(57)【要約】【課題】安定的に製造でき高精度で計測することが可能な磁気計測装置、ガスセル、磁気計測装置の製造方法、およびガスセルの製造方法を提供する。【解決手段】磁場を計測する磁気計測装置１００は、主室１４と、リザーバー１６と、主室１４とリザーバー１６とを連通する連通孔１５と、を備えたガスセル１０を含み、主室１４とリザーバー１６とにはアルカリ金属ガス１３が充填され、リザーバー１６には、アルカリ金属固体２４およびアルカリ金属液体２４ａの少なくとも一方が配置されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を計測する磁気計測装置であって、
第１室と、第２室と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通孔と、を備えたガスセルを含み、
前記第１室と前記第２室とにはアルカリ金属のガスが充填され、
前記第２室には、前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方が配置されていることを特徴とする磁気計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気計測装置であって、
前記第２室には、ガラス片が配置され、
前記ガラス片には、前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方が付着していることを特徴とする磁気計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気計測装置であって、
前記第１室と前記第２室とは第１ガラスで構成され、
前記ガラス片は、前記第１ガラスとは異なる第２ガラスで構成されることを特徴とする磁気計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気計測装置であって、
前記第１ガラスの厚さは１ｍｍ〜５ｍｍであり、前記第２ガラスの厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする磁気計測装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の磁気計測装置であって、
前記第１ガラスにおける紫外光の透過率は、前記第２ガラスにおける紫外光の透過率よりも高いことを特徴とする磁気計測装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気計測装置であって、
前記連通孔の径は、０．４ｍｍ〜１ｍｍであることを特徴とする磁気計測装置。
【請求項７】
第１室と、第２室と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通孔と、を備え、
前記第１室と前記第２室とにはアルカリ金属のガスが充填され、
前記第２室には、前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方が配置されていることを特徴とするガスセル。
【請求項８】
磁場を計測する磁気計測装置の製造方法であって、
第１室と、第２室と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通孔と、を備えたガスセルの前記第２室に、アルカリ金属の固体が封入されたアンプルを配置し、前記第１室と前記第２室と前記連通孔とを密封する工程と、
前記アンプルを破壊して、前記第２室に前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方を配置する工程と、
前記第１室と前記第２室とに、前記アルカリ金属のガスを充填する工程と、
を含むことを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記アンプルにレーザー光を照射することにより前記アンプルを破壊することを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記アンプルに衝撃を加えることにより前記アンプルを破壊することを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項１１】
第１室と連通孔を介して連通する第２室に、アルカリ金属の固体が封入されたアンプルを配置し、前記第１室と前記連通孔と前記第２室とを密封する工程と、
前記アンプルを破壊して、前記第２室に前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方を配置する工程と、
前記第１室と前記第２室とに、前記アルカリ金属のガスを充填する工程と、
を含むことを特徴とするガスセルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気計測装置、ガスセル、磁気計測装置の製造方法、およびガスセルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属ガスが封入されたガスセルに直線偏光を照射し、偏光面の回転角に応じて磁場を測定する光ポンピング式の磁気計測装置が知られている。特許文献１に、ガラスからなるセル内に、ガラス管の中空部にアルカリ金属が封入されたアンプルを収容し、そのアンプルにレーザー光を照射することによりアンプル（ガラス管）に貫通孔を形成し、アンプル内のアルカリ金属を蒸発させて、その蒸気（ガス）をセル内に充満させたガスセルを備えた磁気計測装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８３２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガスセル内におけるアルカリ金属のガスの濃度が低かったり不安定であったりすると、磁気計測装置の性能が低下して精度良く計測できない場合や、磁気計測装置が機能しない場合がある。