(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体のアルカリ金属原子を収容している第１貫通孔、及び液体又は固体のアルカリ金属原子を収容している第２貫通孔を有する胴体部と、
前記胴体部と接合し、平面視で前記第２貫通孔と重なる位置に第３貫通孔を有する光透過部と、
前記光透過部よりも熱伝導率が大きい材料を含み、前記第３貫通孔に配置されている異種材料部と、を備える、原子セル。
【請求項２】
前記光透過部は、前記胴体部及び前記異種材料部に接合されている段差部を有している請求項１に記載の原子セル。
【請求項３】
前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との間には、壁部が配置されている請求項１または２に記載の原子セル。
【請求項４】
前記光透過部がガラスを含み、
前記異種材料部がシリコンを含む請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子セル。
【請求項５】
前記異種材料部と前記光透過部とが直接接合されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の原子セル。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子セルを備える、量子干渉装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子セルを備える、原子発振器。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子セルを備える、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長期的に高精度な発振特性を有する発振器として、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の原子のエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器が知られている。
【０００３】
一般に、原子発振器の動作原理は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した方式と、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した方式とに大別される。
【０００４】
いずれの方式の原子発振器においても、通常、アルカリ金属をガスセル（原子セル）内に封入し、そのアルカリ金属を一定のガス状態に保つために、ガスセルをヒーターにより所定温度に加熱する。
【０００５】
また、例えば、特許文献１に開示されているように、一般に、ガスセル内には、アルカリ金属が経時的に減少する量を見込んで、余剰のアルカリ金属が封入されている。このような余剰分のアルカリ金属は、ガスセルの温度の低い部分に析出（結露）することにより液体として存在する。
【０００６】
しかし、従来では、余剰のアルカリ金属が励起光の通過領域に付着し、アルカリ金属に照射される励起光の量がばらついたり低下したりすることによって、周波数が変動してしまい、その結果、周波数安定度が低下してしまうという問題があった。特に、近年の原子発振器等の小型化の要請に伴って、原子セルが小型になると、励起光透過領域とそれ以外の領域との間の温度差が小さくなり、励起光通過領域にアルカリ金属が付着しやすくなるため、かかる問題が顕著となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−３８３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、周波数安定度を向上させることができる原子セルを提供すること、また、かかる原子セルを備える量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
［適用例１］
本発明の原子セルは、金属原子と、
１対の光透過部と、
前記金属原子を収納している内部空間を前記１対の光透過部とともに構成している胴体部と、
前記光透過部よりも熱伝導率が大きい材料を含む異種材料部と、
を備え、
前記内部空間は、液体状または固体状の前記金属原子を収納している金属溜り部を有し、
前記異種材料部は、前記内部空間の外部と前記金属溜り部との間に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
このような原子セルによれば、異種材料部の熱伝導率が光透過部よりも大きいため、異種材料部の方が光透過部よりも放熱しやすくなる。そのため、異種材料部の温度を光透過部よりも低くすることができ、その結果、光透過部に液体状または固体状の金属原子が凝結して付着するのを防止または低減することができる。よって、周波数安定度を向上させることができる。
【００１２】
［適用例２］
本発明の原子セルでは、前記異種材料部が前記内部空間の内外のそれぞれに面していることが好ましい。
【００１３】
これにより、異種材料部を介して内部空間の内部から外部へ放熱しやすくすることができる。
【００１４】
［適用例３］
本発明の原子セルでは、前記異種材料部が前記光透過部に配置されていることが好ましい。
【００１５】
これにより、１対の光透過部および胴体部を形成するための複数の基板を貼り合わせて原子セルを形成する場合、異種材料部の形成を簡単化することができる。
【００１６】
［適用例４］
本発明の原子セルでは、前記内部空間は、気体状の前記金属原子を収納している気体収納部を有し、
前記気体収納部と前記金属溜り部との間には、壁部が配置されていることが好ましい。
【００１７】
これにより、液体状または固体状の金属原子が金属溜り部から気体収納部へ移動することを低減することができる。その結果、周波数安定度をさらに向上させることができる。
【００１８】
［適用例５］
本発明の原子セルでは、前記光透過部がガラスを含み、
前記異種材料部がシリコンを含むことが好ましい。
【００１９】
これにより、光透過部と異種材料部とを陽極接合により簡単かつ強固に接合することができる。また、光透過部と異種材料部との気密的な接合が可能であるため、異種材料部を封止孔の封止に用いる場合であっても、内部空間の気密性を優れたものとすることができる。
【００２０】
［適用例６］
本発明の原子セルでは、前記異種材料部が前記胴体部に配置されていることが好ましい。
これにより、原子セルの小型化を図ることができる。
【００２１】
［適用例７］
本発明の原子セルでは、前記異種材料部とその周辺部とが直接接合されていることが好ましい。
【００２２】
これにより、異種材料部とその周辺部とを簡単かつ強固に接合することができる。また、異種材料部とその周辺部との気密的な接合が可能であるため、異種材料部を封止孔の封止に用いる場合であっても、内部空間の気密性を優れたものとすることができる。
【００２３】
［適用例８］
本発明の量子干渉装置は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
このような量子干渉装置によれば、周波数安定度を優れたものとすることができる。
【００２４】
［適用例９］
本発明の原子発振器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
