび１１８は、窓枠１０２に対してミラー１１２，３０２の角度を適正にするために角度調整された面を備える。外部ミラー１１２，３０２の反射面は、光ビームを必要に応じて調整できるように平面又は曲面とすることができる。上述のように、窓枠１０２の内面の反射膜は、もし窓枠１０２がサファイヤなどのような複屈折材料で構成されている場合には、再帰反射ミラー１１２の代わりに使用することができる。
【００３０】
[0034]光源１１０、光センサ１１６、ミラー１１２，３０２、及び／又は、くさび１１８、は、溶融法又はゾルゲル法を用いてそれぞれの窓枠１０２に取り付けられ得る。仮に光源１１０、光センサ１１６、ミラー１１２，３０２、及び／又は、くさび１１８、が真空チャンバのための真空シールの材料でない場合には、光源１１０、光センサ１１６、ミラー１１２，３０２、及び／又は、くさび１１８、は、溶融法、ゾルゲル法、機械的手段、ＵＶエポキシ、又は他の接着剤によって取り付けられる。光源１１０、光センサ１１６、又は、ミラー１１２，３０２、は、くさび１１８に対して、溶融法、ゾルゲル法、機械的手段、ＵＶエポキシ、又は他の接着剤を用いて取り付けられ得る。
【００３１】
[0035]１又は複数の光源１１０、光センサ１１６、及び／又はミラー１１２，３０２は、くさび１１８の使用を介して、窓枠１０２に対して角度を付けて搭載されるので、窓枠１０２の形状は、それを伝搬する光パスによって制限され難い。特に、各窓枠１０２の向き及び配置は、各光パスが対応する窓枠１０２に対して垂直に真空チャンバに出入りするという要求によって制限されない。これに対して、光パスは、窓枠１０２に対して鋭角に真空チャンバに出入りすることができる。窓枠１０２によって形成される形状により柔軟性を持たせることができ、特に、使用される形状の強度が増し、製造がより簡単になる。実施形態では、真空チャンバは、６個又はより少ない窓枠１０２によって形成される。したがって、図１Ａ、図２、及び、図３に示すような立方体のような形状を使用し得る。
【００３２】
[0036]外部ミラー１１２，３０２及び光源１１０の配置及び向きは、真空チャンバ内に所望の光パスを提供するようになっている。例えば、外部ミラー１１２，３０２及び光源１１０の配置及び向きは、物理パッケージ１００の真空チャンバ内で交差する３つの光パス１０６，１０７，１０８を提供するようになっている。１つの実施形態では、３つの光パス１０６，１０７，１０８は、約９０度の角度で交差するが、これは全ての実施形態で求められるものではない。図３の実施形態では、２つの光ビームは、３つの光パス１０６，１０７，１０８に沿って集団的に伝搬するようになっている。他の実施形態では、単一の光源１１０からの単一の入射光ビームは、３つの光パス１０６，１０７，１０８に沿って伝搬するために周囲に反射し得る。
【００３３】
[0037]図４は、原子センサ装置１００，２００，３００のための物理パッケージ１００を形成するための一例の方法４００のフローチャートである。ある実施形態では、再帰反射膜、及び／又は、反射膜は、１又は複数の窓枠１０２の内面、及び／又は外面、に配置され得る（ブロック４０２）。再帰反射膜、及び／又は、反射膜、は、適当な薄膜堆積プロセスを用いて、１又は複数の窓枠１０２に配置され得る。再帰反射膜、及び／又は、反射膜、を面の所定の部分にのみ配置するために、再帰反射膜、及び／又は、反射膜、を堆積する前にマスクが配置され得る。第１マスクは、再帰反射膜、又は、反射膜、が堆積する部分を覆わない。第１マスクが配置されたら、再帰反射膜、又は、反射膜、は、窓枠面の第１マスクによって露出している部分に堆積される。その後マスクは取り除かれる。第１部分に反射膜が堆積され、他の部分に再帰反射膜が堆積される、面を実現する場合には、２ステップマスクプロセスが使用され得る。第１マスクが配置され、反射膜が堆積されるべき部分は第１マスクによって覆われない。反射膜は、窓枠面上の第１マスクによって露出している部分に堆積される。第１マスクは取り除かれる。次に、第２マスクが配置され、再帰反射膜が堆積されるべき部分は第２マスクによって覆われない。おそらく、第２マスクは、再帰反射膜が反射膜の上に堆積されないように、反射膜が堆積された部分を覆う。再帰反射膜は、窓枠面上の第２マスクによって露出している部分に堆積される。第２マスクは取り除かれる。２ステッププロセスは、再帰反射膜が最初に堆積され、反射膜が次に堆積される反対の順番で実行されてもよい。再帰反射膜及び／又は反射膜の配置位置は、上述のように、窓枠１０２の光ビームが通る又は反射する場所として選択可能である。ある実施形態では、窓枠１０２の内面に堆積される再帰反射膜及び／又は反射膜は、窓枠１０を固定取り付けする前に堆積され（ブロック４０８）、窓枠１０２の外面に堆積される再帰反射膜及び／又は反射膜は、窓枠１０２を固定取り付けした後に堆積され得る。他の実施形態では、窓枠１０２の外面上の再帰反射膜及び／又は反射膜は、窓枠１０２を機械結合する前に窓枠１０２に堆積され得る。
