JP2017220675A - 原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】原子セルの内壁面にコーティングを容易に施すことができる原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置および原子発振器を提供すること、また、かかる量子干渉装置を備える信頼性に優れた電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】本発明の原子セルの製造方法は、内部空間、前記内部空間と外部とを連通する孔を有する構造体を準備する準備工程と、前記孔を通じて前記内部空間に金属原子およびコーティング剤を送入する送入工程と、前記孔に配置している封止材を溶融して前記孔を封止する封止工程と、を含み、前記準備工程において、貫通孔を有する基板の両面に、前記孔を有する１対の基板を接合することで、前記貫通孔による前記内部空間を形成する。【選択図】図７
Description
本発明は、原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。
長期的に高精度な発振特性を有する発振器として、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の原子のエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器が知られている。
一般に、原子発振器の動作原理は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した方式と、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した方式とに大別されるが、いずれの原子発振器も、アルカリ金属を封入したガスセル（原子セル）を備える（例えば、特許文献１参照）。
一般に、原子発振器の動作原理は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した方式と、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した方式とに大別されるが、いずれの原子発振器も、アルカリ金属を封入したガスセル（原子セル）を備える（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１に係るガスセルは、シリコンウエハに形成された貫通孔の開口がガラス基板により封鎖されることにより、アルカリ金属を封入する内部空間が形成されている。このようなガスセルでは、シリコンウエハとガラス基板とが陽極接合法により接合されている。
ところで、近年、原子発振器の小型化の要請に伴い、ガスセルの小型化が求められている。一方、ガスセル内に充填された気体状のアルカリ金属はガスセルの内壁面に衝突したときに挙動が変化するが、ガスセルが小型になるほど、その挙動の変化に起因する発振特性の低下が顕著になることが知られている。そこで、ガスセルの内壁面にアルカリ金属の挙動の変化を低減するコーティングを施すことが提案されている。
しかし、特許文献１に係るガスセルでは、シリコンウエハとガラス基板との陽極接合の前にコーティングを施さなければならず、コーティングを施したとしても、その後の陽極接合時の高温によりコーティングが溶けてしまう。そのため、コーティングを施すこと難しいという問題があった。
ところで、近年、原子発振器の小型化の要請に伴い、ガスセルの小型化が求められている。一方、ガスセル内に充填された気体状のアルカリ金属はガスセルの内壁面に衝突したときに挙動が変化するが、ガスセルが小型になるほど、その挙動の変化に起因する発振特性の低下が顕著になることが知られている。そこで、ガスセルの内壁面にアルカリ金属の挙動の変化を低減するコーティングを施すことが提案されている。
しかし、特許文献１に係るガスセルでは、シリコンウエハとガラス基板との陽極接合の前にコーティングを施さなければならず、コーティングを施したとしても、その後の陽極接合時の高温によりコーティングが溶けてしまう。そのため、コーティングを施すこと難しいという問題があった。
本発明の目的は、原子セルの内壁面にコーティングを容易に施すことができる原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置および原子発振器を提供すること、また、かかる量子干渉装置を備える信頼性に優れた電子機器および移動体を提供することにある。
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。
［適用例１］
本発明の原子セルの製造方法は、内部空間、前記内部空間と外部とを連通する孔を有する構造体を準備する準備工程と、
前記孔を通じて前記内部空間に金属原子およびコーティング剤を送入する送入工程と、
前記孔に配置している封止材を溶融して前記孔を封止する封止工程と、
を含み、
前記準備工程において、貫通孔を有する基板の両面に、前記孔を有する１対の基板を接合することで、前記貫通孔による前記内部空間を形成することを特徴とする。
［適用例１］
本発明の原子セルの製造方法は、内部空間、前記内部空間と外部とを連通する孔を有する構造体を準備する準備工程と、
前記孔を通じて前記内部空間に金属原子およびコーティング剤を送入する送入工程と、
前記孔に配置している封止材を溶融して前記孔を封止する封止工程と、
を含み、
前記準備工程において、貫通孔を有する基板の両面に、前記孔を有する１対の基板を接合することで、前記貫通孔による前記内部空間を形成することを特徴とする。
このような原子セルの製造方法によれば、構造体の内部空間の壁面にコーティング（コーティング膜の形成）を行った後に、コーティング剤またはコーティング膜の融点未満の温度で内部空間を気密封止することができる。また、封止材の融点がコーティング剤またはコーティング膜の融点以上であっても、封止材を溶融する際の熱が局所的である。そのため、気密封止時にコーティング膜が溶けるのを防止または抑制することができる。その結果、原子セルの内壁面に容易にコーティングを行うことができる。
