(57)【要約】【課題】小型のアンプルを用いた小型のガスセルを安定的に製造することができる磁気計測装置の製造方法、ガスセルの製造方法、磁気計測装置、およびガスセルを提供する。【解決手段】磁気計測装置１００の製造方法は、石英ガラスからなるガスセル１０の空隙に、ホウ珪酸ガラスからなり中空部にアルカリ金属固体２４が充填されたアンプル２０を配置し、ガスセル１０を密封する工程と、アンプル２０にパルスレーザー光４０を第１強度で照射して、アンプル２０の上面を傷つける第１工程と、アンプル２０にパルスレーザー光４０を第２強度で照射して、アンプル２０に貫通孔２１を形成する第２工程とを含み、第１強度のパルスレーザー光は第２強度のパルスレーザー光よりも弱いことを特徴とする。【選択図】図４
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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の製造方法であって、
第１ガラスからなるガスセルの空隙に、前記第１ガラスとは異なる第２ガラスからなり中空部に材料物質が充填されたアンプルを配置し、前記ガスセルを密封する工程と、
前記アンプルに光を第１強度で照射して、前記アンプルの表面を傷つける第１工程と、
前記アンプルに前記光を第２強度で照射して、前記アンプルに貫通孔を形成する第２工程と、を含み、
前記第１強度の前記光は前記第２強度の前記光よりも弱いことを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記第１工程と前記第２工程との間に、前記光を照射する照射部から前記アンプルの表面までの距離を特定する第３工程を含み、
前記第２工程では、前記第３工程で特定した前記距離に基づいて、前記光の焦点位置を定めて照射することを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記第１強度の前記光のエネルギーは、１０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ未満であることを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記第２強度の前記光のエネルギーは、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上、２００μＪ／ｐｕｌｓｅ以下であることを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記光に対する前記第１ガラスの吸収係数は、前記光に対する前記第２ガラスの吸収係数よりも小さいことを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【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の製造方法であって、
前記光は紫外光であることを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記光の波長帯域は、２４８ｎｍ〜３５５ｎｍであることを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記光はレーザー光である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１から８のいずれか一項に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記材料物質はアルカリ金属であることを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【請求項１０】
第１ガラスからなるセル部の空隙に、前記第１ガラスとは異なる第２ガラスからなり中空部に材料物質が充填されたアンプルを配置し、前記セル部を密封する工程と、
前記アンプルに光を第１強度で照射して、前記アンプルの表面を傷つける第１工程と、
前記アンプルに前記光を第２強度で照射して、前記アンプルに貫通孔を形成する第２工程と、を含み、
前記第１強度の前記光は前記第２強度の前記光よりも弱いことを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気計測装置の製造方法で製造されたことを特徴とする磁気計測装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のガスセルの製造方法で製造されたことを特徴とするガスセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気計測装置の製造方法、ガスセルの製造方法、磁気計測装置、およびガスセルに関する。
【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。このようなガスセルおよび磁気計測装置の製造方法として、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）に貫通孔を形成して、気化したアルカリ金属の蒸気（ガス）をセル内に充満させる方法が開示されている。
【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、レーザー光を照射してアンプルのガラス管に貫通孔を形成する工程において、深さ方向の加工にばらつきがあると、ガラス管を貫通させることができない場合がある。ガラス管を貫通させる加工ができないと、アンプル内からアルカリ金属ガスが流出しないので、ガスセルとして機能しない。しかしながら、特許文献１には、確実に貫通孔を形成する方法や条件などは開示されていない。ガスセルおよび磁気計測装置を安定的に製造するためには、レーザー光照射でアンプルに確実に貫通孔を形成できる製造方法が求められる。
