(57)【要約】【課題】周波数安定度を向上させることができる原子セルおよびその製造方法を提供すること、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。【解決手段】本発明の原子セル２は、気体状のアルカリ金属を収納している貫通孔２１１による空間と、アルカリ金属放出材である化合物Ｐを収納している貫通孔２１２による空間と、液体状または固体状のアルカリ金属Ｍを収納している貫通孔２１３による空間と、を有する内部空間Ｓを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属原子と、
前記アルカリ金属原子を放出したアルカリ金属放出材と、
前記アルカリ金属原子および前記アルカリ金属放出材を収納している内部空間と、
を備え、
前記内部空間は、
気体状の前記アルカリ金属原子を収納している第１領域と、
前記アルカリ金属放出材を収納している第２領域と、
液体状または固体状の前記アルカリ金属原子を収納している第３領域と、
を有することを特徴とする原子セル。
【請求項２】
前記第１領域と前記第２領域との間に前記第３領域がある請求項１に記載の原子セル。
【請求項３】
前記第２領域と前記第３領域との間に前記第１領域がある請求項１に記載の原子セル。
【請求項４】
前記第１領域と前記第２領域との間を連通している連通孔を備え、
前記連通孔の幅が前記アルカリ金属放出材の幅よりも小さい請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子セル。
【請求項５】
前記第２領域に配置されているゲッター材を備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の原子セル。
【請求項６】
前記内部空間における気体状の前記アルカリ金属原子以外の気体の分圧が１０−４Ｐａ以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子セル。
【請求項７】
第１領域、第２領域および第３領域を有する内部空間を有していて、前記内部空間の前記第２領域に、アルカリ金属を含む固体状の化合物を収納しているセル容器を準備する準備工程と、
前記第２領域を加熱することにより、前記化合物から前記アルカリ金属を放出させる放出工程と、
前記第３領域の温度を前記第１領域の温度よりも低くする温度調節工程と、
を有することを特徴とする原子セルの製造方法。
【請求項８】
前記準備工程は、前記内部空間を封止するステップを含む請求項７に記載の原子セルの製造方法。
【請求項９】
前記放出工程の後に、前記第２領域を除去する除去工程を有する請求項７または８に記載の原子セルの製造方法。
【請求項１０】
前記除去工程は、前記温度調節工程よりも後に行う請求項９に記載の原子セルの製造方法。
【請求項１１】
前記準備工程において、前記第１領域と前記第２領域とは連通孔を介して連通しており、
前記除去工程は、前記連通孔を封鎖するステップを含む請求項９または１０に記載の原子セルの製造方法。
【請求項１２】
前記準備工程において、前記セル容器が複数繋がっている請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の原子セルの製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の原子セルを備えることを特徴とする量子干渉装置。
【請求項１４】
前記第１領域の温度が前記第３領域の温度よりも高い請求項１３に記載の量子干渉装置。
【請求項１５】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の原子セルを備えることを特徴とする原子発振器。
【請求項１６】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の原子セルを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の原子セルを備えることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子セル、原子セルの製造方法、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。いずれの原子発振器も、一般に、アルカリ金属を封入した原子セル（ガスセル）を備える。
【０００４】
このような原子セルを製造する方法として、特許文献１に開示されているように、アルカリ金属物を含有する化合物を収納した空洞部を密閉した後、その化合物を加熱反応させることによりアルカリ金属ガスを空洞部内に発生させる方法が知られている。かかる方法によれば、空洞部内の不要ガスを低減することができる。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の方法で得られたガスセルでは、密閉した空洞部内のアルカリ金属ガスの量が経時的に減少してしまい、その結果、周波数安定度が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−００７７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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およびその製造方法を提供すること、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】
【０００８】
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。
【０００９】
［適用例１］
本発明の原子セルは、アルカリ金属原子と、
前記アルカリ金属原子を放出したアルカリ金属放出材と、
前記アルカリ金属原子および前記アルカリ金属放出材を収納している内部空間と、
を備え、
前記内部空間は、
気体状の前記アルカリ金属原子を収納している第１領域と、
