CN104935339A

CN104935339A - 原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体

Info

Publication number: CN104935339A
Application number: CN201510121871.3A
Authority: CN
Inventors: 中岛卓哉; 牧义之
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2015-09-23
Also published as: US20150270843A1; JP6435617B2; JP2015185958A; US9755654B2

Abstract

原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。提供能够抑制剩余部分的金属原子导致的特性下降的原子室，此外，提供具有该原子室的量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。本发明的气室(2)具有碱金属、主体部(21)以及窗部(22、23)，主体部(21)以及窗部(22、23)构成封入碱金属的内部空间(S)，主体部(21)的内壁面具有保持部(24)，保持部(24)中的液体状的碱金属(M)的接触角小于90°。液体状的碱金属相对于保持部(24)的接触角优选小于70°，更优选小于60°。

Description

原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体

技术领域

本发明涉及原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。

背景技术

作为长期具有高精度的振荡特性的振荡器，公知有基于铷、铯等碱金属的原子的能量跃迁而进行振荡的原子振荡器。

通常，原子振荡器的工作原理大致分为利用光与微波的双重共振现象的方式以及利用基于波长不同的两种光的量子干涉效应(CPT：Coherent Population Trapping(相干布居俘获))的方式。

无论在哪个方式的原子振荡器中，通常，都是将碱金属封入气室(原子室)内，利用加热器将气室加热到规定温度，以使该碱金属保持固定的气体状态。

此处，通常，气室内的碱金属并非全部都气化，而是一部分作为剩余部分成为液体。这样的剩余部分的碱金属原子在气室的温度低的部分析出(结露)而成为液体，当位于激励光的通过区域时，会遮挡激励光，其结果是，导致原子振荡器的振荡特性下降。

因此，在专利文献1的气室中，在气室的内壁面设置有用于使碱金属析出的凹部。

但是，在专利文献1的气室中，在凹部内析出的剩余部分的碱金属比较靠近激励光的通过区域的状态下，由于热扩散等，状态随时间变动，因此，被激励的气体状的碱金属的一部分与凹部内的剩余部分的碱金属接触，由此，被激励的气体状的碱金属的状态变得不均匀，其结果是，存在振荡特性下降(例如频率变动)的问题。

专利文献1：日本特开2010-205875号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供能够抑制剩余部分的金属原子导致的特性下降的原子室，提供具有该原子室的量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。

本发明是为了解决上述的问题的至少一部分而完成的，其能够作为以下的方式或者应用例来实现。

[应用例1]

本发明的原子室的特征在于，具有：金属；以及壁部，其构成封入有所述金属的内部空间，所述壁部的内壁面具有金属连接部，该金属连接部与液体状的所述金属的接触角小于90°。

根据这样的原子室，金属连接部对液体状金属的浸润性较高，因此，能够使剩余的液体状金属在金属连接部浸润扩展而保持稳定。因此，降低液体状的金属移动或晃动(即，能够使原子室内的液体状的金属的动作稳定化)，其结果是，能够抑制剩余部分的金属导致的特性下降。

[应用例2]

在本发明的原子室中，优选的是，液体状的所述金属相对于所述金属连接部的接触角小于70°。

由此，能够提高金属连接部对于液体状金属的浸润性。

[应用例3]

在本发明的原子室中，优选的是，液体状的所述金属相对于所述金属连接部的接触角小于60°。

由此，能够进一步提高金属连接部对于液体状金属的浸润性。

[应用例4]

在本发明的原子室中，优选的是，所述金属的一部分在所述内部空间为液体状。

在这样液体状的金属作为剩余部分而存在于内部空间的情况下，在液体状的金属移动或晃动时，会产生特性下降的问题。因此，在该情况下应用本发明时，可显著发挥其效果。

[应用例5]

在本发明的原子室中，优选的是，所述内部空间具有金属蓄积部，在该金属蓄积部中配置所述液体状的金属，所述金属连接部配置在所述金属蓄积部的内壁面。

由此，能够使液体状的金属蓄积在对原子室的特性的影响较小的部位。

[应用例6]

在本发明的原子室中，优选的是，所述金属连接部的表面粗糙度Ra处于10nm以上且980nm以下的范围内。

由此，能够以比较简单的结构使剩余的液体状金属在金属连接部浸润扩展而保持稳定。

[应用例7]

在本发明的原子室中，优选的是，所述金属连接部包含多孔质膜。

[应用例8]

