CN105527591A - 磁性计测装置、气室以及它们的制造方法 - Google Patents

磁性计测装置、气室以及它们的制造方法 Download PDF

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CN105527591A CN201510683363.4A CN201510683363A CN105527591A CN 105527591 A CN105527591 A CN 105527591A CN 201510683363 A CN201510683363 A CN 201510683363A CN 105527591 A CN105527591 A CN 105527591A
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Abstract

本发明提供能进行稳定制造、可进行高精度计测的磁性计测装置、气室以及它们的制造方法。计测磁场的磁性计测装置(100)的特征在于，包括：气室(10)，其中，气室(10)具备主室(14)、储藏部(16)、以及连通主室(14)和储藏部(16)的连通孔(15)；在主室(14)和储藏部(16)中填充有碱金属气体(13)，在储藏部(16)中配置有碱金属固体(24)和碱金属液体(24a)中的至少一种。

Description

磁性计测装置、气室以及它们的制造方法
技术领域
本发明涉及磁性计测装置、气室、磁性计测装置的制造方法以及气室的制造方法。
背景技术
已知一种光抽运(opticalpumping)式磁性计测装置，其对封装有碱金属气体的气室照射直线偏振光，根据偏振面的旋转角测量磁场。专利文献1中公开了一种具备气室的磁性计测装置，该气室将在玻璃管的中空部封装有碱金属的安瓿(ampoule)容纳在由玻璃组成的室内，通过向其安瓿照射激光而在安瓿(玻璃管)上形成贯通孔，使安瓿内的碱金属蒸发，从而使其蒸汽(气体)充满室内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-183290号公报
发明内容
不过，当气室内的碱金属的气体浓度较低或不稳定时，会出现磁性计测装置的性能下降从而无法准确计测的情况、磁性计测装置不起作用的情况。因此，期望一种气室和磁性计测装置及其制造方法，通过抑制气室内碱金属气体的浓度波动(ばらつき，偏差)而能够进行稳定的制造，并能够进行高精度计测。
本发明用于解决上述技术问题中的至少一部分，可通过以下方式或应用例实现。
[应用例1]本应用例的磁性计测装置是一种计测磁场的磁性计测装置，其特征在于，包括：气室，所述气室具备第一室、第二室、以及用于连通所述第一室和所述第二室的连通孔，在所述第一室和所述第二室中填充有碱金属的气体，在所述第二室中配置有所述碱金属的固体和液体中的至少一种。
根据本应用例的构成，在第二室中配置有碱金属的固体和液体中至少一种。因而，与未配置碱金属的固体、液体的情况相比，能够向第二室稳定地供给碱金属蒸发后的气体，同时当第二室中产生不必要的气体时，不仅碱金属的气体，碱金属的固体、液体也有助于与不必要的气体发生反应，因此能更快地减少第二室内的不必要的气体。由此，能够抑制不必要的气体扩散至与第二室连通的第一室，并且能更多地增加从第二室流入第一室的碱金属的气体的量。因此，在第二室和第一室中，能更快地结束不必要的气体与碱金属的气体之间的反应，使碱金属的气体的浓度稳定。结果，可提供通过抑制气室内碱金属气体的浓度降低、波动而能够进行稳定制造并能够进行高精度计测的气室和磁性计测装置。
[应用例2]在上述应用例的磁性计测装置中，优选地，在所述第二室中配置有玻璃片，所述碱金属的固体和液体中的至少一种附着在所述玻璃片上。
根据本应用例的构成，由于配置在第二室中的玻璃片上附着有碱金属的固体和液体中至少一种，因此即使从玻璃片产生不必要的气体，也可通过碱金属的气体以及碱金属的固体或液体与不必要的气体发生发应来减少第二室内的不必要的气体。另外，在玻璃片上附着有碱金属的固体或液体的部分，由于其表面被碱金属的固体或液体覆盖，因此与未附着碱金属的固体、液体的情况相比，能够抑制产生新的不必要的气体。由此，能够抑制不必要的气体扩散至与第二室连通的第一室，并且能更快地稳定第二室和第一室内的碱金属的气体的浓度。