このような原子発振器によれば、周波数安定度を優れたものとすることができる。
【００２５】
［適用例１０］
本発明の電子機器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
【００２６】
このような電子機器によれば、原子セルの周波数安定度が優れているため、優れた信頼性を発揮することができる。
【００２７】
［適用例１１］
本発明の移動体は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
【００２８】
このような移動体によれば、原子セルの周波数安定度が優れているため、優れた信頼性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る原子発振器（量子干渉装置）を示す概略図である。
【図２】アルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図である。
【図３】光出射部から出射される２つの光の周波数差と、光検出部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す原子発振器が備える原子セルの斜視図である。
【図５】（ａ）は、図４に示す原子セルの縦断面図、（ｂ）は、図４に示す原子セルの横断面図である。
【図６】光透過部の熱伝導率に対する異種材料部の熱伝導率の比と周波数安定度との関係を示すグラフである。
【図７】図４に示す原子セルの製造方法を説明するための図である。
【図８】図４に示す原子セルの製造方法を説明するための図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る原子セルを示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）に示す原子セルの横断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る原子セルを示す縦断面図である。
【図１１】（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る原子セルを示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）に示す原子セルの横断面図である。
【図１２】ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の移動体の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
１．原子発振器（量子干渉装置）
まず、本発明の原子発振器（本発明の原子セルを備える原子発振器）について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。
【００３２】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器（量子干渉装置）を示す概略図である。また、図２は、アルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図３は、光出射部から出射される２つの光の周波数差と、光検出部で検出される光の強度との関係を示すグラフである。
【００３３】
図１に示す原子発振器１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。この原子発振器１は、図１に示すように、原子セル２（原子セル）と、光出射部３と、光学部品４１、４２、４３、４４と、光検出部５と、ヒーター６と、温度センサー７と、磁場発生部８と、制御部１０とを備える。
【００３４】
まず、原子発振器１の原理を簡単に説明する。
図１に示すように、原子発振器１では、光出射部３が原子セル２に向けて励起光ＬＬを出射し、原子セル２を透過した励起光ＬＬを光検出部５が検出する。
【００３５】
原子セル２内には、ガス状のアルカリ金属（金属原子）が封入されており、アルカリ金属は、図２に示すように、３準位系のエネルギー準位を有し、エネルギー準位の異なる２つの基底状態（基底状態１、２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態１は、基底状態２よりも低いエネルギー状態である。
【００３６】
光出射部３から出射された励起光ＬＬは、周波数の異なる２種の共鳴光１、２を含んでおり、この２種の共鳴光１、２を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射したとき、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光１、２のアルカリ金属における光吸収率（光透過率）が変化する。
【００３７】
そして、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態１、２から励起状態への励起がそれぞれ停止する。このとき、共鳴光１、２は、いずれも、アルカリ金属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現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）と呼ぶ。
【００３８】
例えば、光出射部３が共鳴光１の周波数ω１を固定し、共鳴光２の周波数ω２を変化させていくと、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２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５の検出強度は、図３に示すように、急峻に上昇する。このような急峻な信号をＥＩＴ信号として検出する。この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。したがって、このようなＥＩＴ信号を用いることにより、発振器を構成することができる。
【００３９】
以下、原子発振器１の各部を順次説明する。
［原子セル］
原子セル２内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。また、原子セル２内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
【００４０】
原子セル２は、貫通孔を有する胴部と、この胴部の貫通孔の開口を塞ぐ１対の光透過部とを有し、これにより、気体状のアルカリ金属が封入される内部空間が形成されている。なお、原子セル２については、後に詳述する。
【００４１】
［光出射部］
光出射部３（光源）は、原子セル２中のアルカリ金属原子を励起する励起光ＬＬを出射する機能を有する。
【００４２】
より具体的には、光出射部３は、励起光ＬＬとして、前述したような周波数の異なる２種の光を出射するものであり、特に、前述した共鳴光１および共鳴光２を出射し得る。共鳴光１は、原子セル２内のアルカリ金属を前述した基底状態１から励起状態へ励起（共鳴）し得るものである。一方、共鳴光２は、原子セル２内のアルカリ金属を前述した基底状態２から励起状態へ励起（共鳴）し得るものである。
【００４３】