在本发明的原子室中，优选的是，所述金属蓄积部的内壁面通过蚀刻进行了表面粗糙化。

[应用例9]

在本发明的原子室中，优选的是，所述壁部由包含硅以及玻璃中的至少一种在内的材料构成。

由此，既能够确保原子室所需的基本功能，又能够比较简单地利用蚀刻或成膜形成金属连接部。

[应用例10]

在本发明的原子室中，优选的是，所述壁部具有1对窗部，各所述窗部的所述内部空间一侧的面具有液体状的所述金属的接触角比所述金属连接部大的部分。

由此，能够减少液体状的金属附着于窗部。

[应用例11]

本发明的量子干涉装置的特征在于具有本发明的原子室。

由此，可提供具有能够抑制剩余部分的金属原子导致的特性下降的原子室的量子干涉装置。

[应用例12]

本发明的原子振荡器的特征在于具有本发明的原子室。

由此，可提供具有能够抑制剩余部分的金属原子导致的特性下降的原子室的原子振荡器。

[应用例13]

本发明的电子设备的特征在于具有本发明的原子室。

由此，可提供具有能够抑制剩余部分的金属原子导致的特性下降的原子室的电子设备。

[应用例14]

本发明的移动体的特征在于具有本发明的原子室。

由此，可提供具有能够抑制剩余部分的金属原子导致的特性下降的原子室的移动体。

附图说明

图1是示出本发明第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。

图2是用于说明碱金属的能量状态的图。

图3是示出从光射出部射出的两种光的频率差与由光检测部检测出的光的强度之间的关系的曲线图。

图4是图1所示的原子振荡器具有的原子室的立体图。

图5的(a)是图4所示的原子室的横剖视图，图5的(b)是图4所示的原子室的纵剖视图。

图6的(a)是示出图5所示的金属连接部(金属蓄积部)中的液体状的金属的状态的图，图6的(b)是示出液体状的金属相对于原子室的内壁面的接触角与频率变动之间的关系的曲线图。

图7的(a)是本发明的第2实施方式的原子室的横剖视图，图7的(b)是图7的(a)所示的原子室的纵剖视图。

图8是示出图7所示的金属连接部(金属蓄积部)中的液体状的金属的状态的图。

图9的(a)是本发明的第3实施方式的原子室的横剖视图，图9的(b)是图9的(a)所示的原子室的纵剖视图。

图10是示出在利用了GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。

图11是示出本发明的移动体的一例的图。

标号说明

1原子振荡器；2气室；2A气室；2B气室；3光射出部；5光检测部；6加热器；7温度传感器；8磁场产生部；10控制部；11温度控制部；12激励光控制部；13磁场控制部；21主体部；21A主体部；21B主体部；22窗部；23窗部；24保持部(金属连接部)；24A保持部(金属连接部)；24B保持部(金属连接部)；41光学部件；42光学部件；43光学部件；44光学部件；100定位系统；200GPS卫星；211贯通孔；211A贯通孔；211B贯通孔；211a贯通孔；211b贯通孔；211c贯通孔；211d贯通孔；300基站装置；301天线；302接收装置；303天线；304发送装置；400GPS接收装置；401天线；402卫星接收部；403天线；404基站接收部；1500移动体；1501车体；1502车轮；LL激励光；M碱金属；S内部空间；S1空间(光通过部)；S2空间(金属蓄积部)；S3空间；Δf频率变动量；θ接触角。

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施方式，对本发明的原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体进行详细说明。

1.原子振荡器(量子干涉装置)

首先，对本发明的原子振荡器(具有本发明的量子干涉装置的原子振荡器)进行说明。以下对将本发明的量子干涉装置应用于原子振荡器的例子进行说明，但是本发明的量子干涉装置不限于此，除了原子振荡器以外，例如也可以应用于磁性传感器、量子存储器等。

＜第1实施方式＞

图1是示出本发明第1实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。此外，图2是用于说明碱金属的能量状态的图，图3是示出从光射出部射出的两种光的频率差与由光检测部检测出的光的强度之间的关系的曲线图。

图1所示的原子振荡器1是利用量子干涉效应的原子振荡器。如图1所示，该原子振荡器1具有气室2(原子室)、光射出部3、光学部件41、42、43、44、光检测部5、加热器6、温度传感器7、磁场产生部8以及控制部10。