【００３４】
[0038]１又は複数の開口１２４は、サンプルリザーバ１２０、真空チャンバ排気構造１２２、及び／又は、ゲッタリザーバ１２８のために、１又は複数の窓枠１０２に形成される（ブロック４０４）開口１２４は、窓枠１０２を固定取り付けする前又は固定取り付けした後に形成され得る。開口１２４は、カッティング又はエッチングなどの適切な方法を用いて形成され得る。
【００３５】
[0039]１又は複数の窓枠１０２は、機械加工又はエッチングによって所望の形状及び／又はサイズに形成される（ブロック４０６）。実施形態では、各窓枠１０２は、図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３に示すように、概略矩形形状に機械加工又はエッチングされる。他の実施形態では、他の形状を使用し得る。窓枠１０２は、光ビームの伝送における歪み及び散乱を抑制するために、表面あらさを研磨によって除去することができる。ここで記載される窓枠１０２の簡素な形状によって表面を容易に研磨することができる。
【００３６】
[0040]複数の窓枠１０２は、真空チャンバを形成するために共に固定取り付けされる（ブック４０８）。複数の窓枠１０２は、矩形直方体（例えば、立方体）などのような所望の形状を形成するために相互に固定取り付けされる。他の実施形態では、他の形状を用いることもできる。実施形態において、複数の窓枠１０２は、窓枠１０２を互いに直接結合することによって、共に固定取り付けすることができる。他の実施形態では、複数の窓枠１０２は、複数の窓枠１０２をフレーム１０４に結合することによって、共に固定取り付けすることができる。さらに他の実施形態では、複数の窓枠１０２は、他の窓枠１０２に結合された端部と、フレーム１０４に結合された他の端部と、を備え得る。溶融シール又はゾルゲル法などの適切な結合技術を用いることができる。窓枠１０２は、真空チャンバを強力に真空シールすることができる方法によって相互に固定取り付けされる。適切な窓枠１０２（例えば、再帰反射膜１２６、反射膜、及び／又は、開口１２４、を特定の場所に有する窓枠）は、所望の光パス及び真空チャンバ構成を得るために、適切な場所に配置され得る。
【００３７】
[0041]光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２は、くさび１１８とともに、１又は複数の窓枠１０２に取り付けられる（ブロック４１０）。光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２をくさび１１８とともに取り付けることは、光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２を、１又は複数の窓枠１０２に直接取り付けることを含む。光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２を、くさび１１８とともに１又は複数の窓枠１０２に取り付けることは、１又は複数のくさび１１８をそれぞれの光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２に取り付け、くさび１１８を１又は複数の窓枠１０２に取り付けることを含む。
【００３８】
[0042]光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２を、くさび１１８とともに取り付けることは、所望の角度及び／又は他の基準に基づいて、光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２をくさび１１８とともに調整する。この調整は、所望の光パスを得るために、１又は複数の窓枠１０２の外面に、適正な角度及び適正な配置位置で、光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２をくさび１１８とともに取り付けることを含む。