(57)【要約】【課題】製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え生産性を向上させ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、主室１４と連通し長手方向を有するリザーバー１６と、リザーバー１６の長手方向における主室１４とは反対側に設けられた開口部１８と、を有するセル部１２と、開口部１８を封止する封止部１９と、主室１４とリザーバー１６とに充填されたアルカリ金属ガス１３と、を備えたガスセル１０を含み、リザーバー１６内に、長手方向に沿って保持部１７が設けられていることを特徴とする。【選択図】図２Ａ
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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、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部と、
前記開口部を封止する封止部と、
前記第１室と前記第２室とに充填されたアルカリ金属のガスと、を備えたガスセルを含み、
前記第２室内に、前記長手方向に沿って保持部が設けら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、
前記保持部は、前記長手方向に対して傾斜した傾斜面を有することを特徴とする磁気計測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁気計測装置であって、
前記保持部は、前記第２室の前記開口部が設けられた側の内壁の壁面から前記長手方向に窪んだ凹部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１または２に記載の磁気計測装置であって、
前記保持部は、前記第２室の前記開口部が設けられた側の内壁の壁面から前記長手方向に張り出した凸部で構成されることを特徴とする磁気計測装置。
【請求項５】
第１室と、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部と、
前記開口部を封止する封止部と、
前記第１室と前記第２室とに充填されたアルカリ金属のガスと、を備え、
前記第２室内に、前記長手方向に沿って保持部が設けられていることを特徴とするガスセル。
【請求項６】
請求項５に記載のガスセルであって、
前記保持部は、前記長手方向に対して傾斜した傾斜面を有することを特徴とするガスセル。
【請求項７】
請求項５または６に記載のガスセルであって、
前記保持部は、前記第２室の前記開口部が設けられた側の内壁の壁面から前記長手方向に窪んだ凹部で構成されることを特徴とするガスセル。
【請求項８】
請求項５または６に記載のガスセルであって、
前記保持部は、前記第２室の前記開口部が設けられた側の内壁の壁面から前記長手方向に張り出した凸部で構成されることを特徴とするガスセル。
【請求項９】
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、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室内に前記長手方向に沿って設けられた保持部と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部の前記第２室に前記開口部から前記長手方向に沿ってアルカリ金属を含む固形物を挿入して配置する配置工程と、
前記開口部を封止部で封止する封止工程と、
前記固形物にレーザー光を照射する照射工程と、を含み、
前記配置工程では、前記固形物を前記保持部に配置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９に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記封止工程では、前記セル部を、前記長手方向が鉛直方向に沿うとともに前記開口部が鉛直方向の下方側となるようにして前記封止部の上に配置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】
請求項９または１０に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記固形物は内部にアルカリ金属材料が充填されたアンプルであり、
前記照射工程では、前記アンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を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１２】
請求項９または１０に記載の磁気計測装置の製造方法であって、
前記固形物はアルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルであり、
前記照射工程では、前記ピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を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１３】
第１室と、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室内に前記長手方向に沿って設けられた保持部と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部の前記第２室に前記開口部から前記長手方向に沿ってアルカリ金属を含む固形物を挿入して配置する配置工程と、
前記開口部を封止部で封止する封止工程と、
前記固形物にレーザー光を照射する照射工程と、を含み、
前記配置工程では、前記固形物を前記保持部に配置することを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のガスセルの製造方法であって、
前記封止工程では、前記セル部を、前記長手方向が鉛直方向に沿うとともに前記開口部が鉛直方向の下方側となるようにして前記封止部の上に配置することを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載のガスセルの製造方法であって、
前記固形物は内部にアルカリ金属材料が充填されたアンプルであり、
前記照射工程では、前記アンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射することを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載のガスセルの製造方法であって、
前記固形物はアルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルであり、
前記照射工程では、前記ピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射する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、リザーバー（アンプル収容室）にアルカリ金属が封入されたアンプルを収納し、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）をリザーバーから連通孔を介して主室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、例えば、リザーバーに設けられた開口部からアンプルを挿入してリザーバー内に収納し、開口部を封止部で塞いで封止する場合、アンプルを収納する工程から封止する工程までの取り扱いや封止部で封止する際に、アンプルが開口部からリザーバー外へ出てしまうおそれがある。また、アンプルにレーザー光を照射する際に、アンプルの位置が個体によってばらついてレーザー光の照射位置からずれてしまったり、リザーバー内でアンプルが安定しないためにレーザー光照射による衝撃でアンプルが動いてしまったりすると、レーザー光照射による深さ方向の加工が進まずアルカリ金属のガスを発生させることができないおそれがある。これらが生じた場合、製造歩留まりの低下や、加工のやり直しなどによる製造工数の増大を招いてしまうこととなる。