首先，简单说明原子振荡器1的原理。

如图1所示，在原子振荡器1中，光射出部3朝气室2射出激励光LL，光检测部5检测透过气室2后的激励光LL。

在气室2内，封入有气体状的碱金属(金属原子)，如图2所示，碱金属具有三能级系统的能级，可得到能级不同的两个基态(基态1、2)以及激发态这3种状态。此处，基态1是比基态2低的能量状态。

从光射出部3射出的激励光LL包含频率不同的两种共振光1、2，在将该两种共振光1、2照射于上述那样的气体状的碱金属时，共振光1、2在碱金属中的光吸收率(透光率)随着共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)而变化。

并且，在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)与相当于基态1与基态2之间的能量差的频率一致时，分别停止从基态1、2激励成激发态。此时，共振光1、2均不被碱金属吸收而透过。这样的现象称作CPT现象或者电磁诱导透明现象(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)。

例如，如果光射出部3使固定共振光1的频率ω1而使共振光2的频率ω2变化，则在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)与相当于基态1与基态2之间的能量差的频率ω0一致时，光检测部5的检测强度如图3所示那样陡峭地上升。检测这样的陡峭的信号作为EIT信号。该EIT信号具有由碱金属的种类决定的固有值。因此，能够使用这样的EIT信号来构成振荡器。

以下，对原子振荡器1的各部依次进行详细说明。

[气室]

在气室2内，封入有气体状的铷、铯、钠等碱金属。此外，在气室2内，可根据需要将氩、氖等稀有气体、氮等惰性气体作为缓冲气体与碱金属气体一同封入。

在后面详细记述，气室2具有：具有贯通孔的主体部；以及封闭该主体部的贯通孔的开口的1对窗部，由此形成内部空间，该内部空间封入有气体状的碱金属以及作为剩余部分的液体状或固体状的碱金属。即，贯通孔的内面与内部空间接触。

[光射出部]

光射出部3(光源)具有射出对气室2中的碱金属原子进行激励的激励光LL的功能。

更具体而言，光射出部3射出上述那样的、频率不同的两种光(共振光1以及共振光2)作为激励光LL。共振光1能够将气室2内的碱金属从上述基态1激励(共振)为激发态。另一方面，共振光2能够将气室2内的碱金属从上述基态2激励(共振)为激发态。

作为该光射出部3，只要能够射出上述那样的激励光，则没有特别限定，例如，可以使用垂直共振器面发光激光器(VCSEL)等半导体激光器等。

此外，光射出部3通过未图示的温度调节元件(发热电阻体、帕尔贴元件等)而被调节成规定温度。

[光学部品]

多个光学部件41、42、43、44分别设置在上述光射出部3与气室2之间的激励光LL的光路上。此处，从光射出部3侧到气室2侧，依次配置有光学部件41、光学部件42、光学部件43、光学部件44。

光学部件41是透镜。由此，能够无损耗地向气室2照射激励光LL。

此外，光学部件41具有使激励光LL成为平行光的功能。由此，能够简单且可靠地防止激励光LL在气室2的内壁发生反射。因此，适当地产生气室2内的激励光的共振，其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡特性。

光学部件42是偏振光板。由此，能够将来自光射出部3的激励光LL的偏振光调整为规定方向。

光学部件43是减光滤光器(ND滤光器)。由此，能够调整(减少)入射到气室2的激励光LL的强度。因此，即使在光射出部3的输出较大的情况下，也能够使入射到气室2的激励光成为期望的光量。在本实施方式中，利用光学部件43来调整通过了上述光学部件42的具有规定方向的偏振光的激励光LL的强度。

光学部件44是λ/4波长板。由此，能够将来自光射出部3的激励光LL从线偏振光转换为圆偏振光(右圆偏振光或者左圆偏振光)。

如后所述，在气室2内的碱金属原子因磁场产生部8的磁场而发生塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射线偏振光的激励光，则由于激励光与碱金属原子的相互作用，碱金属原子均匀地分散存在于塞曼分裂后的多个能级。其结果是，由于期望的能级的碱金属原子的数量相对于其它能级的碱金属原子的数量相对地变少，因此显现期望的EIT现象的原子数减少，期望的EIT信号的强度降低，结果导致原子振荡器1的振荡特性的下降。