［適用例２］
本発明の原子セルの製造方法では、前記送入工程は、前記構造体の温度を前記コーティング剤の沸点未満とした状態で、前記コーティング剤を前記内部空間に送入することが好ましい。
これにより、効率的に、内部空間の壁面にコーティングを行うことができる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記送入工程は、前記構造体の温度を前記コーティング剤の沸点未満とした状態で、前記コーティング剤を前記内部空間に送入することが好ましい。
これにより、効率的に、内部空間の壁面にコーティングを行うことができる。
［適用例３］
本発明の原子セルの製造方法では、前記送入工程は、
前記コーティング剤を前記内部空間に送入するコーティング剤送入ステップと、
前記金属原子を前記内部空間に送入する金属原子送入ステップと、
を含んでいることが好ましい。
これにより、金属原子がコーティングを阻害するのを防止することができる。そのため、均質なコーティング膜の形成が可能となる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記送入工程は、
前記コーティング剤を前記内部空間に送入するコーティング剤送入ステップと、
前記金属原子を前記内部空間に送入する金属原子送入ステップと、
を含んでいることが好ましい。
これにより、金属原子がコーティングを阻害するのを防止することができる。そのため、均質なコーティング膜の形成が可能となる。
［適用例４］
本発明の原子セルの製造方法では、前記金属原子送入ステップは、前記コーティング剤送入ステップよりも前記構造体の温度が低いことが好ましい。
これにより、コーティング膜が溶けるのを防止することができる。また、コーティング膜に金属原子が混入するのを防止することができる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記金属原子送入ステップは、前記コーティング剤送入ステップよりも前記構造体の温度が低いことが好ましい。
これにより、コーティング膜が溶けるのを防止することができる。また、コーティング膜に金属原子が混入するのを防止することができる。
［適用例５］
本発明の原子セルの製造方法では、前記コーティング剤は、フッ素系樹脂、シロキサン系化合物および鎖式飽和炭化水素のうちのいずれかの化合物またはその前駆体を含んでいることが好ましい。
このような化合物により得られるコーティング膜は、金属原子が衝突した際の挙動の変化を効果的に低減することができ、また、化学的安定性に優れる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記コーティング剤は、フッ素系樹脂、シロキサン系化合物および鎖式飽和炭化水素のうちのいずれかの化合物またはその前駆体を含んでいることが好ましい。
このような化合物により得られるコーティング膜は、金属原子が衝突した際の挙動の変化を効果的に低減することができ、また、化学的安定性に優れる。
［適用例６］
本発明の原子セルの製造方法では、前記送入工程は、前記金属原子送入ステップの後に、緩衝ガスを前記内部空間に送入するステップを含んでいることが好ましい。
これにより、コーティングに悪影響を与えるのを防止しつつ、内部空間に金属原子とともに緩衝ガスを封入することができる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記送入工程は、前記金属原子送入ステップの後に、緩衝ガスを前記内部空間に送入するステップを含んでいることが好ましい。
これにより、コーティングに悪影響を与えるのを防止しつつ、内部空間に金属原子とともに緩衝ガスを封入することができる。
［適用例７］
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程は、加熱接合法を用いて前記構造体を製造するステップを含んでいることが好ましい。
このような加熱接合法を用いて製造される構造体は、加熱接合の際、内部空間全体が高温にさらされるが、加熱接合の後に、コーティングを行うこととなるため、コーティングが加熱接合の熱により溶けることがない。
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程は、加熱接合法を用いて前記構造体を製造するステップを含んでいることが好ましい。
このような加熱接合法を用いて製造される構造体は、加熱接合の際、内部空間全体が高温にさらされるが、加熱接合の後に、コーティングを行うこととなるため、コーティングが加熱接合の熱により溶けることがない。
［適用例８］
本発明の原子セルの製造方法では、前記加熱接合法は、陽極接合法であることが好ましい。
陽極接合法は、接合時の温度が極めて高い。したがって、このような場合、仮に陽極接合前にコーティングを行おうとすると、コーティング剤の選定が困難となる。そのため、このような場合に本発明を適用すると、その効果が顕著となる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記加熱接合法は、陽極接合法であることが好ましい。
陽極接合法は、接合時の温度が極めて高い。したがって、このような場合、仮に陽極接合前にコーティングを行おうとすると、コーティング剤の選定が困難となる。そのため、このような場合に本発明を適用すると、その効果が顕著となる。
［適用例９］
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記構造体は、複数組の前記内部空間および前記孔を有しており、
前記封止工程の後に、前記構造体を前記組ごとに個片化する工程を有することが好ましい。
これにより、複数の原子セルを効率的に製造することができる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記構造体は、複数組の前記内部空間および前記孔を有しており、
前記封止工程の後に、前記構造体を前記組ごとに個片化する工程を有することが好ましい。
これにより、複数の原子セルを効率的に製造することができる。
［適用例１０］
本発明の原子セルは、アルカリ金属が配置されている貫通孔を有する本体部と、