【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ガラスからなるガスセルの空隙に、前記第１ガラスとは異なる第２ガラスからなり中空部に材料物質が充填されたアンプルを配置し、前記ガスセルを密封する工程と、前記アンプルに光を第１強度で照射して、前記アンプルの表面を傷つける第１工程と、前記アンプルに前記光を第２強度で照射して、前記アンプルに貫通孔を形成する第２工程と、を含み、前記第１強度の前記光は前記第２強度の前記光よりも弱いことを特徴とする。
【０００７】
本適用例の製造方法によれば、密封されたガスセルの空隙に配置されたアンプルに光を照射して貫通孔を形成することにより、アンプルの中空部に充填された材料物質がガス化して流出しガスセルの空隙を満たすので、磁気計測装置が備えるガスセルを製造することができる。ここで、照射する光の焦点位置がアンプルの表面から少しでもずれてしまうと、アンプルの深さ方向の加工にばらつきが生じて貫通孔が形成できない場合があるので、光の焦点位置をアンプルの表面に精度良く合わせることが必要となる。本適用例の製造方法によれば、第１工程で光を照射してアンプルの表面に傷を付けるため、第２工程で光を照射する際に、アンプル表面の傷を目標として光の焦点位置をアンプルの表面に精度良く合わせることが可能となる。これにより、第２工程でアンプルに確実に貫通孔を形成することができる。また、第１工程では、アンプルの表面に位置合わせの目標にできる程度の傷が付けばよいので、光の焦点位置の精度はさほど要求されない。そして、第１工程で照射する第１強度の光は、第２工程で照射する第２強度の光よりも弱いので、アンプルの表面の傷が不必要に大きくはならない。この結果、ガスセルとガスセルを備える磁気計測装置を安定的に製造することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記第１工程と前記第２工程との間に、前記光を照射する照射部から前記アンプルの表面までの距離を特定する第３工程を含み、前記第２工程では、前記第３工程で特定した前記距離に基づいて、前記光の焦点位置を定めて照射することが好ましい。
【０００９】
本適用例の製造方法によれば、第１工程と第２工程との間に、光を照射する照射部からアンプルの表面までの距離を特定する第３工程を備えている。第１工程でアンプルの表面に傷が付いているので、第３工程でこの傷を目標として照射部からアンプルの表面までの距離を容易に特定できる。そして、第２工程では、第３工程で特定した距離に基づいて焦点位置を定めて光を照射するので、光の焦点位置をアンプルの表面に精度良く合わせることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記第１強度の前記光のエネルギーは、１０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ未満であることが好ましい。
【００１１】
第１工程で照射する光の焦点位置がずれていた場合、第１強度の光のエネルギーが強すぎるとアンプルの表面に付く傷が横方向に広がって大きくなり、第２工程で貫通孔を形成する際に照射される光が横方向に広がった傷で散乱されることで、アンプルを貫通する加工ができない場合がある。本適用例の製造方法によれば、第１工程では、光のエネルギーが１０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ未満であり、アンプルの表面を傷つけることができる程度の比較的弱いパワーの光が照射されるので、傷の横方向の広がりが抑えられる。そのため、第１工程において、アンプルの表面に、横方向の広がりを抑えて適度な傷を付けることができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記第２強度の前記光のエネルギーは、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上、２００μＪ／ｐｕｌｓｅ以下であることが好ましい。
【００１３】
本適用例の製造方法によれば、第２工程では、エネルギーが５０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上、２００μＪ／ｐｕｌｓｅ以下の第１工程よりも強いパワーの光が照射されるので、加工深さが第１工程よりも深くなる。そのため、第２工程では、アンプルに確実に貫通孔を形成することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記光に対する前記第１ガラスの吸収係数は、前記光に対する前記第２ガラスの吸収係数よりも小さいことが好ましい。
【００１５】
本適用例の製造方法によれば、照射される光に対して、第１ガラスの吸収係数は第２ガラスの吸収係数よりも小さいので、光はガスセル（第１ガラス）を透過しアンプル（第２ガラス）に吸収される。これにより、ガスセルに損傷を与えることなく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の製造方法であって、前記光は紫外光であることが好ましい。
【００１７】
本適用例の製造方法によれば、照射される光は紫外光であるので、第１ガラスを紫外光に対する吸収係数が小さいガラスとし、第２ガラスを紫外光に対する吸収係数が大きいガラスとすることで、光はガスセル（第１ガラス）を透過し、アンプル（第２ガラス）に吸収される。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記光の波長帯域は、２４８ｎｍ〜３５５ｎｍであることが好ましい。