[应用例3]在上述应用例的磁性计测装置中，优选地，所述第一室和所述第二室由第一玻璃构成，所述玻璃片由与所述第一玻璃不同的第二玻璃构成。
根据本应用例的构成，在第二室中即使从第一玻璃和第二玻璃(玻璃片)产生不必要的气体，也可通过碱金属的固体或液体与不必要的气体发生反应来减少第二室内的不必要的气体，因此能够抑制不必要的气体扩散至第一室。另外，在第一室中即使从第一玻璃产生不必要的气体而与碱金属气体发生反应、碱金属气体减少的情况下，由于配置在第二室中的碱金属的固体或液体蒸发而扩展至第一室，因此也能使第一室中的碱金属的气体的浓度稳定。
[应用例4]在上述应用例的磁性计测装置中，优选地，所述第一玻璃的厚度为1mm～5mm，所述第二玻璃的厚度为0.1mm～0.5mm。
根据本应用例的构成，由于第二玻璃的厚度大约为第一玻璃的厚度的1/10，因此例如通过照射激光、施加冲击，第二玻璃能够比第一玻璃更容易地破坏。因而，通过将封装有碱金属的、由第二玻璃组成的安瓿配置在由第一玻璃组成的气室的第二室中，选择性加工并破坏安瓿，能够将碱金属的固体和液体中至少一种配置在第二室中，并使碱金属蒸发后的蒸汽从第二室扩散，充填第一室。
[应用例5]在上述应用例的磁性计测装置中，优选地，所述第一玻璃的紫外光透过率高于所述第二玻璃的紫外光透过率。
根据本应用例的构成，由于第一玻璃的紫外光透过率高于第二玻璃的紫外光透过率，因此第一玻璃的紫外光吸收系数小于第二玻璃的紫外光吸收系数。因而，照射紫外光区域的激光后，激光透过第一玻璃，并被第二玻璃吸收。由此，能够在不损坏由第一玻璃构成的气室的情况下选择性地加工由第二玻璃构成的安瓿。
[应用例6]在上述应用例的磁性计测装置中，优选地，所述连通孔的直径为0.4mm～1mm。
根据本应用例的构成，由于连通孔的直径较小，为0.4mm～1mm，因此碱金属的固体、液体难以通过连通孔。因而，能够抑制配置在第二室中的碱金属的固体或液体侵入第一室，并且碱金属的固体或液体在第二室中蒸发后的蒸汽能够扩散至第一室。
[应用例7]本应用例的气室，其特征在于，具备：第一室；第二室；以及连通孔，连通所述第一室和所述第二室，在所述第一室和所述第二室中填充有碱金属的气体，在所述第二室中配置有所述碱金属的固体和液体中的至少一种。
根据本应用例的构成，在第二室中配置有碱金属的固体和液体中至少一种。因而，与未配置碱金属的固体、液体的情况相比，能够向第二室稳定地供给碱金属的气体，同时当第二室中产生不必要的气体时，不仅碱金属的气体，碱金属的固体、液体也有助于与不必要的气体发生反应，因此能更快地减少第二室内的不必要的气体。由此，能够抑制不必要的气体扩散至与第二室连通的第一室，并且能更多地增加从第二室流入第一室的碱金属的气体的量。由此，在第二室和第一室中，能更快地结束不必要的气体与碱金属的气体之间的反应，使碱金属的气体的浓度稳定。结果，可提供通过抑制气室内碱金属的气体的浓度降低、波动而能够进行稳定制造的气室和磁性计测装置。
[应用例8]本应用例的磁性计测装置的制造方法是计测磁场的磁性计测装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序：将封装有碱金属的固体的安瓿配置在气室的第二室中，并密封第一室、所述第二室、以及连通孔，其中，所述气室具备所述第一室、所述第二室、以及连通所述第一室和所述第二室的所述连通孔；破坏所述安瓿，从而将所述碱金属的固体和液体中的至少一种配置在所述第二室中；以及将所述碱金属的气体填充在所述第一室和所述第二室中。