光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２をくさび１１８とともに調整することは、所望の光パスを得るために、再帰反射膜又は反射膜を有する窓枠の一部分とともに調整することを含む。光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２は、くさび１１８とともに、溶融法、ゾルゲル法、機械的手段、ＵＶエポキシ、又は、他の接着剤などの適切な結合技術を用いて取り付けられ得る。ある実施形態では、１又は複数の光源１１０、光センサ１１６、及び／又は、ミラー１１２，３０２は、溶融法、ゾルゲル法、機械的手段、ＵＶエポキシ、又は、他の接着剤などを用いて、くさび１１８に取り付けられ得る。
【００３９】
[0043]サンプルリザーバ１２０、チャンバ排気構造１２２、及び／又は、ゲッタリザーバ１２８は、１又は複数の窓枠１０２のそれぞれの開口上に取り付けられ得る（ブロック４１２）。サンプルリザーバ１２０、チャンバ排気構造１２２、及び／又は、ゲッタリザーバ１２８は、溶融法又はゾルゲル法のような適切な結合技術を用いて、に取り付けられ得る。サンプルリザーバ１２０、チャンバ排気構造１２２、及び／又は、ゲッタリザーバ１２８は、真空チャンバを強力に真空シールすることができる方法によって取り付けられ得る。
【００４０】
[0044]例１の原子センサの物理パッケージは、真空チャンバを取り囲む光学的に透明材料の複数の窓枠と、１又は複数の前記窓枠の外面に取り付けられた１又は複数のくさびと、前記１又は複数のくさびに取り付けられた少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラーであって、前記光源は、前記真空チャンバへの入力光ビームを生成するようになっており、前記光センサは、前記真空チャンバからの出力光ビームを検出するようになっており、前記ミラーは、前記真空チャンバからの光ビームを前記真空チャンバへ戻すように反射するようになっている、少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラーと、を備え、前記くさびは、光源、光センサ、又は、ミラーのそれぞれに対応する光ビームが、対応する窓枠に対して窓枠を鋭角に伝送するように方向づけられるようになっている。
【００４１】
[0045]例２の物理パッケージは、例１の物理パッケージを備え、前記複数の窓枠は、６又はそれより少ない窓枠を含む。
【００４２】
[0046]例３の物理パッケージは、例２の物理パッケージを備え、前記複数の窓枠は、矩形の直方体形状に配置される。
【００４３】
[0047]例４の物理パッケージは、例１〜３のいずれか１つの物理パッケージを備え、１又は複数の窓枠は、窓枠の内面又は外面に再帰反射コーティングを備える。
【００４４】
[0048]例５の物理パッケージは、例１〜４のいずれか１つの物理パッケージを備え、１又は複数の窓枠は、窓枠の内面又は外面に反射コーティングを備える。
【００４５】
[0049]例６の物理パッケージは、例１〜５のいずれか１つの物理パッケージを備え、前記１又は複数のくさびは、プリズムを備える。
【００４６】
[0050]例７の物理パッケージは、例１〜５のいずれか１つの物理パッケージを備え、前記１又は複数のくさびは、中空のくさびを備え、対応する光ビームは前記中空のくさびの中空中央を通って伝搬するようになっている。
【００４７】
[0051]例８の物理パッケージは、例１〜５のいずれか１つの物理パッケージを備え、前記１又は複数のくさびは、機械的に調整可能な台を備え、前記機械的に調整可能な台が調整されたら、台に搭載された部品の角度が窓枠に対して変えられるようになっている。
【００４８】
[0052]例９の物理パッケージは、例１〜８のいずれか１つの物理パッケージを備え、前記複数の窓枠は、フレームに結合されるか、及び、相互に結合されるか、の少なくとも一方である。
【００４９】
[0053]例１０の物理パッケージは、例１〜９のいずれか１つの物理パッケージを備え、前記複数の窓枠は、ガラス、ガラスセラミック、光学ガラス、又は、サファイヤ、によって構成される。
【００５０】
[0054]例１１の物理パッケージは、例１〜１０のいずれか１つの物理パッケージを備え、１又は複数の窓枠は、サンプルリザーバ、排気構造、又は、ゲッタリザーバ、の取り付けのための開口を備える。
【００５１】