前記アルカリ金属放出材を収納している第２領域と、
液体状または固体状の前記アルカリ金属原子を収納している第３領域と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
このような原子セルによれば、内部空間の第３領域に液体状または固体状のアルカリ金属原子が余剰分として存在しているため、封止された内部空間の第１領域にある気体状のアルカリ金属原子の量が減少する（分圧が低下する）ことを低減することができる。そのため、長期にわたり優れた周波数安定度を実現することができる。
【００１１】
［適用例２］
本発明の原子セルでは、前記第１領域と前記第２領域との間に前記第３領域があることが好ましい。
【００１２】
これにより、第２領域を分離して除去しても、第１領域と第２領域とを連通させることができ、第１領域にある気体状のアルカリ金属原子の量が減少することを低減することができる。
【００１３】
［適用例３］
本発明の原子セルでは、前記第２領域と前記第３領域との間に前記第１領域があることが好ましい。
【００１４】
これにより、第２領域を加熱してアルカリ金属放出材からアルカリ金属原子を放出させたとき、第３領域の温度を第２領域の温度よりも低くすることが容易にできる。そのため、第３領域に液体状または固体状のアルカリ金属原子を容易に収納することができる。
【００１５】
［適用例４］
本発明の原子セルでは、前記第１領域と前記第２領域との間を連通している連通孔を備え、
前記連通孔の幅が前記アルカリ金属放出材の幅よりも小さいことが好ましい。
【００１６】
これにより、アルカリ金属放出材が第２領域から第１領域に移動することを低減することができる。
【００１７】
［適用例５］
本発明の原子セルでは、前記第２領域に配置されているゲッター材を備えることが好ましい。
【００１８】
これにより、内部空間にある不要ガスをゲッター材に吸着させて、原子セルの特性を優れたものとすることができる。
【００１９】
［適用例６］
本発明の原子セルでは、前記内部空間における気体状の前記アルカリ金属原子以外の気体の分圧が１０−４Ｐａ以下であることが好ましい。
このような不要ガスの量が少ない原子セルは、優れた特性を有する。
【００２０】
［適用例７］
本発明の原子セルの製造方法は、第１領域、第２領域および第３領域を有する内部空間を有していて、前記内部空間の前記第２領域に、アルカリ金属を含む固体状の化合物を収納しているセル容器を準備する準備工程と、
前記第２領域を加熱することにより、前記化合物から前記アルカリ金属を放出させる放出工程と、
前記第３領域の温度を前記第１領域の温度よりも低くする温度調節工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
このような原子セルの製造方法によれば、内部空間の第３領域に液体状または固体状のアルカリ金属原子が余剰分として存在している原子セルを得ることができる。得られた原子セルは、封止された内部空間の第１領域にある気体状のアルカリ金属原子の量（分圧）が低下するのを防止することができ、長期にわたり優れた周波数安定度を実現することができる。
【００２２】
［適用例８］
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程は、前記内部空間を封止するステップを含むことが好ましい。
【００２３】
これにより、得られる原子セルの内部空間における不要ガスの量を低減することができる。
【００２４】
［適用例９］
本発明の原子セルの製造方法では、前記放出工程の後に、前記第２領域を除去する除去工程を有することが好ましい。
【００２５】
これにより、得られる原子セルにおいて、アルカリ金属を放出した後の化合物を除去することができ、その化合物の影響を低減し、周波数安定度を高めることができる。
【００２６】
［適用例１０］
本発明の原子セルの製造方法では、前記除去工程は、前記温度調節工程よりも後に行うことが好ましい。
【００２７】
これにより、得られる原子セルにおいて、アルカリ金属を放出した後の化合物を除去することができる。
【００２８】
［適用例１１］
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記第１領域と前記第２領域とは連通孔を介して連通しており、
前記除去工程は、前記連通孔を封鎖するステップを含むことが好ましい。
これにより、第２領域を除去した内部空間を容易に封止することができる。
【００２９】
［適用例１２］
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記セル容器が複数繋がっていることが好ましい。
これにより、複数の原子セルを効率的に製造することができる。
【００３０】
［適用例１３］
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、優れた周波数安定度を発揮することができる。
【００３１】
［適用例１４］
本発明の量子干渉装置では、前記第１領域の温度が前記第３領域の温度よりも高いことが好ましい。
【００３２】
これにより、第１領域に気体状のアルカリ金属原子、第３領域に液体状または固体状のアルカリ金属を安定して存在させることができる。
【００３３】
［適用例１５］
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、優れた周波数安定度を発揮することができる。
【００３４】
［適用例１６］
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。
【００３５】
このような電子機器によれば、原子セルの周波数安定度を優れたものとすることができる。
【００３６】
［適用例１７］
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。
【００３７】
