(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１および第２空洞と、
前記第１空洞と前記第２空洞の間に配置された隔壁と、
前記隔壁を貫通して前記第１空洞と前記第２空洞の間を連通させる連通路と、
前記基板上に形成された第３空洞と、
を備え、
前記第１空洞内には、アルカリ金属ガスを発生させる物質が配置されており、
前記隔壁と前記第２空洞の境界部分における、前記隔壁の高さ方向の前記連通路の開口サイズは、前記隔壁の高さよりも小さく形成されており、
前記第２空洞には、非磁性ガスまたは希ガスを含有する緩衝ガスが封入されており、
前記第３空洞には、前記第２空洞に封入されている緩衝ガスとは異なる種類もしくは圧力のガスが封入され、または真空状態で封止されている
ことを特徴とする磁場計測装置。
【請求項２】
前記第１および第２空洞は、シリコン基板を加工して設けた穴により形成されており、
前記第２空洞の内壁は、前記シリコン基板とは異なる材質でコーティングされている
ことを特徴とする請求項１記載の磁場計測装置。
【請求項３】
前記コーティングの一部は、前記連通路の経路の一部を形成している
ことを特徴とする請求項２記載の磁場計測装置。
【請求項４】
前記第１空洞の上面および第２空洞の上面を覆う上蓋部と、
前記第１空洞の下面に配置された第２シリコン基板と、
前記第２空洞の下面を覆う下蓋部と、
を備え、
前記第２空洞は、前記シリコン基板および前記第２シリコン基板を加工して設けた穴により形成されている
ことを特徴とする請求項２記載の磁場計測装置。
【請求項５】
前記第３空洞を複数備え、
前記第３空洞の少なくともいずれかと前記第２空洞を連通させる第２連通路を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の磁場計測装置。
【請求項６】
前記連通路は屈曲点を有することを特徴とする請求項１記載の磁場計測装置。
【請求項７】
前記第１および第２空洞を覆う蓋部を備え、
前記連通路は、前記蓋部に接しない位置に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁場計測装置。
【請求項８】
前記第１空洞の上面を覆う第２基板と、
前記第２基板の上面および前記第２空洞の上面を覆う上蓋部と、
前記第１空洞の下面および前記第２空洞の下面を覆う下蓋部と、
を備え、
前記連通路は、前記基板と前記第２基板が接する位置に形成されている
ことを特徴とする請求項７記載の磁場計測装置。
【請求項９】
前記第１および第２空洞は、前記基板および前記基板とは異なる第２基板を加工して設けた穴により形成されており、
前記第１および第２空洞を覆う蓋部を備え、
前記連通路は、前記基板と前記第２基板が接する位置に形成されている
ことを特徴とする請求項７記載の磁場計測装置。
【請求項１０】
前記磁場計測装置に静磁場を印加するコイルと、
前記磁場計測装置に振動磁場を印加するコイルと、
前記磁場計測装置に円偏光レーザを照射する光源と、
前記磁場計測装置を通過した前記光源からの光を検出する光検出器と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の磁場計測装置。
【請求項１１】
前記磁場計測装置にプローブ光として直線偏光レーザを照射する第１光源と、
前記第２空洞において前記プローブ光と交差するポンプ光として前記磁場計測装置に円偏光レーザを照射する第２光源と、
前記磁場計測装置を通過した前記直線偏光レーザ光を検出する光検出器と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の磁場計測装置。
【請求項１２】
基板上に第１および第２空洞を形成する空洞形成工程と、
前記第１空洞内にアルカリ金属ガスを発生させる物質を封止する工程と、
前記第１空洞と前記第２空洞を隔離する隔壁を貫通して前記第１空洞と前記第２空洞を連通させる連通路を形成する連通路形成工程と、
前記基板上に第３空洞を形成する第３空洞形成工程と、
を有し、
前記連通路形成工程では、前記隔壁と前記第２空洞の境界部分における、前記隔壁の高さ方向の前記連通路の開口サイズを、前記隔壁の高さよりも小さく形成し、
さらに、
前記第２空洞に、非磁性ガスまたは希ガスを含有する緩衝ガスを封入する工程と、
前記第３空洞に、前記第２空洞に封入されている緩衝ガスとは異なる種類もしくは圧力のガスを封入し、または真空状態で封止する工程と、
を有することを特徴とする磁場計測装置製造方法。
【請求項１３】
前記第２空洞の内壁を、前記シリコン基板とは異なる材質でコーティングする工程をさらに有し、
前記空洞形成工程では、シリコン基板を加工して設けた穴により前記第１および第２空洞を形成し、
前記連通路形成工程では、前記コーティングの一部を、前記連通路の経路の一部として形成する
ことを特徴とする請求項１２記載の磁場計測装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基板を用いて、内部にアルカリ金属ガスを保持するガスセルを作成した光ポンピング磁力センサが開発されている（非特許文献１、非特許文献２参照）。従来、上記ガスセルはガラス製であったが、非特許文献１および非特許文献２に記載されている技術では、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）技術を用いてシリコン基板を加工してガスセルを作成することにより、ガスセルを小型化・集積化している。
【０００３】
非特許文献１における光ポンピング磁力センサは、光源、ガスセル、光検出器、静磁場印加用コイル、ＲＦ磁場印加用コイルを備える。同ガスセルは、シリコン基板に貫通穴を形成し、シリコン基板両面にガラス基板を接合し、貫通穴にアルカリ金属としてルビジウムと窒素ガスを封止した、ガラス・シリコン基板・ガラスの３層構造からなる。
【０００４】
この磁力センサは、以下のように動作する。光源から発せられた円偏光した光により、ガスセル内のアルカリ金属（非特許文献１では、ルビジウム）ガス原子を光ポンピングによりスピン偏極させる。この偏極したアルカリ金属ガス原子スピンは、静磁場印加用コイルにより発生した静磁場の強度に対応した周波数で、歳差運動する。ＲＦ磁場印加用コイルにより発生したＲＦ磁場の周波数が、この歳差周波数に一致したとき、ガスセルを通過した光は光磁気二重共鳴により共鳴ピークを持つ。この共鳴を光検出器で検出することにより、スピン歳差周波数を決定することができる。この歳差周波数は、アルカリ金属原子種による定数を介して印加された静磁場強度に比例するため、スピンの歳差周波数を計測することにより静磁場強度を計測することができる。この磁力センサは、光磁気二重共鳴型光ポンピング磁力センサ、またはＭｘ型光ポンピング磁力センサと呼ばれる。
【０００５】
非特許文献２における光ポンピング磁力センサは、ポンプ光源、プローブ光源、ガスセル、光検出器、静磁場印加用コイルを備える。同ガスセルは、非特許文献１と同様に、ガラス・シリコン基板・ガラス３層構造からなる。
【０００６】