【０００５】
アルカリ金属ガスを発生させるための部材としては、特許文献１に記載のアンプル以外の形態も考えられる。そこで、本願発明の課題は、リザーバー内に収納したアンプルなどのアルカリ金属ガスを発生させるための部材が開口部から外へ出てしまうことを抑止するとともにリザーバー内に安定した状態で保持してレーザー光照射により確実にアルカリ金属ガスを発生させ、製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え生産性を向上させ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を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
［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、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部と、前記開口部を封止する封止部と、前記第１室と前記第２室とに充填されたアルカリ金属のガスと、を備えたガスセルを含み、前記第２室内に、前記長手方向に沿って保持部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本適用例の構成によれば、セル部において、第２室の長手方向における第１室とは反対側に開口部が設けられ、第２室内には長手方向に沿って保持部が設けられている。そのため、磁気計測装置の製造工程において、開口部から長手方向に沿って第２室内に挿入したアルカリ金属ガスを発生させるための部材（以下では、単に部材ともいう）を保持部に配置することができる。これにより、部材を保持部で第２室内に保持できるので、開口部を封止部で封止するまでの取り扱いや開口部を封止部で封止する際に、部材が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。そして、部材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際に、部材がレーザー光の照射位置からずれてしまうことやレーザー光照射による衝撃で部材が動いてしまうことが抑えられるので、より確実にアルカリ金属ガスを発生させることができる。この結果、製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることが可能な磁気計測装置を提供することができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に係る磁気計測装置であって、前記保持部は、前記長手方向に対して傾斜した傾斜面を有することが好ましい。
【００１０】
本適用例の構成によれば、保持部が第２室の長手方向に対して傾斜した傾斜面を有しているので、開口部から長手方向に沿って第２室内に挿入した部材を、傾斜面で案内して容易に保持部に配置できる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に係る磁気計測装置であって、前記保持部は、前記第２室の前記開口部が設けられた側の内壁の壁面から前記長手方向に窪んだ凹部で構成されることが好ましい。
【００１２】
本適用例の構成によれば、第２室の開口部が設けられた側の内壁の壁面と、壁面から長手方向に窪んだ凹部との間に段差部が形成され、この段差部が第２室内で保持部（凹部）を長手方向に沿って仕切る障壁となるので、部材を保持部（凹部）で第２室内に安定した状態で保持できる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に係る磁気計測装置であって、前記保持部は、前記第２室の前記開口部が設けられた側の内壁の壁面から前記長手方向に張り出した凸部で構成されることが好ましい。
【００１４】
本適用例の構成によれば、第２室の開口部が設けられた側の内壁の壁面から長手方向に張り出した凸部が、第２室内で保持部を長手方向に沿って仕切る障壁となるので、部材を保持部（凸部により仕切られた部分）で第２室内に安定した状態で保持できる。
【００１５】
［適用例５］本適用例に係るガスセルは、第１室と、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部と、前記開口部を封止する封止部と、前記第１室と前記第２室とに充填されたアルカリ金属のガスと、を備え、前記第２室内に、前記長手方向に沿って保持部が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本適用例の構成によれば、セル部において、第２室の長手方向における第１室とは反対側に開口部が設けられ、第２室内には長手方向に沿って保持部が設けられている。そのため、ガスセルの製造工程において、開口部から長手方向に沿って第２室内に挿入したアルカリ金属ガスを発生させるための部材を保持部に配置することができる。これにより、部材を保持部で第２室内に保持できるので、開口部を封止部で封止するまでの取り扱いや開口部を封止部で封止する際に、部材が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。そして、部材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際に、部材がレーザー光の照射位置からずれてしまうことやレーザー光照射による衝撃で部材が動いてしまうことが抑えられるので、より確実にアルカリ金属ガスを発生させることができる。この結果、製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることが可能なガスセルを提供することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に係るガスセルであって、前記保持部は、前記長手方向に対して傾斜した傾斜面を有することが好ましい。
【００１８】
本適用例の構成によれば、保持部が第２室の長手方向に対して傾斜した傾斜面を有しているので、開口部から長手方向に沿って第２室内に挿入した部材を、傾斜面で案内して容易に保持部に配置できる。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に係るガスセルであって、前記保持部は、前記第２室の前記開口部が設けられた側の内壁の壁面から前記長手方向に窪んだ凹部で構成されていてもよい。
【００２０】
本適用例の構成によれば、第２室の開口部が設けられた側の内壁の壁面と、壁面から長手方向に窪んだ凹部との間に段差部が形成され、この段差部が第２室内で保持部（凹部）を長手方向に沿って仕切る障壁となるので、部材を保持部（凹部）で第２室内に安定した状態で保持できる。
【００２１】
［適用例８］上記適用例に係るガスセルであって、前記保持部は、前記第２室の前記開口部が設けられた側の内壁の壁面から前記長手方向に張り出した凸部で構成されていてもよい。
【００２２】
本適用例の構成によれば、第２室の開口部が設けられた側の内壁の壁面から長手方向に張り出した凸部が、第２室内で保持部を長手方向に沿って仕切る障壁となるので、部材を保持部（凸部により仕切られた部分）で第２室内に安定した状態で保持できる。
【００２３】