前記貫通孔の両端側で前記本体部に接合され、前記貫通孔の内部側から外部側へ向けて貫通している孔を有する１対の窓部と、
前記孔を封止している封止材と、
前記貫通孔および前記窓部の内壁面に設けられているコーティング膜と、を備えることを特徴とする。
このような原子セルによれば、原子セルの内壁面に容易にコーティングを行うことができる。特に、原子セルの内壁面にコーティングを一様に形成することができる。そのため、原子セルを小型化しても、金属原子が原子セルの内壁面に衝突することによる挙動の変化が特性に悪影響を与えるのを抑制することができる。
本発明の原子セルは、アルカリ金属が配置されている貫通孔を有する本体部と、
前記貫通孔の両端側で前記本体部に接合され、前記貫通孔の内部側から外部側へ向けて貫通している孔を有する１対の窓部と、
前記孔を封止している封止材と、
前記貫通孔および前記窓部の内壁面に設けられているコーティング膜と、を備えることを特徴とする。
このような原子セルによれば、原子セルの内壁面に容易にコーティングを行うことができる。特に、原子セルの内壁面にコーティングを一様に形成することができる。そのため、原子セルを小型化しても、金属原子が原子セルの内壁面に衝突することによる挙動の変化が特性に悪影響を与えるのを抑制することができる。
［適用例１１］
本発明の量子干渉装置は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、小型で優れた信頼性を有する量子干渉装置を提供することができる。
［適用例１２］
本発明の原子発振器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、小型で優れた信頼性を有する原子発振器を提供することができる。
本発明の量子干渉装置は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、小型で優れた信頼性を有する量子干渉装置を提供することができる。
［適用例１２］
本発明の原子発振器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、小型で優れた信頼性を有する原子発振器を提供することができる。
［適用例１３］
本発明の電子機器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
［適用例１４］
本発明の移動体は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
［適用例１４］
本発明の移動体は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。
以下、本発明の原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
１．原子発振器
まず、本発明の原子発振器（本発明の量子干渉装置を備える原子発振器）について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。
１．原子発振器
まず、本発明の原子発振器（本発明の量子干渉装置を備える原子発振器）について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器（量子干渉装置）を示す概略図である。また、図２は、図１に示す原子発振器のガスセル内におけるアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図３は、図１に示す原子発振器の光出射部および光検出部について、光出射部からの２つの光の周波数差と、光検出部での検出強度との関係を示すグラフである。また、図４は、図１に示す原子発振器が備えるガスセルの斜視図、図５は、図４に示すガスセルの断面図である。
図１は、本発明の第１実施形態に係る原子発振器（量子干渉装置）を示す概略図である。また、図２は、図１に示す原子発振器のガスセル内におけるアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図３は、図１に示す原子発振器の光出射部および光検出部について、光出射部からの２つの光の周波数差と、光検出部での検出強度との関係を示すグラフである。また、図４は、図１に示す原子発振器が備えるガスセルの斜視図、図５は、図４に示すガスセルの断面図である。
図１に示す原子発振器１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。このような量子干渉効果を利用した原子発振器１は、二重共鳴効果を利用した原子発振器に比し、小型化を図ることができる。
この原子発振器１は、図１に示すように、ガスセル２（原子セル）と、光出射部３と、光学部品４１、４２、４３、４４と、光検出部５と、ヒーター６と、温度センサー７と、磁場発生部８と、制御部１０とを備える。
この原子発振器１は、図１に示すように、ガスセル２（原子セル）と、光出射部３と、光学部品４１、４２、４３、４４と、光検出部５と、ヒーター６と、温度センサー７と、磁場発生部８と、制御部１０とを備える。
まず、原子発振器１の原理を簡単に説明する。
原子発振器１では、ガスセル２内に、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属（金属原子）が封入されている。
アルカリ金属は、図２に示すように、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１、２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態１は、基底状態２よりも低いエネルギー状態である。
原子発振器１では、ガスセル２内に、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属（金属原子）が封入されている。
アルカリ金属は、図２に示すように、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１、２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態１は、基底状態２よりも低いエネルギー状態である。
