(57)【要約】【課題】封止部材から発生したガスの侵入を抑止してセル内の真空度を向上できるガスセルの製造方法および磁気計測装置の製造方法を提供する。【解決手段】ガスセル１０の製造方法は、封止部材３０を塗布したリッド１９と開口１８を有し開口１８を仮栓３６で封止したセル１２とを減圧した封止装置３８の内部に配置し、リッド１９を加熱する第１工程と、封止装置３８の内部においてセル１２から仮栓３６を外す第２工程と、封止装置３８の内部においてリッド１９を開口１８に配置し、リッド１９を加熱して封止部材３０を介してセル１２と接合し、開口１８を封止する第３工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図７
2017227584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
封止部材を塗布したリッドと、開口を有し前記開口を仮栓で封止したセルと、を減圧した空間に配置し、前記リッドを加熱する第１工程と、
前記減圧した空間において、前記セルから前記仮栓を外す第２工程と、
前記減圧した空間において、前記リッドを前記開口に配置し、前記リッドを加熱して前記封止部材を介して前記セルと接合し、前記開口を封止する第３工程と、
を含むことを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセルの製造方法であって、
前記第１工程では前記リッドを第１温度で加熱し、
前記第３工程では前記リッドを第２温度で加熱し、
前記第１温度は、前記第２温度よりも低いことを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のガスセルの製造方法であって、
前記封止部材は低融点ガラスを含み、
前記第１温度および前記第２温度は、前記封止部材の温度が前記低融点ガラスの軟化点以上、かつ、結晶化開始温度未満となる温度であり、
前記第１温度は、前記第２温度よりも前記軟化点寄りの温度であることを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載のガスセルの製造方法であって、
前記第１工程において前記第１温度で加熱する時間は、前記第３工程において前記第２温度で加熱する時間よりも短いことを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法であって、
前記第１工程、前記第２工程、および前記第３工程では、前記空間を１０-4Ｐａ以下に減圧することを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法であって、
前記セルは、第１室と、前記第１室と連通し前記開口が設けられた第２室と、を有し、
前記第１工程の前に、アルカリ金属を含む固形物を前記開口から挿入して前記第２室内に収納する工程と、
前記第３工程の後に、前記固形物にレーザー光を照射して前記アルカリ金属のガスを発生させる工程と、
をさらに含むことを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法を含むことを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセルの製造方法および磁気計測装置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（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、アルカリ金属が封入されたアンプルをセル内部に収容してセルを封止し、アンプルにレーザー光を照射することによりアンプルの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）をセル内部に充満させたガスセルの構成が開示されている。特許文献１の記載によれば、セルは、ガラスからなるパッケージ（容器）とリッド（蓋部）とを低融点ガラスなどの封止部材を介して真空環境下で接合して密封される。
【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】
しかしながら、特許文献１に記載のガスセルの製造方法では、封止部材から発生するガスに対する配慮がなされていない。すなわち、特許文献１では、セルを封止する際に加熱された封止部材からガスが発生すると、内部の真空度が低下した状態でセルが封止されてしまうという課題がある。また、アンプル内のアルカリ金属を蒸発させる際に、セル内部に封止部材から発生したガスが入っていると、アルカリ金属のガスが封止部材から発生したガスと反応してしまうという課題がある。このようなガスセルを用いた場合、磁気計測装置の性能（感度、計測精度等）が著しく低下することとなる。
【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］本適用例に係るガスセルの製造方法は、封止部材を塗布したリッドと、開口を有し前記開口を仮栓で封止したセルと、を減圧した空間に配置し、前記リッドを加熱する第１工程と、前記減圧した空間において、前記セルから前記仮栓を外す第２工程と、前記減圧した空間において、前記リッドを前記開口に配置し、前記リッドを加熱して前記封止部材を介して前記セルと接合し、前記開口を封止する第３工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
本適用例の製造方法によれば、第１工程において、減圧した空間で封止部材を塗布したリッドを加熱しリッドを介して封止部材を加熱するので、第３工程においてリッドを介して封止部材を加熱して開口を封止する前に封止部材からガスを発生させ抜いておくことができる。そのため、内部の真空度が低下した状態でセルが封止されることを抑止できる。また、第１工程で封止部材からガスを発生させる際、セルの開口が仮栓で封止されているので、封止部材から発生したガスがセル内部に侵入することを抑止できる。さらに、第１工程から第３工程までが減圧した同一の空間において実行されるので、別の空間で封止部材を加熱した後、セルが配置された空間で封止部材を加熱して開口を封止する場合と比べて、セル内部の真空度の低下や外部からの不純物の侵入を抑止できる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記第１工程では前記リッドを第１温度で加熱し、前記第３工程では前記リッドを第２温度で加熱し、前記第１温度は、前記第２温度よりも低いことが好ましい。
【０００９】