根据本应用例的制造方法，将封装有碱金属的固体的安瓿配置在气室的第二室中并密封第一室、第二室以及连通孔，破坏第二室内的安瓿从而将碱金属的固体和碱金属的固体熔化后的液体中至少一种配置在第二室中。因而，与在安瓿上形成贯通孔而使碱金属蒸发的情况相比，能够向第二室稳定地供给碱金属的气体，同时当第二室中产生不必要的气体时，不仅碱金属的气体，碱金属的固体、液体也有助于与不必要的气体发生反应，因此能更快地减少第二室内的不必要的气体。由此，能够抑制不必要的气体扩散至与第二室连通的第一室，并且能更多地增加从第二室流入第一室的碱金属的气体的量。由此，在第二室和第一室中，能更快地结束不必要的气体与碱金属的气体之间的反应，使碱金属的气体的浓度稳定。结果，能够稳定地制造由于能够抑制气室内碱金属的气体的浓度降低、波动，从而能够高精度地计测磁场的磁性计测装置。
[应用例9]在上述应用例的磁性计测装置的制造方法中，也可以是，通过对所述安瓿照射激光来破坏所述安瓿。
根据本应用例的制造方法，通过对安瓿照射激光来破坏安瓿，从而能够将碱金属的固体和液体中至少一种配置在第二室中。
[应用例10]在上述应用例的磁性计测装置的制造方法中，也可以是，通过对所述安瓿施加冲击来破坏所述安瓿。
根据本应用例的制造方法，通过对安瓿施加冲击来破坏安瓿，从而能够将碱金属的固体和液体中至少一种配置在第二室中。
[应用例11]本应用例的气室的制造方法，其特征在于，包括以下工序：将封装有碱金属的固体的安瓿配置在通过连通孔与第一室连通的第二室中，并密封所述第一室、所述连通孔以及所述第二室；破坏所述安瓿，从而将所述碱金属的固体和液体中的至少一种配置在所述第二室中；以及将所述碱金属的气体填充在所述第一室和所述第二室中。
根据本应用例的制造方法，将封装有碱金属的固体的安瓿配置在第二室中并密封第一室、第二室以及连通孔，破坏第二室内的安瓿从而将碱金属的固体和碱金属的固体熔化后的液体中至少一个配置在第二室中。因而，与在安瓿上形成贯通孔而使碱金属蒸发的情况相比，能够向第二室稳定地供给碱金属的气体，同时当第二室中产生不必要的气体时，不仅碱金属的气体，碱金属的固体、液体也有助于与不必要的气体发生反应，因此能更快地减少第二室内的不必要的气体。由此，能够抑制不必要的气体扩散至与第二室连通的第一室，并且能更多地增加从第二室流入第一室的碱金属的气体的量。由此，在第二室和第一室中，能更快地结束不必要的气体与碱金属的气体之间的反应，使碱金属的气体的浓度稳定。结果，由于能够抑制气室内碱金属的气体的浓度降低、波动，从而可以稳定地制造能够高精度地计测磁场的气室。
附图说明
图1是示出本实施方式的磁性计测装置的构成的框图。
图2(a)至图2(c)是示出本实施方式的气室和安瓿的构成的简要截面图。
图3(a)至图3(c)是说明本实施方式的气室的制造方法的图。
图4是对光的波长和玻璃材料的透过率之间的关系进行比较而示出的图。
图5(a)和图5(b)是说明变形例1的气室的制造方法的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的具体实施方式。适当扩大、缩小或者夸张显示所使用的附图，以使所说明的部分能够识别。另外，除说明所需的构成要素之外，可省略图示。
磁性计测装置的构成
参照图1说明本实施方式的磁性计测装置的构成。图1是示出本实施方式的磁性计测装置的构成的框图。本实施方式的磁性计测装置100是使用非线性光学旋转(非线性磁光旋转(NonlinearMagneto-OpticalRotation)：NMOR)的磁性计测装置。磁性计测装置100例如用于生物体状态测量装置(心磁仪或脑磁仪等)，测量源自心脏的磁场(心磁)、源自大脑的磁场(脑磁)等从生物体产生的微小磁场。磁性计测装置100还可用于金属探测器等。
如图1所示，磁性计测装置100具备：光源1、光纤2、连接器3、偏振板4、气室10、偏振分离器5、光检测器(PhotoDetector：PD)6、光检测器7、信号处理电路8、以及显示装置9。气室10内封装有碱金属气体(气态的碱金属原子)。作为碱金属，例如可使用铯(Cs)、铷(Rb)、钾(K)、钠(Na)等。下面，以使用铯作为碱金属的情况为例进行说明。
光源1是输出具有与铯的吸收线相应的波长(例如相当于D1线的894nm)的激光光束的装置，例如可调谐激光器。从光源1输出的激光光束即所谓的CW(连续波(ContinuousWave))，具有恒定的连续的光量。