［適用例９］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、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室内に前記長手方向に沿って設けられた保持部と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部の前記第２室に前記開口部から前記長手方向に沿ってアルカリ金属を含む固形物を挿入して配置する配置工程と、前記開口部を封止部で封止する封止工程と、前記固形物にレーザー光を照射する照射工程と、を含み、前記配置工程では、前記固形物を前記保持部に配置することを特徴とする。
【００２４】
本適用例の製造方法によれば、配置工程で、長手方向に沿って保持部が設けられたセル部の第２室に、長手方向における第１室とは反対側に設けられた開口部から長手方向に沿って、アルカリ金属ガスを発生させるための部材であるアルカリ金属を含む固形物を挿入して保持部に配置する。これにより、固形物を保持部で第２室内に保持できるので、配置工程から封止工程までの取り扱いや封止工程で開口部を封止部で封止する際に、固形物が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。そして、照射工程で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際に、固形物がレーザー光の照射位置からずれてしまうことやレーザー光照射による衝撃で固形物が動いてしまうことが抑えられるので、より確実にアルカリ金属ガスを発生させることができる。この結果、製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることが可能な磁気計測装置の製造方法を提供することができる。
【００２５】
［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、前記封止工程では、前記セル部を、前記長手方向が鉛直方向に沿うとともに前記開口部が鉛直方向の下方側となるようにして前記封止部の上に配置することが好ましい。
【００２６】
本適用例の製造方法によれば、封止工程で開口部が鉛直方向の下方側となるようにしてセル部を封止部の上に配置するので、例えば、低融点ガラスをシール材として封止部とセル部とを固着する場合に、下方に位置する封止部側から低融点ガラスを加熱しながら上方に位置するセル部に対して荷重を付加して、効率良く封止を行うことができる。その際、固形物は保持部に保持されているので、開口部が下方側となるようにセル部が配置されても、固形物が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。
【００２７】
［適用例１１］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記固形物は内部にアルカリ金属材料が充填されたアンプルであり、前記照射工程では、前記アンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射することが好ましい。
【００２８】
本適用例の製造方法によれば、照射工程において、内部にアルカリ金属材料が充填されたアンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射するので、セル部に損傷を与えることなくアンプルのガラス管に貫通孔を形成し内部のアルカリ金属を蒸発させて、アルカリ金属ガスを発生させることができる。また、パルスレーザー光を照射する際、アンプルが保持部に保持されているので、アンプルがパルスレーザー光の照射位置からずれてしまったり、パルスレーザー光照射による衝撃でアンプルが動いてしまったりすることが抑えられる。
【００２９】
［適用例１２］上記適用例に係る磁気計測装置の製造方法であって、前記固形物はアルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルであり、前記照射工程では、前記ピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射することが好ましい。
【００３０】
本適用例の製造方法によれば、照射工程において、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射するので、ピルを局所的に加熱しアルカリ金属化合物を活性化してアルカリ金属ガスを発生させるとともに、不純物を吸着剤で吸着することができる。また、連続発振レーザー光を照射する際、ピルが保持部に保持されているので、ピルが連続発振レーザー光の照射位置からずれてしまったり、連続発振レーザー光照射による衝撃でピルが動いてしまったりすることが抑えられる。
【００３１】
［適用例１３］本適用例に係るガスセルの製造方法は、第１室と、前記第１室と連通し長手方向を有する第２室と、前記第２室内に前記長手方向に沿って設けられた保持部と、前記第２室の前記長手方向における前記第１室とは反対側に設けられた開口部と、を有するセル部の前記第２室に前記開口部から前記長手方向に沿ってアルカリ金属を含む固形物を挿入して配置する配置工程と、前記開口部を封止部で封止する封止工程と、前記固形物にレーザー光を照射する照射工程と、を含み、前記配置工程では、前記固形物を前記保持部に配置することを特徴とする。
【００３２】
本適用例の製造方法によれば、配置工程で、長手方向に沿って保持部が設けられたセル部の第２室に、長手方向における第１室とは反対側に設けられた開口部から長手方向に沿って、アルカリ金属ガスを発生させるための部材であるアルカリ金属を含む固形物を挿入して保持部に配置する。これにより、固形物を保持部で第２室内に保持できるので、配置工程から封止工程までの取り扱いや封止工程で開口部を封止部で封止する際に、固形物が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。そして、照射工程で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際に、固形物がレーザー光の照射位置からずれてしまうことやレーザー光照射による衝撃で固形物が動いてしまうことが抑えられるので、より確実にアルカリ金属ガスを発生させることができる。この結果、製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることが可能なガスセルの製造方法を提供することができる。
【００３３】
［適用例１４］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記封止工程では、前記セル部を、前記長手方向が鉛直方向に沿うとともに前記開口部が鉛直方向の下方側となるようにして前記封止部の上に配置することが好ましい。
【００３４】
本適用例の製造方法によれば、封止工程で開口部が鉛直方向の下方側となるようにしてセル部を封止部の上に配置するので、例えば、低融点ガラスをシール材として封止部とセル部とを固着する場合に、下方に位置する封止部側から低融点ガラスを加熱しながら上方に位置するセル部に対して荷重を付加して、効率良く封止を行うことができる。その際、固形物は保持部に保持されているので、開口部が下方側となるようにセル部が配置されても、固形物が開口部から第２室外へ出てしまうことを抑止できる。
【００３５】
［適用例１５］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記固形物は内部にアルカリ金属材料が充填されたアンプルであり、前記照射工程では、前記アンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射することが好ましい。
【００３６】
本適用例の製造方法によれば、照射工程において、内部にアルカリ金属材料が充填されたアンプルに紫外線領域の波長のパルスレーザー光を照射するので、セル部に損傷を与えることなくアンプルのガラス管に貫通孔を形成し内部のアルカリ金属を蒸発させて、アルカリ金属ガスを発生させることができる。また、パルスレーザー光を照射する際、アンプルが保持部に保持されているので、アンプルがパルスレーザー光の照射位置からずれてしまったり、パルスレーザー光照射による衝撃でアンプルが動いてしまったりすることが抑えられる。