本適用例の製造方法によれば、第１工程で封止部材からガスを発生させる際にリッドを加熱する第１温度は、第３工程で封止部材を塗布したリッドでセルの開口を封止する際にリッドを加熱する第２温度よりも低い。すなわち、第１工程で封止部材を加熱する温度は、第３工程で封止部材を加熱する温度よりも低い。そのため、第１工程で封止部材からガスを発生させる際に、封止部材の温度が上昇し過ぎてリッドとセルとを接合する封止部材の密着力が劣化することを抑えることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記封止部材は低融点ガラスを含み、前記第１温度および前記第２温度は、前記封止部材の温度が前記低融点ガラスの軟化点以上、かつ、結晶化開始温度未満となる温度であり、前記第１温度は、前記第２温度よりも前記軟化点寄りの温度であることが好ましい。
【００１１】
本適用例の製造方法によれば、封止部材からガスを発生させる第１工程と、封止部材を介してリッドで開口を封止する第３工程とにおいて、封止部材の温度が低融点ガラスの軟化点以上、かつ、結晶化開始温度未満となるように、リッドを加熱する第１温度および第２温度が設定される。そのため、第１工程および第３工程において、低融点ガラスを結晶化させることなく軟化させることができる。また、第１温度が第２温度よりも軟化点寄りの温度であるので、第１工程で封止部材からガスを発生させる際に封止部材の温度が上昇し過ぎて、リッドとセルとを接合する封止部材の密着力が劣化することを抑えることができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記第１工程において前記第１温度で加熱する時間は、前記第３工程において前記第２温度で加熱する時間よりも短いことが好ましい。
【００１３】
本適用例の製造方法によれば、第１工程において第１温度で加熱する時間が第３工程において第２温度で加熱する時間よりも短いので、第１工程で封止部材の温度が上昇し過ぎて、リッドとセルとを接合する封止部材の密着力が劣化することを抑えることができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記第１工程、前記第２工程、および前記第３工程では、前記空間を１０-4Ｐａ以下に減圧することが好ましい。
【００１５】
本適用例の製造方法によれば、１０-4Ｐａ以下に減圧された空間で第１工程から第３工程の処理が行われるので、セル内部の真空度が高いガスセルを製造できる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記セルは、第１室と、前記第１室と連通し前記開口が設けられた第２室と、を有し、前記第１工程の前に、アルカリ金属を含む固形物を前記開口から挿入して前記第２室内に収納する工程と、前記第３工程の後に、前記固形物にレーザー光を照射して前記アルカリ金属のガスを発生させる工程と、をさらに含むことが好ましい。
【００１７】
本適用例の製造方法によれば、セルの第２室内にアルカリ金属を含む固形物を収納し、セルの開口を仮栓で封止して封止部材からガスを発生させた後に、セルの開口を封止しアルカリ金属を含む固形物にレーザー光を照射してアルカリ金属のガスを発生させる。そのため、アルカリ金属を含む固形物が収納されたセル内に封止部材から発生したガスが侵入することを抑止できるので、セル内でのアルカリ金属のガスと封止部材から発生したガスとの反応を抑止できる。これにより、高い性能（感度、計測精度等）を有するガスセルを製造できる。
【００１８】
［適用例７］本適用例に係る磁気計測装置の製造方法は、上記に記載のガスセルの製造方法を含むことを特徴とする。
【００１９】
本適用例の製造方法によれば、高い真空度で封止され、かつ、封止部材から発せられたガスとアルカリ金属のガスとの反応が抑止されたガスセルを備えた磁気計測装置を製造できるので、高い性能（感度、計測精度等）を有する磁気計測装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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２Ａ】本実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った断面図。
【図２Ｂ】図２Ａの左側からＡ部を見た平面図。
【図３Ａ】本実施形態に係るアンプルの長手方向に沿った断面図。
【図３Ｂ】図３ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図。
【図４】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明するフローチャート。
【図５Ａ】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図５Ｂ】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図５Ｃ】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図６Ａ】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図６Ｂ】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図７】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図８】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図９Ａ】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図９Ｂ】本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図１０】第１工程、第２工程、および第３工程における温度プロファイルの一例を示す図。
【図１１Ａ】変形例１に係るピルの斜視図。
【図１１Ｂ】変形例１に係るガスセルの長手方向に沿った断面図。
【図１２】変形例２に係る原子発振器の構成を示す概略図。
【図１３Ａ】変形例２に係る原子発振器の動作を説明する図。
【図１３Ｂ】変形例２に係る原子発振器の動作を説明する図。
【図１４】従来のガスセルの製造方法の一例を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