偏振板4是使激光光束沿特定方向偏振、成为直线偏振光的元件。光纤2是将光源1输出的激光光束引导至气室10侧的部件。例如，光纤2使用仅传播基模的单模光纤。连接器3是用于将光纤2连接至偏振板4的部件。连接器3将光纤2螺旋式连接至偏振板4。
气室10是内部具有空隙的箱(室)，在该空隙(如图2(a)所示的主室14)中封装有碱金属的蒸汽(如图2(a)所示的碱金属气体13)。将在下文中说明气室10的构成。
偏振分离器5是将入射的激光分离成相互正交的两种偏振成分的光束的元件。例如，偏振分离器5是沃拉斯通棱镜(Wollastonprism)或偏振分束器(polarizationbeamsplitter)。光检测器6和光检测器7是对激光光束的波长敏感的检测器，用于将与入射光的光量相应的电流输出至信号处理电路8。如果光检测器6和光检测器7自身产生磁场，则可能影响测量，因此期望由非磁性的材料构成。从气室10观察，光检测器6和光检测器7配置在与偏振分离器5相同的一侧(下游侧)。
沿激光光束的路径来说明各部分在磁性计测装置100中的配置，其中，光源1位于激光光束的路径的最上游，接着，从上游侧开始，依次配置光纤2、连接器3、偏振板4、气室10、偏振分离器5、以及光检测器6、7。
沿激光光束的行进说明各部分在磁性计测装置100中的动作。从光源1输出的激光光束在光纤2的引导下到达偏振板4。激光光束到达偏振板4后，变成偏振度更高的直线偏振光。透过气室10的激光光束激发(光抽运)封装在气室10中的碱金属原子。这时，在对应于磁场强度的偏振面旋转作用下，激光光束的偏振面发生旋转。透过气室10的激光光束通过偏振分离器5分离成两种偏振成分的光束。通过光检测器6和光检测器7计测(探测(probing))两种偏振成分的光束的光量。
信号处理电路8分别接收表示由光检测器6和光检测器7计测出的光束的光量的信号。信号处理电路8基于所接收的各信号，计测激光光束的偏振面的旋转角。偏振面的旋转角由基于激光光束的传播方向的磁场强度的函数表示(例如，参见D.Budker等五人，“原子的共振非线性磁光旋转效应”，当代物理学评论(ReviewofModernPhysics)杂志，美国，美国物理学会，2002年10月，第74卷第4号，第1153-1201页的算式(2))。虽然算式(2)涉及线性光学旋转，但在NMOR的情况下，也可使用基本相同的公式)。信号处理电路8根据偏振面的旋转角测量激光光束在传播方向上的磁场强度。显示装置9显示由信号处理电路8测量出的磁场强度。
接着，参照图2(a)至图2(c)说明本实施方式的气室和用于气室的安瓿。图2(a)至图2(c)是示出本实施方式的气室和安瓿的构成的简要截面图。详细而言，图2(a)是气室的简要截面图，图2(b)是安瓿的简要截面图，图2(c)是沿图2(b)的A-A'线的简要截面图。
气室的构成
图2(a)示出了本实施方式的气室10的简要截面图。在图2(a)中，以气室10的高度方向为Z轴，以上方侧为+Z方向。以与Z轴交叉的方向即气室10的长度方向为X轴，以图2(a)的右侧为+X方向。并且，以与Z轴和X轴交叉的方向即气室10的宽度方向为Y轴，以从图2(a)的纸表面朝背面侧为+Y方向。
如图2(a)所示，本实施方式的气室10由室部12和封闭部19构成。室部12是内部具有空隙的箱(室)，由第一玻璃即石英玻璃形成。室部12的内壁例如可由石蜡等涂覆。室部12的厚度为1mm～5mm，例如约1.5mm。
作为内部的空隙，室部12具有作为第一室的主室14和作为第二室的储藏部16。主室14和储藏部16沿X方向并列配置，通过连通孔15连通。连通孔15设置在主室14和储藏部16的上方(+Z方向)侧。连通孔15的内径大约为例如0.4mm～1mm。
室部12在储藏部16侧的端部设有开口部18。开口部18通过封闭部19封闭，从而密封室部12(主室14和储藏部16)。作为封闭部19的材料，例如可使用低熔点玻璃熔块。