[0055]例１２の物理パッケージの形成方法は、真空チャンバを形成するために、光学的に透明な材料の複数の窓枠を共に固定取り付けするステップと、１又は複数のくさびを１又は複数の窓枠の外面に取り付けるステップと、少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、を前記１又は複数のくさびに取り付けるステップであって、前記光源は、前記真空チャンバへの入力光ビームを生成するようになっており、前記光センサは、前記真空チャンバからの出力光ビームを検出するようになっており、前記ミラーは、前記真空チャンバからの光ビームを前記真空チャンバへ戻すように反射するようになっている、少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、を前記１又は複数のくさびに取り付けるステップと、を備え、前記１又は複数のくさびの取り付けステップ、及び、前記少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、の前記１又は複数のくさびへの取り付けステップ、は、１又は複数の光ビームが前記真空チャンバに入射し、前記真空チャンバ内で交差する３つの光パスを形成するために反射し、少なくとも１つの光パスが窓枠に対して鋭角に窓枠を伝送するように、前記１又は複数のくさび及び前記少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、を調整することを備える。
【００５２】
[0056]例１３の方法は、例１２の方法を備え、前記複数の窓枠を共に固定取り付けすることは、前記複数の窓枠を矩形の直方体形状に形成することを含む。
【００５３】
[0057]例１４の方法は、例１２又は例１３の方法を備え、前記複数の窓枠を共に固定取り付けすることは、窓枠をフレームに結合すること、及び、窓枠を相互に結合すること、の少なくとも一方を含む。
【００５４】
[0058]１５の方法は、例１２〜１４のいずれか１つの方法を備え、前記複数の窓枠の少なくとも１つの、内面又は外面の少なくとも１つに、再帰反射膜を被覆するステップをさらに備える。
【００５５】
[0059]１６の方法は、例１２〜１５のいずれか１つの方法を備え、前記１又は複数のくさびは、プリズムを備える。
【００５６】
[0060]１７の方法は、例１２〜１５のいずれか１つの方法を備え、前記１又は複数のくさびは、中空のくさびを備え、対応する光ビームは、前記中空のくさびの中空中央を通って伝搬するようになっている。
【００５７】
[0061]例１８の原子センサの物理パッケージは、矩形の直方体形状に配置されて真空チャンバを形成する光学的に透明な材料の複数の窓枠と、１又は複数の窓枠の外面に取り付けられた１又は複数のくさびと、前記１又は複数のくさびに取り付けられた、少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラーであって、前記光源は、前記真空チャンバへの入力光ビームを生成するようになっており、前記光センサは、前記真空チャンバからの出力光ビームを検出するようになっており、前記ミラーは、前記真空チャンバからの光ビームを前記真空チャンバへ戻すように反射するようになっており、前記少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラー、及び、１又は複数のプリズムは、１又は複数の光ビームが前記真空チャンバに入射し、前記真空チャンバ内で交差する３本の光パスを形成すために反射し、少なくとも１つの光パスが前記窓枠に対して鋭角に窓枠を伝送するように、配置されている、少なくとも１つの光源、光センサ、又は、ミラーと、前記複数の窓枠のうちの第１窓枠に形成された開口を覆って前記第１窓枠に取り付けられたゲッタリザーバと、前記複数の窓枠の端部に設けられ、前記真空チャンバを密封シールする溶融又はゾルゲルと、を備える。
【００５８】
[0062]例１９の物理パッケージは、例１８の物理パッケージを備え、前記１又は複数のくさびは、プリズムを備える。
【００５９】
[0063]例２０の物理パッケージは、例１８の物理パッケージを備え、前記１又は複数のくさびは、中空のくさびを備え、対応する光ビームは、前記中空のくさびの中空中央を通って伝搬するようになっている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2015023276000001.pdf