＜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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、ねじ込み式であり、光ファイバー２を偏光板４に接続する。
【００２６】
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２Ａに示す主室１４）にはアルカリ金属の蒸気（図２Ａ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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を通過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。
【００３０】
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。
【００３１】
続いて、本実施形態に係るガスセルおよびガスセルに用いられるアンプルの構成について、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂを参照して説明する。
【００３２】
＜ガスセルの構成＞
図２Ａは、本実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った断面図である。図２Ｂは、図２Ａの左側からＡ部を見た平面図である。図２Ａおよび図２Ｂ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の長手方向をＸ軸とし、図２Ａ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２Ｂの紙面における右側を＋Ｙ方向とする。
【００３３】
図２Ａに示すように、本実施形態に係るガスセル１０は、セル１２とリッド１９とを備えている。セル１２は、内部に空隙を有する箱（セル）であり、例えば、石英ガラスなどからなる板状の部材により形成されている。セル１２（板状の部材）の厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍであり、例えば、１．５ｍｍ程度である。
【００３４】
セル１２は、内部の空隙として、第１室としての主室１４と、Ｘ軸方向を長手方向とする第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軸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の上方側（＋Ｚ方向側）に設けられている。図示しないが、連通孔１５は、例えば円形状である。連通孔１５の内径は、例えば、０．４ｍｍ〜１ｍｍ程度である。
【００３５】
セル１２（主室１４およびリザーバー１６）の内部には、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およびリザーバー１６には、アルカリ金属ガス１３の他に、希ガスなどの不活性ガスが存在していてもよい。
【００３６】
リザーバー１６内には、アンプル２０が収納されている。アンプル２０のガラス管２２には、貫通孔（開口部）２１が形成されている。アルカリ金属ガス１３は、アンプル２０内に充填されていたアルカリ金属固体２４（図３Ａ参照）が蒸発（ガス化）したものである。アンプル２０の構成については後述する。
【００３７】
セル１２（主室１４およびリザーバー１６）の内壁には、膜状のコーティング材３２が配置されている。コーティング材３２は、アルカリ金属原子がセル１２（主室１４）の内壁に直接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。コーティング材３２は、パラフィンなどの鎖式飽和炭化水素で構成されている。パラフィンの一例として、例えば、化学式（ＣＨ3（ＣＨ2）48ＣＨ3）で示されるペンタコンタンを用いることができる。
【００３８】
リザーバー１６の長手方向における主室１４および連通孔１５の反対側（−Ｘ方向側）には、開口１８が設けられている。開口１８は、例えば円形状である（図２Ｂ参照）。開口１８の内径は、例えば、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。開口１８は、封止部材３０を介してセル１２に接合されたリッド１９で封止されている。これにより、セル１２（主室１４およびリザーバー１６）が密封されている。
【００３９】
図２Ｂは、リッド１９の側からセル１２のリザーバー１６を見た平面図である。図２Ｂに示すように、リッド１９は、例えば矩形状であるが、円形状など他の形状であってもよい。リッド１９の材料としては、セル１２と同じガラス基材が用いられ、例えば石英ガラスが用いられる。リッド１９は、開口１８の周囲に配置された封止部材３０を介してセル１２に固着されている。
【００４０】
本実施形態に係る封止部材３０は、低融点ガラスを含む。封止部材３０は、開口１８を囲むように、例えば環状に設けられている。封止部材３０の環状の内径は開口１８の径よりも大きいことが好ましく、封止部材３０の環状の外径はリッド１９からはみ出さない大きさであることが好ましい。なお、封止部材３０の平面形状は、開口１８を囲む形状であれば、四角形状や多角形状であってもよい。
【００４１】
＜アンプルの構成＞
図３Ａは、本実施形態に係るアンプルの長手方向に沿った断面図である。図３Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図３Ａに示すように、本実施形態に係るアルカリ金属を含む固形物としてのアンプル２０は、長手方向を有している。図３Ａには、アンプル２０を、その長手方向がＸ軸方向に沿うように配置したときのＸ−Ｚ断面を示している。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、例えば、ホウ珪酸ガラスにより形成されている。
【００４２】
ガラス管２２は、一方向（図３ＡではＸ軸方向）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３Ａ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の中空状の内部には、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。
【００４３】