この磁力センサは、以下のように動作する。ポンプ光源から発せられた円偏光したポンプ光により、ガスセル内のアルカリ金属（非特許文献２では、ルビジウム）ガス原子を光ポンピングによりスピン偏極させる。ポンプ光の光路に直交する方向にプローブ光源から発せられた直線偏光したプローブ光の光路は、ポンプ光が通過する光路と、ガスセル内のアルカリ金属ガスが充填された領域において交差する。ガスセル内のスピン偏極したアルカリ金属ガス原子により、ファラデー回転と呼ばれる磁気光学効果が生じ、プローブ光の偏光面は、ポンプ光の光路に垂直な方向の磁場強度に比例した角度だけ回転する。このガスセルを通過したプローブ光の偏光面の角度を光検出器により検出することにより、磁場強度を計測することができる。この磁力センサは、ファラデー回転型光ポンピング磁力センサと呼ばれる。
【０００７】
上記のように、光ポンピング磁力センサでは、アルカリ金属ガス原子のスピン偏極を利用して磁場強度を計測する。アルカリ金属ガス原子のスピン偏極状態は、ガス原子がガスセルの内壁に衝突すると失活する。ガスセルを小型化すると、ガス原子がセルの内壁に衝突する頻度が高まるため、磁力センサが動作するためには、アルカリ金属ガス原子のスピン偏極状態を長く保持することが望ましい。
【０００８】
既知の解決策としては、ガスセル内に窒素ガス等の非磁性ガスや希ガス等（これらは、緩衝ガスと呼ばれる）をアルカリ金属ガスと同時に封入し、アルカリ金属ガス原子がセルの内壁に衝突する前に緩衝ガスに衝突させ、アルカリ金属ガス原子がセルの内壁に衝突する頻度を低下させる方法が知られている。また、ガスセルの内壁をパラフィンなどの飽和炭化水素やシランなどの水素化珪素でコーティングし、アルカリ金属ガス原子がセルの内壁に衝突しても偏極状態が保たれるようにする方法が知られている。
【０００９】
下記非特許文献１、非特許文献２では、緩衝ガスとして窒素ガスをガスセル内に封入する手法が記載されている。下記非特許文献３では、緩衝ガスをガスセル内に封入することにより、緩衝ガスシフトと呼ばれる、アルカリ金属の吸収波長がシフトする現象が生じることを明らかにしている。この緩衝ガスシフトは、緩衝ガスの圧力およびガス種により異なる。
【００１０】
下記非特許文献４では、ガスセルの内壁をパラフィンでコーティングすると、アルカリ金属がガスセルの内壁に最大１００００回衝突するまで偏極を失わない旨が記載されている。これは、ガスセルの内壁をコーティングすることにより、磁力センサの感度を向上させる効果があることを意味する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｐｅｔｅｒ  Ｄ．Ｄ．Ｓｃｈｗｉｎｄｔ，ｅｔ  ａｌ．“Ｃｈｉｐ−ｓｃａｌｅ  ａｔｏｍｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｓｅｎｓｉｔｕｖｉｔｙ  ｂｙ  ｕｓｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍｘ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９０，０８１１０２−１〜０８１１０２−３（２００７）
【非特許文献２】Ｗ．Ｃ．Ｇｒｉｆｆｉｔｈ，ｅｔ  ａｌ．“Ｆｅｍｔｏｔｅｓｌａ  ａｔｏｍｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｒｙ  ｉｎ  ａ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｖａｐｏｒ  ｃｅｌｌ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  １８，２７１６７〜２７１７２（２０１０）
【非特許文献３】Ａ．Ａｎｄａｌｋａｒ、Ｒ．Ｂ．Ｗａｒｒｉｎｇｔｏｎ，“Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｈｉｆｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｃｓ  Ｄ１  ａｎｄ  Ｄ２  ｌｉｎｅｓ  ｂｙ  Ｎ２  ａｎｄ  Ｈｅ  ｂｕｆｆｅｒ  ｇａｓｓｅｓ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ａ，６５，０３２７０８（２００２）
【非特許文献４】Ｍ．Ｐ．Ｌｅｄｂｅｔｔｅｒ，ｅｔ  ａｌ．“Ｚｅｒｏ−ｆｉｅｌｄ  ｒｅｍｏｔｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＮＭＲ  ｗｉｔｈ  ａ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ａｔｏｍｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，１０５，２２８６〜２２９０（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
非特許文献１において、ガスセルは、シリコン基板に空洞をエッチングにより形成し、ガラス基板を陽極接合し、ルビジウムと緩衝ガスとして窒素ガスをシリコン基板の空洞内に気密封止することによって製造する。ガスセル内部に余剰のルビジウムが存在すると、その一部はガスセル内の照射光が通過する部分に付着する。この付着したアルカリ金属固体あるいは液体により、照射光がガスセルを通過する際の妨げになり、検出性能を低下させる可能性がある。
【００１３】
非特許文献２において、ガスセルは、シリコン基板に空洞をエッチングにより形成し、ガラス基板を陽極接合し、塩化ルビジウム（ＲｂＣｌ）とアジ化バリウム（ＢａＮ６）の化学反応により得られるルビジウムおよび窒素ガスと未反応のアジ化バリウムを空洞内に密封することによって製造する。アジ化バリウムを空洞に内包することにより、密閉後に加熱しアジ化バリウムを化学反応させ窒素ガスを発生させることができるため、ガスセル製造後に窒素ガス圧力を制御することができる利点がある。また、ガスセルを、２つの空洞を細い通路で連結した構成とし、片方の空洞にアジ化バリウムを配置することにより、照射光が通過するもう片方の空洞へは拡散しにくい構造となるので、余剰のアジ化バリウムが照射光の通過を妨げることを防ぐ利点がある。しかしながら、アジ化バリウムを加熱反応し窒素ガスを発生させるプロセスは、反応量を定量的に制御することが難しいため、緩衝ガスの圧力を制御することが難しい。
【００１４】
緩衝ガスは、上述のようにアルカリ金属ガス原子がセルの内壁に衝突する頻度を低下する効果が得られる反面、ガスセル内のガス圧が高くなる。ガスセル内の緩衝ガス量が増加すると、アルカリ金属ガス原子が緩衝ガスに衝突する頻度が高まるため、アルカリ金属ガス原子が緩衝ガスに衝突することにより、スピン偏極状態が失活する。したがって、スピン偏極状態が保持される時間は緩衝ガス圧力に依存し、最大値を持つ。