このようなガス状のアルカリ金属に対して周波数の異なる２種の共鳴光１、２を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射すると、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光１、２のアルカリ金属における光吸収率（光透過率）が変化する。
そして、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態１、２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１、２は、いずれも、アルカリ金属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。
光出射部３は、ガスセル２に向けて、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射する。
そして、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態１、２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１、２は、いずれも、アルカリ金属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。
光出射部３は、ガスセル２に向けて、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射する。
ここで、例えば、共鳴光１の周波数ω１を固定し、共鳴光２の周波数ω２を変化させていくと、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２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５の検出強度は、図３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、高精度な発振器を実現することができる。
以下、原子発振器１の各部を順次詳細に説明する。
［ガスセル］
ガスセル２内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属（金属原子）が封入されている。また、ガスセル２内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
［ガスセル］
ガスセル２内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属（金属原子）が封入されている。また、ガスセル２内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
図４および図５に示すように、ガスセル２は、本体部２１と、本体部２１を挟んで設けられた１対の窓部２２、２３とを有している。
本体部２１には、円柱状の貫通孔２１１が形成されている。なお、貫通孔２１１の横断面形状は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。
本体部２１には、円柱状の貫通孔２１１が形成されている。なお、貫通孔２１１の横断面形状は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。
このような本体部２１を構成する材料としては、特に限定されず、ガラス材料、水晶、金属材料、樹脂材料、シリコン材料等を用いることができるが、ガラス材料、水晶、シリコン材料のいずれかを用いることが好ましく、シリコン材料を用いることがより好ましい。これにより、幅や高さが１０ｍｍ以下となるような小さいガスセル２を形成する場合であっても、エッチング等の微細加工技術を用いて、高精度な本体部２１を容易に形成することができる。また、シリコン材料で構成された本体部２１は、窓部２２、２３をガラス材料で構成した場合、窓部２２、２３と陽極接合法により簡単に気密的に接合することができる。
このような本体部２１の一方の端面には、窓部２２が接合され、一方、本体部２１の他方の端面には、窓部２３が接合されている。
本体部２１と窓部２２、２３との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、気密的に接合できるものであれば、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
本体部２１と窓部２２、２３との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、気密的に接合できるものであれば、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
ここで、貫通孔２１１の一端開口は、窓部２２により封鎖され、一方、貫通孔２１１の他端開口は、窓部２３により封鎖されている。これにより、アルカリ金属が封入される内部空間Ｓが形成されている。なお、図示しないが、内部空間Ｓ内に封入されているアルカリ金属は、一部が気体状で存在し、残部が余剰分として液体状または固体状で存在している。この内部空間Ｓ内に収納されている気体状のアルカリ金属は、励起光ＬＬによって励起される。
窓部２２、２３は、それぞれ、板状をなし、その板面が励起光ＬＬの軸に対して垂直となるように設置されている。そして、各窓部２２、２３は、前述した光出射部３からの励起光に対する透過性を有している。ここで、一方の窓部２２は、ガスセル２の内部空間Ｓ内へ励起光ＬＬが入射する入射側窓部であり、他方の窓部２３は、ガスセル２の内部空間Ｓ内から励起光ＬＬが出射する出射側窓部である。
また、この内部空間Ｓの内壁面には、コーティングが施されている。すなわち、内部空間Ｓの内壁面には、コーティング膜２４が形成されている。
また、この内部空間Ｓの内壁面には、コーティングが施されている。すなわち、内部空間Ｓの内壁面には、コーティング膜２４が形成されている。