この光出射部３としては、前述したような励起光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の半導体レーザー等を用いることができる。
【００４４】
なお、光出射部３は、図示しない温度調節素子（発熱抵抗体、ペルチェ素子等）により、所定温度に温度調節される。
【００４５】
［光学部品］
複数の光学部品４１、４２、４３、４４は、それぞれ、前述した光出射部３と原子セル２との間における励起光ＬＬの光路上に設けられている。ここで、光出射部３側から原子セル２側へ、光学部品４１、光学部品４２、光学部品４３、光学部品４４の順に配置されている。
【００４６】
光学部品４１は、レンズである。これにより、励起光ＬＬを無駄なく原子セル２へ照射することができる。
【００４７】
また、光学部品４１は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。これにより、励起光ＬＬが原子セル２の内壁で反射することを簡単に防止することができる。そのため、原子セル２内での励起光の共鳴を好適に生じさせ、その結果、原子発振器１の発振特性を高めることができる。
【００４８】
光学部品４２は、偏光板である。これにより、光出射部３からの励起光ＬＬの偏光を所定方向に調整することができる。
【００４９】
光学部品４３は、減光フィルター（ＮＤフィルター）である。これにより、原子セル２に入射する励起光ＬＬの強度を調整（減少）させることができる。そのため、光出射部３の出力が大きい場合でも、原子セル２に入射する励起光を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品４２を通過した所定方向の偏光を有する励起光ＬＬの強度を光学部品４３により調整する。
【００５０】
光学部品４４は、λ／４波長板である。これにより、光出射部３からの励起光ＬＬを直線偏光から円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換することができる。
【００５１】
後述するように磁場発生部８の磁場により原子セル２内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、仮に直線偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位に均等に分散して存在することとなる。その結果、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数が他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に少なくなるため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が減少し、所望のＥＩＴ信号の強度が小さくなり、その結果、原子発振器１の発振特性の低下をもたらす。
【００５２】
これに対し、後述するように磁場発生部８の磁場により原子セル２内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が増大し、所望のＥＩＴ信号の強度が大きくなり、その結果、原子発振器１の発振特性を向上させることができる。
【００５３】
［光検出部］
光検出部５は、原子セル２内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有する。
【００５４】
この光検出部５としては、上述したような励起光を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器（受光素子）を用いることができる。
【００５５】
［ヒーター］
ヒーター６（加熱部）は、前述した原子セル２（より具体的には原子セル２中のアルカリ金属）を加熱する機能を有する。これにより、原子セル２中のアルカリ金属を適切な濃度のガス状に維持することができる。
【００５６】
このヒーター６は、例えば、通電により発熱する発熱抵抗体を含んで構成されている。この発熱抵抗体は、原子セル２に対して接触して設けられていてもよいし、原子セル２に対して非接触で設けられていてもよい。
【００５７】
例えば、発熱抵抗体を原子セル２に対して接触して設ける場合、原子セル２の１対の光透過部にそれぞれ発熱抵抗体を設ける。これにより、原子セル２の光透過部にアルカリ金属原子が結露することを防止することができる。その結果、原子発振器１の特性（発振特性）を長期にわたり優れたものとすることができる。このような発熱抵抗体は、励起光に対する透過性を有する材料、具体的には、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ３Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等の透明電極材料で構成される。また、発熱抵抗体は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成することができる。
【００５８】
また、発熱抵抗体を原子セル２に対して非接触で設ける場合、熱伝導性に優れる金属等、セラミックス等の部材を介して発熱抵抗体から原子セル２へ伝熱すればよい。
【００５９】
なお、ヒーター６は、原子セル２を加熱することができるものであれば、前述した形態に限定されず、各種ヒーターを用いることができる。また、ヒーター６に代えて、または、ヒーター６と併用して、ペルチェ素子を用いて、原子セル２を加熱してもよい。
【００６０】
［温度センサー］
温度センサー７は、ヒーター６または原子セル２の温度を検出するものである。そして、この温度センサー７の検出結果に基づいて、前述したヒーター６の発熱量が制御される。これにより、原子セル２内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
【００６１】
なお、温度センサー７の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター６上であってもよいし、原子セル２の外表面上であってもよい。
【００６２】
温度センサー７としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
【００６３】
［磁場発生部］
磁場発生部８は、原子セル２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機能を有する。これにより、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１の発振周波数の精度を高めることができる。
【００６４】
この磁場発生部８は、例えば、原子セル２を挟むように配置されたヘルムホルツコイル、または、原子セル２を覆うように配置されたソレノイドコイルで構成されている。これにより、原子セル２内に一方向の均一な磁場を生じさせることができる。
【００６５】
また、磁場発生部８が発生する磁場は、定磁場（直流磁場）であるが、交流磁場が重畳されていてもよい。
【００６６】
［制御部］
制御部１０は、光出射部３、ヒーター６および磁場発生部８をそれぞれ制御する機能を有する。
【００６７】
この制御部１０は、光出射部３の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部１２と、原子セル２中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部１１と、磁場発生部８からの磁場を制御する磁場制御部１３とを有する。