そのため、ガスセル内におけるアルカリ金属のガスの濃度のばらつきを抑えて安定的に製造でき、高精度で計測することが可能なガスセルおよび磁気計測装置とその製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る磁気計測装置は、磁場を計測する磁気計測装置であって、第１室と、第２室と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通孔と、を備えたガスセルを含み、前記第１室と前記第２室とにはアルカリ金属のガスが充填され、前記第２室には、前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方が配置されていることを特徴とする。
【０００７】
本適用例の構成によれば、第２室にアルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方が配置されている。そのため、アルカリ金属の固体や液体が配置されていない場合と比べて、第２室にアルカリ金属が蒸発したガスが安定的に供給されるとともに、第２室で不要なガスが発生した場合に、アルカリ金属のガスだけでなくアルカリ金属の固体や液体も不要なガスとの反応に寄与するので、第２室内の不要なガスをより速く低減できる。これにより、第２室と連通する第１室への不要なガスの拡散が抑えられ、かつ、第２室から第１室へ流入するアルカリ金属のガスの量をより多くできる。したがって、第２室および第１室において、不要なガスとアルカリ金属のガスとの反応をより速く終わらせ、アルカリ金属のガスの濃度を安定させることができる。この結果、ガスセル内におけるアルカリ金属のガスの濃度の低下やばらつきを抑えて安定的に製造でき、磁場を高精度で計測することが可能なガスセルおよび磁気計測装置を提供することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係る磁気計測装置であって、前記第２室には、ガラス片が配置され、前記ガラス片には、前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方が付着していることが好ましい。
【０００９】
本適用例の構成によれば、第２室に配置されたガラス片にアルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方が付着しているため、ガラス片から不要なガスが発生しても、アルカリ金属のガスとともにアルカリ金属の固体または液体が不要なガスと反応することで、第２室内の不要なガスを低減できる。また、ガラス片におけるアルカリ金属の固体または液体が付着した部分では、その表面がアルカリ金属の固体または液体で覆われるため、アルカリ金属の固体や液体が付着していない場合と比べて、不要なガスの新たな発生が抑えられる。これにより、第２室と連通する第１室への不要なガスの拡散を抑え、第２室および第１室においてアルカリ金属のガスの濃度をより速く安定させることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係る磁気計測装置であって、前記第１室と前記第２室とは第１ガラスで構成され、前記ガラス片は、前記第１ガラスとは異なる第２ガラスで構成されることが好ましい。
【００１１】
本適用例の構成によれば、第２室において第１ガラスと第２ガラス（ガラス片）とから不要なガスが発生しても、アルカリ金属の固体または液体が不要なガスと反応することで第２室内の不要なガスを低減できるので、第１室への不要なガスの拡散を抑えることができる。また、第１室において第１ガラスから不要なガスが発生してアルカリ金属のガスと反応しアルカリ金属のガスが減少してしまった場合でも、第２室に配置されたアルカリ金属の固体または液体が蒸発して第１室へ拡散されるので、第１室におけるアルカリ金属のガスの濃度を安定させることができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係る磁気計測装置であって、前記第１ガラスの厚さは１ｍｍ〜５ｍｍであり、前記第２ガラスの厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００１３】
本適用例の構成によれば、第２ガラスの厚さは第１ガラスの厚さの１／１０程度であるため、例えばレーザー光を照射することや衝撃を加えることにより、第２ガラスは第１ガラスよりも容易に破壊することが可能である。そのため、アルカリ金属を封入した第２ガラスからなるアンプルを、第１ガラスからなるガスセルの第２室に配置し、アンプルを選択的に加工して破壊することにより、アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方を第２室に配置し、アルカリ金属が蒸発した蒸気を第２室から拡散させて第１室に充填することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係る磁気計測装置であって、前記第１ガラスにおける紫外光の透過率は、前記第２ガラスにおける紫外光の透過率よりも高いことが好ましい。
【００１５】