与此相对，如后所述，在气室2内的碱金属原子因磁场产生部8的磁场而进行塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射圆偏振光的激励光，则由于激励光与碱金属原子的相互作用，能够使碱金属原子进行塞曼分裂后的多个能级中的期望的能级的碱金属原子的数量相对于其它能级的碱金属原子的数量相对地变多。因此，显现期望的EIT现象的原子数增加，期望的EIT信号的强度增大，其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡特性。

[光检测部]

光检测部5具有检测透过气室2内的激励光LL(共振光1、2)的强度的功能。

该光检测部5只要能够检测出上述那样的激励光，则没有特别限定，例如，可以使用太阳能电池、光电二极管等光检测器(受光元件)。

[加热器]

加热器6(加热部)具有对上述气室2(更具体地是气室2中的碱金属)进行加热的功能。由此，能够使气室2中的碱金属维持为适当的浓度的气体状。

该加热器6例如构成为包含因通电而发热的发热电阻体。该发热电阻体可以与气室2接触地设置，也可以与气室2不接触地设置。

例如，在与气室2接触地设置发热电阻体的情况下，在气室2的1对窗部分别设置发热电阻体。由此，能够防止碱金属原子在气室2的窗部结露。其结果是，能够长期使原子振荡器1的特性(振荡特性)保持优异。这样的发热电阻体由具有对于激励光的透过性的材料构成，具体而言，例如，由ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)、IZO(Indium Zinc Oxide：铟锌氧化物)、In₃O₃、SnO₂、含Sb的SnO₂、含Al的ZnO等氧化物等的透明电极材料构成。此外，发热电阻体例如可以使用等离子体CVD、热CVD那样的化学蒸镀法(CVD)、真空蒸镀等干式镀覆法、溶胶凝胶法等来形成。

此外，在发热电阻体与气室2不接触地设置的情况下，可经由导热性优异的金属、陶瓷等部件从发热电阻体向气室2导热。

加热器6只要能够对气室2进行加热，则不限于上述方式，可以使用各种加热器。此外，也可以使用帕尔贴元件替代加热器6或者与加热器6并用，对气室2进行加热。

[温度传感器]

温度传感器7检测加热器6或者气室2的温度。进而，根据该温度传感器7的检测结果，控制上述加热器6的发热量。由此，能够使气室2内的碱金属原子维持期望的温度。

此外，温度传感器7的设置位置没有特别限定，例如可以在加热器6上，也可以在气室2的外表面上。

温度传感器7没有特别限定，可以使用热敏电阻、热电偶等公知的各种温度传感器。

[磁场产生部]

磁场产生部8具有产生磁场的功能，该磁场使气室2内的碱金属的简并后的多个能级发生塞曼分裂。由此，通过塞曼分裂，扩大碱金属退化的不同能级间的能隙，提高分辨率。其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡频率的精度。

该磁场产生部8例如由以夹着气室2的方式配置的亥姆霍兹线圈(Helmholtz coil)或者以覆盖气室2的方式配置的电磁线圈构成。由此，能够在气室2内产生一个方向的均匀磁场。

此外，磁场产生部8产生的磁场是恒定磁场(直流磁场)，但是也可以叠加交变磁场。

[控制部]

控制部10具有分别控制光射出部3、加热器6以及磁场产生部8的功能。

该控制部10具有：激励光控制部12，其控制光射出部3的共振光1、2的频率；温度控制部11，其控制气室2中的碱金属的温度；以及磁场控制部13，其控制来自磁场产生部8的磁场。

激励光控制部12根据上述光检测部5的检测结果，控制从光射出部3射出的共振光1、2的频率。更具体而言，激励光控制部12控制从光射出部3射出的共振光1、2的频率，使得上述频率差(ω1-ω2)成为上述碱金属固有的频率ω0。

此处，虽然没有图示，但激励光控制部12具有压控型石英振荡器(振荡电路)，基于光检测部5的检测结果对该压控型石英振荡器的振荡频率进行同步/调整，输出该压控型石英振荡器的输出信号作为原子振荡器1的输出信号。

例如，虽然没有图示，但激励光控制部12具有倍增器，该倍增器对来自该压控型石英振荡器的输出信号进行频率倍增，将由该倍增器倍增后的信号(高频信号)叠加于直流偏置电流，作为驱动信号输入到光射出部3。由此，以使得光检测部5检测出EIT信号的方式对压控型石英振荡器进行控制，从而从压控型石英振荡器输出期望的频率的信号。例如，在设来自原子振荡器1的输出信号的期望的频率为f时，该倍增器的倍增率为ω0/(2×f)。由此，在压控型石英振荡器的振荡频率为f时，使用来自倍增器的信号，对光射出部3中包含的半导体激光器等发光元件进行调制，能够射出频率差(ω1-ω2)为ω0的两种光。