このような移動体によれば、原子セルの周波数安定度を優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】（ａ）は、図１に示す原子発振器が備える原子セルの縦断面図、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ線断面図（横断面図）である。
【図５】図４に示す原子セルの製造方法における準備工程に用いる部材を示す図である。
【図６】図４に示す原子セルの製造方法における準備工程、放出工程、温度調節工程および個片化工程を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る原子セルの変形例を説明するための図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る原子発振器が備える原子セルの縦断面図、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ線断面図（横断面図）である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る原子セルの変形例を説明するための図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る原子発振器が備える原子セルを示す横断面図である。
【図１１】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１２】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】
【００３９】
以下、本発明の原子セル、原子セルの製造方法、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。
【００４０】
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。
【００４１】
＜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。
【００４２】
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（ガスセル）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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
以下、原子発振器１の各部を簡単に説明する。
［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。
【００４９】
また、原子セル２内には、上記のほか、アルカリ金属化合物、ゲッター材等が配置されている。なお、この点については、原子セル２の構成とともに、後に詳述する。
【００５０】
［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。
【００５１】
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（共鳴光１および共鳴光２）を出射するものである。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
［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。
【００５５】
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。
【００５６】
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の内壁で反射するのを簡単かつ確実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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
［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。
【００６３】
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。
【００６４】
［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。
【００６５】
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。
【００６６】
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対の窓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の窓部にアルカリ金属原子が結露するの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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
［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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
［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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
［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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
また、磁場制御部１３は、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。
【００８２】