本適用例の構成によれば、第１ガラスにおける紫外光の透過率が第２ガラスにおける紫外光の透過率よりも高いので、第１ガラスにおける紫外光の吸収係数は第２ガラスにおける紫外光の吸収係数よりも小さい。そのため、紫外光領域のレーザー光を照射すると、レーザー光は第１ガラスを透過し、第２ガラスに吸収される。これにより、第１ガラスからなるガスセルに損傷を与えることなく、第２ガラスからなるアンプルを選択的に加工することができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に係る磁気計測装置であって、前記連通孔の径は、０．４ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましい。
【００１７】
本適用例の構成によれば、連通孔の径が０．４ｍｍ〜１ｍｍと小さいので、アルカリ金属の固体や液体は連通孔を通りにくい。そのため、第２室に配置されたアルカリ金属の固体または液体の第１室への侵入を抑えつつ、第２室でアルカリ金属の固体または液体が蒸発した蒸気を第１室へ拡散することができる。
【００１８】
［適用例７］本適用例に係るガスセルは、第１室と、第２室と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通孔と、を備え、前記第１室と前記第２室とにはアルカリ金属のガスが充填され、前記第２室には、前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方が配置されていることを特徴とする。
【００１９】
本適用例の構成によれば、第２室にアルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方が配置されている。そのため、アルカリ金属の固体や液体が配置されていない場合と比べて、第２室にアルカリ金属のガスが安定的に供給されるとともに、第２室で不要なガスが発生した場合に、アルカリ金属のガスだけでなくアルカリ金属の固体や液体も不要なガスとの反応に寄与するので、第２室内の不要なガスをより速く低減できる。これにより、第２室と連通する第１室への不要なガスの拡散が抑えられ、かつ、第２室から第１室へ流入するアルカリ金属のガスの量をより多くできる。これにより、第２室および第１室において、不要なガスとアルカリ金属のガスとの反応をより速く終わらせ、アルカリ金属のガスの濃度を安定させることができる。この結果、ガスセル内におけるアルカリ金属のガスの濃度の低下やばらつきを抑えて安定的に製造することが可能なガスセルおよび磁気計測装置を提供できる。
【００２０】
［適用例８］本適用例に係る磁気計測装置の製造方法は、磁場を計測する磁気計測装置の製造方法であって、第１室と、第２室と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通孔と、を備えたガスセルの前記第２室に、アルカリ金属の固体が封入されたアンプルを配置し、前記第１室と前記第２室と前記連通孔とを密封する工程と、前記アンプルを破壊して、前記第２室に前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方を配置する工程と、前記第１室と前記第２室とに、前記アルカリ金属のガスを充填する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
本適用例の製造方法によれば、アルカリ金属の固体が封入されたアンプルをガスセルの第２室に配置して第１室と第２室と連通孔とを密封し、第２室内でアンプルを破壊してアルカリ金属の固体、およびアルカリ金属の固体が溶融した液体の少なくとも一方を第２室に配置する。そのため、アンプルに貫通孔を形成してアルカリ金属を蒸発させる場合と比べて、第２室にアルカリ金属のガスが安定的に供給されるとともに、第２室で不要なガスが発生した場合に、アルカリ金属のガスだけでなくアルカリ金属の固体や液体も不要なガスとの反応に寄与するので、第２室内の不要なガスをより速く低減できる。これにより、第２室と連通する第１室への不要なガスの拡散が抑えられ、かつ、第２室から第１室へ流入するアルカリ金属のガスの量をより多くできる。これにより、第２室および第１室において、不要なガスとアルカリ金属のガスとの反応をより速く終わらせ、アルカリ金属のガスの濃度を安定させることができる。この結果、ガスセル内におけるアルカリ金属のガスの濃度の低下やばらつきが抑えられるので、磁場を高精度で計測することが可能な磁気計測装置を安定的に製造することができる。
【００２２】
［適用例９］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記アンプルにレーザー光を照射することにより前記アンプルを破壊してもよい。
【００２３】
本適用例の製造方法によれば、アンプルにレーザー光を照射することによりアンプルを破壊して、アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方を第２室に配置することができる。
【００２４】
［適用例１０］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記アンプルに衝撃を加えることにより前記アンプルを破壊してもよい。
【００２５】
本適用例の製造方法によれば、アンプルに衝撃を加えることによりアンプルを破壊して、アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方を第２室に配置することができる。
【００２６】