此外，温度控制部11根据温度传感器7的检测结果，控制对加热器6的通电。由此，能够使气室2维持在期望的温度范围内。例如，气室2通过加热器6而被调节成例如70℃左右。

此外，磁场控制部13控制对磁场产生部8的通电，使得磁场产生部8产生的磁场恒定。

这样的控制部10例如设置在安装于基板上的IC芯片中。

以上，简单说明了原子振荡器1的结构。

(气室的详细说明)

图4是图1所示的原子振荡器具有的原子室的立体图，图5的(a)是图4所示的原子室的横剖视图，图5的(b)是图4所示的原子室的纵剖视图。

此外，在图4中，为了便于说明，作为彼此垂直的3个轴而图示出X轴、Y轴以及Z轴，将该图示的各箭头的末端侧称作“+(正)”，将基端侧称作“-(负)”。此外，以下，为了便于说明，将与X轴平行的方向称作“X轴方向”，将与Y轴平行的方向称作“Y轴方向”，将与Z轴平行的方向称作“Z轴方向”。此外，也将+Z轴方向侧称作“上”，将-Z轴方向侧称作“下”。

如图4以及图5所示，气室2具有主体部21以及隔着主体部21设置的1对窗部22、23。

在主体部21中形成有在Z轴方向上贯通的贯通孔211。该贯通孔211由圆柱状的贯通孔211a、211b以及使贯通孔211a、211b之间连通的缝状的贯通孔211c构成。此处，在贯通孔211b的内壁面设置有保持液体状的碱金属M的保持部24(金属连接部)。此外，在后面详细叙述保持部24。

主体部21的结构材料没有特别限定，可举出玻璃材料、石英、金属材料、树脂材料、硅材料等，其中，优选使用玻璃材料、石英、硅材料中的任意一种，更优选使用硅材料。由此，即使在形成宽度或高度为10mm以下那样较小的气室2的情况下，也能够使用蚀刻等精细加工技术来容易地形成高精度的主体部21。

而且，主体部21的-Z轴方向侧的端面(下端面)与窗部22接合，另一方面，主体部21的+Z轴方向侧的端面(上端面)与窗部23接合。由此，将贯通孔211的两端开口封闭，形成内部空间S，该内部空间S具有由贯通孔211a形成的空间S1、由贯通孔211b形成的空间S2以及由贯通孔211c形成的空间S3。在该内部空间S中收纳有碱金属。此处，可以说，主体部21以及1对窗部22、23构成封入有碱金属的内部空间S的“壁部”。

主体部21与窗部22、23的接合方法可根据它们的结构材料来决定，只要能够气密地接合，则没有特别限定，例如，可以使用基于粘结剂的接合方法、直接接合法、阳极接合法等。

空间S1主要收纳气体状的碱金属，该空间S1内中收纳的气体状的碱金属被激励光LL激励。即，空间S1构成激励光LL通过的“光通过空间”。在本实施方式中，空间S1的横截面呈圆形，另一方面，光通过空间的横截面呈与空间S1的横截面相似的形状，且设定为比空间S1的横截面略小。此外，空间S1的横截面形状不限于圆形，例如也可以是四边形、五边形等多边形、椭圆形等。

空间S2是收纳液体状或固体状的碱金属M的金属蓄积部。该空间S2经由空间S3与空间S1连通。因此，在空间S1内的气体状的碱金属不足时，为了保持其蒸气压，碱金属M成为气体状而被用于激励光LL的激励。该空间S2的宽度(沿着XY平面的截面的长度)小于空间S1的宽度。由此，能够实现气室2的小型化。

如上所述，这样的空间S1、S2、S3是利用1对窗部22、23将主体部21中形成的贯通孔211的两端开口封闭而形成的。由此，能够高精度且简单地形成具有空间S1、S2、S3的小型的气室2。具体而言，例如，能够使用蚀刻等精细加工技术对硅基板及玻璃基板等基板进行加工，从而容易且高效地生成小型且高精度的主体部21。因此，能够高精度且简单地形成小型气室2。尤其是，与利用了双重共振现象的方式的原子振荡器相比，利用了CPT的方式的原子振荡器更适合小型化，近年来，其被期待组装到各种设备中，从而进一步要求小型化，因此，能够高精度且简单地形成小型气室2的效果在利用CPT的方式的原子振荡器1中变得重要。