【００６８】
励起光制御部１２は、前述した光検出部５の検出結果に基づいて、光出射部３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。より具体的には、励起光制御部１２は、前述した周波数差（ω１−ω２）が前述したアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、光出射部３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。
【００６９】
ここで、励起光制御部１２は、図示しないが、電圧制御型水晶発振器（発振回路）を備えており、その電圧制御型水晶発振器の発振周波数を光検出部５の検知結果に基づいて同期・調整しながら、その電圧制御型水晶発振器の出力信号を原子発振器１の出力信号として出力する。
【００７０】
例えば、励起光制御部１２は、図示しないが、この電圧制御型水晶発振器からの出力信号を周波数逓倍する逓倍器を備えており、この逓倍器により逓倍された信号（高周波信号）を直流バイアス電流に重畳して駆動信号として光出射部３に入力する。これにより、光検出部５でＥＩＴ信号が検出されるように電圧制御型水晶発振器を制御することで、電圧制御型水晶発振器から所望の周波数の信号が出力されることとなる。この逓倍器の逓倍率は、例えば、原子発振器１からの出力信号の所望の周波数をｆとしたとき、ω０／（２×ｆ）である。これにより、電圧制御型水晶発振器の発振周波数がｆであるとき、逓倍器からの信号を用いて、光出射部３に含まれる半導体レーザー等の発光素子を変調して、周波数差（ω１−ω２）がω０となる２つの光を出射させることができる。
【００７１】
また、温度制御部１１は、温度センサー７の検出結果に基づいて、ヒーター６への通電を制御する。これにより、原子セル２を所望の温度範囲内に維持することができる。例えば、原子セル２は、ヒーター６により、例えば、７０℃程度に温度調節される。
【００７２】
また、磁場制御部１３は、例えば磁場発生部８が発生する磁場が一定となるように、磁場発生部８への通電を制御する。
【００７３】
このような制御部１０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。
以上、原子発振器１の構成を簡単に説明した。
【００７４】
（原子セルの詳細な説明）
図４は、図１に示す原子発振器が備える原子セルの斜視図である。図５（ａ）は、図４に示す原子セルの縦断面図、図５（ｂ）は、図４に示す原子セルの横断面図である。図６は、光透過部の熱伝導率に対する異種材料部の熱伝導率の比と周波数安定度との関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図５（ａ）中の上側を「上」、下側を「下」という。
【００７５】
図４および図５に示すように、原子セル２は、胴体部２１と、胴体部２１を挟んで設けられた１対の光透過部２２、２３と、光透過部２２に配置されている異種材料部２４と、を有している。この原子セル２では、胴体部２１が１対の光透過部２２、２３の間に配置されていて、胴体部２１および１対の光透過部２２、２３が気体状のアルカリ金属が封入されている内部空間Ｓを区画形成（構成）している。
【００７６】
より具体的に説明すると、胴体部２１は、上下方向を厚さ方向とする板状をなしており、この胴体部２１には、胴体部２１の厚さ方向（上下方向）に貫通している円柱状の貫通孔２１１、２１２と、胴体部２１の上面に開口していて貫通孔２１１と貫通孔２１２とを連通させている溝２１３（凹部）と、が形成されている。
【００７７】
この胴体部２１の構成材料としては、特に限定されず、ガラス材料、水晶、金属材料、樹脂材料、シリコン材料等が挙げられるが、ガラス材料またはシリコン材料を用いることが好ましく、また、光透過部２２、２３の構成材料と同一材料（例えばガラス材料）を用いることが好ましい。例えば、胴体部２１の構成材料としてシリコン材料またはガラス材料を用いることにより、幅や高さが１０ｍｍ以下となるような小さい原子セル２を形成する場合であっても、エッチング等の微細加工技術を用いて、高精度な胴体部２１を容易に形成することができる。特に、胴体部２１の構成材料がガラス材料である場合、光透過部２２、２３の光透過性を確保しながら、光透過部２２、２３と同一材料とすることができ、胴体部２１の熱伝導率を後述する異種材料部２４よりも低くすることができる。また、例えば表面活性化法（ＳＡＢ）または原子拡散接合法（ＡＤＢ）により、ともにガラスで構成された胴体部２１と光透過部２２、２３とを簡単に気密的に接合することができ、原子セル２の信頼性を優れたものとすることができる。しかも、これらの接合法は、比較的低温（例えば常温）での接合が可能であるため、胴体部２１と光透過部２２、２３との熱膨張率差があっても、気密的な接合が可能である。さらに、これらの接合法は、接合に要する時間が短い。そのため、生産性よく原子セル２を製造することができる。
【００７８】
このような胴体部２１の下面には、光透過部２２が接合され、一方、胴体部２１の上面には、光透過部２３が接合されている。これにより、貫通孔２１１、２１２の下端側開口が光透過部２２により封鎖されるとともに、貫通孔２１１、２１２の上端側開口および溝２１３の開口が光透過部２３により封鎖されている。
【００７９】
胴体部２１と光透過部２２、２３との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、気密的に接合できるものであれば、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法、表面活性化接合法等を用いることができる。
【００８０】
このような胴体部２１に接合されている各光透過部２２、２３は、前述した光出射部３からの励起光に対する透過性を有している。そして、一方の光透過部２２は、原子セル２の内部空間Ｓ内へ励起光ＬＬが入射する入射側光透過部であり、他方の光透過部２３は、原子セル２の内部空間Ｓ内から励起光ＬＬが出射する出射側光透過部である。
【００８１】
また、光透過部２２、２３は、それぞれ、板状をなしている。
本実施形態では、光透過部２２には、胴体部２１の貫通孔２１２に対応する位置に、光透過部２２の厚さ方向に貫通する貫通孔２２１が形成されている。これにより、胴体部２１の貫通孔２１２と貫通孔２２１とが連通している。この貫通孔２２１は、例えば、後述するように、原子セル２の製造過程において、内部空間Ｓを形成した後に、内部空間Ｓにコーティング剤やアルカリ金属（またはアルカリ金属を生成するための化合物）を導入するのに用いることができる。
【００８２】