［適用例１１］本適用例に係るガスセルの製造方法は、第１室と連通孔を介して連通する第２室に、アルカリ金属の固体が封入されたアンプルを配置し、前記第１室と前記連通孔と前記第２室とを密封する工程と、前記アンプルを破壊して、前記第２室に前記アルカリ金属の固体および液体の少なくとも一方を配置する工程と、前記第１室と前記第２室とに、前記アルカリ金属のガスを充填する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
本適用例の製造方法によれば、アルカリ金属の固体が封入されたアンプルを第２室に配置して第１室と第２室と連通孔とを密封し、第２室内でアンプルを破壊してアルカリ金属の固体、およびアルカリ金属の固体が溶融した液体の少なくとも一方を第２室に配置する。そのため、アンプルに貫通孔を形成してアルカリ金属を蒸発させる場合と比べて、第２室にアルカリ金属のガスが安定的に供給されるとともに、第２室で不要なガスが発生した場合に、アルカリ金属のガスだけでなくアルカリ金属の固体や液体も不要なガスとの反応に寄与するので、第２室内の不要なガスをより速く低減できる。これにより、第２室と連通する第１室への不要なガスの拡散が抑えられ、かつ、第２室から第１室へ流入するアルカリ金属のガスの量をより多くできる。これにより、第２室および第１室において、不要なガスとアルカリ金属のガスとの反応をより速く終わらせ、アルカリ金属のガスの濃度を安定させることができる。この結果、ガスセル内におけるアルカリ金属のガスの濃度の低下やばらつきが抑えられるので、磁場を高精度で計測することが可能なガスセルを安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る磁気計測装置の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態に係るガスセルおよびアンプルの構成を示す概略断面図。
【図３】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図４】光の波長とガラス材料の透過率との関係を比較して示す図。
【図５】変形例１に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大、縮小、あるいは誇張して表示している。また、説明に必要な構成要素以外は図示を省略する場合がある。
【００３０】
＜磁気計測装置の構成＞
本実施形態に係る磁気計測装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る磁気計測装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る磁気計測装置１００は、非線形光学回転（Nonlinear Magneto-Optical Rotation：ＮＭＯＲ）を用いた磁気計測装置である。磁気計測装置１００は、例えば、心臓からの磁場（心磁）や脳からの磁場（脳磁）などの生体から発生される微小な磁場を測定する生体状態測定装置（心磁計または脳磁計など）に用いられる。磁気計測装置１００は、金属探知機などにも用いることができる。
【００３１】
図１に示すように、磁気計測装置１００は、光源１と、光ファイバー２と、コネクター３と、偏光板４と、ガスセル１０と、偏光分離器５と、光検出器（Photo Detector：ＰＤ）６と、光検出器７と、信号処理回路８と、表示装置９とを備えている。ガスセル１０内には、アルカリ金属ガス（気体の状態のアルカリ金属原子）が封入されている。アルカリ金属としては、例えば、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）などを用いることができる。以下では、アルカリ金属としてセシウムを用いる場合を例に取り説明する。
【００３２】
光源１は、セシウムの吸収線に応じた波長（例えばＤ１線に相当する８９４ｎｍ）のレーザービームを出力する装置、例えばチューナブルレーザーである。光源１から出力されるレーザービームは、連続的に一定の光量を有する、いわゆるＣＷ（Continuous Wave）光である。
【００３３】
偏光板４は、レーザービームを特定方向に偏光させ、直線偏光にする素子である。光ファイバー２は、光源１により出力されたレーザービームを、ガスセル１０側に導く部材である。光ファイバー２には、例えば、基本モードのみを伝播するシングルモードの光ファイバーが用いられる。コネクター３は、光ファイバー２を偏光板４に接続するための部材である。コネクター３は、ねじ込み式で、光ファイバー２を偏光板４に接続する。
【００３４】
ガスセル１０は、内部に空隙を有する箱（セル）であり、この空隙（図２（ａ）に示す主室１４）にはアルカリ金属の蒸気（図２（ａ）に示すアルカリ金属ガス１３）が封入されている。ガスセル１０の構成については、後述する。
【００３５】
偏光分離器５は、入射したレーザービームを、互いに直交する２つの偏光成分のビームに分離する素子である。偏光分離器５は、例えば、ウォラストンプリズムまたは偏光ビームスプリッターである。光検出器６および光検出器７は、レーザービームの波長に感度を有する検出器であり、入射光の光量に応じた電流を信号処理回路８に出力する。光検出器６および光検出器７は、それ自体が磁場を発生すると測定に影響を与える可能性があるので、非磁性の材料で構成されることが望ましい。光検出器６および光検出器７は、ガスセル１０からみて偏光分離器５と同じ側（下流側）に配置される。
【００３６】
磁気計測装置１００における各部の配置を、レーザービームの経路に沿って説明すると、レーザービームの経路の最上流には光源１が位置し、以下、上流側から、光ファイバー２、コネクター３、偏光板４、ガスセル１０、偏光分離器５、および光検出器６，７の順で配置されている。
【００３７】