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。
【００８３】
（原子セルの詳細な説明）
図４（ａ）は、図１に示す原子発振器が備える原子セルの縦断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＡ−Ａ線断面図（横断面図）である。
【００８４】
なお、以下では、説明の便宜上、図４（ａ）中の上側を「上」、下側を「下」という。
図４（ａ）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対の窓部２２、２３とを有している。この原子セル２では、胴体部２１が１対の窓部２２、２３の間に配置されていて、気体状のアルカリ金属が封入されている内部空間Ｓを胴体部２１および１対の窓部２２、２３が区画形成（構成）している。
【００８５】
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）に貫通している貫通孔２１１、２１２、２１３と、胴体部２１の上面に開口していて貫通孔２１１と貫通孔２１３とを連通させている溝２１４と、胴体部２１の上面に開口していて貫通孔２１２と貫通孔２１３とを連通させている溝２１５と、が形成されている。なお、貫通孔２１２に代えて、胴体部２１の上面に開口している凹部を形成してもよい。同様に、貫通孔２１３に代えて、胴体部２１の上面に開口している凹部を形成してもよい。
【００８６】
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、中でも、ガラス材料、水晶、シリコン材料のいずれかを用いることが好ましく、シリコン材料を用いることがより好ましい。これにより、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、シリコンは、エッチングによる微細加工が可能である。したがって、胴体部２１をシリコンを用いて構成することにより、原子セル２の小型化を図っても、胴体部２１を簡単かつ高精度に形成することができる。また、窓部２２、２３がガラスで構成されている場合、胴体部２１と窓部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。
【００８７】
このような胴体部２１の下面には、板状の窓部２２が接合され、一方、胴体部２１の上面には、板状の窓部２３が接合されている。これにより、貫通孔２１１、２１２、２１３の下端側開口が窓部２２により封鎖されるとともに、貫通孔２１１、２１２、２１３の上端側開口および溝２１４、２１５の開口が窓部２３により封鎖されている。そして、貫通孔２１１、２１２、２１３および溝２１４、２１５で構成された内部空間Ｓが気密空間として形成されている。
【００８８】
胴体部２１と窓部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が、直接接合法または陽極接合法を用いることが好ましい。これにより、胴体部２１と窓部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。
【００８９】
このような胴体部２１に接合されている各窓部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、一方の窓部２２は、原子セル２の内部空間Ｓ内へ励起光ＬＬが入射する入射側窓部であり、他方の窓部２３は、原子セル２の内部空間Ｓ内から励起光ＬＬが出射する出射側窓部である。
【００９０】
窓部２２、２３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窓部２２、２３を実現することができる。また、胴体部２１がシリコンで構成されている場合、ガラスを用いて窓部２２、２３を構成することにより、胴体部２１と窓部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、窓部２２、２３の厚さや励起光の強度によっては、窓部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と窓部２２、２３とを直接接合することができる。
【００９１】
このような胴体部２１および窓部２２、２３により区画形成された内部空間Ｓには、気体状のアルカリ金属が収納されている。この内部空間Ｓ内に収納されている気体状のアルカリ金属は、貫通孔２１１内において、励起光ＬＬによって励起される。すなわち、貫通孔２１１内の空間の少なくとも一部は、励起光ＬＬが通過する「光通過空間」（第１領域）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、一方、光通過空間の横断面は、図示しないが、貫通孔２１１の横断面と相似形状（すなわち円形）をなし、かつ、貫通孔２１１の横断面よりも若干小さく設定されている。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。
【００９２】
また、内部空間Ｓの貫通孔２１３内の空間は、溝２１４内の空間を介して貫通孔２１１内の空間に連通しているとともに、溝２１５内の空間を介して貫通孔２１２内の空間に連通している。本実施形態では、貫通孔２１２、２１３の横断面は、それぞれ、矩形をなしている。なお、貫通孔２１２、２１３の横断面形状は、矩形に限定されず、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等であってもよい。
【００９３】
この貫通孔２１３内の空間には、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。すなわち、貫通孔２１３内の空間は、内部空間Ｓの一部を構成または内部空間Ｓに連通している空間であって、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「金属溜り部」（第３領域）を構成している。この液体状または固体状のアルカリ金属Ｍは、内部空間Ｓ内の気体状のアルカリ金属と飽和蒸気圧で平衡状態となっており、これにより、内部空間Ｓ内の気体状のアルカリ金属を所定濃度に保つことができる。また、貫通孔２１１内の空間とは離れた貫通孔２１３内の空間にアルカリ金属Ｍを配置することにより、アルカリ金属Ｍが周波数特性に影響を与えるのを低減することができる。