【００１５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ガスセルの内壁のうち照射光が通過する部分にアルカリ金属固体あるいは液体が過剰に付着し、照射光がガスセルを通過する妨げとなることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る磁場計測装置は、アルカリ金属ガスを発生させる物質を配置した第１空洞と、照射光が通過する第２空洞とを連通させる連通路を備え、連通路の開口サイズは、各空洞を隔てる隔壁の高さよりも小さい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る磁場計測装置によれば、照射光がガスセルを通過する際の妨げとなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る磁場計測装置が備えるガスセルの上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】実施形態１に係るガスセルを製造する手順を示す図である。
【図４】実施形態２に係る磁場計測装置が備えるガスセルの上面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ’断面図である。
【図６】実施形態２に係るガスセルを製造する手順を示す図である。
【図７】実施形態３に係る磁場計測装置が備えるガスセルの上面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ’断面図である。
【図９】実施形態３に係るガスセルを製造する手順を示す図である。
【図１０】実施形態４におけるガスセルの上面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ’断面図である。
【図１２】実施形態４に係るガスセルを製造する手順を示す図である。
【図１３】実施形態５に係るガスセルの上面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ’断面図である。
【図１５】図１３のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１６】実施形態５に係るガスセルを製造する手順を示す図である。
【図１７】基板１０４を用いずに本実施形態５と同様のガスセルを構成した例を示す図である。
【図１８】実施形態６に係る磁場計測装置が備えるガスセルの上面図である。
【図１９】図１８のＡ−Ａ’断面図である。
【図２０】実施形態６に係るガスセルを製造する手順を示す図である。
【図２１】実施形態７に係る光ポンピング磁力センサの側断面図である。
【図２２】実施形態８に係る光ポンピング磁力センサの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る磁場計測装置が備えるガスセルの上面図である。本実施形態１におけるガスセルは、基板１０２の上面にガラス基板１０１を配置し、下面にガラス基板１０３を配置した、ガラス・基板・ガラスの３層構成を有する。ガラス基板１０１と１０３は、ガスセルを覆う「蓋部」に相当する。
【００２０】
本実施形態１に係る磁場計測装置は、後述する上面ガラス基板１０１から下面ガラス基板１０３へ向かう方向で、空洞１１２に光を照射し、空洞１１２内のアルカリ金属ガスを照射光が通過することによって磁場を計測するものと仮定するが、これに限られるものではない。例えば、照射光を下面ガラス基板１０３から上面ガラス基板１０１へ向かう方向に照射してもよい。
【００２１】
基板１０２は、離隔して配置された２つの空洞１１１と空洞１１２を有する。空洞１１１と空洞１１２の間には、これらを隔てる隔壁が形成されており、さらにこの隔壁を貫通して空洞１１１と空洞１１２を連通させる連通路１１４が設けられている。
【００２２】
基板１０２の材質としては、後述するガラス基板１０１を配置した後に高エネルギーレーザ等を照射することにより、照射部分が蒸発し、連通路１１４を形成することができる材質を用いることが望ましい。例えばシリコン基板などを用いるとよい。図１では、基板１０２は正方形としているが、他の多角形あるいは曲線形状としてもよい。
【００２３】
空洞１１１は、アルカリ金属物質１２１を内包し、アルカリ金属物質１２１から発生するアルカリ金属ガスが空洞１１１内に充満される。図１では、空洞１１１は基板１０２を厚さ方向に貫通した構成としているが、アルカリ金属物質１２１を保持できる構造であればよく、基板１０２を貫通していなくても構わない。空洞１１１の体積は、空洞１１２の体積より小さくすることができる。空洞１１１内は、後述するガラス基板１０１とガラス基板１０３によって囲まれた領域が密閉されていればよく、アルカリ金属ガスのほか、窒素ガスあるいは希ガス等、もしくはそれらの混合雰囲気を内包してもよい。図１では、空洞１１１の形状は矩形としているが、他の多角形あるいは曲線で囲まれた形状でもよい。
【００２４】
アルカリ金属物質１２１は、アルカリ金属ガスを発生させる材質であればよく、液体でも固体でもよい。アルカリ金属を含有する化合物等を配置し、化学反応等を利用してアルカリ金属ガスを発生させ得る材質を用いてもよい。
【００２５】
空洞１１２は、基板１０２を厚さ方向に貫通した構成を有し、空洞１１１に接続された連通路１１４を通じて、空洞１１１内に充満しているアルカリ金属ガスが空洞１１２に伝搬する。空洞１１２内は、後述するガラス基板１０１とガラス基板１０３に囲まれた領域が密閉されていればよく、アルカリ金属ガスのほか、窒素ガスあるいは希ガス等、もしくはそれらの混合雰囲気を内包してもよい。図１では、空洞１１２の形状は正方形としているが、他の多角形あるいは曲線で囲まれた形状でもよい。
【００２６】
連通路１１４は、空洞１１１が内包するアルカリ金属物質１２１から発生したアルカリ金属ガスを空洞１１２に伝搬させる。空洞１１１と空洞１１２を隔てる隔壁は、アルカリ金属ガスが空洞１１２に拡散しにくいようにする障壁として作用する。これにより、アルカリ金属ガスが空洞１１２に拡散し、空洞１１２に面するガラス基板１０１とガラス基板１０２に付着することを防ぎ、空洞１１２を透過するレーザが当該領域に付着したアルカリ金属物質によって反射・散乱することを抑制する。
【００２７】
図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。ガラス基板１０１とガラス基板１０３は、照射するレーザに対して透明な材質、例えばホウケイ酸ガラスで形成されている。ここでいうレーザとは、磁場を計測するために照射する照射光、および後述の図３で説明する連通路１１４を加工するためのレーザである。
【００２８】
ガラス基板１０１とガラス基板１０３は、空洞１１１と空洞１１２を上下から封止し、空洞１１１のアルカリ金属物質１２１、および各空洞と連通路１１４に充満したアルカリ金属ガスが磁場計測装置の外部に漏えいしないようにする。
【００２９】
空洞１１２から連通路１１４を見たときの連通路１１４の高さ方向（基板の厚さ方向）の開口サイズは、空洞１１１と空洞１１２を隔てる隔壁の高さよりも小さい。すなわち、隔壁の高さ方向の一部のみが開口していることになる。
【００３０】