在主室14和储藏部16中填充有碱金属蒸发后的气体(下面称为“碱金属气体”)13。除碱金属气体13之外，主室14和储藏部16中也可以存在稀有气体等惰性气体。在储藏部16中配置有玻璃片22a、碱金属的固体(下面称为“碱金属固体”)24、以及碱金属熔化后的液体(下面称为“碱金属液体”)24a。在玻璃片22a上附着有碱金属固体24和碱金属液体24a。
玻璃片22a是通过破坏下文所述的安瓿20(参见图2(b))的玻璃管22而割裂为多个碎片得到的。碱金属固体24封装在破坏前的安瓿20内，通过破坏安瓿20而释放。碱金属液体24a是碱金属固体24由于热而熔化的产物。碱金属气体13是碱金属固体24和碱金属液体24a蒸发后的产物。
此外，可以在储藏部16内仅配置碱金属固体24或碱金属液体24a中任一种，并且可以在玻璃片22a上仅附着碱金属固体24或碱金属液体24a中任一种。
安瓿的构成
图2(b)示出了安瓿20的X-Z截面。如图2(b)所示，本实施方式的安瓿20由中空状的玻璃管22构成。玻璃管22由作为第二玻璃的硼硅酸盐玻璃形成。
玻璃管22沿一个方向(图2(b)中的X轴)延伸，其两端部被熔敷。由此，内部为中空状的玻璃管22被密封。此外，玻璃管22的两端部的形状并不限定于如图2(b)所示的那样的圆形，也可以是接近平面的形状、部分尖锐的形状等。玻璃管22的中空部填充有碱金属固体(粒状、粉末状的碱金属原子)24。作为碱金属固体24，如上所述，除铯之外，还可使用铷、钾、钠。
图2(b)示出了安瓿20(玻璃管22)被密封的状态、即破坏前的状态。制造出安瓿20时，玻璃管22呈密封状态，但如图2(a)所示，气室10完成时，玻璃管22被破坏。并且，在储藏部16中配置有从安瓿20内释放的碱金属固体24和碱金属液体24a，在储藏部16和主室14中充满了碱金属气体13。
此外，在安瓿20的上表面和室部12的内表面之间设置例如大约1.5mm的缝隙，以使碱金属固体24和碱金属液体24a在储藏部16内容易蒸发，并使碱金属气体13通过连通孔15容易流入主室14。
图2(c)示出了安瓿20的Y-Z截面。如图2(c)所示，玻璃管22的Y-Z截面形状例如大致为圆形，但也可以是其它形状。玻璃管22的外径Φ为：0.2mm≤Φ≤1.2mm。玻璃管22的壁厚t为：0.1mm≤t≤0.5mm，优选地，大约为外径Φ的20％。当玻璃管22的壁厚t不足0.1mm时，玻璃管22容易不慎破损，当玻璃管22的壁厚t超过0.5mm时，难以进行破坏玻璃管22的加工(详见下文所述)。
气室的制造方法
参照图3(a)至图3(c)说明气室10的制造方法。图3(a)至图3(c)是说明本实施方式的气室的制造方法的图。
首先，准备如图3(a)所示的室部12。虽未图示，但例如通过切割由石英玻璃组成的玻璃板，准备与构成室部12的各壁面对应的玻璃板部件。并且，组装这些玻璃板部件，通过粘结剂或熔敷使玻璃板部件之间进行接合，从而得到如图3(a)所示的具有主室14和储藏部16的室部12。在该阶段，室部12的开口部18是开放的。
接着，将安瓿20容纳在室部12的储藏部16内。安瓿20从设置在室部12的储藏部16侧的开口部18插入，然后容纳在储藏部16内。在该阶段，如图2(b)所示，安瓿20变成以下状态：碱金属固体24被填充并密封在中空状的玻璃管22的内部。
此外，在接近真空的低压环境下(理想状态下，在真空中)，通过将碱金属固体24填充在管状的玻璃管22的中空部，分别熔敷和密封玻璃管22的两端部来形成安瓿20。由于用作碱金属固体24的铯等碱金属容易发生反应，难以在大气中进行处理，因此以在低压环境下密封在安瓿20内的状态容纳在室部12中。
接着，如图3(a)所示，对室部12内进行充分脱气，如图3(b)所示，在内部空隙中极少存在杂质的状态下，封闭室部12(主室14、连通孔15、以及储藏部16)。例如，在接近真空的低压环境下(理想状态下，在真空中)，通过封闭部19封闭室部12的开口部18，从而密封室部12。
接着，如图3(c)所示，加工安瓿20(玻璃管22)。在该工序中，在不损坏室部12的情况下破坏玻璃管22，从而打破安瓿20的气密性，同时使安瓿20内的碱金属固体24释放至储藏部16。破坏玻璃管22是指形成贯通玻璃管22的贯通孔、将玻璃管22割裂为多个玻璃片22a。