また、貫通孔２１２内の空間には、化合物Ｐおよびゲッター材Ｇが配置されている。
【００９４】
化合物Ｐは、前述した気体状のアルカリ金属および固体状のアルカリ金属Ｍを放出した「アルカリ金属放出材」であって、後述する原子セル２の製造に用いた金属化合物Ｐ１の分解反応後の残渣であり、例えば、未反応の金属化合物Ｐ１である。また、化合物Ｐは、金属化合物Ｐ１の分解反応により生成したアルカリ金属以外の生成物を含むこともある。また、貫通孔２１１内の空間とは離れた貫通孔２１２内の空間に化合物Ｐを配置することにより、化合物Ｐが周波数特性に影響を与えるのを低減することができる。
【００９５】
なお、金属化合物Ｐ１の分解反応により生じるアルカリ金属以外の生成物が窒素等の不活性ガスである場合、かかる生成物を緩衝ガスの一部として用いることができる。
【００９６】
ゲッター材Ｇ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。これにより、内部空間Ｓにあるアルカリ金属原子以外の不要物の少なくとも一部をゲッター材Ｇに吸着または吸収させることができる。そのため、原子セル２内に浮遊する不要物の量を低減でき、その結果、原子セル２内の不要物によってアルカリ金属原子の挙動が変化してＥＩＴ信号に影響を与えることによる周波数安定度の低下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。また、貫通孔２１１内の空間とは離れた貫通孔２１２内の空間にゲッター材Ｇを配置することにより、ゲッター材Ｇが周波数特性に影響を与えるのを低減することができる。
【００９７】
なお、化合物Ｐ、金属化合物Ｐ１およびゲッター材Ｇについては、後述する原子セル２の製造方法とともに詳述する。
【００９８】
以上のように、原子セル２の内部空間Ｓは、気体状のアルカリ金属（アルカリ金属原子）を収納している第１領域（貫通孔２１１による空間）と、アルカリ金属放出材である化合物Ｐを収納している第２領域（貫通孔２１２による空間）と、液体状または固体状のアルカリ金属Ｍを収納している第３領域（貫通孔２１３による空間）と、を有する。このような原子セル２によれば、内部空間Ｓの第３領域に液体状または固体状のアルカリ金属Ｍが余剰分として存在しているため、封止された内部空間Ｓの第１領域にある気体状のアルカリ金属原子の量（分圧）が低下するのを防止することができる。そのため、長期にわたり優れた周波数安定度を実現することができる。
【００９９】
ここで、貫通孔２１１内の温度が貫通孔２１３内の温度よりも高い。これにより、貫通孔２１１に気体状のアルカリ金属原子、貫通孔２１３内に液体状または固体状のアルカリ金属をそれぞれ安定して存在させることができる。
【０１００】
また、本実施形態では、貫通孔２１１による空間と貫通孔２１２による空間との間に貫通孔２１３による空間がある。これにより、後述するように、貫通孔２１２による空間を分離して除去しても、貫通孔２１１による空間と貫通孔２１２による空間とを連通させることができ、貫通孔２１１による空間にある気体状のアルカリ金属原子の量が低下するのを防止することができる。
【０１０１】
また、貫通孔２１１による空間と貫通孔２１２による空間との間を連通させている連通孔を構成する溝２１４、２１５の幅は、化合物Ｐの幅よりも小さい。これにより、化合物Ｐが貫通孔２１２内から貫通孔２１１内に移動するのを防止することができる。
【０１０２】
以上説明したような原子発振器１が備える原子セル２は、以下のようにして製造することができる。これにより、内部空間Ｓにおける気体状のアルカリ金属原子以外の気体の分圧を１０−４Ｐａ以下とすることができる。このような不要ガスの量が少ない原子セル２は、優れた特性を有する。
【０１０３】
（原子セルの製造方法）
以下、本発明の原子セルの製造方法について、前述した原子セル２を製造する場合を例に説明する。なお、以下では、胴体部２１がシリコンで構成され、窓部２２、２３がガラスで構成されている場合を例に説明する。
【０１０４】
図５は、図４に示す原子セルの製造方法における準備工程に用いる部材を示す図である。図６は、図４に示す原子セルの製造方法における準備工程、放出工程、温度調節工程および個片化工程を説明するための図である。
【０１０５】
原子セル２の製造方法は、［１］準備工程と、［２］放出工程と、［３］温度調節工程と、［４］個片化工程と、を有する。以下、各工程を順次説明する。
【０１０６】
［１］準備工程
１−１
まず、図５に示すように、胴体部形成用基板２１０および窓部形成用基板２２０、２３０を準備する。
【０１０７】
胴体部形成用基板２１０は、前述した胴体部２１を形成するためのシリコン基板であって、貫通孔２１１、２１２、２１３および溝２１４、２１５を有する。また、窓部形成用基板２２０は、前述した窓部２２を形成するためのガラス基板である。同様に、窓部形成用基板２３０は、前述した窓部２３を形成するためのガラス基板である。
【０１０８】
このように、胴体部形成用基板２１０がシリコンを含み、窓部形成用基板２２０、２３０がそれぞれガラスを含んでいることにより、エッチング技術やフォトリソグラフィ技術を用いて小型で高精度な原子セル２を製造することができる。
【０１０９】
本実施形態では、胴体部形成用基板２１０は、複数組の貫通孔２１１、２１２、２１３および溝２１４、２１５を有し、後述する［４］個片化工程で個片化されることにより、胴体部２１となる。また、窓部形成用基板２２０、２３０は、後述する［４］個片化工程で個片化されることにより窓部２２、２３となる。
【０１１０】
１−２