図３は、本実施形態１に係るガスセルを製造する手順を示す図である。ここでは、図２に示した断面図を用いて各工程を記載している。以下、図３に示す各工程について説明する。
【００３１】
（図３：工程（ａ））
基板１０２上に形成したマスク材料１０５を用いたリソグラフィ等により、空洞１１１と空洞１１２に対応するパターンを基板１０２上に形成し、エッチング等により基板１０２に貫通穴を開けて空洞１１１と空洞１１２を形成する。マスク材料１０５としては、例えば酸化シリコン膜を用いることができる。エッチングの例として、ＳｉＦ４（四フッ化ケイ素）ガスを用いたドライエッチングが挙げられる。
【００３２】
（図３：工程（ａ）：補足）
空洞１１１と空洞１１２の断面は、必ずしも垂直である必要はなく、斜めあるいは段差があってもよい。したがって、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液等を用いたウェットエッチング、あるいはレーザやドリル等により直接基板１０２を加工し、空洞１１１と空洞１１２を形成してもよい。
【００３３】
（図３：工程（ｂ））
工程（ａ）の結果、空洞１１１と空洞１１２に対応する貫通穴が基板１０２上に形成される。マスク材料１０５を塗布した位置を除く箇所に貫通穴が形成されている。
【００３４】
（図３：工程（ｃ））
アルカリ金属物質１２１を空洞１１１に内包した状態で、基板１０２の上下からガラス基板１０１とガラス基板１０３を基板１０２に接着もしくは接合し、空洞１１１と空洞１１２を密閉する。ガラス基板１０１および１０３の材質としてホウケイ酸ガラスを用い、基板１０２の材質としてシリコン基板を用いた場合は、これら３層を例えば陽極接合により接合することができる。ガラス基板１０１および１０３と基板１０２の間に密閉性が保たれていればその他の手法を用いてもよい。例えば、接着材等を用いてこれら３層を張り合わせてもよい。
【００３５】
（図３：工程（ｃ）：補足その１）
ガラス基板１０１またはガラス基板１０３を接着または接合する際に、窒素等の非磁性ガスまたは希ガス等の緩衝ガス雰囲気下で接着または接合を実施し、空洞１１１と空洞１１２にこれら緩衝ガスを同時に封入してもよい。緩衝ガスを封入することにより、アルカリ金属ガスのスピン散乱を抑制する効果を発揮する。
【００３６】
（図３：工程（ｃ）：補足その２）
アルカリ金属物質１２１は、アルカリ金属ガスを発生させるために空洞１１１に内包しているため、アルカリ金属物質１２１の代わりに、アルカリ金属を含有する化合物を用いることもできる。この場合は、基板１０２にガラス基板１０１とガラス基板１０３を接着または接合し、空洞１１１を密閉した後に、加熱反応等によりアルカリ金属ガスを発生させる。
【００３７】
（図３：工程（ｄ））
基板１０２の上面にガラス基板１０１を配置し、基板１０２の下面にガラス基板１０３を配置することにより、空洞１１１および空洞１１２を密閉した後、連通路１１４を形成する箇所に高エネルギーレーザを走査しながら照射し、または照射位置を変えながら複数回照射する。これにより、レーザを照射した部分の基板１０２が蒸発し、連通路１１４が形成される。高エネルギーレーザを同一箇所に複数回照射し、蒸発するシリコンを増加させることにより、連通路１１４の厚み（高さ方向のサイズ）を調整することができる。
【００３８】
（図３：工程（ｄ）：補足その１）
ここでは、高エネルギーレーザを用いて連通路１１４を作成しているが、連通路１１４は、空洞１１１に内包したアルカリ金属物質１２１が空洞１１２に拡散することを防ぐ構成であればよいので、例えばリソグラフィとエッチングを用いて連通路１１４を作成することもできる。
【００３９】
（図３：工程（ｄ）：補足その２）
連通路１１４の厚さは、アルカリ金属物質１２１が空洞１１２へ拡散せずアルカリ金属ガスのみが拡散する程度にすることが望ましい。そのため、図１〜図３では見易さのため連通路１１４を太く図示しているが、実際の連通路１１４の幅は１〜１００μｍ程度、厚さ（高さ方向のサイズ）は１〜１００μｍ程度とすることが望ましい。
【００４０】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る磁場計測装置は、空洞１１１と空洞１１２の間に隔壁を備え、空洞１１２から見た高さ方向の開口サイズが隔壁の高さよりも小さい連通路１１４によって各空洞を連通させている。連通路１１４は隔壁の高さ方向の一部のみに設けられているので、空洞１１１内のアルカリ金属ガスは連通路１１４を通って空洞１１２に伝搬するが、アルカリ金属物質１２１は空洞１１２に拡散しにくい。これにより、アルカリ金属物質１２１が空洞１１２の内壁に過度に付着して照射光が透過することの妨げになることを抑制できる。すなわち、照射光の光路を妨げるアルカリ金属物質１２１が光路から分離して配置されているため、透過レーザ強度が安定し、磁場計測装置の検出性能を安定させることができる。
【００４１】
＜実施の形態２＞
先に述べた非特許文献４では、従来技術において用いられているガラス製のガスセル内壁をコーティングしている。しかし、本発明において採用している、ＭＥＭＳ技術を用いて小型化したガラス・シリコン基板・ガラスの３層構造からなるガスセルの内壁をコーティングした技術は開示されていない。そこで本発明の実施形態２では、実施形態１で説明した構成の下で、空洞１１２の内壁をコーティングした構成例およびその製造手順について説明する。
【００４２】
図４は、本実施形態２に係る磁場計測装置が備えるガスセルの上面図である。基板１０２、後述するガラス基板１０１および１０３、空洞１１１、アルカリ金属物質１２１については、実施形態１と同様である。
【００４３】
空洞１１２は、基板１０２上に形成した貫通穴を、ガラス基板１０１とガラス基板１０３で囲んだ領域によって構成され、連通路１１４を介して空洞１１１と連結されている。空洞１１１が内包するアルカリ金属物質１２１から発生したアルカリ金属ガスは、連通路１１４を介して空洞１１２内に伝搬する。空洞１１２を構成する壁面には、コーティング材料１２２が層状に形成されている。図４および後述の図５では空洞１１２は直方体形状としているが、空洞１１２の密閉が保たれていれば、他の多角形や曲面から構成される形状や、段差がある形状としてもよい。
【００４４】
コーティング材料１２２は、レーザにより偏極したアルカリ金属原子のスピンが壁面に衝突する際に失活することを抑制する効果がある。コーティング材料１２２は、例えばパラフィンなどの飽和炭化水素、ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅなどの水素化珪素が用いられる。
【００４５】
図５は、図４のＡ−Ａ’断面図である。空洞１１２の内壁のうち、空洞１１１と連通する部分については、コーティング材料１２２が除去され、空洞１１１との間の経路が確保されている。すなわち、コーティング材料１２２の一部は、連通路１１４の経路の一部を形成している。
【００４６】
図６は、本実施形態２に係るガスセルを製造する手順を示す図である。ここでは、図５に示した断面図を用いて各工程を記載している。以下、図６に示す各工程について説明する。