例如，当在玻璃管22上形成贯通孔时，需要使安瓿20内的碱金属固体24从所形成的贯通孔释放至储藏部16。因此，贯通孔的直径可以为10μm～50μm左右，但优选为更大(例如100μm以上)，而贯通孔的数量可以为一个，但优选形成多个。另外，如图3(c)所示，从使碱金属固体24可靠地释放的观点出发，更优选的是，将玻璃管22割裂为多个玻璃片22a。
在本实施方式中，作为破坏玻璃管22的方法，使用聚光镜42来聚集作为激光的脉冲激光40，然后从上方(+Z方向)侧隔着室部12照射至安瓿20的玻璃管22。由于激光的指向性和收敛性优异，因此能够容易地加工玻璃管22。
此外，作为聚光镜42，例如当使用焦距为78mm的透镜时，所聚集的脉冲激光40的束斑直径大约为10μm。由于在安瓿20的上表面和室部12的内表面之间设置有大约1.5mm的缝隙，因此，通过将脉冲激光40的焦点聚焦在玻璃管22的上表面，能够降低损坏室部12的风险。
另外，在本实施方式中，作为脉冲激光40，使用紫外线区域的波段为248nm～355nm的脉冲激光。图4是对光的波长和玻璃材料的透过率之间的关系进行比较而示出的图。如图4所示，石英玻璃的透过率在光的波长为250nm～400nm的范围内基本不变，大约为95％。
另一方面，如图4所示，硼硅酸盐玻璃的透过率在光的波长达到270nm之前大约为0％，在270nm～350nm的范围内增加，在350nm以上大约为90％。此外，图4所示的透过率示出了一个例子，例如，根据构成硼硅酸盐玻璃的成分的混合比不同，存在硼硅酸盐玻璃的透过率不同于图4所示的例子的情况。
这样，对于紫外线区域的波段的光(下面，称为“紫外光”)，石英玻璃的透过率高于硼硅酸盐玻璃的透过率。换言之，对于紫外光，石英玻璃的吸收系数小于硼硅酸盐玻璃的吸收系数。因此，作为紫外光的脉冲激光40透过由石英玻璃构成的室部12后，被由硼硅酸盐玻璃组成的玻璃管22吸收。由此，能够在不损坏室部12的情况下，选择性地加工玻璃管22。
在本实施方式中，使用YAG激光的三次谐波(THG)激光来作为脉冲激光40，但也可以使用四次谐波(FHG)激光。例如，脉冲激光40的能量为50μJ/脉冲～200μJ/脉冲左右，脉冲宽度为纳秒级(优选为30纳秒左右)，重复频率为50kHZ，照射时间为100msec。
通过照射脉冲激光40，从玻璃管22的上表面(表面)沿深度方向加工和破坏玻璃管22，打破安瓿20的密封。在此，如果脉冲激光40的能量较高，则不仅玻璃管22自身发热，碱金属固体24也发热。如果利用玻璃管22由于这种发热而产生的热应力，则容易破坏玻璃管22。另外，碱金属固体24发热后容易蒸发，当温度达到碱金属的熔点以上时则熔化，变成碱金属液体24a。当碱金属固体24为铯时，铯的熔点为28.4℃左右。
如图2(a)所示，经过上述加工，通过破坏玻璃管22而使其割裂为多个玻璃片22a，碱金属固体24从安瓿20内释放至储藏部16。在图2(a)中示出了，不仅碱金属固体24，碱金属固体24熔化后的碱金属液体24a也配置在储藏部16内的状态。另外，碱金属固体24和碱金属液体24a附着在多个玻璃片22a上。此外，也可以是，仅碱金属固体24或碱金属液体24a中任一种配置在储藏部16内并且附着在多个玻璃片22a上。
这样，当碱金属固体24和碱金属液体24a中至少一种配置在储藏部16内时，碱金属蒸发后形成碱金属气体13，储藏部16内充满碱金属气体13。并且，碱金属气体13通过连通孔15从储藏部16扩散至主室14。结果，碱金属气体13填充在储藏部16和主室14中。
这时，在本实施方式中，由于连通孔15设置在储藏部16的上方(+Z方向)侧，且连通孔15的内径设得较小，大约为0.4mm～1mm，因此玻璃片22a和碱金属固体24、碱金属液体24a难以通过连通孔15侵入主室14。因此，虽然碱金属气体13会从储藏部16流入主室14，但却能抑制玻璃片22a和碱金属固体24、碱金属液体24a侵入主室14。