図３Ａ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、ガスセル１０が完成した段階では、ガラス管２２に貫通孔２１（図２Ａ参照）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１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる（図２Ａ参照）。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１２の内面との間には、例えば＋Ｚ方向に１．５ｍｍ程度の隙間が設けられている（図２Ａ参照）。
【００４４】
図３Ｂに、アンプル２０の長手方向と交差する方向におけるＹ−Ｚ断面を示す。図３Ｂに示すように、ガラス管２２のＹ−Ｚ断面の形状は、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、０．３ｍｍ≦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を形成する加工（詳細は後述する）が困難となる。
【００４５】
＜ガスセルの製造方法＞
次に、本実施形態に係るガスセルの製造方法を図４、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ａ、図６Ｂ、図７、図８、図９Ａ、および図９Ｂを参照して説明する。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フローチャートである。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ａ、図６Ｂ、図７、図８、図９Ａ、および図９Ｂ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。なお、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７、図８、図９Ａ、および図９Ｂは、図２Ａに対応する断面図である。図５Ｃは、リッド１９を封止部材３０が配置された側から見た斜視図である。
【００４６】
まず、図４に示すステップＳ０１（セル組み立て工程）では、セル１２を組み立てる。図５Ａに示すように、セル１２は、例えば、石英ガラスからなるガラス板部材１１を組み合わせて構成されている。図示を省略するが、石英ガラスからなるガラス板を切断して、セル１２を構成する各壁面に対応するガラス板部材１１を準備する。そして、これらのガラス板部材１１を組み立て、ガラス板部材１１同士を接着剤または溶着により接合して、図５Ａに示すような主室１４とリザーバー１６とを有するセル１２を得る。この段階では、セル１２の開口１８は開放されている。
【００４７】
続く、図４に示すステップＳ０２（セル内壁コーティング工程）では、図５Ｂに示すように、セル１２の内壁にコーティング材３２の膜を形成する。図示を省略するが、ステップＳ０１で組み立てたセル１２内部の脱気を十分に行い、減圧環境下において、セル１２の開口１８からリザーバー１６内に、例えばニードルなどを用いてコーティング材３２を配置する。そして、開口１８を仮栓などで仮封止し、セル１２全体を、例えば２００℃程度に加熱する。これにより、図５Ｂに示すように、セル１２（主室１４およびリザーバー１６）の内壁を覆うコーティング材３２の薄い膜が形成される。
【００４８】
続いて、図４に示すステップＳ０３（封止部材塗布工程）では、図５Ｃに示すように、リッド１９に封止部材３０を塗布する。リッド１９の表面（封止部材３０を塗布する面）が梨地面であると、封止部材３０との接合強度が高められる。塗布する際の封止部材３０は、粉末状の低融点ガラス（低融点ガラスフリット）と、低融点ガラスフリットを繋ぐためのバインダーや分散媒を含むペースト状である。図５Ｃに示すように、例えばディスペンサーを用いて、リッド１９の表面に封止部材３０を環状に塗布する。
【００４９】
続く、図４に示すステップＳ０４（封止部材焼成工程）では、リッド１９に塗布した封止部材３０（図５Ｃ参照）を焼成する。封止部材３０を乾燥させた後、減圧環境下（例えば、７０Ｐａ程度）で仮焼成して、封止部材３０からバインダーや分散媒を除去するとともに、封止部材３０をリッド１９に融着（接合）させる。
【００５０】
ステップＳ０４で封止部材３０を焼成する際の温度は、封止部材３０に含まれる低融点ガラスの軟化点以上、かつ、結晶化開始温度未満の温度とするが、低融点ガラスの劣化（リッド１９とセル１２とを接合する密着力の低下）を避けるため、軟化点に近い温度とすることが好ましい。また、封止部材３０にピンホール等が生じることを抑止するため、封止部材３０の温度が低融点ガラスのガラス転移点付近および軟化点付近において段階的に上昇するように加熱することが好ましい。
【００５１】
なお、図示を省略するが、ステップＳ０３およびステップＳ０４の処理を、複数のリッド１９が配列されたマザー基板の状態で行い、処理後にマザー基板から個々のリッド１９に個片化するようにしてもよい。このようにすれば、リッド１９に封止部材３０を塗布し焼成を終えるまで、複数のリッド１９を一括して取り扱うことができるので、リッド１９単位で処理を行う場合と比べて、生産性を向上させることができる。
【００５２】
また、セル１２を準備するステップＳ０１およびステップＳ０２の処理と、封止部材３０が配置されたリッド１９を準備するステップＳ０３およびステップＳ０４の処理とは、どちらを先に実行してもよいし、両者を並行して実行してもよい。
【００５３】
続いて、図４に示すステップＳ０５（アルカリ金属を含む固形物収納工程）では、図６Ａに示すように、セル１２のリザーバー１６内にアンプル２０を収納する。図６Ａに矢印で示すように、アンプル２０を、セル１２のリザーバー１６側に設けられた開口１８から長手方向（Ｘ軸方向）に沿って挿入し、リザーバー１６内に配置する。アンプル２０は、その延在方向がリザーバー１６の長手方向（Ｘ軸方向）に沿うようにリザーバー１６内に収納される。
【００５４】
なお、アンプル２０は、図示しない別工程で、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の中空状の内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される（図３Ａおよび図３Ｂ参照）。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１２に収納される。
【００５５】