【００４７】
（図６：工程（ａ））
アルカリ金属物質１２１を空洞１１１内に配置し、コーティング材料１２２を空洞１１２内に配置した状態で、ガラス基板１０１とガラス基板１０３を基板１０２に接着または接合し、空洞１１１と空洞１１２を密閉する。接着または接合の方法は実施形態１と同様である。
【００４８】
（図６：工程（ｂ））
基板１０２の上面にガラス基板１０１を配置し、基板１０２の下面にガラス基板１０３を配置することにより、空洞１１１および空洞１１２を密閉した後、ガスセル全体を加熱することにより、空洞１１２に内包したコーティング材料１２２を気化させ、その後冷却する。これにより、コーティング材料１２２が空洞１１２の内壁面に層状に形成される。このとき、アルカリ金属物質１２１から発生したアルカリ金属ガスは空洞１１２には存在しないため、コーティング材料１２２とアルカリ金属物質１２１が混ざることなく、空洞１１２の内壁をコーティングすることができる。
【００４９】
（図６：工程（ｃ））
空洞１１２の内壁をコーティングした後、実施形態１と同様に連通路１１４を形成する箇所に高エネルギーレーザを走査しながら照射し、または照射位置を変えながら複数回照射する。これにより、レーザを照射した部分の基板１０２とコーティング材料１２２が蒸発し、連通路１１４が形成される。
【００５０】
（図６：工程（ｃ）：補足）
本工程において、高エネルギーレーザを照射することにより基板１０２が局所的に加熱されるため、空洞１１２の連通路１１４付近の領域に形成されたコーティング材料１２２も加熱されて再び気化し、結果として当該領域のコーティング材料１２２がはがれる可能性が考えられる。しかし、連通路１１４は、空洞１１１に内包されたアルカリ金属物質１２１から発生したアルカリ金属ガスが連通路１１４を通って空洞１１２に拡散する目的で形成するため、幅は１〜１００μｍ、高さは１〜１００μｍ程度である。空洞１１１は、１辺１〜１０ｍｍ程度の正方形と想定すると、空洞１１１の表面積に対して連通路１１４が空洞１１１に接する面積は１００分の１以下であるため、連通路１１４を形成することによってコーティング材料１２２がはがれる程度は微小であり、大きな影響とはならない。
【００５１】
＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係る磁場計測装置は、空洞１１２をコーティング材料１２２によってコーティングしている。これにより、アルカリ金属原子のスピンが空洞１１２の内壁に衝突して失活することを抑制できる。
【００５２】
また、本実施形態２に係る磁場計測装置を製造する際には、空洞１１２内にコーティング材料１２２を封じてガラス基板１０１と１０３を積層した後、ガスセルを加熱してコーティング材料１２２を気化させ、空洞１１２の内壁をコーティング材料１２２でコーティングする。その後、連通路１１４を形成する箇所の基板１０２とコーティング材料１２２を除去し、空洞１１１と空洞１１２の間に連通路１１４を形成する。これにより、空洞１１１と空洞１１２の間の連通を確保しつつ、空洞１１２の内壁をコーティングすることができる。また、アルカリ金属物質１２１がコーティング材料１２２と混ざることなく、空洞１１２をコーティングすることができる。
【００５３】
＜実施の形態３＞
図７は、本発明の実施形態３に係る磁場計測装置が備えるガスセルの上面図である。本実施形態３におけるガスセルは、実施形態２と同様の構成を有するが、製造工程において空洞１１１と空洞１１２を個別に封止する点が異なる。また、各空洞を個別に封止する過程において、基板１０２とは別の基板１０４を用いる。
【００５４】
図８は、図７のＡ−Ａ’断面図である。本実施形態３におけるガスセルは、ガラス基板１０１、基板１０２、基板１０４、ガラス基板１０３の順に配置された、ガラス・基板・基板・ガラスの４層構成を有する。その他の構成は、実施形態２と概ね同様であるため、以下では基板１０４に係る差異点を中心に説明する。
【００５５】
図９は、本実施形態３に係るガスセルを製造する手順を示す図である。ここでは、図８に示した断面図を用いて各工程を記載している。以下、図９に示す各工程について説明する。
【００５６】
（図９：工程（ａ））
基板１０４の材質として、例えばシリコン基板を用いることができる。基板１０２と１０４上に、例えばフォトリソグラフィとエッチングにより空洞１１１および空洞１１２に相当する貫通穴を形成する。空洞１１１内にアルカリ金属物質１２１を配置した状態で、基板１０２の上面からガラス基板１０１を接着または接合し、基板１０２の下面から基板１０４を接着または接合する。本工程により、空洞１１１のみが封止される。
【００５７】
（図９：工程（ａ）：補足その１）
基板１０４および基板１０２をシリコン基板で形成し、ガラス基板１０３をホウケイ酸ガラスで形成した場合は、基板１０４と基板１０２は接着または熱接合により接合し、基板１０２とガラス基板１０３は陽極接合により接合することができる。
【００５８】
（図９：工程（ａ）：補足その２）
アルカリ金属物質１２１の替わりにアルカリ金属化合物を含有する化合物を配置した場合、ガラス基板１０１、基板１０２、基板１０４を接着または接合し、空洞１１１が密閉された段階で、加熱反応等によりアルカリ金属化合物を分解しアルカリ金属ガスを発生させてもよい。
【００５９】
（図９：工程（ｂ））
空洞１１２内にコーティング材料１２２を配置した状態で、基板１０４の下面からガラス基板１０３を接着または接合する。本工程により、空洞１１２が封止される。
【００６０】
（図９：工程（ｃ））
空洞１１２が密閉された状態で、ガスセルを加熱し、コーティング材料１２２を気化させる。その後ガスセルを冷却し、コーティング材料１２２によって空洞１１２の内壁を覆う。
【００６１】
（図９：工程（ｄ））
本工程では、実施形態２と同様の手法で、連通路１１４を形成する。
【００６２】
＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係る磁場計測装置は、空洞１１１と空洞１１２をそれぞれ個別に封止する。これにより、空洞１１１にアルカリ金属物質１２１の代わりにアルカリ金属化合物を配置した際に、コーティング材料１２２を配置する前にアルカリ金属化合物の化学分解反応を実施することができる。したがって、例えば高温処理のようなコーティング材料１２２に影響を与える工程を、コーティング材料１２２から切り離して実施することができる。
【００６３】
また、工程（ｄ）で連通路１１４を形成する前にアルカリ金属化合物を加熱等することにより、アルカリ金属化合物の副生成物および未反応残留物が空洞１１２に混入することを防ぐことができる。これにより、副生成物および未反応残留物の混入によって照射光が通過する妨げとなることを防ぐことができる。
【００６４】
＜実施の形態４＞
実施形態１〜３において、空洞１１２内に封入する緩衝ガスの混合比、圧力などのパラメータは、磁場計測装置の実際の用途によって個々に調整する必要がある。しかし、これらパラメータを個別に調整することは、製造コストなどの増加につながる。そこで本発明の実施形態４では、磁場計測装置を製造した後、これらパラメータを調整することができる構成例を説明する。