磁気計測装置１００における各部の動作を、レーザービームの進行に沿って説明する。光源１から出力されたレーザービームは、光ファイバー２に導かれて偏光板４に到達する。偏光板４に到達したレーザービームは、偏光度がより高い直線偏光になる。ガスセル１０を透過しているレーザービームは、ガスセル１０に封入されているアルカリ金属原子を励起（光ポンピング）する。このとき、レーザービームは、磁場の強さに応じた偏光面回転作用を受けて偏光面が回転する。ガスセル１０を透過したレーザービームは偏光分離器５により２つの偏光成分のビームに分離される。２つの偏光成分のビームの光量は、光検出器６および光検出器７で計測（プロービング）される。
【００３８】
信号処理回路８は、光検出器６および光検出器７により計測されたビームの光量を示す信号をそれぞれから受け取る。信号処理回路８は、受け取った各信号に基づいて、レーザービームの偏光面の回転角を計測する。偏光面の回転角は、レーザービームの伝播方向の磁場の強さに基づく関数で表される（例えば、Ｄ．バドカー、外５名，「原子の共鳴非線形磁気光学回転効果」，レビュー・オブ・モダン・フィジクス誌，米国，米国物理学会，２００２年１０月，第７４巻，第４号，ｐ．１１５３−１２０１の数式（２）を参照。数式（２）は線形光学回転に関するものであるが、ＮＭＯＲの場合もほぼ同様の式を用いることができる）。信号処理回路８は、偏光面の回転角からレーザービームの伝播方向における磁場の強さを測定する。表示装置９は、信号処理回路８により測定された磁場の強さを表示する。
【００３９】
続いて、本実施形態に係るガスセルとガスセルに用いられるアンプルとについて、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るガスセルおよびアンプルの構成を示す概略断面図である。詳しくは、図２（ａ）はガスセルの概略断面図であり、図２（ｂ）はアンプルの概略断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【００４０】
＜ガスセルの構成＞
図２（ａ）に、本実施形態に係るガスセル１０の概略断面を示す。図２（ａ）において、ガスセル１０の高さ方向をＺ軸とし、上方７０側を＋Ｚ方向とする。Ｚ軸と交差する方向であって、ガスセル１０の長さ方向をＸ軸とし、図２（ａ）における右側を＋Ｘ方向とする。そして、Ｚ軸およびＸ軸と交差する方向であって、ガスセル１０の幅方向をＹ軸とし、図２（ａ）の紙面における手前から奥へ向う側を＋Ｙ方向とする。
【００４１】
図２（ａ）に示すように、本実施形態に係るガスセル１０は、セル部１２と封止部１９とで構成される。セル部１２は、内部に空隙を有する箱（セル）であり、第１ガラスとしての石英ガラスにより形成されている。セル部１２の内壁は、例えばパラフィンなどによりコーティングされていてもよい。セル部１２の厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍであり、例えば、１．５ｍｍ程度である。
【００４２】
セル部１２は、内部の空隙として、第１室としての主室１４と、第２室としてのリザーバー１６とを有している。主室１４とリザーバー１６とは、Ｘ方向に沿って並ぶように配置されており、連通孔１５を介して連通している。連通孔１５は、主室１４およびリザーバー１６の上方（＋Ｚ方向）側に設けられている。連通孔１５の内径は、例えば、０．４ｍｍ〜１ｍｍ程度である。
【００４３】
セル部１２のリザーバー１６側の端部には、開口部１８が設けられている。開口部１８は封止部１９により封止されており、これにより、セル部１２（主室１４およびリザーバー１６）が密封されている。封止部１９の材料としては、例えば、低融点ガラスフリットが用いられる。
【００４４】
主室１４とリザーバー１６とには、アルカリ金属が蒸発したガス（以下ではアルカリ金属ガスという）１３が充填されている。主室１４とリザーバー１６とには、アルカリ金属ガス１３の他に、希ガス等の不活性ガスが存在していてもよい。リザーバー１６には、ガラス片２２ａと、アルカリ金属の固体（以下ではアルカリ金属固体という）２４と、アルカリ金属が溶融した液体（以下ではアルカリ金属液体という）２４ａとが配置されている。ガラス片２２ａには、アルカリ金属固体２４とアルカリ金属液体２４ａとが付着している。
【００４５】
ガラス片２２ａは、後述するアンプル２０（図２（ｂ）参照）のガラス管２２が破壊されて複数の破片に分断されたものである。アルカリ金属固体２４は、破壊される前のアンプル２０に封入されており、アンプル２０が破壊されたことにより放出されたものである。アルカリ金属液体２４ａは、アルカリ金属固体２４が熱により溶融したものである。アルカリ金属ガス１３は、アルカリ金属固体２４およびアルカリ金属液体２４ａが蒸発したものである。
【００４６】
なお、リザーバー１６にはアルカリ金属固体２４またはアルカリ金属液体２４ａのいずれか一方のみが配置されていてもよいし、ガラス片２２ａにはアルカリ金属固体２４またはアルカリ金属液体２４ａのいずれか一方のみが付着していてもよい。
【００４７】
＜アンプルの構成＞
図２（ｂ）にアンプル２０のＸ−Ｚ断面を示す。図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係るアンプル２０は、中空状のガラス管２２で構成される。ガラス管２２は、第２ガラスとしてのホウ珪酸ガラスにより形成されている。
【００４８】
ガラス管２２は、一方向（図２（ｂ）ではＸ軸）に沿って延在しており、その両端部が溶着されている。これにより、内部が中空状のガラス管２２は密封されている。なお、ガラス管２２の両端部の形状は、図２（ｂ）に示すような丸い形状に限定されず、平面に近い形状や一部が尖った形状などであってもよい。ガラス管２２の中空部には、アルカリ金属固体（粒状や粉末状のアルカリ金属原子）２４が充填されている。アルカリ金属固体２４としては、上述したように、セシウムの他に、ルビジウム、カリウム、ナトリウムを用いることができる。