続いて、図４に示すステップＳ０６（仮封止工程）では、図６Ｂに示すように、セル１２の開口１８を仮栓３６で仮封止する。本実施形態では、セル１２をホルダー３４で保持する。ホルダー３４には、例えば、仮栓３６を支持する支持部３７が回動可能に取り付けられている。セル１２がホルダー３４で保持された状態で、開口１８が仮栓３６により仮封止され、ステップＳ０５で収納されたアンプル２０がリザーバー１６内に保持される。
【００５６】
仮栓３６としては、耐熱性が高く不要なガスを発生させない材料、例えば、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）等のフッ素系ゴムを好適に用いることができる。なお、ホルダー３４の形状や仮栓３６を支持する構成は、図６Ｂに示す形態に限定されるものではない。
【００５７】
続いて、図４に示すステップＳ０７（第１工程：封止部材ガス出し工程）、ステップＳ０８（第２工程：仮栓外し工程）、およびステップＳ０９（第３工程：封止工程）の各処理を、図７に示す封止装置３８の内部で、一連の工程として実行する。
【００５８】
ステップＳ０７（第１工程）は、リッド１９に塗布した封止部材３０からのガス出しを行う工程である。上述したステップＳ０４で封止部材３０を焼成する際にも封止部材３０からガスがある程度は放出されるが、この焼成工程だけで封止部材３０からガスを除去することは困難である。ステップＳ０７では、後工程のステップＳ０９においてセル１２を密封（本封止ともいう）する際に封止部材３０からガスが放出されてセル１２内部に侵入することを抑止するため、予め封止部材３０からガスを放出させる。
【００５９】
図７に示すように、封止部材３０を塗布したリッド１９と、開口１８を仮栓３６で仮封止したセル１２とを、封止装置３８の内部に配置する。より具体的には、リッド１９を、封止装置３８内部に設けられたステージ３９上に、封止部材３０を塗布した側を鉛直方向の上方（ステージ３９とは反対側）にして配置する。そして、セル１２を、封止部材３０と接しないように、ホルダー３４で保持された状態で封止部材３０内部のリッド１９から離れた位置に配置する。
【００６０】
リッド１９とセル１２とを配置した封止装置３８内部を、例えば、真空ポンプ（図示しない）等により外部に排気して、１０-4Ｐａ以下に減圧する。そして、ステージ３９の温度を所定の温度（第１温度）まで上昇させてリッド１９を加熱することにより、リッド１９を介して封止部材（低融点ガラス）３０を加熱する。なお、減圧した状態の封止装置３８の内部が、本発明の「減圧した空間」に相当する。
【００６１】
第１温度は、封止部材３０の温度が低融点ガラスの軟化点以上、かつ、結晶化開始温度未満となる温度とする。これにより、封止部材３０に含まれる低融点ガラスを結晶化させることなく軟化させることができる。第１温度は、低融点ガラスの劣化（密着力の低下）を避けるため、後述するステップＳ０９における第２温度よりも低い温度とし、封止部材３０の温度が低融点ガラスの軟化点付近となる温度とすることが好ましい。例えば、封止部材３０に含まれる低融点ガラスの軟化点が３１１℃の場合、第１温度は３８０℃〜４２０℃程度とする。
【００６２】
ステージ３９の温度を第１温度まで上昇させる際は、封止部材３０にピンホール等が生じることを抑止するため、低融点ガラスのガラス転移点付近および軟化点付近において多段階で温度が上昇するように加熱することが好ましい。ステップＳ０７においてステージ３９を第１温度に加熱した状態を保持する時間は、低融点ガラスの劣化（密着力の低下）を避けるため、ステップＳ０９においてステージ３９の温度を第２温度に保持する時間よりも短いことが好ましく、例えば３分〜１１分程度とする。
【００６３】
封止部材３０が加熱されて封止部材３０からガスが放出されると、封止装置３８内部の真空度は一旦低下する。このとき、セル１２の開口１８が仮栓３６により仮封止されているので、封止部材３０から放出されるガスがセル１２内部に侵入することを抑止できる。封止部材３０から放出されたガスが封止装置３８の外部へ排気されると、封止装置３８の内部の真空度は再び上昇する。
【００６４】
続くステップＳ０８（第２工程）は、セル１２の開口１８から仮栓３６を外す工程である。ステップＳ０８では、封止装置３８の内部が減圧されたままの状態で、ステージ３９の温度を第１温度から徐々に低下させる。ステップＳ０８では、ステージ３９の温度を、例えば２７０℃〜３１０℃程度まで低下させる。
【００６５】
ステップＳ０７で一旦低下した封止装置３８の内部の真空度が再び上昇した後、すなわち、封止部材３０から放出されたガスが封止装置３８の外部へ排気された後、セル１２の開口１８から仮栓３６を外す。本実施形態では、図８に示すように、仮栓３６を支持する支持部３７を回動させることで、開口１８から仮栓３６を外すことができる。
【００６６】
続くステップＳ０９（第３工程）は、リッド１９で開口１８を封止してセル１２を密封（本封止）する工程である。ステップＳ０９では、セル１２の内部が十分に脱気され高真空で不純物が極めて少ない状態で処理を行う。ステップＳ０９では、ステップＳ０７およびステップＳ０８よりも封止装置３８内部の真空度が高いことが好ましい。
【００６７】
図８に示すように、ステージ３９上に配置されたリッド１９上に、セル１２の長手方向が鉛直方向に沿うとともに、開口１８が下方側（リッド１９側）となるように配置する。そして、ステージ３９の温度を上昇させてリッド１９を加熱しながらセル１２に荷重を付加し、セル１２とリッド１９との間で加熱された封止部材３０を押し潰すようにしてセル１２とリッド１９とに密着させて、セル１２とリッド１９とを接合する。
【００６８】
ステップＳ０９では、ステップＳ０８の状態からステージ３９の温度を徐々に所定の温度（第２温度）まで上昇させる。第２温度は、封止部材３０をセル１２とリッド１９とに密着させるため、ステップＳ０７における第１温度よりも高く設定される。第２温度は、封止部材（低融点ガラス）３０の温度が、低融点ガラスの軟化点以上、かつ、低結晶化開始温度未満となる温度とし、低融点ガラスの結晶化開始温度付近の温度となるように設定することが好ましい。例えば、封止部材３０に含まれる低融点ガラスの軟化点が３１１℃の場合、第２温度は４８０℃〜５２０℃程度とする。
【００６９】
セル１２に荷重を付加してステージ３９を第２温度に加熱した状態を、例えば５分〜３０分程度保持した後、ステージ３９の温度を徐々に下降させる。これにより、セル１２の本封止が完了する。先にステップＳ０７で封止部材３０からのガス出しを行っているため、ステップＳ０９では、封止部材３０から放出されるガスは極めて少なく、セル１２内部へのガスの侵入を抑止して、セル１２内部の真空度が高い状態で開口１８を封止することができる。
【００７０】