【００１９】
本適用例の製造方法によれば、照射される光の波長帯域が２４８ｎｍ〜３５５ｎｍであるので、紫外光を照射することができる。
【００２０】
［適用例８］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記光はレーザー光であることが好ましい。
【００２１】
本適用例の製造方法によれば、レーザー光は指向性や収束性に優れているので、アンプルにレーザー光を照射することで、アンプルを容易に加工することができる。
【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、前記材料物質はアルカリ金属であることが好ましい。
【００２３】
本適用例の製造方法によれば、アンプルの中空部にアルカリ金属が充填されているので、アンプルに貫通孔を形成することにより、中空部からアルカリ金属のガスを流出させてガスセルの空隙を満たすことができる。
【００２４】
［適用例１０］本適用例に係るガスセルの製造方法は、第１ガラスからなるセル部の空隙に、前記第１ガラスとは異なる第２ガラスからなり中空部に材料物質が充填されたアンプルを配置し、前記セル部を密封する工程と、前記アンプルに光を第１強度で照射して、前記アンプルの表面を傷つける第１工程と、前記アンプルに前記光を第２強度で照射して、前記アンプルに貫通孔を形成する第２工程と、を含み、前記第１強度の前記光は前記第２強度の前記光よりも弱いことを特徴とする。
【００２５】
本適用例の製造方法によれば、密封されたセル部の空隙に配置されたアンプルに光を照射して貫通孔を形成することにより、アンプルの中空部に充填された材料物質がガス化して流出しセル部の空隙を満たすので、ガスセルを製造することができる。ここで、照射する光の焦点位置がアンプルの表面から少しでもずれてしまうと、アンプルの深さ方向の加工にばらつきが生じて貫通孔が形成できない場合があるので、光の焦点位置をアンプルの表面に精度良く合わせることが必要となる。本適用例の製造方法によれば、第１工程で光を照射してアンプルの表面に傷を付けるため、第２工程で光を照射する際に、アンプル表面の傷を目標として光の焦点位置をアンプルの表面に精度良く合わせることが可能となる。これにより、第２工程でアンプルに確実に貫通孔を形成することができる。また、第１工程では、アンプルの表面に位置合わせの目標にできる程度の傷が付けばよいので、光の焦点位置の精度はさほど要求されない。そして、第１工程で照射する第１強度の光は、第２工程で照射する第２強度の光よりも弱いので、アンプルの表面の傷が不必要に大きくはならない。この結果、ガスセルを安定的に製造することができる。
【００２６】
［適用例１１］本適用例に係る磁気計測装置は、上記適用例の磁気計測装置の製造方法で製造されたことを特徴とする。
【００２７】
本適用例の構成によれば、磁気計測装置を提供することができる。
【００２８】
［適用例１２］本適用例に係るガスセルは、上記適用例のガスセルの製造方法で製造されたことを特徴とする。
【００２９】
本適用例の構成によれば、ガスセルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図５】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。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
＜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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
ガスセル１０は、内部に空隙を有する箱（セル）であり、この空隙にはアルカリ金属（この例ではセシウム）のガスが封入されている。ガスセル１０の構成については、後述する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
＜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。
【００４３】
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、例えば、１．５ｍｍ程度である。セル部１２は、内部の空隙として、主室１４とリザーバー１６とを有している。主室１４とリザーバー１６とは連通孔１５を介して連通している。連通孔１５の内径は、例えば、０．４ｍｍ〜１ｍｍ程度である。
【００４４】
セル部１２の内部の空隙には、アルカリ金属ガス１３が封入されている。セル部１２の内部の空隙には、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、アンプル２０が配置されている。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。
【００４５】
＜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。
【００４６】
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、材料物質としてのアルカリ金属固体（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。
【００４７】