这样的空间S2的具体宽度没有特别限定，可根据剩余部分的碱金属M的体积及气室2整体的体积等来决定，但优选为0.1mm以上且2mm以下，更优选为0.1mm以上且1mm以下。

此外，在本实施方式中，如图5的(a)所示，在从Z轴方向观察时，空间S2呈圆形。此外，空间S2的横截面形状不限于圆形，例如，也可以是四边形、五边形等多边形、椭圆形等。

此外，在从Z轴方向观察时，使空间S1与空间S2连通的空间S3呈直线地延伸的形状。此外，空间S3的横截面形状也可以是弯曲或具有弯曲的部分。

这样的空间S3的宽度小于空间S2。由此，既能够确保收纳碱金属M的空间S2的大小，又能够减少碱金属M对空间S1内的气体状的碱金属的影响。此外，空间S3的宽度也可以与空间S2的宽度相同。此外，空间S3只要能够使空间S1与空间S2连通即可，也可以不在主体部21的Z轴方向上的整个区域形成而只在一部分形成。在该情况下，可以在主体部21的Z轴方向的一端侧的面形成槽。

这样的与主体部21接合的各窗部22、23具有对于来自上述光射出部3的激励光的透过性。而且，一个窗部22是激励光LL朝气室2的空间S1内入射的入射侧窗部，另一个窗部23是激励光LL从气室2的空间S1内射出的出射侧窗部。

此外，窗部22、23分别呈板状。

窗部22、23的结构材料只要具有上述那样的对于激励光的透过性，则没有特别限定，例如，可举出玻璃材料、石英等。在用玻璃材料构成窗部22、23的情况下，能够利用阳极接合法，简单且气密地使由硅材料构成的主体部21与窗部22、23接合。此外，根据窗部22、23的厚度、激励光的波长及强度，也可以利用硅来构成窗部22、23。

如上所述，在如以上说明的那样构成的气室2中，碱金属的一部分作为液体状的碱金属M而存在于内部空间S。这样，当液体状的碱金属M作为剩余部分存在于内部空间S的情况下，在液体状的碱金属M移动或晃动时，会产生特性下降的问题。

因此，如上所述，在贯通孔211b的内壁面设置有保持液体状的碱金属M的保持部24(金属连接部)。以下，对保持部24进行详细记述。

如图6的(a)所示，保持部24构成为使液体状的碱金属M的接触角θ小于90°。由此，保持部24对于液体状的碱金属M的浸润性较高，因此，能够使剩余的液体状的碱金属M在保持部24浸润扩展而保持稳定。因此，能够降低液体状的碱金属M移动或晃动(即，使气室2内的液体状的碱金属M的动作稳定化)，其结果是，能够抑制剩余部分的碱金属M导致的特性下降。

在本实施方式中，保持部24配置在作为金属蓄积部的空间S2中，因此，能够使液体状的碱金属M蓄积在对气室2的特性的影响小的部位。

如图6的(a)所示，该保持部24是对贯通孔211b的内壁面进行表面粗糙化处理而形成的。即，保持部24由细微的多个凹部或凸部构成。在本实施方式中，保持部24利用蚀刻进行了表面粗糙化。由此，能够以比较简单的结构使剩余的液体状的碱金属M在保持部24浸润扩展而保持稳定。例如，在主体部21以及窗部22、23是由硅或玻璃构成的情况下，能够通过使用了氟等离子体的干式蚀刻来形成上述那样的保持部24的凹部或凸部。

此外，这样的表面粗糙化处理优选在除了主体部21与窗部22、23的接合面以外的面来进行。由此，能够简单且可靠地进行主体部21与窗部22、23的气密接合。

此外，这样的表面粗糙化处理优选在窗部22、23的除激励光LL通过的面以外的部分来进行。这样，1对窗部22、23具有这样的部分：该部分与液体状的碱金属M的接触角比保持部24与液体状的碱金属M的接触角大，由此，能够减少液体状的碱金属附着于窗部22、23。尤其是，能够防止液体状的碱金属附着于窗部22、23的激励光LL通过的面而导致的特性下降。