このコーティング膜２４は、気体状のアルカリ金属が内部空間Ｓの内壁面に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。これにより、ガスセル２を小型化しても、アルカリ金属がガスセル２の内壁面に衝突することによる挙動の変化が特性に悪影響を与えるのを抑制し、原子発振器１の発振特性を優れたものとすることができる。
なお、コーティング膜２４の形成に用いるコーティング剤、すなわち、コーティング膜２４の構成材料またはその前駆体については、後述するガスセル２の製造方法の説明において詳述する。
特に、窓部２２には、内部空間Ｓと外部とを連通させる孔２２１が形成され、この孔２２１は、封止材２５１により封止されている。同様に、窓部２３には、内部空間Ｓと外部とを連通させる孔２３１が形成され、この孔２３１は、封止材２５２により封止されている。
特に、窓部２２には、内部空間Ｓと外部とを連通させる孔２２１が形成され、この孔２２１は、封止材２５１により封止されている。同様に、窓部２３には、内部空間Ｓと外部とを連通させる孔２３１が形成され、この孔２３１は、封止材２５２により封止されている。
この孔２２１、２３１は、後に詳述するように、ガスセル２を製造する際に、本体部２１と窓部２２、２３との接合後、かつ、封止材２５１、２５２による封止前に、アルカリ金属およびコーティング剤を内部空間Ｓに送入するのに用いる。これにより、ガスセル２の内壁面に容易にコーティングを行うことができる。特に、ガスセル２の内壁面にコーティングを一様に形成することができる。そのため、前述したようなコーティング膜２４の機能を好適に発揮させることができる。
また、孔２２１、２３１は、窓部２２、２３の厚さ方向に貫通している。これにより、後述するガスセル２の製造時のように、１つの構造体２０を個片化して複数のガスセル２を得る場合であっても、個片化前において、孔２３１を通じた内部空間Ｓへのアルカリ金属およびコーティング剤の送入や、孔２２１、２３１の封止を容易に行うことができる（図７、図８参照）。
このような窓部２２、２３を構成する材料としては、前述したような励起光に対する透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられるが、ガラス材料を用いることが好ましい。これにより、本体部２１をシリコン材料で構成した場合、本体部２１と窓部２２、２３とを陽極接合により簡単に気密的に接合することができる。なお、窓部２２、２３の厚さや励起光の強度によっては、窓部２２、２３をシリコンで構成することもできる。この場合、本体部２１をガラス材料で構成し、本体部２１と窓部２２、２３とを陽極接合してもよいし、本体部２１をシリコン材料で構成し、本体部２１と窓部２２、２３とを直接接合してもよい。
また、封止材２５１、２５２の構成材料としては、特に限定されないが、金属材料が好適に用いられ、特に、銀ロウ、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金等の金属を用いることが好ましい。また、封止材２５１、２５２の構成材料として、低融点ガラスを用いることもできる。
このようなガスセル２は、ヒーター６により、例えば、７０℃程度に温度調節される。
このようなガスセル２は、ヒーター６により、例えば、７０℃程度に温度調節される。
［光源］
光出射部３（光源）は、ガスセル２中のアルカリ金属を励起する励起光ＬＬを出射する機能を有する。
より具体的には、光出射部３は、励起光ＬＬとして、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射するものである。
光出射部３（光源）は、ガスセル２中のアルカリ金属を励起する励起光ＬＬを出射する機能を有する。
より具体的には、光出射部３は、励起光ＬＬとして、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射するものである。
共鳴光１は、ガスセル２内のアルカリ金属を前述した基底状態１から励起状態へ励起し得るものである。一方、共鳴光２は、ガスセル２内のアルカリ金属を前述した基底状態２から励起状態へ励起し得るものである。
この光出射部３としては、前述したような励起光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の半導体レーザー等を用いることができる。
このような光出射部３は、後述する制御部１０の励起光制御部１２に接続され、光検出部５の検出結果に基づいて駆動制御される（図１参照）。
また、このような光出射部３は、図示しない温度調節素子（発熱抵抗体、ペルチェ素子等）により、所定温度に温度調節される。
この光出射部３としては、前述したような励起光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の半導体レーザー等を用いることができる。
このような光出射部３は、後述する制御部１０の励起光制御部１２に接続され、光検出部５の検出結果に基づいて駆動制御される（図１参照）。
また、このような光出射部３は、図示しない温度調節素子（発熱抵抗体、ペルチェ素子等）により、所定温度に温度調節される。
［光学部品］
複数の光学部品４１、４２、４３、４４は、それぞれ、前述した光出射部３とガスセル２との間における励起光ＬＬの光路上に設けられている。
ここで、光出射部３側からガスセル２側へ、光学部品４１、光学部品４２、光学部品４３、光学部品４４の順に配置されている。
複数の光学部品４１、４２、４３、４４は、それぞれ、前述した光出射部３とガスセル２との間における励起光ＬＬの光路上に設けられている。
ここで、光出射部３側からガスセル２側へ、光学部品４１、光学部品４２、光学部品４３、光学部品４４の順に配置されている。
光学部品４１は、レンズである。これにより、励起光ＬＬを無駄なくガスセル２へ照射することができる。
また、光学部品４１は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。これにより、励起光ＬＬがガスセル２の内壁で反射するのを簡単かつ確実に防止することができる。そのため、ガスセル２内での励起光の共鳴を好適に生じさせ、その結果、原子発振器１の発振特性を高めることができる。