図１０は、第１工程、第２工程、および第３工程における温度プロファイルの一例を示す図である。図１０に示す例では、ステップＳ０７（第１工程）における第１温度を４００℃（保持時間を７分）とし、ステップＳ０８（第２工程）における温度を第１温度よりも低い２９０℃とし、ステップＳ０９（第３工程）における第３温度を第１温度よりも高い５００℃（保持時間を１５分）としている。
【００７１】
なお、図１０に示す温度はステージ３９を加熱する温度であるが、ステージ３９と接するリッド１９を介して封止部材３０に熱が伝達されること、減圧された封止装置３８内部では熱の対流や輻射が起きにくいこと等から、封止部材３０が加熱される温度はステージ３９を加熱する温度よりもある程度低くなる。したがって、ステップＳ０７からステップＳ０９でステージ３９を加熱する温度およびその温度で保持する時間は、上述した例に限定されるものではなく、封止部材３０に用いる低融点ガラスの材料（組成）や、封止装置３８内部での熱の伝達状況等に基づいて適宜設定されるものとする。
【００７２】
続いて、図４に示すステップＳ１０（レーザー光照射工程）では、図９Ａに示すように、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、セル１２を間に介してアンプル２０のガラス管２２に照射する。パルスレーザー光４０は、アンプル２０（ガラス管２２）の上面で焦点を結ぶように照射する。
【００７３】
これにより、図９Ｂに示すように、ガラス管２２に貫通孔２１が形成され、リザーバー１６内でアンプル２０内のアルカリ金属固体２４（図３Ａ参照）が蒸発してアルカリ金属ガス１３となる。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１２の主室１４に流入し拡散する。この結果、図９Ｂに示すように、セル１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる。
【００７４】
レーザー光は指向性や収束性に優れているので、パルスレーザー光４０を照射することにより、ガラス管２２に容易に貫通孔２１を形成することができる。パルスレーザー光４０のエネルギーは、例えば、２０μＪ／ｐｕｌｓｅ〜２００μＪ／ｐｕｌｓｅとする。パルスレーザー光４０のパルス幅は、例えば、１０ナノ秒〜５０ナノ秒とし、３０ナノ秒程度であることが好ましい。パルスレーザー光４０の繰り返し周波数は、例えば、５０ｋＨｚ程度とし、パルスレーザー光４０の照射時間は、例えば、１００ｍｓｅｃ程度とする。
【００７５】
また、ステップＳ１０でアンプル２０のガラス管２２に確実に貫通孔２１を形成するためには、アンプル２０に対するパルスレーザー光４０の照射位置を、パルスレーザー光４０の焦点がアンプル２０の幅方向（図３ＢのＹ軸方向）における中央部に位置するように設定することが好ましい。パルスレーザー光４０の焦点がアンプル２０の幅方向における中央部からずれると、深さ方向の加工が進まなくなりガラス管２２を貫通させることができなくなる場合がある。
【００７６】
ステップＳ１０では、セル１２に損傷を与えることなく、アンプル２０のガラス管２２に貫通孔２１を形成する必要がある。そこで、セル１２が石英ガラスで形成されガラス管２２がホウ珪酸ガラスで形成されている場合、例えば、紫外線領域の波長のパルスレーザー光４０を用いる。紫外線領域の波長の光は、石英ガラスを透過するが、ホウ珪酸ガラスには僅かに吸収される。これにより、セル１２に損傷を与えることなく、アンプル２０のガラス管２２を選択的に加工して貫通孔２１を形成することができる。
【００７７】
なお、ステップＳ１０では、アンプル２０内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の形成に限定されず、例えば、ガラス管２２に亀裂を生じさせてアンプル２０を分断してもよいし、ガラス管２２を破壊してもよい。
【００７８】
以上で、本実施形態に係るガスセル１０が完成する。本実施形態に係る磁気計測装置１００の製造方法は、上述したガスセル１０の製造方法を含んでいる。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。
【００７９】
ここで、本実施形態に係るガスセルの製造方法の効果を、従来のガスセルの製造方法の例と比較して説明する。図１４は、従来のガスセルの製造方法の一例を説明するフローチャートである。図１４に示す従来のガスセルの製造方法では、本実施形態に係るガスセルの製造方法に対して、ステップＳ０５の後、ステップＳ０６からステップＳ０８までの工程を行うことなく、ステップＳ０９の処理（本封止）が実行される。
【００８０】
そのため、従来のガスセルの製造方法では、ステップＳ０９でセル１２を本封止する際に封止部材３０からガスが発生し、セル１２内部の真空度が低下した状態で開口１８が封止されてしまうという課題がある。また、ステップＳ１０でアンプル２０内のアルカリ金属固体２４を蒸発させる際に、セル１２内部に封止部材３０から放出されたガスが入っていると、反応性に富むアルカリ金属ガス１３が封止部材３０から放出されたガスと反応してしまうという課題がある。その結果、磁気計測装置１００の性能（感度や計測精度等）が著しい低下することとなる。
【００８１】
これに対して、本実施形態に係るガスセルの製造方法では、ステップＳ０７で封止部材３０からのガス出しを行った後に、ステップＳ０９の本封止を行うので、内部の真空度が低下した状態でセル１２が封止されることを抑止できる。また、ステップＳ０７で封止部材３０からガスを発生させる際、セル１２の開口１８が仮栓３６で仮封止されているので、封止部材３０から発生したガスがセル１２内部に侵入することを抑止できる。
【００８２】
また、ステップＳ０７からステップＳ０９までの処理を同一の減圧された空間（封止装置３８内部）において実行するので、これら一連の工程の間に封止装置３８の開閉は行われない。そのため、封止部材３０を塗布したリッド１９を別の空間で加熱してガス出しを行った後に封止装置３８内部に配置して本封止を行う場合と比べて、セル１２内部の真空度の低下や、封止装置３８の外部からセル１２内部への不純物の侵入を抑止できる。そして、ステップＳ０７からステップＳ０９まで封止部材３０内部が減圧されステージ３９が加熱された状態が維持されるため、別の空間で封止部材３０のガス出しを行う場合と比べて、封止部材３０内部の減圧やステージ３９の加熱に要する時間を短縮できるので、これら一連の工程全体の処理時間を抑えることができる。
【００８３】