そして、図６（ａ）に示すように、内部空間Ｓに金属化合物Ｐ１およびゲッター材Ｇを配置した状態で、胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２２０、２３０とを接合する（第１接合工程）。
【０１１１】
詳細に説明すると、まず、胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２２０とを接合する。これにより、胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２２０とが接合された接合体（積層体）が得られる。
【０１１２】
胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２２０との接合は、加熱接合の１種である陽極接合により行うことが好ましい。これにより、比較的簡単に、胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２２０とを気密的に接合することができる。
【０１１３】
なお、胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２３０とを接合してもよい。この場合、後述する金属化合物Ｐ１およびゲッター材Ｇの配置後であって放出工程［２］の前に、胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２２０とを接合すればよい。
【０１１４】
次に、貫通孔２１２による凹部内に金属化合物Ｐ１およびゲッター材Ｇを配置する（配置工程）。また、このとき、図示しないが、かかる凹部内に、必要に応じて、金属化合物Ｐ１の分解反応に必要な還元剤を配置する。
【０１１５】
金属化合物Ｐ１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（アルカリ金属放出材）である。この金属化合物Ｐ１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Ｐ１は、後述する胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２３０との接合（第２接合工程）時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これら基板の接合時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、胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２３０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。
【０１１６】
また、金属化合物Ｐ１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Ｐ１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Ｐ１と別体であってもよいし、金属化合物Ｐ１との混合物または集合体として一体であってもよい。
【０１１７】
また、ゲッター材Ｇ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Ｇ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Ｇを用いることにより、後述する第２接合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Ｇに吸着または吸収させることができる。なお、ゲッター材Ｇは、金属化合物Ｐ１と別体であってもよいし、金属化合物Ｐ１との混合物または集合体として一体であってもよい。
【０１１８】
次に、胴体部形成用基板２１０（第１基板の一方の面側）と窓部形成用基板２３０とを接合する（第２接合工程：封止工程）。これにより、貫通孔２１１、２１２、２１３および溝２１４、２１５で構成された凹部が封止され、内部空間Ｓが形成される。
【０１１９】
胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２３０との接合方法としては、前述した胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２３０との接合方法と同様の方法を用いることができる。
【０１２０】
陽極接合では胴体部形成用基板２１０および窓部形成用基板２２０、２３０が高温となる一方、例えばアルカリ金属単体は融点および沸点が比較的低い。そのため、加熱接合時にアルカリ金属単体が存在していると、胴体部形成用基板２１０および窓部形成用基板２３０との接合面にアルカリ金属が付着してしまい、接合強度の低下を招いてしまう。これに対し、第２接合工程（封止工程）において、貫通孔２１２で構成された凹部内に配置された金属化合物Ｐ１は、陽極接合時の熱のもとでも固体状を維持するため、胴体部形成用基板２１０および窓部形成用基板２３０との接合面にアルカリ金属が付着することを防止または低減することができる。
【０１２１】
以上のように、準備工程［１］では、胴体部形成用基板２１０および窓部形成用基板２２０、２３０からなる接合体を準備する。この接合体は、互いに連通している貫通孔２１１、２１２、２１３を有する内部空間Ｓを有していて、内部空間Ｓの貫通孔２１２内に、アルカリ金属を含む固体状の化合物を収納している複数の「セル容器」である。
【０１２２】
ここで、セル容器が複数繋がっているため、後述する個片化工程［４］を経て、複数の原子セル２を効率的に製造することができる。
【０１２３】
また、準備工程［１］は、前述したように内部空間Ｓを封止するステップを含むため、得られる原子セル２の内部空間Ｓにおける不要ガスの量を低減することができる。
【０１２４】
［２］放出工程（化合物分解工程）
次に、図６（ｂ）に示すように、レーザー（エネルギー線）を金属化合物Ｐ１に照射する。これにより、金属化合物Ｐ１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。