また、光学部品４１は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。これにより、励起光ＬＬがガスセル２の内壁で反射するのを簡単かつ確実に防止することができる。そのため、ガスセル２内での励起光の共鳴を好適に生じさせ、その結果、原子発振器１の発振特性を高めることができる。
光学部品４２は、偏光板である。これにより、光出射部３からの励起光ＬＬの偏光を所定方向に調整することができる。
光学部品４３は、減光フィルター（ＮＤフィルター）である。これにより、ガスセル２に入射する励起光ＬＬの強度を調整（減少）させることができる。そのため、光出射部３の出力が大きい場合でも、ガスセル２に入射する励起光を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品４２を通過した所定方向の偏光を有する励起光ＬＬの強度を光学部品４３により調整する。
光学部品４３は、減光フィルター（ＮＤフィルター）である。これにより、ガスセル２に入射する励起光ＬＬの強度を調整（減少）させることができる。そのため、光出射部３の出力が大きい場合でも、ガスセル２に入射する励起光を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品４２を通過した所定方向の偏光を有する励起光ＬＬの強度を光学部品４３により調整する。
光学部品４４は、λ／４波長板である。これにより、光出射部３からの励起光ＬＬを直線偏光から円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換することができる。
後述するように磁場発生部８の磁場によりガスセル２内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、仮に直線偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位に均等に分散して存在することとなる。その結果、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数が他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に少なくなるため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が減少し、所望のＥＩＴ信号の強度が小さくなり、その結果、原子発振器１の発振特性の低下をもたらす。
後述するように磁場発生部８の磁場によりガスセル２内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、仮に直線偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位に均等に分散して存在することとなる。その結果、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数が他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に少なくなるため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が減少し、所望のＥＩＴ信号の強度が小さくなり、その結果、原子発振器１の発振特性の低下をもたらす。
これに対し、後述するように磁場発生部８の磁場によりガスセル２内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が増大し、所望のＥＩＴ信号の強度が大きくなり、その結果、原子発振器１の発振特性を向上させることができる。
［光検出部］
光検出部５は、ガスセル２内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有する。
この光検出部５としては、上述したような励起光を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器（受光素子）を用いることができる。
このような光検出部５は、後述する制御部１０の励起光制御部１２に接続されている（図１参照）。
光検出部５は、ガスセル２内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有する。
この光検出部５としては、上述したような励起光を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器（受光素子）を用いることができる。
このような光検出部５は、後述する制御部１０の励起光制御部１２に接続されている（図１参照）。
［ヒーター］
ヒーター６（加熱部）は、前述したガスセル２（より具体的にはガスセル２中のアルカリ金属）を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル２中のアルカリ金属を適切な濃度のガス状に維持することができる。
このヒーター６は、通電（直流）により発熱するものであり、例えば、図示しないが、ガスセル２の外表面上に設けられた２つの発熱抵抗体で構成されている。
ヒーター６（加熱部）は、前述したガスセル２（より具体的にはガスセル２中のアルカリ金属）を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル２中のアルカリ金属を適切な濃度のガス状に維持することができる。
このヒーター６は、通電（直流）により発熱するものであり、例えば、図示しないが、ガスセル２の外表面上に設けられた２つの発熱抵抗体で構成されている。
ここで、一方の発熱抵抗体は、ガスセル２の窓部２２（入射側窓部）に設けられ、他方の発熱抵抗体は、ガスセル２の窓部２３（出射側窓部）上に設けられている。各窓部２２、２３のそれぞれに発熱抵抗体を配置することにより、ガスセル２の窓部２２、２３にアルカリ金属原子が結露するのを防止することができる。その結果、原子発振器１の特性（発振特性）を長期にわたり優れたものとすることができる。