【００３７】
［適用例１６］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記固形物はアルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルであり、前記照射工程では、前記ピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射することが好ましい。
【００３８】
本適用例の製造方法によれば、照射工程において、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含むピルに赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射するので、ピルを局所的に加熱しアルカリ金属化合物を活性化してアルカリ金属ガスを発生させるとともに、不純物を吸着剤で吸着することができる。また、連続発振レーザー光を照射する際、ピルが保持部に保持されているので、ピルが連続発振レーザー光の照射位置からずれてしまったり、連続発振レーザー光照射による衝撃でピルが動いてしまったりすることが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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】第１の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った側断面図。
【図２Ｂ】図２ＡのＡ−Ａ’線に沿った平断面図。
【図３Ａ】第１の実施形態に係るガスセルの封止部側から見た側面図。
【図３Ｂ】第１の実施形態に係るアンプルの長手方向に沿った断面図。
【図３Ｃ】図３ＢのＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図。
【図４Ａ】第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図４Ｂ】第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図５Ａ】第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図５Ｂ】第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図６Ａ】第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図６Ｂ】第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図７Ａ】第２の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った側断面図。
【図７Ｂ】図７ＡのＡ−Ａ’線に沿った平断面図。
【図８Ａ】第２の実施形態に係るピルの斜視図。
【図８Ｂ】第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図９Ａ】第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図９Ｂ】第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図１０Ａ】第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図１０Ｂ】第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。
【図１１Ａ】変形例１に係るガスセルの構成例を示す部分平断面図。
【図１１Ｂ】変形例１に係るガスセルの構成例を示す部分平断面図。
【図１１Ｃ】変形例１に係るガスセルの構成例を示す部分平断面図。
【図１２Ａ】変形例２に係るガスセルの構成例を示す断面図。
【図１２Ｂ】変形例２に係るガスセルの構成例を示す断面図。
【図１２Ｃ】変形例２に係るガスセルの構成例を示す断面図。
【図１３】変形例３に係る原子発振器の構成を示す概略図。
【図１４Ａ】変形例３に係る原子発振器の動作を説明する図。
【図１４Ｂ】変形例３に係る原子発振器の動作を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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。
【００４１】
（第１の実施形態）
＜磁気計測装置の構成＞
第１の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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
続いて、第１の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、図３Ｂ、および図３Ｃを参照して説明する。
【００５１】
＜ガスセルの構成＞
図２Ａは、第１の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った側断面図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ’線に沿った平断面図である。図３Ａは、第１の実施形態に係るガスセルの封止部側から見た側面図である。
【００５２】
図２Ａ、図２Ｂ、および図３Ａ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および図２Ｂ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３Ａの紙面における左側を＋Ｙ方向とする。
【００５３】
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１の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、例えば、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。
【００５４】
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。
【００５５】
主室１４とリザーバー１６とは、長手方向である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２Ａ参照）。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、開口部１８が設けられている。開口部１８は、リザーバー１６の上方寄りに設けられている（図２Ａ参照）。
【００５６】
リザーバー１６には、長手方向であるＸ軸方向に沿って保持部１７が設けられている。保持部１７は、リザーバー１６の開口部１８が設けられた側（−Ｘ方向側）の内壁の壁面１６ａから長手方向に沿って−Ｘ方向側に窪んだ凹部で構成されている。壁面１６ａと壁面１６ａから窪んだ保持部１７（凹部）との間にＸ軸方向に沿って段差部が形成されており、この段差部となる−Ｙ方向側の面はＸ軸方向に対して傾斜した傾斜面１７ａとなっている。傾斜面１７ａ（段差部）は、リザーバー１６内で保持部１７を仕切る障壁として機能する。なお、保持部１７（凹部）の−Ｘ方向の深さ、Ｙ軸方向の幅、および傾斜面１７ａのＸ軸方向に対する傾斜角度は、後述するアンプル２０の外形形状に応じて適宜設定される。
【００５７】