【０１２５】
このとき、金属化合物Ｐ１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、未反応の金属化合物Ｐ１が残渣として残り化合物Ｐとなる。
【０１２６】
具体的に説明すると、例えば、金属化合物Ｐ１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。
【０１２７】
また、金属化合物Ｐ１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。
【０１２８】
本工程では、金属化合物Ｐ１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Ｐ１を分解反応させることができる。なお、図６（ｂ）では、レーザーを用いて金属化合物Ｐ１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Ｐ１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Ｐ１を加熱して分解反応を生じさせてもよい。
【０１２９】
以上のようにして、貫通孔２１２内を加熱することにより、金属化合物Ｐ１からアルカリ金属を放出させる放出工程を行う。
【０１３０】
［３］温度調節工程
放出工程［２］と同時またはその後に、貫通孔２１３付近の温度を貫通孔２１１付近の温度よりも低くする。前述した放出工程［２］では、金属化合物Ｐ１から飽和量以上の気体状のアルカリ金属が放出される。したがって、貫通孔２１３付近の温度を貫通孔２１１付近の温度よりも低くすることにより、貫通孔２１３内に液体状または固定状のアルカリ金属Ｍを凝結させることができる。
【０１３１】
なお、図６では、放出工程［２］と同時に（重複した時間をもって）温度調節工程［３］を行う場合を例に図示しているが、温度調節工程［３］は、放出工程［２］の後であってもよく、後述する個片化工程［４］の後に行ってもよい。また、図６では、貫通孔２１３付近を冷却する場合を例に図示しているが、貫通孔２１３付近の温度が貫通孔２１１、２１２付近の温度よりも低くなる関係を有すれば、これに限定されず、例えば、貫通孔２１１付近を加熱してもよい。
【０１３２】
以上のようにして、貫通孔２１１内の温度を貫通孔２１３内の温度よりも低くする温度調節工程を行う。
【０１３３】
［４］個片化工程
次に、例えばダイシングにより、胴体部形成用基板２１０および窓部形成用基板２２０、２３０からなる積層構造体（接合体）を個片化する。これにより、図６（ｃ）に示すように、原子セル２が得られる。
【０１３４】
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。すなわち、内部空間Ｓの貫通孔２１３内に液体状または固体状のアルカリ金属Ｍが余剰分として存在している原子セル２を得ることができる。得られた原子セル２は、封止された内部空間Ｓの貫通孔２１１内にある気体状のアルカリ金属原子の量（分圧）が低下するのを防止することができ、長期にわたり優れた周波数安定度を実現することができる。
【０１３５】
また、固体状の金属化合物Ｐ１を用いて内部空間Ｓにアルカリ金属原子を封入するため、胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２３０との接合面にアルカリ金属原子が付着するのを防止することができる。そのため、胴体部形成用基板２１０と窓部形成用基板２３０とを簡単かつ強固に接合することができる。その結果、原子セル２の信頼性を向上させることができる。
【０１３６】
（変形例）
図７は、本発明の第１実施形態に係る原子セルの変形例を説明するための図である。
【０１３７】
前述した原子セル２は、そのままの形態で原子発振器１に組み込んで用いてもよいが、溝２１５による空間（連通孔）を封鎖した形態で用いてもよいし、また、溝２１５による空間（連通孔）を封鎖するとともに貫通孔２１２による空間を切り離して除去した形態で用いてもよい。
【０１３８】
このような形態の場合、例えば、前述した原子セル２の製造方法において、温度調節工程［３］後かつ個片化工程［４］前に、図７（ａ）に示すように、窓部形成用基板２３０の溝２１５付近を溶融し、その溶融により形成された封止部２１６により溝２１５内を封鎖する。その後、例えばダイシングにより、個片化するとともに、貫通孔２１２部分を除去する。これにより、図７（ｂ）に示すように、胴体部２１Ａと窓部２２Ａ、２３Ａとが接合されてなる原子セル２Ａを得ることができる。この原子セル２Ａは、前述した原子セル２において、溝２１５による空間（連通孔）を封鎖するとともに貫通孔２１２による空間を切り離して除去した形態である。
【０１３９】
以上説明したような原子セル２Ａによれば、内部空間Ｓに化合物Ｐやゲッター材Ｇが存在しないため、例えば、内部空間Ｓにある必要なガスを化合物Ｐやゲッター材Ｇが吸着することがなく、内部空間Ｓのガス組成の変動を低減することができる。
【０１４０】
ここで、放出工程［２］の後に、貫通孔２１２を除去する除去工程を有することにより、得られる原子セル２において、アルカリ金属を放出した後の化合物Ｐを除去することができ、その化合物Ｐの影響を低減し、周波数安定度を高めることができる。
【０１４１】
また、かかる除去工程を温度調節工程［３］よりも後に行うことにより、得られる原子セル２において、アルカリ金属を放出した後の化合物Ｐを除去することができる。
【０１４２】
前述したように、準備工程［１］において、貫通孔２１１内と貫通孔２１２内とは溝２１４、２１５を介して連通しており、除去工程は、溝２１５を封鎖するステップを含む。これにより、貫通孔２１２を除去した内部空間Ｓを容易に封止することができる。
【０１４３】
＜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。
【０１４４】