此外，如果液体状的碱金属M相对于保持部24的接触角θ处于大于0°且小于90°的范围内，则如图6的(b)所示，能够有效地减小每1日的频率变动量Δf，基于进一步提高液体状的碱金属M对于保持部24的浸润性的观点，优选小于70°，更优选小于60°。

此外，如上所述，基于防止液体状的碱金属附着于窗部22、23的激励光LL通过的面而导致的特性下降的观点，液体状的碱金属相对于窗部22、23的激励光LL通过的面(内壁面)的接触角优选为90°以上，更优选为100°以上。

此外，保持部24的中心线平均粗糙度Ra(以下记作表面粗糙度Ra)优选处于10nm以上且980nm以下的范围内，更优选处于100nm以上且800nm以下的范围内，进一步优选处于300nm以上且700nm以下的范围内。由此，能够以比较简单的结构使剩余的液体状的碱金属M在保持部24浸润扩展而保持稳定。此外，关于这样的表面粗糙度Ra，可以基于JIS B0601：2001，使用例如触针式的表面粗糙度计、使用了激光等的非接触式表面粗糙度计以及原子间力显微镜(AFM)等来进行测定。此外，JIS是Japanese Industrial Standards的缩写，JIS B0601：2001是遵循ISO 4287：1997的标准。

此外，主体部21以及窗部22、23分别优选由硅或玻璃构成。由此，既能够确保气室2所需的基本功能，又能够比较简单地利用蚀刻或成膜，形成具有上述那样的多个凹部或凸部的保持部24。

＜第2实施方式＞

接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。

图7的(a)是本发明的第2实施方式的原子室的横剖视图，图7的(b)是图7的(a)所示的原子室的纵剖视图。此外，图8是示出图7所示的金属连接部(金属蓄积部)中的液体状的金属的状态的图。

本实施方式除了金属连接部的结构不同的以外，与上述第1实施方式相同。

此外，在以下的说明中，关于第2实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图7以及图8中，针对上述实施方式相同的结构，标注相同的标号。

在图7所示的气室2A(原子室)中，替代第1实施方式的主体部21而具有主体部21A。

在主体部21A中形成有在Z轴方向上贯通的贯通孔211A。该贯通孔211A由圆柱状的贯通孔211a、211d以及使贯通孔211a、211d间连通的缝状的贯通孔211c构成。

在贯通孔211d的内壁面设置有保持液体状的碱金属M的保持部24A。如图8所示，该保持部24A由多孔质膜构成。通过设置这样的多孔质膜，也能够起到与上述第1实施方式的保持部24的表面粗糙化处理相同的效果。此外，能够以比较简单的结构使剩余的液体状的碱金属在保持部24A浸润扩展而保持稳定。

关于这样的由多孔质膜构成的保持部24A，例如利用多孔质多晶硅、多孔质氧化硅等无机多孔质材料来构成。此外，关于这样的保持部24A的形成，也可以使用CVD等气相成膜法来进行，也可以以如下方式进行：在涂覆包含有机物结合剂的无机微粒子之后，进行烧制/烧结。

通过以上的第2实施方式，也能够抑制由剩余部分的碱金属M引起的特性下降。

＜第3实施方式＞

接下来，对本发明第3实施方式进行说明。

本实施方式除了原子室的内部空间的形状以及金属连接部的结构不同以外，与上述第1实施方式相同。此外，本实施方式除了原子室的内部空间的形状不同以外，与上述第2实施方式相同。

此外，在以下的说明中，关于第3实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图9中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。

在图9所示的气室2B(原子室)中，替代第1实施方式的主体部21而具有主体部21B。

在主体部21B中，形成有在Z轴方向上贯通的贯通孔211B。该贯通孔211B由圆柱状的贯通孔211a构成。

在贯通孔211B的内壁面设置有保持液体状的碱金属M的保持部24B。由此，能够以比较简单的结构使剩余的液体状的碱金属在保持部24A浸润扩展而保持稳定。此处，在本实施方式中，可以说，保持部24B构成“金属蓄积部”，由贯通孔211B形成的光通过空间即空间S包含金属蓄积部。

此外，保持部24B配置在除主体部21B与窗部22、23的接合面以外的面。由此，能够简单且可靠地进行主体部21B与窗部22、23的气密接合。

此外，保持部24B也可设置在窗部22、23的内壁面，但配置在窗部22、23的除激励光LL通过的面以外的部分。由此，能够防止液体状的碱金属附着于窗部22、23的激励光LL通过的面而导致的特性下降。