【００４９】
図２（ｂ）には、アンプル２０（ガラス管２２）が密封された状態、すなわち、破壊される前の状態を示している。アンプル２０が製造された段階ではガラス管２２は密封された状態であるが、図２（ａ）に示すガスセル１０が完成した段階では、ガラス管２２は破壊されている。そして、リザーバー１６にアンプル２０内から放出されたアルカリ金属固体２４およびアルカリ金属液体２４ａが配置されており、リザーバー１６と主室１４とがアルカリ金属ガス１３で満たされている。
【００５０】
なお、リザーバー１６内でアルカリ金属固体２４およびアルカリ金属液体２４ａが蒸発しアルカリ金属ガス１３が連通孔１５を介して主室１４へ流出し易くなるように、アンプル２０の上面とセル部１２の内面との間には、例えば１．５ｍｍ程度の隙間が設けられている。
【００５１】
図２（ｃ）に、アンプル２０のＹ−Ｚ断面を示す。図２（ｃ）に示すように、ガラス管２２のＹ−Ｚ断面形状は、例えば略円形であるが、他の形状であってもよい。ガラス管２２の外径φは、０．２ｍｍ≦φ≦１．２ｍｍである。ガラス管２２の肉厚ｔは、０．１ｍｍ≦ｔ≦０．５ｍｍであり、概ね外径φの２０％程度であることが好ましい。ガラス管２２の肉厚ｔが０．１ｍｍ未満であるとガラス管２２が不用意に破損し易くなり、ガラス管２２の肉厚ｔが０．５ｍｍを超えると、ガラス管２２を破壊する加工（詳細は後述する）が困難となる。
【００５２】
＜ガスセルの製造方法＞
ガスセル１０の製造方法を図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図である。
【００５３】
まず、図３（ａ）に示すセル部１２を用意する。図示を省略するが、例えば、石英ガラスからなるガラス板を切断して、セル部１２を構成する各壁面に対応するガラス板部材を準備する。そして、これらのガラス板部材を組立て、ガラス板部材同士を接着剤または溶着により接合して、図３（ａ）に示すような主室１４とリザーバー１６とを有するセル部１２を得る。この段階では、セル部１２の開口部１８は開放されている。
【００５４】
続いて、セル部１２のリザーバー１６内にアンプル２０を収納する。アンプル２０は、セル部１２のリザーバー１６側に設けられた開口部１８から挿入され、リザーバー１６内に収納される。この段階では、アンプル２０は、図２（ｂ）に示すように、中空状のガラス管２２の内部にアルカリ金属固体２４が充填され密封された状態となっている。
【００５５】
なお、アンプル２０は、真空に近い低圧環境下（理想的には真空中）において、管状のガラス管２２の中空部にアルカリ金属固体２４を充填し、ガラス管２２の両端部をそれぞれ溶着し密封して形成する。アルカリ金属固体２４として用いられるセシウムなどのアルカリ金属は、反応性に富み大気中で取り扱うことができないため、低圧環境下でアンプル２０内に密封された状態でセル部１２に収納される。
【００５６】
続いて、図３（ａ）に示すセル部１２内の脱気を十分に行い、内部の空隙に不純物が極めて少ない状態で、図３（ｂ）に示すように、セル部１２（主室１４、連通孔１５、およびリザーバー１６）を封止する。例えば、真空に近い低圧環境下（理想的には真空中）において、セル部１２の開口部１８を封止部１９で封止することにより、セル部１２を密封する。
【００５７】
続いて、図３（ｃ）に示すように、アンプル２０（ガラス管２２）を加工する。この工程では、セル部１２に損傷を与えることなくガラス管２２を破壊して、アンプル２０の気密を破るとともに、アンプル２０内のアルカリ金属固体２４をリザーバー１６へ放出させる。ガラス管２２の破壊とは、ガラス管２２を貫通する貫通孔を形成することや、ガラス管２２を複数のガラス片２２ａに分断することを指す。
【００５８】
例えば、ガラス管２２に貫通孔を形成する場合、形成された貫通孔からアンプル２０内のアルカリ金属固体２４をリザーバー１６へ放出させる必要がある。したがって、貫通孔の径は１０μｍ〜５０μｍ程度でもよいがより大きい（例えば１００μｍ以上）方が好ましく、貫通孔の数は一つでもよいが複数形成する方が好ましい。また、アルカリ金属固体２４を確実に放出させる観点からは、図３（ｃ）に示すように、ガラス管２２を複数のガラス片２２ａに分断することがより好ましい。
【００５９】
本実施形態では、ガラス管２２を破壊する方法として、レーザー光としてのパルスレーザー光４０を、集光レンズ４２で集光して、上方（＋Ｚ方向）側からセル部１２を間に介してアンプル２０のガラス管２２に照射する。レーザー光は指向性や収束性に優れているので、ガラス管２２を容易に加工することができる。
【００６０】
なお、集光レンズ４２として、例えば焦点距離が７８ｍｍのレンズを用いると、集光したパルスレーザー光４０のビームスポット径は１０μｍ程度となる。アンプル２０の上面とセル部１２の内面との間に１．５ｍｍ程度の隙間が設けられているので、パルスレーザー光４０の焦点をガラス管２２の上面に合わせることで、セル部１２に損傷を与えるリスクを小さくできる。
【００６１】
また、本実施形態では、パルスレーザー光４０として、紫外線領域の波長帯域である２４８ｎｍ〜３５５ｎｍのパルスレーザー光を用いる。図４は、光の波長とガラス材料の透過率との関係を比較して示す図である。図４に示すように、石英ガラスの透過率は、光の波長が２５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲において９５％程度であり、ほとんど変化しない。