図８（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る原子発振器が備える原子セルの縦断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）中のＡ−Ａ線断面図（横断面図）である。図９は、本発明の第２実施形態に係る原子セルの変形例を説明するための図である。
【０１４５】
本実施形態は、第２領域の除去を容易にするための切込みを原子セルに設けた以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【０１４６】
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。
【０１４７】
図８に示す原子セル２Ｂ（ガスセル）では、溝２１５の周囲に切込み２４が形成されている。言い換えると、溝２１５の周囲が他の部分よりも脆弱な脆弱部となっている。これにより、溝２１５による空間（連通孔）を封鎖するとともに貫通孔２１２による空間を切り離することが容易となる。
【０１４８】
例えば、図９（ａ）に示すように、窓部２３の溝２１５付近を溶融し、その溶融により形成された封止部２１７により溝２１５内を封鎖する。このとき、溝２１５の周囲が前述したような脆弱部であるため、その溶融とともに貫通孔２１２部分を除去することができる。これにより、図９（ｂ）に示すように、原子セル２Ｃを得ることができる。この原子セル２Ｃは、前述した原子セル２Ｂにおいて、溝２１５による空間（連通孔）を封鎖するとともに貫通孔２１２による空間を切り離して除去した形態である。
【０１４９】
＜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。
【０１５０】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る原子発振器が備える原子セルを示す横断面図である。
【０１５１】
本実施形態は、第１領域に対する第２領域および第３領域の位置関係が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【０１５２】
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。
【０１５３】
図１０に示す原子セル２Ｄの胴体部２１Ｄでは、貫通孔２１２と貫通孔２１３との間に貫通孔２１１が配置されている。すなわち、貫通孔２１１に対して、一方側に貫通孔２１２が配置され、他方側に貫通孔２１３が配置されている。そして、貫通孔２１２が溝２１８を介して貫通孔２１１に連通し、また、貫通孔２１３が溝２１９を介して貫通孔２１１に連通している。
【０１５４】
このような原子セル２Ｄによれば、貫通孔２１２による空間（第２領域）と貫通孔２１３による空間（第３領域）との間に貫通孔２１１による空間（第１領域）があるため、貫通孔２１２内を加熱してアルカリ金属放出材からアルカリ金属原子を放出させたとき、貫通孔２１３内の温度を貫通孔２１２内の温度よりも低くすることが容易にできる。そのため、貫通孔２１３内に液体状または固体状のアルカリ金属Ｍを容易に収納することができる。なお、貫通孔２１１の周方向における貫通孔２１２、２１３の位置関係は、図示のものに限定されず、例えば、貫通孔２１１に対して図１０中の上側または下側に貫通孔２１２が配置されていてもよい。
【０１５５】
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。
【０１５６】
以下、本発明の電子機器について説明する。
図１１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。
【０１５７】
図１１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。
ＧＰＳ衛星２００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
３．移動体
図１２は、本発明の移動体の一例を示す図である。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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、ＧＰＳモジュール等に適用することができる。
【０１６４】
以上、本発明の原子セル、原子セルの製造方法、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。
【０１６５】
また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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】
【０１６８】
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
２Ｄ‥‥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
２１Ｄ‥‥胴体部
２２‥‥窓部
２２Ａ‥‥窓部
２３‥‥窓部
２３Ａ‥‥窓部
２４‥‥切込み
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‥‥胴体部形成用基板
２１１‥‥貫通孔
２１２‥‥貫通孔
２１３‥‥貫通孔
２１４‥‥溝
２１５‥‥溝
２１６‥‥封止部
２１７‥‥封止部
２１８‥‥溝
２１９‥‥溝
２２０‥‥窓部形成用基板
２３０‥‥窓部形成用基板
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
Ｇ‥‥ゲッター材
ＬＬ‥‥励起光
Ｍ‥‥アルカリ金属
Ｐ‥‥化合物
Ｐ１‥‥金属化合物
Ｓ‥‥内部空間
【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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