リザーバー１６内には、長手方向であるＸ軸方向に沿って、アンプル２０が収納されている。アンプル２０は、その−Ｘ方向側の先端部が保持部１７内に収まるように、すなわち、−Ｘ方向側の先端部が傾斜面１７ａよりも−Ｙ方向側、かつ壁面１６ａよりも−Ｘ方向側に位置するように配置されている。これにより、アンプル２０は、リザーバー１６内で、保持部１７に保持されている。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。アンプル２０の構成については後述する。
【００５８】
なお、図２Ａにおいて、Ａ−Ａ’線は、Ｘ軸方向に沿って開口部１８の中心とリザーバー１６と連通孔１５の中心と主室１４とを通る線である。図２Ｂにおいて、Ｂ−Ｂ’線は、Ｘ軸方向に沿って開口部１８の中心とリザーバー１６とアンプル２０の中心と連通孔１５の中心と主室１４とを通る線である。図２Ａは図２ＢのＢ−Ｂ’線に沿った断面を−Ｙ方向側から見た断面図であり、図２Ｂは図２ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面を＋Ｚ方向側から見た断面図である。
【００５９】
図３Ａは、ガスセル１０を長手方向における−Ｘ方向側から見た側面図である。図３Ａに示すように、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。開口部１８も、例えば円形状である。開口部１８の内径は、例えば、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。
【００６０】
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。封止部１９の材料としては、例えば、石英ガラスが用いられる。封止部１９は、例えば、開口部１８の周囲に配置された低融点ガラスフリット（図示しない）を介してセル部１２に固着されている。
【００６１】
封止部１９側から見ると、アンプル２０は、リザーバー１６の−Ｙ方向側の内壁の壁面１６ｂと、保持部１７の傾斜面（段差部）１７ａとの間に配置されている。なお、保持部１７は、開口部１８および連通孔１５に対して離れた位置に配置されていることが好ましい。本実施形態では、図３Ａに示すように、保持部１７は、開口部１８および連通孔１５に対して−Ｙ方向側かつ−Ｚ方向側に離れて配置されている。
【００６２】
＜アンプルの構成＞
図３Ｂは、第１の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３Ｃは、図３ＢのＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。図３Ｂに示すように、第１の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３Ｂ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。
【００６３】
ガラス管２２は、一方向（図３Ｂ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３Ｂ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。
【００６４】
図３Ｂ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、セル部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の上面とセル部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）。
【００６５】
図３Ｃ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３Ｃ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を形成する加工（詳細は後述する）が困難となる。
【００６６】
＜ガスセルの製造方法＞
次に、第１の実施形態に係るガスセルの製造方法を図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、および図６Ｂを参照して説明する。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、および図６Ｂは、第１の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４Ａ、図４Ｂ、図５Ｂ、および図６Ａは図２Ａに対応する側断面図であり、図５Ａは図２Ｂに対応する平断面図であり、図６Ｂは図６Ａのレーザー光照射位置における断面図である。本実施形態に係るガスセルの製造方法は、配置工程と、封止工程と、照射工程とを含む。
【００６７】
まず、図４Ａ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４Ａ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。なお、リザーバー１６内の保持部１７は、ガラス板部材を加工して凹部および傾斜面１７ａを形成することで構成できる。
【００６８】
続いて、図４Ｂに示すように、セル部１２のリザーバー１６内にアンプル２０を配置する（配置工程）。図４Ｂに矢印で示すように、アンプル２０を、セル部１２のリザーバー１６に設けられた開口部１８から長手方向（Ｘ軸方向）に沿ってリザーバー１６内に挿入する。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内に挿入される。
【００６９】
アンプル２０をリザーバー１６内に挿入した後、アンプル２０を保持部１７に配置する。図５Ａに矢印で示すように、アンプル２０を、リザーバー１６の−Ｙ方向側の内壁の壁面１６ｂに沿わせながら、−Ｘ方向側に移動させることにより、アンプル２０が保持部１７に収納され保持される。例えば、図４Ｂに示す状態でリザーバー１６（セル部１２）の−Ｙ方向側が＋Ｙ方向側よりも下方になるように傾けると、アンプル２０を壁面１６ｂに寄せることができる。そして、図５Ａに示すように開口部１８が鉛直方向の下方側となるようにセル部１２の姿勢を変えることで、アンプル２０を保持部１７側（−Ｘ方向側）へ移動させることができる。
【００７０】
このとき、アンプル２０の先端が傾斜面１７ａで案内されるので、アンプル２０を容易に保持部１７に配置することができる。また、アンプル２０が保持部１７に配置された状態では、傾斜面１７ａがリザーバー１６内で保持部１７を仕切る障壁として機能するので、配置工程から封止工程までの取り扱い時に、アンプル２０が開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうことを抑止することができる。
【００７１】
なお、配置工程までの段階では、アンプル２０は、図３Ｂ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。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。
【００７２】
続いて、図５Ａに示すように、リザーバー１６の開口部１８を封止部１９で封止する（封止工程）。封止工程では、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、セル部１２（主室１４、連通孔１５、およびリザーバー１６）を密封する。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および封止部１９の少なくとも一方における開口部１８の周囲に低融点ガラスフリット（図示しない）を配置し、セル部１２と封止部１９とを固着して封止することにより、セル部１２が密封される。
【００７３】