【００６２】
一方、図４に示すホウ珪酸ガラスの透過率は、光の波長が２７０ｎｍまでは０％程度であるが、２７０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲において増加し、３５０ｎｍ以上では９０％程度となる。なお、図４に示す透過率は一例を示したものであり、例えば、ホウ珪酸ガラスの透過率は、ホウ珪酸ガラスを構成する成分の混合比により図４に示す例とは異なる場合がある。
【００６３】
このように、紫外線領域の波長帯域の光（以下では、紫外光という）に対して、石英ガラスの透過率はホウ珪酸ガラスの透過率よりも高い。換言すれば、紫外光に対して、石英ガラスの吸収係数はホウ珪酸ガラスの吸収係数よりも小さい。したがって、紫外光であるパルスレーザー光４０は、石英ガラスからなるセル部１２を透過し、ホウ珪酸ガラスからなるガラス管２２に吸収される。これにより、セル部１２に損傷を与えることなく、ガラス管２２を選択的に加工することができる。
【００６４】
本実施形態では、パルスレーザー光４０として、ＹＡＧレーザーの第３高調波（ＴＨＧ）レーザーを用いるが、第４高調波（ＦＨＧ）レーザーを用いることもできる。パルスレーザー光４０は、例えば、エネルギーを５０μＪ／ｐｕｌｓｅ〜２００μＪ／ｐｕｌｓｅ程度とし、パルス幅をナノ秒オーダー（好ましくは３０ナノ秒程度）とし、繰り返し周波数を５０ｋＨｚとし、照射時間を１００ｍｓｅｃとする。
【００６５】
パルスレーザー光４０を照射することにより、ガラス管２２が上面（表面）から深さ方向に加工されて破壊され、アンプル２０の密封が破られる。ここで、パルスレーザー光４０のエネルギーが高いと、ガラス管２２自体が発熱するだけでなくアルカリ金属固体２４も発熱する。このような発熱によりガラス管２２に生じる熱応力を利用すれば、ガラス管２２を破壊し易くなる。また、アルカリ金属固体２４が発熱すると蒸発し易くなり、アルカリ金属の融点以上の温度になると溶融してアルカリ金属液体２４ａとなる。アルカリ金属固体２４がセシウムである場合、セシウムの融点は２８．４℃程度である。
【００６６】
上述の加工の結果、図２（ａ）に示すように、ガラス管２２が破壊されることにより複数のガラス片２２ａに分断され、アンプル２０内からアルカリ金属固体２４がリザーバー１６に放出される。図２（ａ）では、アルカリ金属固体２４とともに、アルカリ金属固体２４が溶融したアルカリ金属液体２４ａもリザーバー１６内に配置された状態を示している。また、複数のガラス片２２ａには、アルカリ金属固体２４とアルカリ金属液体２４ａとが付着している。なお、リザーバー１６内に配置され複数のガラス片２２ａに付着するのは、アルカリ金属固体２４またはアルカリ金属液体２４ａのいずれか一方のみであってもよい。
【００６７】
このように、リザーバー１６内にアルカリ金属固体２４およびアルカリ金属液体２４ａの少なくとも一方が配置されると、アルカリ金属が蒸発してアルカリ金属ガス１３となり、リザーバー１６内がアルカリ金属ガス１３で満たされる。そして、アルカリ金属ガス１３は、リザーバー１６から連通孔１５を介して主室１４に拡散する。その結果、リザーバー１６と主室１４とにアルカリ金属ガス１３が充填される。
【００６８】
このとき、本実施形態では、連通孔１５がリザーバー１６の上方（＋Ｚ方向）側に設けられており、連通孔１５の内径が０．４ｍｍ〜１ｍｍ程度と小さく設定されているので、ガラス片２２ａおよびアルカリ金属固体２４やアルカリ金属液体２４ａが連通孔１５を通って主室１４に侵入しにくくなっている。したがって、アルカリ金属ガス１３はリザーバー１６から主室１４に流入するが、ガラス片２２ａおよびアルカリ金属固体２４やアルカリ金属液体２４ａの主室１４への侵入は抑止される。
【００６９】
なお、ガラス片２２ａ、アルカリ金属固体２４、アルカリ金属液体２４ａなどアルカリ金属ガス１３以外のものが主室１４に侵入してしまった場合は、磁気計測装置１００において光源１から出力されたレーザービームを直線偏光にしてガスセル１０（主室１４）を透過させる際の透過量が低下するため、磁気計測装置１００の性能低下を招く。
【００７０】
以上で、本実施形態に係るガスセル１０を製造できる。本実施形態に係る磁気計測装置の製造方法は、上述したガスセルの製造方法を含んでいる。なお、本実施形態に係る磁気計測装置１００を製造する工程は、ガスセル１０を製造する工程以外の工程では公知の方法を用いることができるため、その説明を省略する。
【００７１】
ところで、上述したアンプル２０を加工する工程において、ガラス管２２を破壊する際に不要なガスが発生する場合があり、特に、発熱によりガラス管２２が溶解するとガラス管２２から不要なガスが発生する。不要なガスとしては、例えば、ガラス管２２（ホウ珪酸ガラス）内に含まれる水分などが挙げられる。不要なガスは、セル部１２（石英ガラス）からも僅かながら発生され得る。
【００７２】
このような不要なガスがリザーバー１６内や主室１４内で発生すると、不要なガスがアルカリ金属ガス１３と反応し反応した分だけアルカリ金属ガス１３が減少するため、主室１４に充填されるアルカリ金属ガス１３の濃度が低下したりばらついたりしてしまう。主室１４においてアルカリ金属ガス１３の濃度の低下やばらつきがあると、磁気計測装置１００の性能低下を招くこととなる。
【００７３】
そこで、アンプル２０を加工する工程では、ガラス管２２を破壊した後ある程度の時間放置し、加工の際にガラス管２２（ホウ珪酸ガラス）やセル部１２（石英ガラス）から発生した不要なガスとアルカリ金属ガス１３とを反応させた上で、アルカリ金属ガス１３をリザーバー１６と主室１４とに充填する。