図２（ｂ）には、アンプル２０（ガラス管２２）が密封された状態を示している。アンプル２０は、製造された段階ではガラス管２２が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に貫通孔２１が形成され密封が破られる。これにより、アンプル２０内のアルカリ金属固体２４が蒸発してガスセル１０内に流出し、セル部１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる。なお、アンプル２０内からアルカリ金属固体２４が蒸発して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。
【００４８】
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に貫通孔２１を形成する深さ方向の加工（詳細は後述する）が困難となる。
【００４９】
＜ガスセルの製造方法＞
ガスセル１０の製造方法を図３および図４を参照して説明する。図３および図４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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
続いて、図３（ｃ）に示すように、アンプル２０（ガラス管２２）に貫通孔２１を形成する。この工程では、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。なお、パルスレーザー光４０を発生させるレーザー発振器（図示しない）や集光レンズ４２など、パルスレーザー光４０を照射するために必要となる装置や部材を総称して照射部という。
【００５５】
パルスレーザー光４０を照射することにより、ガラス管２２の上面（表面）から深さ方向に加工が進む。そして、ガラス管２２に貫通孔２１が形成されると、アンプル２０の中空部がリザーバー１６と連通してアンプル２０の密封が破られる。なお、「深さ方向」は、パルスレーザー光４０の光路に沿った方向、すなわちＺ方向である。パルスレーザー光４０の光路と交差する方向、すなわちＸ−Ｙ方向を「横方向」という。
【００５６】
ガラス管２２に貫通孔２１を形成することにより、アンプル２０内のアルカリ金属固体２４（図２（ｂ）参照）が蒸発し、アルカリ金属ガス１３となってリザーバー１６内に流出する。リザーバー１６内に流出したアルカリ金属ガス１３は、連通孔１５を通ってセル部１２の主室１４に流入し拡散する。この結果、図２（ａ）に示すように、セル部１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる。以上の工程により、ガスセル１０を製造できる。
【００５７】
この貫通孔２１を形成する工程では、パルスレーザー光４０によるガラス管２２の深さ方向の加工にばらつきがあると、ガラス管２２を貫通させることができない場合がある。ガラス管２２を貫通する貫通孔２１が形成されないと、アンプル２０内からアルカリ金属ガス１３を流出させることができないので、ガスセル１０として機能しなくなる。したがって、この工程で確実に貫通孔２１を形成できないと。ガスセル１０を安定的に製造することが困難となる。
【００５８】
本願発明者による研究の結果、貫通孔２１を形成できない原因の一つとして、パルスレーザー光４０の焦点位置のずれ（ばらつき）があることが判明した。すなわち、照射するパルスレーザー光４０の焦点位置が、深さ方向においてガラス管２２の上面から少しでもずれると、ガラス管２２の深さ方向の加工が進まなくなる。そうすると、ガラス管２２を貫通するまでの加工ができないので、アンプル２０の密封を破ることが困難となる。
【００５９】
また、パルスレーザー光４０の焦点位置がずれていると、ガラス管２２の上面の横方向に加工が進み、貫通孔２１が形成されない一方で、ガラス管２２に横方向に広がった大きな傷が付いたり、ガラス管２２が欠けて破片が飛散したりする場合がある。このような場合は、再加工（パルスレーザー光４０照射のやり直し）も困難となる。
【００６０】
したがって、パルスレーザー光４０の焦点位置を、ガラス管２２の上面に精度良く合わせる必要がある。換言すれば、パルスレーザー光４０を集光する集光レンズ４２とガラス管２２の上面との距離が、集光レンズ４２の焦点距離と一致するように、照射部とガラス管２２との相対的な位置を精度良く合わせる必要がある。
【００６１】
しかしながら、図２（ｃ）に示すように、ガラス管２２の断面形状が略円形であるため、この断面に沿った方向（Ｙ方向）において少し位置がずれると、照射部とガラス管２２の上面との深さ方向（Ｚ方向）における距離が変化してしまう。
【００６２】
また、ガラス管２２は透明であり、ガラス管２２の表面のゴミなどの付着物はアンプル２０をセル部１２に収納する前に除去されている。そして、照射部とガラス管２２との間にセル部１２が介在しているので、照射部側からはガラス管２２の上面が視認しにくくなる。そのため、パルスレーザー光４０の焦点位置をガラス管２２の上面に精度良く合わせることは容易ではない。
【００６３】
例えば、あらかじめインクや塗料などでガラス管２２の表面に目印を付けておき、その目印を目標として焦点位置を合わせる方法も考えられるが、このような方法では、パルスレーザー光４０を照射したときにインクや塗料から不要なガスが発生し、ガスセル１０の著しい性能低下を招いてしまう。そして、アンプル２０の外径φが０．２ｍｍ≦φ≦１．２ｍｍと小さいため、目印を付ける際や、目印を付けた部分を上側にしてセル部１２内に収納する際などのアンプル２０の取り扱いも困難である。
【００６４】