通过以上说明的第3实施方式，也能够抑制由剩余部分的碱金属M引起的特性下降。

2.电子设备

以上说明的原子振荡器能够组装到各种电子设备中。这样的电子设备具有优异的可靠性。

以下，对本发明的电子设备进行说明。

图10所示的定位系统100由GPS卫星200、基站装置300、GPS接收装置400构成。

GPS卫星200发送定位信息(GPS信号)。

基站装置300具有：接收装置302，其例如经由设置在电子基准点(GPS连续观测站)的天线301，高精度地接收来自GPS卫星200的定位信息；以及发送装置304，其经由天线303发送由该接收装置302接收到的定位信息。

此处，接收装置302是具有上述本发明的原子振荡器1作为其基准频率振荡源的电子装置。这样的接收装置302具有优异的可靠性。此外，由接收装置302接收到的定位信息被发送装置304实时地发送。

GPS接收装置400具有：卫星接收部402，其经由天线401接收来自GPS卫星200的定位信息；以及基站接收部404，其经由天线403接收来自基站装置300的定位信息。

3.移动体

图11是示出本发明的移动体的一例的图。

在该图中，移动体1500具有车体1501以及4个车轮1502，并构成为通过设置在车体1501上的未图示的动力源(发动机)来使车轮1502旋转。在这样的移动体1500中内置有原子振荡器1。

根据这样的移动体，能够发挥优异的可靠性。

此外，本发明的电子设备不限于上述设备，例如也可以应用于：移动电话、数字照相机、喷射式喷出装置(例如喷墨打印机)、个人计算机(移动型个人计算机、笔记本型个人计算机)、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼器、电子记事本(包含带通信功能的)、电子词典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、电视电话、防盗用电视监视器、电子望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测机、各种测量设备、计量仪器类(例如、车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、地面数字广播，便携电话基站等。

以上，根据图示的实施方式，对本发明的原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体进行了说明，但是本发明不限于此。

此外，本发明的各部结构可以置换为发挥与上述实施方式相同功能的任意结构，此外，还可以附加任意结构。

此外，本发明可以使上述各实施方式的任意结构彼此组合。

此外，在上述实施方式中，以将本发明的原子室应用于量子干涉装置的情况为例进行了说明，在所述量子干涉装置中，利用波长不同的两种光的量子干涉效应来使铯等进行共振跃迁，但本发明的原子室不限于此，也可以应用于利用光和微波的双重共振现象而使铷等进行共振跃迁的双重共振装置。

Claims

1.一种原子室，其特征在于，该原子室具有：

金属；以及

壁部，其构成封入有所述金属的内部空间，

所述壁部的内壁面具有金属连接部，该金属连接部与液体状的所述金属的接触角小于90°。

2.根据权利要求1所述的原子室，其中，

液体状的所述金属相对于所述金属连接部的接触角小于70°。

3.根据权利要求2所述的原子室，其中，

液体状的所述金属相对于所述金属连接部的接触角小于60°。

4.根据权利要求1所述的原子室，其中，

所述金属的一部分在所述内部空间为液体状。

5.根据权利要求4所述的原子室，其中，

所述内部空间具有金属蓄积部，在该金属蓄积部中配置所述液体状的金属，

所述金属连接部配置在所述金属蓄积部的内壁面。

6.根据权利要求1所述的原子室，其中，

所述金属连接部的表面粗糙度Ra处于10nm以上且980nm以下的范围内。

7.根据权利要求1所述的原子室，其中，

所述金属连接部包含多孔质膜。

8.根据权利要求1所述的原子室，其中，

所述金属蓄积部的内壁面通过蚀刻进行了表面粗糙化。

9.根据权利要求1所述的原子室，其中，

所述壁部由包含硅以及玻璃中的至少一种的材料构成。

10.根据权利要求1所述的原子室，其中，

所述壁部具有1对窗部，

各所述窗部的所述内部空间一侧的面具有这样的部分：该部分与液体状的所述金属的接触角比所述金属连接部与液体状的所述金属的接触角大。

11.一种量子干涉装置，其特征在于具有权利要求1所述的原子室。

12.一种原子振荡器，其特征在于具有权利要求1所述的原子室。

13.一种电子设备，其特征在于具有权利要求1所述的原子室。

14.一种移动体，其特征在于具有权利要求1所述的原子室。