【００７４】
仮に、ガラス管２２に貫通孔を形成したがアルカリ金属固体２４がアンプル２０内からリザーバー１６へ放出されていない場合、アルカリ金属ガス１３は、アンプル２０内のアルカリ金属固体２４が蒸発することでのみ発生し、アンプル２０内から貫通孔を介してリザーバー１６へ流出する。そのため、アンプル２０内から流出するアルカリ金属ガス１３の量が不要なガスに対して相対的に少ないと、アルカリ金属ガス１３と反応できない不要なガスがリザーバー１６から主室１４へ拡散し、リザーバー１６内および主室１４内で不要なガスがアルカリ金属ガス１３と反応し終えるまでに要する時間が長くなる。その結果、主室１４におけるアルカリ金属ガス１３の濃度の低下やばらつきが生じてしまうおそれがある。
【００７５】
これに対して、本実施形態では、アルカリ金属固体２４およびアルカリ金属液体２４ａの少なくとも一方がリザーバー１６内に配置されているため、より多くのアルカリ金属ガス１３が安定的に供給されるので、リザーバー１６内のアルカリ金属ガス１３の量が不要なガスに対して相対的に多くなる。そして、アルカリ金属ガス１３だけでなくアルカリ金属固体２４やアルカリ金属液体２４ａも不要なガスとの反応に寄与するので、リザーバー１６内の不要なガスをより速く低減できる。さらに、ガラス片２２ａにアルカリ金属固体２４およびアルカリ金属液体２４ａの少なくとも一方が付着しているため、付着した部分の表面がアルカリ金属固体２４またはアルカリ金属液体２４ａで覆われるので、ガラス片２２ａからの不要なガスの新たな発生が抑えられる。
【００７６】
そのため、リザーバー１６から主室１４への不要なガスの拡散が抑えられ、かつ、リザーバー１６から主室１４へ流入するアルカリ金属ガス１３の量をより多くできる。そして、主室１４において不要なガスが発生した場合でも、リザーバー１６から流入するアルカリ金属ガス１３と反応させることができる。これにより、リザーバー１６および主室１４において、不要なガスとアルカリ金属ガス１３との反応をより速く終わらせ、アルカリ金属ガス１３の濃度を安定させることができる。この結果、ガスセル１０の主室１４におけるアルカリ金属ガス１３の濃度の低下やばらつきが抑えられるので、生体から発生される磁場を高精度で計測することが可能なガスセル１０および磁気計測装置１００を安定的に製造することができる。
【００７７】
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。変形例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。
【００７８】
（変形例１）
上記実施形態の製造方法では、アンプル２０のガラス管２２を破壊する方法としてパルスレーザー光４０を照射したが、本発明はこのような構成に限定されない。アンプル２０のガラス管２２を破壊する方法として、例えば、アンプル２０に衝撃を加える方法を用いてもよい。図５は、変形例１に係るガスセルの製造方法を説明する図である。
【００７９】
図３（ｂ）に示すようにセル部１２を密封した後、図５（ａ）に示すようにセル部１２に振動または衝撃を加える。外径φが０．２ｍｍ≦φ≦１．２ｍｍのアンプル２０に対して、アンプル２０の上面とリザーバー１６の内面との間に１．５ｍｍ程度の隙間が設けられているため、セル部１２に振動または衝撃を加えると、アンプル２０はリザーバー１６内で容易に移動する。そのため、アンプル２０がリザーバー１６の内面と衝突し、その衝突の衝撃によりアンプル２０のガラス管２２が破壊される。これにより、図５（ｂ）に示すように、アンプル２０（ガラス管２２）を複数のガラス片２２ａに分断することができる。なお、図５（ａ）にはＺ方向に沿って振動または衝撃を加える場合を示しているが、セル部１２に振動または衝撃を加える方向はＹ方向に沿った方向であってもよい。
【００８０】
変形例１のように衝撃を加えてアンプル２０を破壊する方法では、上記実施形態のパルスレーザー光４０を照射する方法と比べて、発熱に伴う不要なガスの発生を抑えることができる。図５（ｂ）には、発熱が抑えられたことによりアルカリ金属固体２４が溶融せず、リザーバー１６にアルカリ金属液体２４ａ（図２（ａ）参照）が配置されなかった場合の例を示している。一方、変形例１のように衝撃を加えてアンプル２０を破壊する方法では、衝撃によりガラス片２２ａやアルカリ金属固体２４がリザーバー１６内で移動するため、ガラス片２２ａやアルカリ金属固体２４が連通孔１５を通って主室１４に侵入するリスクは大きくなる。
【００８１】
（変形例２）
上記実施形態に係るガスセル１０を適用可能な装置は、磁気計測装置１００に限定されない。ガスセル１０は、例えば、原子時計などの原子発振器にも適用できる。原子発振器に用いられるガスセルには小型化が要求されるが、上記実施形態のガスセルの製造方法によれば、小型のガスセル１０を安定的に製造できるので、小型の原子発振器に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０…ガスセル、１２…セル部（第１ガラス）、１３…アルカリ金属ガス（アルカリ金属のガス）、１４…主室（第１室）、１５…連通孔、１６…リザーバー（第２室）、２０…アンプル、２２…ガラス管（第２ガラス）、２２ａ…ガラス片、２４…アルカリ金属固体（アルカリ金属の固体）、２４ａ…アルカリ金属液体（アルカリ金属の液体）、４０…パルスレーザー光（レーザー光）、１００…磁気計測装置。
【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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