此外，在玻璃片22a、碱金属固体24、碱金属液体24a等除碱金属气体13之外的物质侵入主室14的情况下，由于在磁性计测装置100中将从光源1输出的激光光束变成直线偏振光后从气室10(主室14)透过时的透过量降低，因此导致磁性计测装置100的性能下降。
根据上述内容，能够制造本实施方式的气室10。本实施方式的磁性计测装置的制造方法包括上述气室的制造方法。此外，对于制造本实施方式的磁性计测装置100的工序，由于除制造气室10的工序之外的工序可以采用公知的方法，因此省略其说明。
不过，在上述加工安瓿20的工序中，当破坏玻璃管22时可能产生不必要的气体，特别是，当玻璃管22因为发热而溶解时，会从玻璃管22产生不必要的气体。作为不必要的气体，例如，可列举出玻璃管22(硼硅酸盐玻璃)内所包含的水分等。虽然很少，但室部12(石英玻璃)也可能产生不必要的气体。
当储藏部16内、主室14内产生这种不必要的气体，则不必要的气体与碱金属气体13发生反应，反应后碱金属气体13相应地减少，因此，填充在主室14内的碱金属气体13的浓度降低或产生波动。如果主室14内的碱金属气体13的浓度降低或产生波动，则会导致磁性计测装置100的性能下降。
于是，在加工安瓿20的工序中，破坏玻璃管22后放置一段时间，使加工时从玻璃管22(硼硅酸盐玻璃)、室部12(石英玻璃)产生的不必要的气体与碱金属气体13发生反应后，将碱金属气体13填充到储藏部16和主室14中。
假如在玻璃管22上形成了贯通孔，但碱金属固体24未从安瓿20内释放至储藏部16，则仅通过安瓿20内的碱金属固体24蒸发来产生碱金属气体13，碱金属气体13从安瓿20内通过贯通孔流出至储藏部16。因而，如果从安瓿20内流出的碱金属气体13的量与不必要的气体相比相对较少的话，那么不能与碱金属气体13发生反应的不必要的气体则从储藏部16扩散至主室14，不必要的气体在储藏部16内和主室14内与碱金属气体13反应结束所需的时间变长。结果，主室14内的碱金属气体13的浓度可能降低或产生波动。
与此相比，在本实施方式中，由于碱金属固体24和碱金属液体24a中至少一种配置在储藏部16内，因此能够稳定地供给更多的碱金属气体13，因而，与不必要的气体相比，储藏部16内的碱金属气体13的量相对较多。并且，由于不仅碱金属气体13，碱金属固体24、碱金属液体24a也有助于与不必要的气体发生反应，因此能更快地减少储藏部16内的不必要的气体。进而，由于碱金属固体24和碱金属液体24a中至少一种附着在玻璃片22a上，因此附着部分的表面被碱金属固体24或碱金属液体24a覆盖，从而能够抑制玻璃片22a产生新的不必要的气体。
由此，能够抑制不必要的气体从储藏部16扩散至与主室14，并且能够更多地增加从储藏部16流入主室14的碱金属气体13的量。并且，即使在主室14内产生了不必要的气体，其也能与从储藏部16流入的碱金属气体13发生反应。由此，在储藏部16和主室14中，能更快地结束不必要的气体与碱金属气体13之间的反应，使碱金属气体13的浓度稳定。结果，，由于能够抑制气室10的主室14内的碱金属气体13的浓度降低、波动，从而可以稳定地制造能够高精度地计测生物体产生的磁场的气室10和磁性计测装置100。
上述实施方式仅示出了本发明的一方式，可在本发明的范围内进行任意的变形和应用。作为变形例，例如可考虑如下情况。
变形例1
在上述实施方式的制造方法中，作为破坏安瓿20的玻璃管22的方法，照射了脉冲激光40，但本发明并不限定于这种构成。作为破坏安瓿20的玻璃管22的方法，例如也可采用对安瓿20施加冲击的方法。图5(a)和图5(b)是说明变形例1的气室的制造方法的图。
如图3(b)所示密封室部12后，如图5(a)所示对室部12施加振动或冲击。相对于外径为0.2mm≤Φ≤1.2mm的安瓿20，由于1.5mm左右的缝隙设置在安瓿20的上表面和储藏部16的内表面之间，因此对室部12施加振动或冲击后，安瓿20容易在储藏部16内移动。因而，安瓿20与储藏部16的内表面产生碰撞，安瓿20的玻璃管22在该碰撞的冲击下遭到破坏。由此，如图5(b)所示，可将安瓿20(玻璃管22)割裂为多个玻璃片22a。此外，图5(a)示出了沿Z方向施加振动或冲击的情况，但也可以是，对室部12施加振动或冲击的方向为沿Y方向的方向。