このような発熱抵抗体は、励起光に対する透過性を有する材料、具体的には、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ３Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等の透明電極材料で構成される。
また、発熱抵抗体は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成することができる。
また、発熱抵抗体は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成することができる。
なお、ヒーター６は、ガスセル２を加熱することができるものであれば、前述した形態に限定されず、各種ヒーターを用いることができる。また、ヒーター６は、ガスセル２に対して非接触であってもよい。また、ヒーター６に代えて、または、ヒーター６と併用して、ペルチェ素子を用いて、ガスセル２を加熱してもよい。
このようなヒーター６は、後述する制御部１０の温度制御部１１に電気的に接続され、通電される（図１参照）。
このようなヒーター６は、後述する制御部１０の温度制御部１１に電気的に接続され、通電される（図１参照）。
［温度センサー］
温度センサー７は、ヒーター６またはガスセル２の温度を検出するものである。そして、この温度センサー７の検出結果に基づいて、前述したヒーター６の発熱量が制御される。これにより、ガスセル２内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
なお、温度センサー７の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター６上であってもよいし、ガスセル２の外表面上であってもよい。
温度センサー７としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
このような温度センサー７は、図示しない配線を介して、後述する制御部１０の温度制御部１１に電気的に接続されている（図１参照）。
温度センサー７は、ヒーター６またはガスセル２の温度を検出するものである。そして、この温度センサー７の検出結果に基づいて、前述したヒーター６の発熱量が制御される。これにより、ガスセル２内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
なお、温度センサー７の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター６上であってもよいし、ガスセル２の外表面上であってもよい。
温度センサー７としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
このような温度センサー７は、図示しない配線を介して、後述する制御部１０の温度制御部１１に電気的に接続されている（図１参照）。
［磁場発生部］
磁場発生部８は、ガスセル２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機能を有する。これにより、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１の発振周波数の精度を高めることができる。
磁場発生部８は、ガスセル２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機能を有する。これにより、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１の発振周波数の精度を高めることができる。
この磁場発生部８は、例えば、ガスセル２を挟むように配置されたヘルムホルツコイル、または、ガスセル２を覆うように配置されたソレノイドコイルで構成されている。これにより、ガスセル２内に一方向の均一な磁場を生じさせることができる。
また、磁場発生部８が発生する磁場は、定磁場（直流磁場）であるが、交流磁場が重畳されていてもよい。
このような磁場発生部８は、後述する制御部１０の磁場制御部１３に電気的に接続され、通電制御される（図１参照）。
また、磁場発生部８が発生する磁場は、定磁場（直流磁場）であるが、交流磁場が重畳されていてもよい。
このような磁場発生部８は、後述する制御部１０の磁場制御部１３に電気的に接続され、通電制御される（図１参照）。
［制御部］
図１に示す制御部１０は、光出射部３、ヒーター６および磁場発生部８をそれぞれ制御する機能を有する。
この制御部１０は、光出射部３の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部１２と、ガスセル２中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部１１と、磁場発生部８からの磁場を制御する磁場制御部１３とを有する。
図１に示す制御部１０は、光出射部３、ヒーター６および磁場発生部８をそれぞれ制御する機能を有する。
この制御部１０は、光出射部３の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部１２と、ガスセル２中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部１１と、磁場発生部８からの磁場を制御する磁場制御部１３とを有する。
励起光制御部１２は、前述した光検出部５の検出結果に基づいて、光出射部３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。より具体的には、励起光制御部１２は、前述した光検出部５によって検出された（ω１−ω２）が前述したアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、光出射部３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。また、励起光制御部１２は、光出射部３から出射される共鳴光１、２の中心周波数を制御する。
また、励起光制御部１２は、図示しないが、電圧制御型水晶発振器（発振回路）を備えており、その電圧制御型水晶発振器の発振周波数を光検出部５の検知結果に基づいて同期・調整しながら原子発振器１の出力信号として出力する。