光透過部２２、２３（基板）の構成材料としては、前述したような励起光に対する透過性を有していれば、特に限定されず、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられるが、ガラス材料を用いることが好ましい。これにより、励起光に対する透過性を有する光透過部２２、２３を実現することができる。また、胴体部２１がガラスで構成されている場合、ガラスを用いて光透過部２２、２３を構成することにより、表面活性化法（ＳＡＢ）と原子拡散接合法（ＡＤＢ）により比較的低温下で、胴体部２１と光透過部２２、２３とを簡単に気密的に接合することができ、原子セル２の信頼性を優れたものとすることができる。また、胴体部２１がシリコンで構成されている場合でも、ガラスを用いて光透過部２２、２３を構成することにより、胴体部２１と光透過部２２、２３とを陽極接合により簡単に気密的に接合することができ、原子セル２の信頼性を優れたものとすることができる。なお、光透過部２２、２３の厚さや励起光の強度によっては、光透過部２２、２３をシリコンで構成することもできる。この場合、胴体部２１と光透過部２２、２３とを直接接合することができる。
【００８３】
このような光透過部２２、２３のうち光透過部２２の貫通孔２２１内には、異種材料部２４が配置されている。そして、貫通孔２２１が異種材料部２４により気密的に塞がれている。
【００８４】
このように封鎖された内部空間Ｓにおいて、貫通孔２１１内の空間である気体収納部（以下、単に「気体収納部」ともいう）には、主に、気体状のアルカリ金属が収納されている。この気体収納部に収納されている気体状のアルカリ金属は、励起光ＬＬによって励起される。すなわち、気体収納部の少なくとも一部は、励起光ＬＬが通過する「光通過空間」を構成する。本実施形態では、貫通孔２１１の横断面は、円形をなしており、光通過空間の横断面と相似形状（すなわち円形）をなし、かつ、光通過空間の横断面よりも若干大きく設定されている。なお、貫通孔２１１の横断面形状は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。
【００８５】
また、貫通孔２１２内の空間（貫通孔２２１内の異種材料部２４よりも上側の空間を含む）である金属溜り部（以下、単に「金属溜り部」ともいう）は、溝２１３内の空間を介して貫通孔２１１内の空間に連通しており、液体状または固体状のアルカリ金属Ｍが収納されている。より具体的には、金属溜り部における異種材料部２４上に液体状または固体状のアルカリ金属Ｍが配置されている。本実施形態では、貫通孔２１２、２２１のそれぞれの横断面は、円形をなしている。なお、貫通孔２１２、２２１の横断面形状は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。また、貫通孔２１２の横断面形状と貫通孔２２１の横断面形状とが互いに異なっていてもよい。
【００８６】
また、貫通孔２２１は、貫通孔２１２とは反対側の部分の幅が拡径しており、段差部２２１１が形成されている。そして、異種材料部２４は、貫通孔２２１の拡径した部分に配置され、段差部２２１１に気密的に接合されている。このように段差部２２１１を異種材料部２４との接合面として用いることにより、貫通孔２２１の幅と異種材料部２４の幅とを合わさなくても、貫通孔２２１内を気密的に塞ぐように異種材料部２４を貫通孔２２１の壁面に簡単かつ確実に接合することができる。なお、図示では、異種材料部２４は、貫通孔２２１の拡径部に合致した形状をなしているが、貫通孔２２１を気密的に塞ぐことができれば、形状は任意である。
【００８７】
異種材料部２４は、光透過部２２、２３よりも熱伝導率が大きい材料で構成されている。これにより、異種材料部２４の方が光透過部２２、２３よりも放熱しやすくなる。そのため、異種材料部２４の温度を光透過部２２、２３よりも低くすることができ、その結果、光透過部２２、２３に液体状または固体状のアルカリ金属原子が凝結して付着するのを防止または低減することができる。逆に、異種材料部２４付近に液体状または固体状のアルカリ金属原子を凝結しやすくさせ、貫通孔２１２内を「金属溜り部」とすることができる。したがって、異種材料部２４は、金属溜り部と内部空間Ｓの外部との間に配置されることとなる。
【００８８】
このように、異種材料部２４の構成材料の熱伝導率を光透過部２２、２３の熱伝導率よりも大きくすることにより、図６に示すように、周波数安定度を高めることができる。
【００８９】
また、異種材料部２４が内部空間Ｓの内外のそれぞれに面している。これにより、異種材料部２４を介して内部空間Ｓの内部から外部へ放熱しやすくすることができる。
【００９０】
ここで、原子セル２からの放熱（伝熱）の形態として、熱伝導、対流熱伝達、熱放射（輻射）の３つの形態がある。一般に、原子セル２の温度変動による周波数安定度の低下を低減する観点から、例えば、原子セル２は、対流熱伝達による熱の逃げが小さくなるように、減圧されたパッケージ内に収納されて用いられる。また、このようにパッケージ内に原子セル２を収納する際、そのパッケージに対して原子セル２を支持する部材の熱抵抗を高めて、熱伝導による熱の逃げを低減することが行われる。
【００９１】
このような場合において、異種材料部２４からの放熱性を高める観点から、異種材料部２４は、原子セル２を支持する部材に接続されていることが好ましい。また、異種材料部２４からの熱放射による放熱性を高める観点から、異種材料部２４の放射率が光透過部２２、２３の放射率よりも大きいことが好ましい。
【００９２】
異種材料部２４の構成材料としては、光透過部２２、２３の構成材料よりも熱伝導率が大きければよく、特に限定されないが、化学的安定性の観点から、無機材料が好適である。また、異種材料部２４の構成材料は、内部空間Ｓ内のアルカリ金属の状態を長期にわたり安定的に保つ観点から、アルカリ金属と反応性の乏しく気密封止が可能であることが好ましく、具体的には、例えば、シリコン材料であることが好ましい。光透過部２２がガラスを含む場合、異種材料部２４がシリコンを含むことにより、異種材料部２４とその周辺部（光透過部２２）とを直接接合（固体接合）の一種である陽極接合により簡単かつ強固に接合することができる。また、光透過部２２と異種材料部２４との気密的な接合が可能であるため、本実施形態のように異種材料部２４を封止孔（貫通孔２２１）の封止に用いる場合であっても、内部空間Ｓの気密性を優れたものとすることができる。なお、異種材料部２４とその周辺部との接合方法は、異種材料部２４とその周辺部との構成材料に応じて決められるものであり、上述したものに限定されず、例えば、ロウ材による封止方法、表面活性化接合法等であってもよい。
【００９３】
また、異種材料部２４の構成材料としては、光透過部２２、２３の構成材料だけでなく胴体部２１の構成材料よりも熱伝導率が大きいことが好ましい。これにより、貫通孔２１１の壁面に液体状または固体状のアルカリ金属が凝結するのを低減し、液体状または固体状のアルカリ金属を貫通孔２１２内（金属溜り部）に存在しやすくすることができる。
【００９４】
また、内部空間Ｓの内壁面には、コーティングが施されている。すなわち、内部空間Ｓの内壁面には、コーティング膜２５が形成されている。
【００９５】
このコーティング膜２５は、気体状のアルカリ金属が内部空間Ｓの内壁面に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。これにより、原子セル２を小型化しても、アルカリ金属が原子セル２の内壁面に衝突することによる挙動の変化が特性に悪影響を与えるのを抑制し、原子発振器１の発振特性を優れたものとすることができる。
【００９６】
このコーティング膜２５の構成材料は、フッ素系樹脂、シロキサン系化合物または鎖式飽和炭化水素を含んでいるのが好ましい。これにより、アルカリ金属がコーティング膜２５に衝突した際の挙動の変化を効果的に低減することができ、また、化学的安定性に優れる。また、コーティング材料の沸点を金属原子の沸点よりも高くすることができる。