そこで、本実施形態では、図３（ｃ）に示すアンプル２０（ガラス管２２）に貫通孔２１を形成する工程として、第１工程、第２工程、および第３工程の３つの工程を有している。以下に、これらの３つの工程について、図４を参照して説明する。なお、図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）には、図３（ｃ）に示すセル部１２のうち、アンプル２０が収納されたリザーバー１６の部分を拡大して示している。また、照射部のうち、集光レンズ４２のみを図示している。
【００６５】
図４（ａ），（ｂ）は、第１工程を説明する図である。第１工程では、まず、図４（ａ）に示すように、撮像部４４によりアンプル２０を観察し、集光レンズ４２を含む照射部とアンプル２０（ガラス管２２）との位置合わせを行う。撮像部４４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどで構成され、照射部に取り付けられている。撮像部４４で観察することにより、集光レンズ４２とアンプル２０（ガラス管２２）との相対的な位置合わせができるようになっている。
【００６６】
位置合わせにおいては、照射部（集光レンズ４２）の横方向の平面的な位置合わせと、深さ方向の位置合わせとを行う。横方向の位置合わせでは、Ｘ方向は、アンプル２０の長手方向であるため、大まかな位置合わせでよい。Ｙ方向は、アンプル２０の断面方向であるため、アンプル２０（ガラス管２２）のＹ方向における中心に位置合わせすることが望ましい。アンプル２０のＹ方向における両端部を視認することで、アンプル２０のＹ方向における略中心に位置合わせすることが可能である。
【００６７】
深さ方向の位置合わせでは、パルスレーザー光４０の焦点位置がガラス管２２の上面に合うように、集光レンズ４２の深さ方向（Ｚ方向）の位置合わせを行う。換言すれば、集光レンズ４２とガラス管２２の上面との距離Ｌを特定し、距離Ｌが集光レンズ４２の焦点距離と略一致するように位置合わせを行う。なお、図４（ａ）では、集光レンズ４２と撮像部４４とが横方向に並設され、両者の深さ方向における位置（距離Ｌ）が同じように図示されているが、集光レンズ４２と撮像部４４との位置関係はこれに限定されるものではない。
【００６８】
第１工程における深さ方向の位置合わせでは、位置合わせ精度は多少低くてもよく、距離Ｌが集光レンズ４２の焦点距離に近くなっていればよい。すなわち、パルスレーザー光４０の焦点位置がガラス管２２の上面に大体合っていればよい。このようにして、第１工程における、集光レンズ４２を含む照射部の位置を決定する。
【００６９】
第１工程では、次に、図４（ｂ）に示すように、撮像部４４で観察して決定した位置において、パルスレーザー光４０を集光レンズ４２で集光してアンプル２０に照射する。第１工程で照射する第１強度のパルスレーザー光４０のエネルギーを、ガラス管２２の上面を傷つけることができる程度の比較的弱いパワーである、１０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ未満とする。パルスレーザー光４０は、例えば、数ｍｓｅｃ（例えば、３ｍｓｅｃ）程度を１回照射する。
【００７０】
なお、パルスレーザー光４０のエネルギーが１０μＪ／ｐｕｌｓｅより小さい（弱い）と、ガラス管２２の上面を傷つけることが困難となる。また、パルスレーザー光４０のエネルギーが５０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上であると、パルスレーザー光４０の焦点位置がずれている場合に、ガラス管２２に横方向に広がった大きな傷が付いてしまうおそれがある。パルスレーザー光４０のエネルギーは、１０μＪ／ｐｕｌｓｅ〜４０μＪ／ｐｕｌｓｅであることが好ましく、２０μＪ／ｐｕｌｓｅ〜３０μＪ／ｐｕｌｓｅであることがより好ましい。
【００７１】
第１工程でのパルスレーザー光４０の照射により、ガラス管２２の上面に傷２５が付けられる。比較的弱いパワーのパルスレーザー光４０を照射することで、パルスレーザー光４０の焦点位置がずれていても、ガラス管２２に横方向に広がった大きな傷が付いたり、ガラス管２２が欠けて破片が飛散したりすることを抑止できる。
【００７２】
次に、第１工程に続く第３工程では、図４（ｃ）に示すように、アンプル２０を撮像部４４により観察し、集光レンズ４２を含む照射部とアンプル２０（ガラス管２２）との位置合わせを再度行う。第３工程の前の第１工程でガラス管２２の表面に傷２５が付けられているので、この傷２５を目標として、第１工程よりも正確に、集光レンズ４２とガラス管２２の上面との距離Ｌを特定できる。距離Ｌが集光レンズ４２の焦点距離と一致するように位置合わせして、集光レンズ４２を含む照射部の位置を決定する。これにより、パルスレーザー光４０の焦点位置をガラス管２２の表面に精度良く合わせることが可能となる。
【００７３】
次に、第３工程に続く第２工程では、図４（ｄ）に示すように、第３工程で決定した位置において、パルスレーザー光４０を集光レンズ４２で集光してアンプル２０に照射する。第２工程で照射する第２強度のパルスレーザー光４０のエネルギーを、第１工程よりも大きく（強く）し、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上、２００μＪ／ｐｕｌｓｅ以下とする。パルスレーザー光４０は、例えば、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。
【００７４】
パルスレーザー光４０のエネルギーが、５０μＪ／ｐｕｌｓｅ以上であれば肉厚ｔが０．１ｍｍ≦ｔ≦０．５ｍｍのガラス管２２を貫通する加工ができ、１００μＪ／ｐｕｌｓｅ程度であれば貫通孔２１を形成する加工を安定した状態で行うことができる。なお、後述するが、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）レーザーを用いており、そのため、第２工程において２００μＪ／ｐｕｌｓｅを超えるエネルギーを得ることは困難である。