セル部１２と封止部１９とを固着する際は、図５Ａに示すように、セル部１２を、長手方向が鉛直方向に沿うとともに開口部１８が鉛直方向の下方側となるようにして、封止部１９の上に配置することが好ましい。このように配置すれば、鉛直方向の下方に位置する封止部１９側から低融点ガラスフリットを加熱しながら、上方に位置するセル部１２に荷重を付加してセル部１２と封止部１９とを密着させることにより、効率良く封止を行うことができる。
【００７４】
ここで、リザーバー１６に保持部１７が設けられていない場合は、封止工程でセル部１２を開口部１８が鉛直方向の下方側となるように配置すると、アンプル２０は、その長手方向が鉛直方向に沿うように配置されているため、開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうおそれがある。本実施形態では、アンプル２０は保持部１７に保持されているので、封止工程で開口部１８が下方側となるようにセル部１２が配置されても、アンプル２０が開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうことを抑止できる。図５Ｂに、封止工程後における、リザーバー１６内でアンプル２０が保持部１７に保持され、開口部１８が封止部１９で封止されたセル部１２を示す。
【００７５】
続いて、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、パルスレーザー光４０を、集光レンズ４２で集光して、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（照射工程）。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。これにより、ガラス管２２に貫通孔２１（図２Ａ参照）を形成して、アンプル２０内のアルカリ金属固体２４を蒸発させ、ガスセル１０の空隙に流出させる。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。
【００７６】
照射工程では、セル部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、セル部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、セル部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】
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。
【００７８】
また、照射工程でアンプル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（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。
【００７９】
アンプル２０に貫通孔２１を形成することにより、リザーバー１６内でアンプル２０の密封が破られ、アンプル２０内からアルカリ金属固体２４が蒸発しアルカリ金属ガス１３となって流出する。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２Ａ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。
【００８０】
ところで、リザーバー１６に保持部１７が設けられていない場合は、アンプル２０が安定した状態で保持されず、リザーバー１６内でアンプル２０の位置が個体によってばらつくことや、セル部１２を取り扱う際のわずかな傾きや衝撃によってアンプル２０が動いてパルスレーザー光４０の照射位置からずれてしまうことがある。また、アンプル２０が安定した状態で保持されていないと、パルスレーザー光４０が照射されたことによる衝撃で、アンプル２０が動いてその位置からずれてしまうことがある。そうすると、照射工程でガラス管２２に貫通孔２１を形成できず、ガスセル１０を製造する工程における製造歩留まりの低下や、加工のやり直しによる製造工数の増大を招くこととなる。
【００８１】
本実施形態では、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、リザーバー１６内でアンプル２０が保持部１７に保持されているため、リザーバー１６内でアンプル２０の位置がばらつくことや取り扱いにおいてアンプル２０が動いてしまうことを抑止できるので、アンプル２０のパルスレーザー光４０の照射位置からのずれが抑えられる。そして、照射工程においてパルスレーザー光４０の照射による衝撃でアンプル２０が動いてしまうことが抑えられる。これにより、アンプル２０に安定的かつ確実に貫通孔２１を形成しアルカリ金属ガス１３を発生させることができるので、ガスセル１０の製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることができる。
【００８２】
なお、照射工程では、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。しかしながら、このような場合に、ガラス管２２の破片やアンプル２０内から放出されたアルカリ金属固体２４が連通孔１５を通って主室１４内に侵入すると、磁気計測装置１００の計測精度の低下を招くこととなる。
【００８３】
本実施形態では、保持部１７が連通孔１５に対して−Ｙ方向側かつ−Ｚ方向側に離れて配置されているので、ガラス管２２の破片やアルカリ金属固体２４の主室１４内への侵入を抑えることができる。これにより、優れた計測精度を有する磁気計測装置１００を製造し提供することができる。
【００８４】
なお、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。
【００８５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態に対して、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、セル部の構成はほぼ同じである。第２の実施形態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７Ａ、図７Ｂ、および図８Ａを参照して説明する。なお、第１の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＞
先に、第２の実施形態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８Ａは、第２の実施形態に係るピルの斜視図である。図８Ａに示すように、第２の実施形態に係るピル３０は、例えば略円筒形である。ピル３０の円筒形の径φは、例えば１ｍｍ程度であり、ピル３０の円筒形の高さｔは、例えば１ｍｍ程度である。なお、ピル３０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３０は、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含む。ピル３０は、後述する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活性化されることでアルカリ金属が生成され、その際に放出される不純物や不純ガスは吸着剤に吸着される。アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属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７Ａは、第２の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った側断面図である。図７Ｂは、図７ＡのＡ−Ａ’線に沿った平断面図である。なお、図７Ａは図７ＢのＢ−Ｂ’線に沿った断面を−Ｙ方向側から見た断面図であり、図７Ｂは図７ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面を＋Ｚ１方向側から見た断面図である。