以上述べたように、本実施形態に係るガスセル１０の製造方法および磁気計測装置１００の製造方法によれば、封止部材３０から発生したガスが侵入することが抑止され真空度が高いセル１２内部でアルカリ金属ガス１３を発生させるので、アルカリ金属ガス１３と封止部材３０から発生したガスとの反応を抑止できる。これにより、高い性能（感度、計測精度等）を有するガスセル１０および磁気計測装置１００を製造できる。
【００８４】
上記実施形態は、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。
【００８５】
（変形例１）
変形例１は、上記実施形態に対して、アルカリ金属を含む固形物がアンプルではなくピルである点が異なるが、セルの構成はほぼ同じである。変形例１に係るガスセルおよびガスセルに用いられるピルの構成について、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して説明する。なお、上記実施形態と共通する構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８６】
＜ピルの構成＞
まず、変形例１に係るアルカリ金属を含む固形物としてのピルの構成を説明する。図１１Ａは、変形例１に係るピルの斜視図である。図１１Ａに示すように、変形例１に係るピル２６は、例えば略円筒形である。ピル２６の円筒形の径φは、例えば１ｍｍ程度であり、ピル２６の円筒形の高さｈは、例えば１ｍｍ程度である。なお、ピル２６の外形形状は略円筒形に限定されず、直方体や球体など他の形状であってもよい。
【００８７】
ピル２６は、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含む。ピル２６は、図４に示すステップＳ１０（レーザー光照射工程）でレーザー光を照射するとアルカリ金属化合物が加熱され活性化されることでアルカリ金属２７が生成され、その際に放出される不純物や不純ガスは吸着剤２８に吸着される（図１１Ｂ参照）。アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属２７としてセシウムを用いる場合、例えば、モリブデン酸セシウム、塩化セシウムなどのセシウム化合物を用いることができる。吸着剤２８としては、例えば、ジルコニウム粉末、アルミニウムなどを用いることができる。
【００８８】
＜ガスセルの構成＞
図１１Ｂは、変形例１に係るガスセルの長手方向に沿った断面図である。図１１Ｂに示すように、変形例１に係るガスセル１０Ａは、上記実施形態に係るガスセル１０と同様のセル１２とリッド１９とを備えている。ガスセル１０Ａが完成した状態では、リザーバー１６内にピル２６（図１１Ａ参照）のアルカリ金属化合物からアルカリ金属２７（例えば、セシウム）が生成され、アルカリ金属２７が蒸発したアルカリ金属ガス１３で主室１４およびリザーバー１６が満たされている。リザーバー１６内に、不純ガスを吸着した吸着剤２８や不純物などが残留していてもよい。
【００８９】
＜ガスセルの製造方法＞
変形例１に係るガスセルの製造方法は、上記実施形態と同様の工程（図４参照）を有するが、ステップＳ０５およびステップＳ１０における処理方法が上記実施形態と異なる。以下では、図示を省略し、上記実施形態と異なる点を説明する。ステップＳ０５（アルカリ金属を含む固形物収納工程）では、セル１２のリザーバー１６内に、アンプル２０に代わり、ピル２６を収納する。
【００９０】
ステップＳ１０（レーザー光照射工程）では、パルスレーザー光４０に代わり、連続発振レーザー光をピル２６に照射する。連続発振レーザー光として、例えば、赤色から赤外線領域（６８０ｎｍ〜１２００ｎｍ程度）の波長で連続発振するＬＤ（Laser Diode）レーザーを用いることができる。連続発振レーザー光の波長は、８００ｎｍ程度であることが好ましい。連続発振レーザー光の出力は、例えば、１Ｗ〜１０Ｗ程度とし、２Ｗ〜５Ｗ程度であることが好ましい。連続発振レーザー光の照射時間は、例えば、１０秒〜５分程度とし、３０秒〜９０秒程度であることが好ましい。
【００９１】
連続発振レーザー光を照射することにより、ピル２６が加熱されてピル２６に含まれるアルカリ金属化合物が活性化され、アルカリ金属２７が生成される。そして、アルカリ金属２７が蒸発しアルカリ金属ガス１３となってリザーバー１６内に流出し、連通孔１５を通ってセル１２の主室１４に流入し拡散する。この結果、図１１Ｂに示すように、セル１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる。アルカリ金属化合物から放出された不純物や不純ガスは、吸着剤２８に吸着される。
【００９２】
変形例１に係るガスセル１０Ａの製造方法および磁気計測装置１００の製造方法においても、封止部材３０から発生したガスが侵入することが抑止されたセル１２内部でアルカリ金属ガス１３を発生させるので、アルカリ金属ガス１３と封止部材３０から発生したガスとの反応を抑止できる。これにより、高い性能（感度、計測精度等）を有するガスセル１０Ａおよび磁気計測装置１００を製造できる。
【００９３】
（変形例２）
上記実施形態に係るガスセルを適用可能な装置は、磁気計測装置１００に限定されない。上記実施形態および変形例に係るガスセルは、例えば、原子時計などの原子発振器にも適用できる。図１２は、変形例２に係る原子発振器の構成を示す概略図である。また、図１３Ａおよび図１３Ｂは、変形例２に係る原子発振器の動作を説明する図である。
【００９４】
図１２に示す変形例２に係る原子発振器（量子干渉装置）１０１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。図１２に示すように、原子発振器１０１は、上記実施形態に係るガスセル１０（またはガスセル１０Ａ）と、光源７１と、光学部品７２，７３，７４，７５と、光検出部７６と、ヒーター７７と、温度センサー７８と、磁場発生部７９と、制御部８０とを備えている。
【００９５】
光源７１は、ガスセル１０内のアルカリ金属原子を励起する励起光ＬＬとして、後述する周波数の異なる２種の光（図１３Ａに示す共鳴光Ｌ１および共鳴光Ｌ２）を射出する。光源７１は、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などの半導体レーザーなどで構成される。光学部品７２，７３，７４，７５は、それぞれ、光源７１とガスセル１０との間における励起光ＬＬの光路上に設けられ、光源７１側からガスセル１０側へ、光学部品７２（レンズ）、光学部品７３（偏光板）、光学部品７４（減光フィルター）、光学部品７５（λ／４波長板）の順に配置されている。