【００６５】
図１０は、本実施形態４におけるガスセルの上面図である。本実施形態４に係るガスセルは、空洞１１１と空洞１１２に加えて、１以上の空洞１１３を備える。空洞１１２と各空洞１１３は、連通路１１４を介して接続されている。なお連通路１１４は、図９〜図１０で説明するように、基板１０２の下面に構成されているが、見易さのため連通路１１４の位置を点線で示した。
【００６６】
各空洞１１３は、それぞれ個別の体積を有し、個別の気体（または真空）を内包している。各空洞１１３の体積は、同一でもよいし個別に異なっていてもよい。各空洞１１３が内包する気体のガス種、圧力などのパラメータは、空洞１１１及び空洞１１２が内包する気体のパラメータと異なっている。空洞１１２と各空洞１１３を連通させる連通路１１４は、それぞれ１経路ずつ設けてもよいし、複数経路設けてもよい。
【００６７】
空洞１１３に係る構成以外は実施形態１〜３と同様であるため、以下では空洞１１３に係る差異点を中心に説明する。
【００６８】
図１１は、図１０のＡ−Ａ’断面図である。本実施形態４におけるガスセルは、ガラス基板１０１、基板１０４、基板１０２、ガラス基板１０３の順に配置された、ガラス・基板・基板・ガラスの４層構成を有する。
【００６９】
基板１０２は、空洞１１１、空洞１１２、空洞１１３に対応する、離隔して配置された３箇所以上の貫通穴を有する。また、基板１０２の下方には、これら空洞を接続する連通路１１４が設けられている。
【００７０】
空洞１１３は、基板１０２上に形成した貫通穴を、基板１０４とガラス基板１０２で囲んだ領域によって構成される。空洞１１３内には、窒素ガス等の非磁性ガスもしくは希ガス、またはそれらの混合雰囲気を封入する。
【００７１】
空洞１１１と空洞１１２を接続する連通路１１４は、実施形態１〜３と同様に設ける。これにより、ガスセルはいったん完成する。空洞１１２と空洞１１３を接続する連通路１１４は、空洞１１２内の緩衝ガスの圧力やガス混合比を調整する必要がある場合、空洞１１３内に封止されているガス種、圧力などに応じて適宜設ける。これにより、空洞１１２内の緩衝ガスのパラメータ（ガス混合比、圧力など）を、ガスセルがいったん完成した後に調整することができる。
【００７２】
図１２は、本実施形態４に係るガスセルを製造する手順を示す図である。ここでは、図１１に示した断面図を用いて各工程を記載している。以下、図１２に示す各工程について説明する。
【００７３】
（図１２：工程（ａ））
例えばフォトリソグラフィとエッチングにより、基板１０２上にそれぞれ空洞１１１〜１１３に対応する貫通穴を形成し、基板１０４上に空洞１１１と空洞１１２に対応する貫通穴を形成する。基板１０２の下面にガラス基板１０３を接着または接合し、基板１０２の上面に基板１０４を接着または接合する。これら基板を接着または接合する手法は、実施形態３と同様である。
【００７４】
（図１２：工程（ａ）：補足）
本工程は、窒素ガス等の不活性ガスもしくは希ガス、またはその混合ガスの雰囲気下で実施し、これらガスを空洞１１３内に封止する。本工程の時点では、空洞１１１と空洞１１２の上部が開放されているため、空洞１１３内に封入するガスは、空洞１１１および空洞１１２には封入されない。
【００７５】
（図１２：工程（ｂ））
空洞１１１内にアルカリ金属物質１２１を配置し、基板１０４の上面にガラス基板１０１を接着もしくは接合する。本工程は、空洞１１１と空洞１１２に封入するガス雰囲気の下で実施し、これらガスを空洞１１１と空洞１１２の内部に封止する。
【００７６】
（図１２：工程（ｃ））
実施形態１〜３と同様の手法により、空洞１１１と空洞１１２を接続する連通路１１４を形成する。これにより、ガスセルはいったん完成する。さらに、空洞１１２内の不活性ガスあるいは希ガスの圧力調整、または混合ガスの混合比を変更するため、必要に応じて空洞１１２といずれかの空洞１１３の間に連通路１１４を形成する。
【００７７】
＜実施の形態４：まとめ＞
以上のように、本実施形態４に係る磁場計測装置は、空洞１１２内の緩衝ガスとは異なるガス種、圧力などを有するガスを内包した空洞１１３を１以上備える。空洞１１３と空洞１１２を必要に応じて連通路１１４で接続することにより、空洞１１２内の緩衝ガスの圧力および混合比を調整することができる。なお、この効果を得るためには、空洞１１２と空洞１１３に内包したガス雰囲気が異なればよく、例えば空洞１１２と空洞１１３のいずれかが真空であってもよい。
【００７８】
なお、本実施形態４において、空洞１１２内を実施形態２〜３で説明したようにコーティング材料１２２でコーティングすることもできる。この場合、図１２の工程（ｃ）において連通路１１４を形成する際にコーティング材料１２２が除去され、コーティング材料１２２の一部が連通路１１４の経路の一部を形成する。
【００７９】
＜実施の形態５＞
実施形態１〜４では、連通路１１４は直線状としたが、これに限られるものではない。本発明の実施形態５では、連通路１１４の形状が実施形態１〜４とは異なる構成例について説明する。
【００８０】
図１３は、本実施形態５に係るガスセルの上面図である。本実施形態５において、連通路１１４は、途中で屈折している。その他の構成は、実施形態１〜４と概ね同様であるため、以下では連通路１１４に係る差異点を中心に説明する。図１３では、実施形態１で説明した構成の下で、連通路１１４を屈折させた構成例を示したが、その他の実施形態において連通路１１４を屈折させることもできる。
【００８１】
連通路１１４は、Ｌ字型に形成されている。このように連通路１１４に１箇所以上の屈曲点を設けることにより、空洞１１１に内包したアルカリ金属物質１２１が空洞１１２に拡散することをより効率的に防ぐことができる。
【００８２】
図１４は、図１３のＡ−Ａ’断面図である。本実施形態５に係るガスセルは、ガラス基板１０１、基板１０４、基板１０２、ガラス基板１０３の順に配置された、ガラス・基板・基板・ガラスの４層構成を有する。
【００８３】
基板１０２は、空洞１１１と空洞１１２に対応する位置に貫通穴を有する。基板１０４は、空洞１１２に対応する位置に貫通穴を有する。基板１０４に対して水平方向に入射するレーザをポンプ光として用いる、いわゆるファラデー回転型光ポンピング磁力センサのセンサ部として、本実施形態５に係るガスセルを利用することができる。
【００８４】
空洞１１２は、基板１０２と基板１０４にそれぞれ形成された貫通穴を、ガラス基板１０１とガラス基板１０３で囲んだ領域から構成される。基板１０２のみを用いて空洞１１２を構成した場合に比べて、照射光がアルカリ金属ガスを通過する光路を長くすることができる。これにより、スピン偏極する原子数を増加させる効果や、アルカリ金属原子のスピン緩和時間を増加させる効果を発揮し、磁場検出感度を高めることができる。レーザ光の光路をさらに長くするため、基板１０４を２枚以上配置することも有効である。
【００８５】
図１５は、図１３のＢ−Ｂ’断面図である。連通路１１４は、基板１０２が基板１０４と接触する面に形成されている。これにより、空洞１１１内のアルカリ金属物質１２１がガラス基板１０１またはガラス基板１０３を伝って連通路１１４を通り空洞１１２に拡散することを防ぐ効果がある。