【００８９】
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、第２の実施形態に係るガスセル１０Ａは、第１の実施形態に係るガスセル１０と同様に、連通孔１５で連通された主室１４およびリザーバー１６を有するセル部１２と、封止部１９とで構成される。リザーバー１６には、内壁の壁面１６ａから長手方向に沿って−Ｘ方向側に窪んだ凹部で構成された保持部１７が設けられている。なお、保持部１７（凹部）の−Ｘ方向の深さ、Ｙ軸方向の幅、および傾斜面１７ａのＸ軸方向に対する傾斜角度は、ピル３０の外形形状に応じて適宜設定される。
【００９０】
図７Ａおよび図７Ｂに示すガスセル１０Ａが完成した状態では、リザーバー１６内にピル３０のアルカリ金属化合物からアルカリ金属２６（例えば、セシウム）が生成され、アルカリ金属２６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３１や不純物等が残留していてもよい。
【００９１】
＜ガスセルの製造方法＞
次に、第２の実施形態に係るガスセルの製造方法を図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、および図１０Ｂを参照して説明する。図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、および図１０Ｂは、第２の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。第２の実施形態に係るガスセルの製造方法は、第１の実施形態に係るガスセルの製造方法に対して、配置工程でピル３０をリザーバー１６内に配置する点と、照射工程で連続発振レーザー光を照射する点とが異なるが、それ以外はほぼ同じである。なお、第１の実施形態と共通する製造方法についてはその説明を省略する。
【００９２】
図８Ｂに示すように、セル部１２を用意し、セル部１２のリザーバー１６内にピル３０を配置する（配置工程）。図８Ｂに矢印で示すように、ピル３０を、セル部１２のリザーバー１６に設けられた開口部１８から長手方向（Ｘ軸方向）に沿ってリザーバー１６内に挿入する。
【００９３】
ピル３０をリザーバー１６内に挿入した後、ピル３０を保持部１７に配置する。図９Ａに矢印で示すように、第１の実施形態のアンプル２０の場合と同様にして、ピル３０を、リザーバー１６の−Ｙ方向側の内壁の壁面１６ｂ（図９Ａ参照）に沿わせながら、−Ｘ方向側に移動させることにより、ピル３０が保持部１７に収納され保持される。
【００９４】
このとき、ピル３０が傾斜面１７ａで案内されるので、ピル３０を容易に保持部１７に配置することができる。また、ピル３０が保持部１７に配置された状態では、傾斜面１７ａがリザーバー１６内で保持部１７を仕切る障壁として機能するので、配置工程から封止工程までの取り扱い時に、ピル３０が開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうことを抑止することができる。
【００９５】
続いて、図９Ａに示すように、第１の実施形態と同様の方法で、リザーバー１６の開口部１８を封止部１９で封止する（封止工程）。封止工程では、ピル３０が保持部１７に保持されているので、開口部１８が下方側となるようにセル部１２が配置されても、開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうことを抑止できる。図９Ｂに、封止工程後における、リザーバー１６内でピル３０が保持部１７に保持され、開口部１８が封止部１９で封止されたセル部１２を示す。
【００９６】
続いて、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、連続発振レーザー光４４を、集光レンズ４２で集光して、セル部１２を間に介してピル３０に照射する（照射工程）。連続発振レーザー光４４は、ピル３０の上面の略中央部で焦点を結ぶように照射する。
【００９７】
連続発振レーザー光４４として、例えば、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４４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４４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４４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。
【００９８】
連続発振レーザー光４４を照射することにより、ピル３０が加熱されてピル３０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２６が生成される。そして、アルカリ金属２６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を通ってセル部１２の主室１４に流入し拡散する。この結果、図７Ａおよび図７Ｂ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。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３１（図７Ａ参照）に吸着される。
【００９９】
第２の実施形態に係るガスセル１０Ａでは、セル部１２に損傷を与えることなく、ピル３０を加熱する必要がある。第２の実施形態に係る照射工程では、連続発振レーザー光４４を照射することにより、ピル３０を局所的に加熱するので、ピル３０が収納されたリザーバー１６（セル部１２）全体を加熱する場合と比べて、セル部１２を構成する部材に対する熱の影響を抑えることができる。
【０１００】
ピル３０を局所的に加熱するためには、ピル３０に対する連続発振レーザー光４４の照射位置を、連続発振レーザー光４４の焦点がピル３０の上面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。連続発振レーザー光４４の焦点がピル３０からずれると、ピル３０の加熱が不十分となりアルカリ金属の生成が進まなくなり、ガスセル１０Ａの製造歩留まりの低下や、加工のやり直しによる製造工数の増大を招くこととなる。
【０１０１】
本実施形態では、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、リザーバー１６内でピル３０が保持部１７に保持されているため、リザーバー１６内でピル３０の位置がばらつくことや取り扱いにおいてピル３０が動いてしまうことを抑止できるので、ピル３０の連続発振レーザー光４４の照射位置からのずれが抑えられる。そして、照射工程において連続発振レーザー光４４の照射による衝撃でピル３０が動いてしまうことが抑えられる。これにより、ピル３０に安定的かつ確実に連続発振レーザー光４４を照射して加熱しアルカリ金属ガス１３を発生させることができるので、ガスセル１０Ａの製造歩留まりの低下や製造工数の増大を抑え、生産性を向上させることができる。
【０１０２】
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。
【０１０３】
（変形例１）
上記実施形態の磁気計測装置およびガスセルは、リザーバー内に設けられた保持部が長手方向に窪んだ凹部で構成され傾斜面を有する構成であったが、本発明はこのような構成に限定されない。保持部は、上記実施形態以外の構成であってもよい。図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、変形例１に係るガスセルの構成例を示す部分平断面図である。図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、図２Ｂに示す平断面図に相当する。
【０１０４】