【００９７】
以上説明したような原子セル２によれば、異種材料部２４の熱伝導率が光透過部２２、２３よりも大きいため、異種材料部２４の方が光透過部２２、２３よりも放熱しやすくなる。そのため、異種材料部２４の温度を光透過部２２、２３よりも低くすることができ、その結果、光透過部２２、２３に液体状または固体状のアルカリ金属原子が凝結して付着するのを防止または低減することができる。よって、周波数安定度を向上させることができる。
【００９８】
また、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、気体収納部と金属溜り部との間（貫通孔２１１と貫通孔２１２との間）には、隔壁部２１０（壁部）が配置されている。これにより、液体状または固体状のアルカリ金属原子が金属溜り部から気体収納部へ移動することを低減することができる。その結果、周波数安定度をさらに向上させることができる。
【００９９】
また、このような原子セル２は、異種材料部２４が光透過部２２に配置されているため、後述するように、１対の光透過部２２、２３および胴体部２１を形成するための複数の基板を貼り合わせて原子セル２を形成する場合、異種材料部２４の形成を簡単化することができる。
【０１００】
（原子セルの製造方法）
以下、前述した原子セル２の製造方法の一例を説明する。なお、以下では、胴体部２１および光透過部２２、２３のそれぞれがガラスで構成され、異種材料部２４がシリコンで構成されている場合を例に説明する。
図７および図８は、図４に示す原子セルの製造方法を説明するための図である。
【０１０１】
原子セル２の製造方法は、［１］準備工程と、［２］接合工程と、［３］コーティング工程と、［４］金属化合物配置工程と、［５］封止工程と、［６］アルカリ金属生成工程と、を有する。以下、各工程を順次説明する。
【０１０２】
［１］準備工程
まず、図７（ａ）に示すように、胴体部２１および光透過部２２、２３を準備する。
【０１０３】
胴体部２１の貫通孔２１１、２１２および溝２１３や光透過部２２の貫通孔２２１の形成は、例えば、エッチング技術やフォトリソグラフィ技術を用いて行うことができる。
【０１０４】
なお、胴体部２１および光透過部２２、２３に代えて、胴体部２１を形成するためのガラス基板であって貫通孔２１１、２１２および溝２１３を複数組有する胴体部形成用基板、光透過部２２を形成するためのガラス基板であって貫通孔２２１を複数有する光透過部形成用基板、光透過部２３を形成するための光透過部形成用基板を準備してもよい。この場合、これらの基板を、接合工程［２］で接合し、封止工程［５］の後に個片化することにより、胴体部２１および光透過部２２、２３を形成することができる。
【０１０５】
［２］接合工程
次に、図７（ｂ）に示すように、胴体部２１と光透過部２２、２３とを接合する。これにより、内部空間Ｓを有する構造体が得られる。この構造体は、内部空間Ｓが貫通孔２２１を介して外部と連通している。
【０１０６】
胴体部２１と光透過部２２、２３との接合は、表面活性化法（ＳＡＢ）または原子拡散接合法（ＡＤＢ）により行うことが好ましい。これにより、比較的低温下で、比較的簡単に、胴体部２１と光透過部２２、２３とを気密的に接合することができる。
【０１０７】
［３］コーティング工程
次に、図７（ｃ）に示すように、貫通孔２２１を通じて内部空間Ｓにコーティング材料を送入する。これにより、コーティング膜２５を形成する。
【０１０８】
詳細に説明すると、気体状のコーティング材料（コーティング材料ガス）を貫通孔２２１を介して内部空間Ｓに送入する。内部空間Ｓの壁面をコーティング材料の沸点未満（より好ましくは融点未満）に冷却する。これにより、気体状のコーティング材料が内部空間Ｓの壁面で凝結または凝固してコーティング膜２５となる。
【０１０９】
また、コーティング材料は、前述したような機能を有するコーティング膜２５を形成することができるものであれば、特に限定されないが、フッ素系樹脂、シロキサン系化合物および鎖式飽和炭化水素のうちのいずれかの化合物またはその前駆体であることが好ましい。
【０１１０】
このような化合物により得られるコーティング膜２５は、アルカリ金属が衝突した際の挙動の変化を効果的に低減することができ、また、化学的安定性に優れる。
【０１１１】
コーティング材料として用いるフッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等が挙げられる。
【０１１２】
また、コーティング材料として用いるシロキサン系化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン、加水分解性基含有シロキサン等のシロキサン等が挙げられる。
【０１１３】
また、コーティング材料として用いる鎖式飽和炭化水素としては、例えば、パラフィン（炭素原子の数が２０以上のアルカン）等が挙げられる。
【０１１４】
また、コーティング材料がコーティング膜２５の構成材料の前駆体である場合には、必要に応じて加熱等することにより、内部空間Ｓの壁面に凝結または凝固したコーティング材料を反応させる。
【０１１５】
［４］金属化合物配置工程
次に、図８（ａ）に示すように、貫通孔２１２内に金属化合物Ｐを配置する。また、このとき、図示しないが、貫通孔２２１内に、必要に応じて、ゲッター材や、金属化合物Ｐの分解反応に必要な還元剤を配置する。
【０１１６】
金属化合物Ｐは、アルカリ金属を含む化合物であって、分解反応（還元）により単体のアルカリ金属を生成（放出）する化合物である。この金属化合物Ｐとしては、分解反応（還元）により単体のアルカリ金属を生成する化合物であれば、特に限定されないが、例えば、塩化セシウム（ＣｓＣｌ）、アジ化セシウム（ＣｓＮ３）クロム酸セシウム（ＣｓＣｒ２Ｏ７）等が挙げられる。ここで、金属化合物Ｐは、後述する［５］封止工程における加熱下において分解反応を実質的に生じないもの、すなわち、分解反応が生じる温度が［５］封止工程における加熱温度よりも高いものであることが好ましい。これにより、光透過部２２と異種材料部２４との接合面にアルカリ金属が付着するのを防止または低減することができる。
【０１１７】
また、金属化合物Ｐの分解反応に用いる還元剤は、特に限定されないが、例えば、金属化合物Ｐが塩化セシウムである場合、カルシウムを用いる。なお、この還元剤は、金属化合物Ｐと別体であってもよいし、金属化合物Ｐとの混合物または集合体として一体であってもよい。
【０１１８】
また、ゲッター材は、所望のアルカリ金属ガスおよび緩衝ガス以外のガスを吸着または吸収する機能を有する。このゲッター材としては、かかる機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば、チタン、バリウム、タンタル、ジルコニウム、アルミニウム、バナジウム、インジウム、カルシウムのうちの少なくとも１つを含む合金、または、Ａｌ−Ｚｒ−Ｖ−Ｆｅ系合金が挙げられる。このようなゲッター材を用いることにより、後述する［５］封止工程後において内部空間Ｓの気体状の不要物をゲッター材に吸着または吸収させることができる。なお、ゲッター材は、金属化合物Ｐと別体であってもよいし、金属化合物Ｐとの混合物または集合体として一体であってもよい。