【００８６】
例えば、アルカリ金属物質１２１が液体であると仮定する。磁場計測装置は、その運用中に傾いたり上下反転して配置されたりする場合がある。このとき、連通路１１４がガラス基板１０１または１０３に面していると、アルカリ金属物質１２１がガラス基板１０１または１０３の蓋面に流れ出てその表面を伝わり空洞１１２に到達する可能性がある。本実施形態５のように、基板１０２が基板１０４と接触する面に連通路１１４を形成することにより、少なくともアルカリ金属物質１２１がガラス基板１０１または１０３の蓋面に直接流れ出ることを防止できる。
【００８７】
図１６は、本実施形態５に係るガスセルを製造する手順を示す図である。図１６（ａ）〜（ｄ）は図１４に示したＡ−Ａ’断面図を用いて各工程を記載し、図１６（ｅ）〜（ｈ）は図１５に示したＢ−Ｂ’断面図を用いて各工程を記載している。以下、図１６に示す各工程について説明する。
【００８８】
（図１６：工程（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）〜（ｇ））
基板１０２上に形成したマスク材料１０５を用いて、リソグラフィにより連通路１１４のパターンを形成する。その後、エッチング等により基板１０２上に空洞１１１と１１２に相当する貫通穴を形成する。また、これと同時に、連通路１１４に相当するＬ字形の溝部分を形成する。
【００８９】
（図１６：工程（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）〜（ｇ）：補足その１）
本工程では、空洞１１１と空洞１１２を形成する際に連通路１１４も併せて形成しているが、同様の構成を得られれば、空洞１１１と空洞１１２を形成した後に連通路１１４を形成してもよい。また、実施形態１と同様に、ガラス基板１０１とガラス基板１０３を接着または接合した後に高エネルギーレーザを照射することにより、連通路１１４を形成してもよい。後者の場合には、基板１０４は、高エネルギーレーザに対して透明な材質である必要がある。
【００９０】
（図１６：工程（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）〜（ｇ）：補足その２）
基板１０４上に形成した空洞１１１および空洞１１２の形状および位置は、基板１０２上に形成した空洞１１１および空洞１１２の形状および位置と必ずしも一致する必要はない。基板１０４と基板１０２を接着または接合した後に、基板１０４上の空洞１１１および空洞１１２と、基板１０２上の空洞１１１および空洞１１２が、各空洞を形成できる程度に重なり合えばよい。
【００９１】
（図１６：工程（ｄ）（ｈ））
ガラス基板１０１、基板１０４、基板１０２、およびガラス基板１０３をそれぞれ接着または接合し、空洞１１１、空洞１１２、および連通路１１４を密閉する。接合または接着を非磁性ガスや希ガス等の雰囲気下で実施し、空洞１１１および空洞１１２にこれらのガスを封入してもよい。
【００９２】
図１７は、基板１０４を用いずに本実施形態５と同様のガスセルを構成した例を示す図である。図１７は、図１３のＡ−Ａ’断面図に相当する。ガラス基板１０１に非貫通溝を形成することにより、基板１０４を使用しなくても、本実施形態５と同様の構成を得ることができる。あるいは、基板１０４の空洞１１１と空洞１１２に相当する部分を貫通させず非貫通溝として形成した場合、空洞の機密性が保たれるのであれば、ガラス基板１０１に代えて基板１０４を用い、ガラス基板１０１を省略することもできる。
【００９３】
＜実施の形態５：まとめ＞
以上、本実施形態５では、連通路１１４が屈曲点を有する構成例を説明した。同様の構成は、実施形態１〜４、および以下に説明する実施形態６でも採用することができる。
【００９４】
＜実施の形態６＞
実施形態５では、基板１０２と基板１０４が接する面に連通路１１４を設けることにより、アルカリ金属物質１２１が少なくとも直接ガラス基板１０１または１０３に流れ出ることがないようにした。しかし、磁場計測装置の姿勢などによっては、基板１０２と基板１０４が接する面を伝ってアルカリ金属物質１２１が空洞１１２内に流れ出る可能性はあると考えられる。そこで本発明の実施形態６では、アルカリ金属物質１２１が空洞１１２内に流れ出ることをさらに抑制する構成例を説明する。
【００９５】
図１８は、本実施形態６に係る磁場計測装置が備えるガスセルの上面図である。本実施形態６におけるガスセルは、実施形態１と同様の構成を備えるが、連通路１１４はガラス基板１０１と１０３に接しておらず、さらに基板１０２と１０４が接する面にも接しないように形成されている。
【００９６】
図１９は、図１８のＡ−Ａ’断面図である。本実施形態６に係るガスセルは、ガラス基板１０１、基板１０４、基板１０２、ガラス基板１０３の順に配置された、ガラス・基板・基板・ガラスの４層構成を有する。
【００９７】
空洞１１１は、基板１０２と基板１０４を貫通することによって形成した貫通穴を、ガラス基板１０１と１０３で覆うことにより形成されている。ただし、必ずしも基板１０２および基板１０４を貫通する必要はなく、基板１０２と１０４に非貫通溝を設けて互いに重ね合わせることにより、空洞１１１を形成してもよい。すなわち、アルカリ金属物質１２１を保持できる形状で、かつ密閉されていればよい。空洞１１１内には、アルカリ金属物質１２１のほか、窒素ガスあるいは希ガス等、もしくはそれらの混合雰囲気を封入することもできる。
【００９８】
連通路１１４は、基板１０２と基板１０４が接する面に設けられる。本実施形態６では実施形態５とは異なり、基板１０４の空洞１１１に対応する箇所に穴が設けられているので、連通路１１４は空洞１１１の頂面および底面と接していない。そのため、本実施形態６では実施形態５よりもさらに、ガスセルが傾いたり上下反転したりしても、アルカリ金属物質１２１がガラス基板１０１または１０３、基板１０２または１０４を伝って連通路１１４に流れ込みにくい構造となっている。
【００９９】
図２０は、本実施形態６に係るガスセルを製造する手順を示す図である。ここでは、図１９に示した断面図を用いて各工程を記載している。以下、図２０に示す各工程について説明する。
【０１００】
（図２０：工程（ａ）（ｃ）（ｅ））
実施形態５と同様に、マスク材料１０５を用いてリソグラフィ等により空洞１１１と空洞１１２に相当するパターンを基板１０２上に形成し、エッチング等により基板１０２上に貫通穴を形成する。
【０１０１】
（図２０：工程（ｂ）（ｄ）（ｆ））
実施形態５と同様に、マスク材料１０５を用いてリソグラフィ等により空洞１１１と空洞１１２に相当するパターンを基板１０４上に形成し、エッチング等により基板１０４上に貫通穴を形成する。
【０１０２】
（図２０：工程（ｇ））
ガラス基板１０１、基板１０４、基板１０２、ガラス基板１０３をそれぞれ接着または接合し、空洞１１１、空洞１１２を密閉する。これら基板をそれぞれ接着または接合した後に、連通路１１４を形成する箇所に高エネルギーレーザを照射して基板１０２をレーザ溶断することにより、連通路１１４を形成する。レーザを通過する材質で基板１０４を形成しておけば、レーザは基板１０４を通過して基板１０２に照射されるので、基板１０２のみを溶断することができる。