【００９６】
光検出部７６は、ガスセル１０内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光Ｌ１，Ｌ２）の強度を検出する。光検出部７６は、例えば、太陽電池、フォトダイオードなどで構成されており、後述する制御部８０の励起光制御部８２に接続されている。ヒーター７７（加熱部）は、ガスセル１０内のアルカリ金属をガス状に（アルカリ金属ガス１３として）維持するために、ガスセル１０を加熱する。ヒーター７７（加熱部）は、例えば、発熱抵抗体などで構成される。
【００９７】
温度センサー７８は、ヒーター７７の発熱量を制御するために、ヒーター７７またはガスセル１０の温度を検出する。温度センサー７８は、サーミスター、熱電対などの公知の各種温度センサーで構成される。磁場発生部７９は、ガスセル１０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。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１０１の発振周波数の精度を高めることができる。磁場発生部７９は、例えば、ヘルムホルツコイルやソレノイドコイルなどで構成される。
【００９８】
制御部８０は、光源７１が射出する励起光ＬＬ（共鳴光Ｌ１，Ｌ２）の周波数を制御する励起光制御部８２と、温度センサー７８の検出結果に基づいてヒーター７７への通電を制御する温度制御部８１と、磁場発生部７９から発生する磁場が一定となるように制御する磁場制御部８３とを有する。制御部８０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。
【００９９】
原子発振器１０１の原理を簡単に説明する。図１３Ａは原子発振器１０１のガスセル１０内におけるアルカリ金属のエネルギー状態を説明する図であり、図１３Ｂは原子発振器１０１の光源７１からの２つの光の周波数差と光検出部７６での検出強度との関係を示すグラフである。図１３Ａに示すように、ガスセル１０内に封入されているアルカリ金属（アルカリ金属ガス１３）は、３準位系のエネルギー準位を有しており、エネルギー準位の異なる２つの基底状態（基底状態Ｓ１、基底状態Ｓ２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態Ｓ１は、基底状態Ｓ２よりも低いエネルギー状態である。
【０１００】
このようなアルカリ金属ガス１３に対して周波数の異なる２種の共鳴光Ｌ１，Ｌ２を照射すると、共鳴光Ｌ１の周波数ω１と共鳴光Ｌ２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光Ｌ１，Ｌ２のアルカリ金属ガス１３における光吸収率（光透過率）が変化する。そして、共鳴光Ｌ１の周波数ω１と共鳴光Ｌ２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態Ｓ１と基底状態Ｓ２とのエネルギー差に相当する周波数と一致したとき、基底状態Ｓ１，Ｓ２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Ｌ１，Ｌ２は、いずれも、アルカリ金属ガス１３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。
【０１０１】
光源７１は、ガスセル１０に向けて、上述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光Ｌ１および共鳴光Ｌ２）を射出する。ここで、例えば、共鳴光Ｌ１の周波数ω１を固定し、共鳴光Ｌ２の周波数ω２を変化させていくと、共鳴光Ｌ１の周波数ω１と共鳴光Ｌ２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態Ｓ１と基底状態Ｓ２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７６の検出強度は、図１３Ｂ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信号と呼ぶ。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信号を基準として用いることにより、高精度な原子発振器１０１を実現することができる。
【０１０２】
原子発振器１０１に用いられるガスセル１０には小型であり、かつ、長寿命であることが要求されるが、上記実施形態のガスセルの構成およびその製造方法によれば、小型で長寿命のガスセル１０を安定的に製造できるので、小型で精度が高く長寿命の原子発振器１０１に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０，１０Ａ…ガスセル、１２…セル、１３…アルカリ金属ガス（アルカリ金属のガス）、１４…主室（第１室）、１６…リザーバー（第２室）、１８…開口、１９…リッド、２０…アンプル（アルカリ金属を含む固形物）、２６…ピル（アルカリ金属を含む固形物）、３０…封止部材、３６…仮栓、４０…パルスレーザー光（レーザー光）、１００…磁気計測装置。
【図１】
2017227584.tif 000003
【図２Ａ】
2017227584.tif 000004
【図２Ｂ】
2017227584.tif 000005
【図３Ａ】
2017227584.tif 000006
【図３Ｂ】
2017227584.tif 000007
【図４】
2017227584.tif 000008
【図５Ａ】
2017227584.tif 000009
【図５Ｂ】
2017227584.tif 000010
【図５Ｃ】
2017227584.tif 000011
【図６Ａ】
2017227584.tif 000012
【図６Ｂ】
2017227584.tif 000013
【図７】
2017227584.tif 000014
【図８】
2017227584.tif 000015
【図９Ａ】
2017227584.tif 000016
【図９Ｂ】
2017227584.tif 000017
【図１０】
2017227584.tif 000018
【図１１Ａ】
2017227584.tif 000019
【図１１Ｂ】
2017227584.tif 000020
【図１２】
2017227584.tif 000021
【図１３Ａ】
2017227584.tif 000022
【図１３Ｂ】
2017227584.tif 000023
【図１４】
2017227584.tif 000024