【０１１９】
［５］封止工程
次に、図８（ｂ）に示すように、異種材料部２４を貫通孔２２１内に載置し、異種材料部２４と光透過部２２とを陽極接合法により接合する。これにより、貫通孔２２１が異種材料部２４により気密的に塞がれ、気密空間である内部空間Ｓが形成される。
【０１２０】
ここで、陽極接合の際、その接合部が高温となるが、接合部が局所的であるため、加熱を必要部位に限って局所的に行うことで、コーティング膜２５が溶けるのを低減することができる。これにより、最終的に得られる原子セル２において、コーティング膜２５の均一性を高めることができる。
【０１２１】
［６］アルカリ金属生成工程
次に、図８（ｃ）に示すように、レーザー（エネルギー線）を金属化合物Ｐに照射する。これにより、金属化合物Ｐを分解反応させることにより、アルカリ金属単体を取り出す。
【０１２２】
このとき、金属化合物Ｐの分解反応により、アルカリ金属以外の反応生成物が生じるとともに、図示しないが、未反応の金属化合物Ｐが残渣として残る。
【０１２３】
具体的に説明すると、例えば、金属化合物Ｐが塩化セシウムであり、還元剤としてカルシウムを用いた場合、
本工程では、２ＣｓＣｌ＋Ｃａ→２Ｃｓ↑＋ＣａＣｌ２の反応が生じる。このように、カルシウムを還元剤として塩化セシウムを還元させることによりセシウムを単体として取り出すことができる。そのため、原子セル２内にセシウム原子を封入することができる。
【０１２４】
また、金属化合物Ｐがアジ化セシウムである場合、
本工程では、２ＣｓＮ３→２Ｃｓ＋３Ｎ２の反応が生じる。このように、アジ化セシウムを還元させることによりセシウムを単体として取り出すことができる。そのため、原子セル２内にセシウム原子を封入することができる。
【０１２５】
本工程では、金属化合物Ｐにエネルギー線を照射することにより分解反応を生じさせるため、封止された内部空間Ｓに配置された金属化合物Ｐを分解反応させることができる。なお、図８（ｃ）では、レーザーを用いて金属化合物Ｐの分解反応を生じさせる場合を例に図示しているが、金属化合物Ｐの分解反応を生じさせることができれば、レーザーに限定されず、例えば、レーザー以外の光、Ｘ線、γ線のような電磁波、電子線、イオンビームのような粒子線等や、またはこれらのエネルギー線を２種以上組み合わせたものが挙げられる。また、電磁誘導により金属化合物Ｐを加熱して分解反応を生じさせてもよい。
【０１２６】
以上説明したような原子セル２の製造方法によれば、前述したような効果を奏する原子セル２を得ることができる。なお、原子セル２の製造方法は、前述したものに限定されず、例えば、金属化合物Ｐを用いずに、液体状または固体状のアルカリ金属を貫通孔２２１から内部空間Ｓに導入した後に、異種材料部２４により貫通孔２２１を塞いでもよい。
【０１２７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【０１２８】
図９（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る原子セルを示す縦断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す原子セルの横断面図である。
【０１２９】
本実施形態は、原子セルが金属溜り部および異種材料部をそれぞれ２つ有する以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【０１３０】
なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【０１３１】
図９に示す原子セル２Ａ（原子セル）は、第１実施形態の胴体部２１および光透過部２３に代えて、胴体部２１Ａおよび光透過部２３Ａを備えている。また、原子セル２Ａは、光透過部２３Ａに配置された異種材料部２６を備えている。
【０１３２】
胴体部２１Ａは、板状をなしており、この胴体部２１Ａには、胴体部２１Ａの厚さ方向（上下方向）に貫通している貫通孔２１１、２１２、２１４と、胴体部２１Ａの上面に開口していて貫通孔２１１と貫通孔２１２とを連通させている溝２１３（凹部）と、胴体部２１の下面に開口していて貫通孔２１１と貫通孔２１４とを連通させている溝２１５（凹部）と、が形成されている。
【０１３３】
このような胴体部２１Ａの下面には、光透過部２２が接合され、一方、胴体部２１Ａの上面には、光透過部２２と同様に構成された光透過部２３Ａが接合されている。
【０１３４】
ここで、光透過部２３Ａには、胴体部２１Ａの貫通孔２１４に対応する位置に、光透過部２３Ａの厚さ方向に貫通する貫通孔２３１が形成されている。これにより、胴体部２１Ａの貫通孔２１４と貫通孔２３１とが連通している。この貫通孔２３１は、光透過部２２の貫通孔２２１と同様、例えば、原子セル２Ａの製造過程において、内部空間Ｓを形成した後に、内部空間Ｓにコーティング剤やアルカリ金属（またはアルカリ金属を生成するための化合物）を導入するのに用いることができる。
【０１３５】
このように２つの貫通孔２２１、２３１を設けることにより、例えば、コーティング膜２５を形成する際、一方の貫通孔からコーティング剤を導入しつつ、他方の貫通孔からコーティングを排出することができる。そのため、内部空間Ｓを減圧しなくても、円滑に内部空間Ｓにコーティング剤を導入してコーティング膜２５を形成することができる。また、コーティング膜２５の形成後、異種材料部２６により貫通孔２３１を塞ぎ、その後、前述した第１実施形態と同様に、アルカリ金属を内部空間Ｓに導入することができる。
【０１３６】
なお、本実施形態では、異種材料部２６は、必ずしも、光透過部２２、２３Ａの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有していなくてもよい。
【０１３７】
以上説明したような第２実施形態に係る原子セル２Ａよっても、周波数安定度を向上させることができる。
【０１３８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第３実施形態に係る原子セルを示す縦断面図である。
【０１３９】
本実施形態は、原子セルが２つの異種材料部を有する以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【０１４０】
なお、以下の説明では、第３実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【０１４１】
図１０に示す原子セル２Ｂ（原子セル）は、第１実施形態の光透過部２３に代えて、光透過部２３Ａを備えている。また、原子セル２Ｂは、光透過部２３Ａに配置された異種材料部２６を備えている。
【０１４２】
ここで、光透過部２３Ａには、胴体部２１の貫通孔２１２に対応する位置に、光透過部２３Ａの厚さ方向に貫通する貫通孔２３１が形成されている。これにより、胴体部２１の貫通孔２１２と貫通孔２３１とが連通している。この貫通孔２３１は、光透過部２２の貫通孔２２１と同様、例えば、原子セル２Ｂの製造過程において、内部空間Ｓを形成した後に、内部空間Ｓにコーティング剤やアルカリ金属（またはアルカリ金属を生成するための化合物）を導入するのに用いることができる。
【０１４３】
このように２つの貫通孔２２１、２３１を設けることにより、前述した第２実施形態と同様、例えば、コーティング膜２５を形成する際、一方の貫通孔からコーティング剤を導入しつつ、他方の貫通孔からコーティングを排出することができる。