【００７５】
このように、第２工程では、パルスレーザー光４０の焦点位置をガラス管２２の表面に精度良く合わせて照射できるので、確実にガラス管２２に貫通孔２１を形成し、アンプル２０の密封を破って、アンプル２０内からアルカリ金属ガス１３を流出させることができる。したがって、外径φが０．２ｍｍ〜１．２ｍｍ程度の小型のアンプル２０を用いた小型のガスセル１０を安定的に製造することができる。
【００７６】
なお、第２工程においてガラス管２２に貫通孔２１を形成する位置は、図４（ｄ）に示すように第１工程でガラス管２２に傷２５を付けた位置と同じ位置でよいが、第１工程で傷２５を付けた位置とは異なる位置であってもよい。第１工程で傷２５を付けた位置とは異なる位置に貫通孔２１を形成する場合、Ｘ方向における位置は両端部以外であれば特に限定されないが、Ｙ方向における位置はできるだけ近い（例えば、１００μｍ以内）こと、すなわち、ガラス管２２のＹ方向における中心位置にできるだけ近いことが望ましい。
【００７７】
また、第２工程では、アンプル２０の密封が破られ、アンプル２０からアルカリ金属固体２４が蒸発して流出すればよいので、貫通孔２１を複数形成してもよい。また、貫通孔２１がきれいに形成される必要はなく、例えば、ガラス管２２に亀裂が生じて分断されてもよいし、ガラス管２２が破壊されてもよい。
【００７８】
ここで、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５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５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。
【００７９】
一方、図５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５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５に示す例とは異なる場合がある。
【００８０】
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、石英ガラスを透過し、ホウ珪酸ガラスに吸収される。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。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）レーザーを用いたが、第４高調波（ＦＨＧ）レーザーを用いることもできる。
【００８１】
以上述べたように、本実施形態に係るガスセルの製造方法によれば、第１工程で比較的弱いパワーのパルスレーザー光４０を照射してガラス管２２の上面に傷２５を付ける。そのため、第１工程に続く第３工程で、傷２５を目標としてパルスレーザー光４０の焦点位置をガラス管２２の上面に精度良く合わせることが可能となる。そして、第３工程に続く第２工程でより強いパワーのパルスレーザー光４０を照射することにより、ガラス管２２に確実に貫通孔２１を形成することができる。また、第１工程で照射するパルスレーザー光４０の強度は、第２工程で照射するパルスレーザー光４０よりも弱いため、パルスレーザー光４０の焦点位置がずれていた場合でもガラス管２２の上面の横方向に大きく広がらないように傷２５が付けられるので、第２工程の加工を確実に行うことができる。この結果、外径φが０．２ｍｍ〜１．２ｍｍ程度の小型のアンプル２０を用いた小型のガスセル１０を安定的に製造することができる。
【００８２】
また、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。したがって、小型の磁気計測装置１００を安定的に製造することが可能となる。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。
【００８３】
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。
【００８４】
（変形例１）
上記実施形態では、パルスレーザー光４０の焦点位置を合わせるための撮像部４４が集光レンズ４２を含む照射部に取り付けられた構成であったが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、撮像部４４が照射部とは別の位置（または、部位）に取り付けられた構成であってもよい。このような構成であっても、横方向および深さ方向における撮像部４４と照射部との相対的な位置関係（例えば、座標）が決まっていれば、撮像部４４によりパルスレーザー光４０の焦点位置を決定した後、アンプル２０に対して撮像部４４と照射部とを相対座標分だけ移動させることにより、決定した焦点位置で確実に貫通孔２１を形成することができる。なお、撮像部４４および照射部に対してアンプル２０を相対座標分だけ移動させることとしてもよい。
【００８５】
（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】
【００８６】
１０…ガスセル、１２…セル部、１４…主室（空隙）、１６…リザーバー（空隙）、２０…アンプル、２１…貫通孔、２２…ガラス管、２４…アルカリ金属固体（アルカリ金属）、２５…傷、４０…パルスレーザー光（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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