図１１Ａに示すように、ガスセル１０Ｂのセル部１２Ａは、リザーバー１６内に壁面１６ａから長手方向に沿って−Ｘ方向側に窪んだ凹部で構成された保持部１１を有している。保持部１１におけるアンプル２０の長手方向に沿った面１１ａは、傾斜面ではなく、リザーバー１６の−Ｙ方向側の内壁の壁面１６ｂと略平行な面となっている。このような構成によれば、アンプル２０が保持部１１に配置された状態では、壁面１６ｂと略平行な面である面１１ａがリザーバー１６内で保持部１１を仕切る障壁として機能する。そのため、配置工程から封止工程までの取り扱い時にアンプル２０が開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうことや、照射工程においてパルスレーザー光４０の照射による衝撃でアンプル２０が動いてしまうことをより確実に抑止できる。
【０１０５】
図１１Ｂに示すように、ガスセル５０のセル部５１は、リザーバー１６内に壁面１６ａから長手方向に沿って＋Ｘ方向側に張り出した凸部５３で構成された（凸部５３により仕切られた）保持部５２を有している。凸部５３の−Ｙ方向側の面はＸ軸方向に対して傾斜した傾斜面５３ａとなっている。このような構成によれば、配置工程でアンプル２０の先端が傾斜面５３ａで案内されるので、アンプル２０を容易に保持部５２に配置することができる。また、アンプル２０が保持部５２に配置された状態では、傾斜面５３ａ（凸部５３）がリザーバー１６内で保持部５２を仕切る障壁として機能する。そのため、配置工程から封止工程までの取り扱い時にアンプル２０が開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうことや、照射工程においてパルスレーザー光４０の照射による衝撃でアンプル２０が動いてしまうことを抑止できる。
【０１０６】
図１１Ｃに示すように、ガスセル５０Ａのセル部５１Ａは、リザーバー１６内に壁面１６ａから長手方向に沿って＋Ｘ方向側に張り出した凸部５５で構成された（凸部５５により仕切られた）保持部５４を有している。保持部５４におけるアンプル２０の長手方向に沿った面５５ａは、傾斜面ではなく、リザーバー１６の−Ｙ方向側の内壁の壁面１６ｂと略平行な面となっている。このような構成によれば、アンプル２０が保持部５４に配置された状態では、壁面１６ｂと略平行な面である面５５ａ（凸部５５）がリザーバー１６内で保持部５４を仕切る障壁として機能する。そのため、配置工程から封止工程までの取り扱い時にアンプル２０が開口部１８からリザーバー１６外へ出てしまうことや、照射工程においてパルスレーザー光４０の照射による衝撃でアンプル２０が動いてしまうことをより確実に抑止できる。
【０１０７】
なお、上記の変形例１に係るガスセル１０Ｂ，５０，５０Ａの説明では、アルカリ金属を含む固形物として、第１の実施形態のアンプル２０を用いるものとしたが、変形例１に係るガスセル１０Ｂ，５０，５０Ａの構成は第２の実施形態のピル３０を用いる場合にも適用できる。
【０１０８】
（変形例２）
上記実施形態および変形例の磁気計測装置およびガスセルは、保持部が長手方向に沿って窪んだ凹部または長手方向に沿って張り出した凸部で構成されていたが、本発明はこのような構成に限定されない。保持部は、上記実施形態および変形例以外の構成であってもよい。図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃは、変形例２に係るガスセルの構成例を示す断面図である。図１２Ａは図２Ａに示す側断面図に相当する部分側断面図であり、図１２Ｂは図５Ａに示す平断面図に相当する部分平断面図であり、図１２Ｃは図６Ｂに示すレーザー光照射位置における断面図に相当する。
【０１０９】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、変形例２に係るガスセル５７のセル部５８は、リザーバー１６内に長手方向に沿って設けられた保持部５９を有している。図１２Ｃに示すように、保持部５９は、リザーバー１６の底面（−Ｚ方向側の面）１６ｃから−Ｚ方向側に窪んだ凹部で構成されている。底面１６ｃと底面１６ｃから窪んだ保持部５９（凹部）との間にＸ軸方向に沿って段差部が形成されており、この段差部となる−Ｙ方向側の面５９ａは、リザーバー１６内で保持部５９を仕切る障壁として機能する。このような構成によれば、配置工程においてリザーバー１６（セル部５８）の−Ｙ方向側が＋Ｙ方向側よりも下方になるように傾けると、アンプル２０を保持部５９（凹部）に収納することができる。そのため、照射工程においてパルスレーザー光４０の照射による衝撃でアンプル２０が動いてしまうことを抑止できる。
【０１１０】
なお、上記の変形例２に係るガスセル５７の説明では、アルカリ金属を含む固形物として、第１の実施形態のアンプル２０を用いるものとしたが、変形例２に係るガスセル５７の構成は第２の実施形態のピル３０を用いる場合にも適用できる。
【０１１１】
（変形例３）
上記実施形態および変形例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１３は、変形例３に係る原子発振器の構成を示す概略図である。また、図１４Ａおよび図１４Ｂは、変形例３に係る原子発振器の動作を説明する図である。
【０１１２】
図１３に示す変形例３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１３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，１０Ｂ，５０，５０Ａ，５７のいずれか）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。
【０１１３】
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１４Ａ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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
原子発振器１０１の原理を簡単に説明する。図１４Ａ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１４Ｂ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１４Ａ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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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１４Ｂ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。
【０１２０】
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】
【０１２１】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，５０，５０Ａ，５７…ガスセル、１１，１７…保持部（凹部）、１２，１２Ａ，５１，５１Ａ，５８…セル部、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）、１７ａ，５３ａ…傾斜面、１８…開口部、１９…封止部、２０…アンプル（アルカリ金属を含む固形物）、３０…ピル（アルカリ金属を含む固形物）、４０…パルスレーザー光（レーザー光）、４４…連続発振レーザー光（レーザー光）、５２，５４…保持部、５３，５５…凸部、１００…磁気計測装置。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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