【０１０３】
＜実施の形態７＞
図２１は、本発明の実施形態７に係る光ポンピング磁力センサの側断面図である。本実施形態７では、実施形態１〜６いずれかで説明したガスセルを用いる。ここでは実施形態１で説明したガスセルの構成を例示したが、その他の実施形態で説明したガスセルを用いることもできる。
【０１０４】
本実施形態７に係る光ポンピング磁力センサは、光学系、磁気系、ガスセルを備える。光学系は、半導体レーザ１３１、光ファイバ１３７、コリメートレンズ１３２、偏光子１３３、波長板１３４、集光レンズ１３５、光検出器１３６を有する。磁気系は、静磁場印加用コイル１３８、ＲＦコイル１３９を備える。
【０１０５】
半導体レーザ１３１からのレーザ光は、光ファイバ１３７を通りコリメートレンズ１３２で平行光に変換され、偏光子１３３と波長板１３４により円偏光に変換し、ガスセル内の空洞１１２に内包されたアルカリ金属ガスに照射される。このとき、静磁場は、静磁場用コイル１３８によりガスセル内を透過するレーザ光に対して４５度の角度をなすように印加される。また、ＲＦ磁場は、静磁場印加方向と直交する方向にＲＦコイル１３９により印加される。ＲＦ磁場により変調されたレーザ光は集光レンズ１３５で集光され、光ファイバ１３７を通り光検出器１３６で検出される。
【０１０６】
半導体レーザ１３１および光検出器１３６を、光ファイバ１３７を介して静磁場印加用コイル１３８およびＲＦコイル１３９の外に配置すると、半導体レーザ１３１を駆動するための電流および電気配線と光検出器１３６からの電気配線によって磁場の均一性が損なわれることを防ぐことができる。これら電気配線からの影響が小さい場合には、光ファイバ１３７を用いず半導体レーザ１３１をコリメートレンズ１３２の上に直接配置したり、光検出器１３６を集光レンズ１３５の上に直接配置したりしてもよい。
【０１０７】
照射光は円偏光となればよいため、円偏光が照射できるような構成であれば、光学系が備える半導体レーザ１３１、コリメートレンズ１３２、偏光子１３３、波長板１３４、光ファイバ１３７のうちいずれかを省略したり、順番を入れ替えたり、新たに別の構成要素を挿入したりしてもよい。
【０１０８】
本発明に係るガスセルは、レーザ光が照射される空洞１１２にアルカリ金属物質１２１が拡散しないように構成されている。したがって、照射されるレーザ光は、空洞１１２に面するガラス基板１０１およびガラス基板１０３において、アルカリ金属物質１２１による反射、散乱を受けない。よって、空洞１１２にアルカリ金属物質１２１を配置した場合に比べて、ガスセルを通過するレーザの透過率が高くなり、ＲＦ磁場により変調されたレーザ光を光検出器１３６で効率的に受光することができる。その結果、磁場検出感度を高めることができる。
【０１０９】
＜実施の形態８＞
図２２は、本発明の実施形態８に係る光ポンピング磁力センサの側断面図である。本実施形態７では、実施形態１〜６いずれかで説明したガスセルを用いる。ここでは実施形態４で説明したガスセルの構成を例示したが、その他の実施形態で説明したガスセルを用いることもできる。
【０１１０】
本実施形態８に係る光ポンピング磁力センサは、光学系、磁気系、ガスセルを備える。光学系は、半導体レーザ１３１、コリメートレンズ１３２、偏光子１３３、波長板１３４、集光レンズ１３５、光検出器１３６を備える。磁気系は、静磁場印加用コイル１３８を備える。
【０１１１】
半導体レーザ１３１、コリメートレンズ１３２、偏光子１３３、波長板１３４は、図２２の左右方向に照射するポンプ光と、図２２の上下方向に照射するプローブ光とを発生させるため、２組設ける。ポンプ光とプローブ光は、アルカリ金属ガス中、すなわち空洞１１２内で交差するように照射すればよいが、直交して交差することが好ましい。
【０１１２】
静磁場印加用コイル１３８は、図２２の手前から奥の方向、あるいは奥から手前の方向に静磁場を印加するように配置する。見易さのため、図２２では静磁場印加用コイル１３８は省略している。
【０１１３】
図２２の上下方向および左右方向にレーザを照射するため、ガスセルはレーザに対して透明な材質を用いて形成する。すなわち、基板１０２と基板１０４のうちいずれか１枚以上は、例えばガラス基板等を用いる。本実施形態８では、基板１０４をレーザに対して透明な材質で形成する。
【０１１４】
ポンプ光は、一般にアルカリ金属の吸収線の波長を有する円偏光レーザである。ポンプ光は、アルカリ金属ガスのスピンの向きを揃え、いわゆるスピン偏極状態を形成する役割を持つ。半導体レーザ１３１は、図２２の左右方向にポンプ光を照射する。ポンプ光は、コリメートレンズ１３２で平行光に変換され、偏光子１３３と波長板１３４により円偏光に変換され、ガスセル内の空洞１１２に内包されたアルカリ金属ガスに照射され、アルカリ金属ガスのスピンの向きを揃える。
【０１１５】
プローブ光は、一般にアルカリ金属の吸収線とは異なる波長を有する直線偏光レーザである。半導体レーザ１３１は、図２２の上下方向にプローブ光を照射する。プローブ光は、コリメートレンズ１３２で平行光に変換され、偏光子１３３と波長板１３４により直線偏光に変換され、ガスセル内の空洞１１２に内包されたアルカリ金属ガスに照射される。照射した直線偏光の偏光面は、スピン偏極したアルカリ金属ガスによるファラデー効果の影響で回転する。この回転角を光検出器１３６で検出することにより、磁場を計測する。
【０１１６】
図２２に示すように、光学系をガスセルに集積することにより、磁気センサを小型化することができる。光学系には、実施形態７と同様に光ファイバ１３７を挿入してもよい。
【０１１７】
本実施形態８においても、実施形態７と同様に、照射されるレーザ光は空洞１１２に面するガラス基板１０１およびガラス基板１０３および基板１０４において、アルカリ金属物質による反射、散乱を受けない。よって、空洞１１２にアルカリ金属物質１２１を配置した場合に比べて、照射光が通過する領域のレーザの透過率が高くなり、より効率的にアルカリ金属原子のスピン偏極状態を形成することができる。また、より効率的にプローブ光の偏光面の回転を検出することができる。その結果、磁場検出感度を高めることができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０１  ガラス基板
１０２  基板
１０３  ガラス基板
１０４  基板
１０５  マスク材料
１１１  空洞
１１２  空洞
１１３  空洞
１１４  連通路
１２１  アルカリ金属物質
１２２  コーティング材料
１３１  半導体レーザ
１３２  コリメートレンズ
１３３  偏光子
１３４  波長板
１３５  集光レンズ
１３６  光検出器
１３７  光ファイバ
１３８  静磁場印加用コイル
１３９  ＲＦコイル
【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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