【０１４４】
以上説明したような第３実施形態に係る原子セル２Ｂよっても、周波数安定度を向上させることができる。
【０１４５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【０１４６】
図１１（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る原子セルを示す縦断面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す原子セルの横断面図である。
【０１４７】
本実施形態は、原子セルの金属溜り部および異種材料部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【０１４８】
なお、以下の説明では、第４実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【０１４９】
図１１に示す原子セル２Ｃ（原子セル）は、厚さ方向（上下方向）に貫通する貫通溝２１１Ｃを有する板状の胴体部２１Ｃと、貫通溝２１１Ｃの上下の開口を塞ぐ１対の光透過部２２Ｃ、２３Ｃと、貫通溝２１１Ｃの側方の開口を塞ぐ異種材料部２４Ｃと、を有している。ここで、貫通溝２１１Ｃは、側方に開放する開口部２１６を有し、異種材料部２４Ｃは、開口部２１６に形成された段差部２１６１と光透過部２２Ｃ、２３Ｃの側面２２２、２３２とに気密的に接合している。
【０１５０】
このように、異種材料部２４Ｃが胴体部２１Ｃに配置されていることにより、原子セル２Ｃの小型化を図ることができる。
【０１５１】
以上説明したような第４実施形態に係る原子セル２Ｃよっても、周波数安定度を向上させることができる。
【０１５２】
２．電子機器
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、優れた信頼性を有する。
【０１５３】
以下、本発明の電子機器について説明する。
図１２は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
【０１５４】
図１２に示す測位システム１００は、ＧＰＳ衛星２００と、基地局装置３００と、ＧＰＳ受信装置４００とで構成されている。
【０１５５】
ＧＰＳ衛星２００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。
基地局装置３００は、例えば電子基準点（ＧＰＳ連続観測局）に設置されたアンテナ３０１を介してＧＰＳ衛星２００からの測位情報を高精度に受信する受信装置３０２と、この受信装置３０２で受信した測位情報をアンテナ３０３を介して送信する送信装置３０４とを備える。
【０１５６】
ここで、受信装置３０２は、その基準周波数発振源として前述した本発明の原子発振器１を備える電子装置である。このような受信装置３０２は、優れた信頼性を有する。また、受信装置３０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置３０４により送信される。
【０１５７】
ＧＰＳ受信装置４００は、ＧＰＳ衛星２００からの測位情報をアンテナ４０１を介して受信する衛星受信部４０２と、基地局装置３００からの測位情報をアンテナ４０３を介して受信する基地局受信部４０４とを備える。
【０１５８】
３．移動体
図１３は、本発明の移動体の一例を示す図である。
【０１５９】
この図において、移動体１５００は、車体１５０１と、４つの車輪１５０２とを有しており、車体１５０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪１５０２を回転させるように構成されている。このような移動体１５００には、原子発振器１が内蔵されている。
このような移動体によれば、優れた信頼性を発揮することができる。
【０１６０】
なお、本発明の電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、携帯電話機、スマートフォン、タブレット端末、時計、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、パーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター）、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、地上デジタル放送、携帯電話基地局等に適用することができる。
【０１６１】
以上、本発明の原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【０１６２】
また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態と同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【０１６３】
また、本発明は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
【０１６４】
また、前述した実施形態では、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果を利用してセシウム等を共鳴遷移させる量子干渉装置に本発明の原子セルを用いた場合を例として説明したが、本発明の原子セルは、これに限定されず、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用してルビジウム等を共鳴遷移させる二重共鳴装置にも用いることができる。
【符号の説明】
【０１６５】
１‥‥原子発振器
２‥‥原子セル
２Ａ‥‥原子セル
２Ｂ‥‥原子セル
２Ｃ‥‥原子セル
３‥‥光出射部
５‥‥光検出部
６‥‥ヒーター
７‥‥温度センサー
８‥‥磁場発生部
１０‥‥制御部
１１‥‥温度制御部
１２‥‥励起光制御部
１３‥‥磁場制御部
２１‥‥胴体部
２１Ａ‥‥胴体部
２１Ｃ‥‥胴体部
２２‥‥光透過部
２２Ｃ‥‥光透過部
２３‥‥光透過部
２３Ａ‥‥光透過部
２３Ｃ‥‥光透過部
２４‥‥異種材料部
２４Ｃ‥‥異種材料部
２５‥‥コーティング膜
２６‥‥異種材料部
４１‥‥光学部品
４２‥‥光学部品
４３‥‥光学部品
４４‥‥光学部品
１００‥‥測位システム
２００‥‥ＧＰＳ衛星
２１０‥‥隔壁部
２１１‥‥貫通孔
２１１Ｃ‥‥貫通溝
２１２‥‥貫通孔
２１３‥‥溝
２１４‥‥貫通孔
２１５‥‥溝
２１６‥‥開口部
２２１‥‥貫通孔
２２２‥‥側面
２３１‥‥貫通孔
２３２‥‥側面
３００‥‥基地局装置
３０１‥‥アンテナ
３０２‥‥受信装置
３０３‥‥アンテナ
３０４‥‥送信装置
４００‥‥ＧＰＳ受信装置
４０１‥‥アンテナ
４０２‥‥衛星受信部
４０３‥‥アンテナ
４０４‥‥基地局受信部
１５００‥‥移動体
１５０１‥‥車体
１５０２‥‥車輪
２１６１‥‥段差部
２２１１‥‥段差部
Ｍ‥‥アルカリ金属
Ｓ‥‥内部空間
ＬＬ‥‥励起光
Ｐ‥‥金属化合物
【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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