与上述实施方式的照射脉冲激光40的方法相比，如变形例1那样的通过施加冲击来破坏安瓿20的方法能够抑制发热时产生不必要的气体。图5(b)示出了通过抑制发热而不使碱金属固体24熔化，从而不在储藏部16中配置碱金属液体24a(参照图2(a))的情况的例子。另一方面，在如变形例1那样的通过施加冲击来破坏安瓿20的方法中，由于玻璃片22a、碱金属固体24受到冲击后在储藏部16内移动，因此玻璃片22a、碱金属固体24通过连通孔15侵入主室14的风险提高。
变形例2
可适用上述实施方式的气室10的装置并不限定于磁性计测装置100。例如，气室10还可适用于原子钟等原子振荡器。用于原子振荡器的气室需要小型化，而根据上述实施方式的气室的制造方法，能够稳定地制造小型的气室10，因此能够适用于小型的原子振荡器。
附图标记说明
10气室12室部(第一玻璃)
13碱金属气体(碱金属的气体)14主室(第一室)
15连通孔16储藏部(第二室)
20安瓿22玻璃管(第二玻璃)
22a玻璃片
24碱金属固体(碱金属的固体)
24a碱金属液体(碱金属的液体)
40脉冲激光(激光)100磁性计测装置

Claims (11)

1.一种计测磁场的磁性计测装置，其特征在于，包括：
气室，具备第一室、第二室、以及连通所述第一室和所述第二室的连通部，
在所述第一室中填充有碱金属的气体，
在所述第二室中配置有所述碱金属的固体和液体中的至少一种以及所述碱金属的气体。
2.根据权利要求1所述的磁性计测装置，其特征在于，
在所述第二室中配置有玻璃片，
所述碱金属的固体和液体中的至少一种附着在所述玻璃片上。
3.根据权利要求2所述的磁性计测装置，其特征在于，
所述第一室和所述第二室由第一玻璃构成，
所述玻璃片由与所述第一玻璃不同的第二玻璃构成。
4.根据权利要求3所述的磁性计测装置，其特征在于，
所述第一玻璃的厚度为1mm至5mm，所述第二玻璃的厚度为0.1mm至0.5mm。
5.根据权利要求3或4所述的磁性计测装置，其特征在于，
所述第一玻璃的紫外光透过率高于所述第二玻璃的紫外光透过率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁性计测装置，其特征在于，
所述连通部的直径为0.4mm至1mm。
7.一种气室，其特征在于，具备：
第一室；第二室；以及连通部，连通所述第一室和所述第二室；
其中，在所述第一室中填充有碱金属的气体；
在所述第二室中配置有所述碱金属的固体和液体中的至少一种以及所述碱金属的气体。
8.一种计测磁场的磁性计测装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
将封装有碱金属的固体的安瓿配置在具备第一室、第二室以及连通部的气室的所述第二室中，并密封包括所述第一室、所述第二室以及所述连通部的空间，其中，所述连通部连通所述第一室和所述第二室；
破坏所述安瓿，从而将所述碱金属的固体和液体中的至少一种以及所述碱金属的气体配置在所述第二室中；以及
将所述碱金属的气体填充到所述第一室中。
9.根据权利要求8所述的磁性计测装置的制造方法，其特征在于，
通过对所述安瓿照射激光来破坏所述安瓿。
10.根据权利要求8所述的磁性计测装置的制造方法，其特征在于，
通过对所述安瓿施加冲击来破坏所述安瓿。
11.一种气室的制造方法，其特征在于，包括以下工序：
将封装有碱金属的固体的安瓿配置在通过连通部与第一室连通的第二室中，并密封所述第一室、所述连通部以及所述第二室；
破坏所述安瓿，从而将所述碱金属的固体和液体中的至少一种配置在所述第二室中；以及
将所述碱金属的气体填充在所述第一室和所述第二室中。
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Application publication date: 20160427

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