また、温度制御部１１は、温度センサー７の検出結果に基づいて、ヒーター６への通電を制御する。これにより、ガスセル２を所望の温度範囲内に維持することができる。
また、温度制御部１１は、温度センサー７の検出結果に基づいて、ヒーター６への通電を制御する。これにより、ガスセル２を所望の温度範囲内に維持することができる。
また、磁場制御部１３は、磁場発生部８が発生する磁場が一定となるように、磁場発生部８への通電を制御する。
このような制御部１０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。
以上説明したように構成された原子発振器１によれば、ガスセル２の内壁面に一様なコーティング膜２４が形成されているので、ガスセル２を小型化しても、アルカリ金属がガスセル２の内壁面に衝突することによる挙動の変化が特性（発振特性）に悪影響を与えるのを抑制することができる。そのため、原子発振器１を小型で優れた信頼性を有するものとすることができる。
ここで、一様なコーティング膜２４は、以下に説明するようなガスセル２の製造方法により実現することができる。
このような制御部１０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。
以上説明したように構成された原子発振器１によれば、ガスセル２の内壁面に一様なコーティング膜２４が形成されているので、ガスセル２を小型化しても、アルカリ金属がガスセル２の内壁面に衝突することによる挙動の変化が特性（発振特性）に悪影響を与えるのを抑制することができる。そのため、原子発振器１を小型で優れた信頼性を有するものとすることができる。
ここで、一様なコーティング膜２４は、以下に説明するようなガスセル２の製造方法により実現することができる。
（第１実施形態における原子セルの製造方法）
以下、本発明の原子セルの製造方法の一例として、ガスセル２の製造方法を説明する。
図６は、図５に示すガスセルの製造において金属原子およびコーティング剤の送入に用いる装置の模式図である。また、図７は、図５に示すガスセルの製造方法（コーティング剤送入ステップ）を説明するための図、図８は、図５に示すガスセルの製造方法（金属原子送入ステップ）を説明するための図である。
以下、本発明の原子セルの製造方法の一例として、ガスセル２の製造方法を説明する。
図６は、図５に示すガスセルの製造において金属原子およびコーティング剤の送入に用いる装置の模式図である。また、図７は、図５に示すガスセルの製造方法（コーティング剤送入ステップ）を説明するための図、図８は、図５に示すガスセルの製造方法（金属原子送入ステップ）を説明するための図である。
ガスセル２の製造方法は、［１Ａ］内部空間Ｓおよび孔２２１、２３１を有する構造体２０を準備する準備工程と、［１Ｂ］孔２３１を通じて内部空間Ｓにアルカリ金属およびコーティング剤を送入する送入する送入工程と、［１Ｃ］孔２３１を封止材２５２で封止する封止工程と、を有する。
ここで、送入工程［１Ｂ］において、図６に示す装置６００を用いて、孔２３１を通じてアルカリ金属およびコーティング剤を内部空間Ｓに送入する。なお、装置６００については、送入工程［１Ｂ］の説明とともに、後に詳述する。
ここで、送入工程［１Ｂ］において、図６に示す装置６００を用いて、孔２３１を通じてアルカリ金属およびコーティング剤を内部空間Ｓに送入する。なお、装置６００については、送入工程［１Ｂ］の説明とともに、後に詳述する。
以下、各工程［１Ａ］、［１Ｂ］および［１Ｃ］を順次説明する。
［１Ａ］
まず、図７（ａ）に示すように、複数組の内部空間Ｓおよび孔２２１、２３１を有する構造体２０を準備する。
この構造体２０は、貫通孔２１１を有する基板２０１と、孔２２１を有する基板２０２と、孔２３１を有する基板２０３とで構成されている。
［１Ａ］
まず、図７（ａ）に示すように、複数組の内部空間Ｓおよび孔２２１、２３１を有する構造体２０を準備する。
この構造体２０は、貫通孔２１１を有する基板２０１と、孔２２１を有する基板２０２と、孔２３１を有する基板２０３とで構成されている。
基板２０１は、後述する個片化工程において個片化されることにより、本体部２１となるものである。
基板２０２は、基板２０１の一方の面に接合され、後述する個片化工程において個片化されることにより、窓部２２となるものである。
基板２０３は、基板２０１の他方の面に接合され、後述する個片化工程において個片化されることにより、窓部２３となるものである。
ここで、基板２０１は、前述した本体部２１と同じ構成材料で構成され、基板２０２、２０３は、前述した窓部２２、２３と同じ構成材料で構成されている。また、基板２０１と基板２０２、２０３とは、本体部２１と窓部２２、２３との接合と同じ接合方法で接合されている。
基板２０２は、基板２０１の一方の面に接合され、後述する個片化工程において個片化されることにより、窓部２２となるものである。
基板２０３は、基板２０１の他方の面に接合され、後述する個片化工程において個片化されることにより、窓部２３となるものである。
ここで、基板２０１は、前述した本体部２１と同じ構成材料で構成され、基板２０２、２０３は、前述した窓部２２、２３と同じ構成材料で構成されている。また、基板２０１と基板２０２、２０３とは、本体部２１と窓部２２、２３との接合と同じ接合方法で接合されている。
基板２０１と基板２０２、２０３とを加熱して接合する場合、すなわち、準備工程［１Ａ］が加熱接合法を用いて構造体２０を製造するステップを含んでいる場合、構造体２０は、加熱接合の際、内部空間Ｓ全体が高温にさらされる。そのため、加熱接合の前に、内部空間Ｓの壁面となる部位にコーティングを施しても、そのコーティングが加熱接合時の高温により溶けてしまう。そこで、加熱接合の後に、後述する送入工程［１Ｂ］において、コーティング（コーティング膜２４の形成）を行う。したがって、コーティング膜２４が加熱接合の熱により溶けることがない。
特に、陽極接合法は、接合時の温度が極めて高い。したがって、基板２０１と基板２０２、２０３とを陽極接合法により接合する場合、仮に陽極接合前にコーティングを行おうとすると、コーティング剤の選定が困難となる。そのため、このような場合に本発明を適用すると、その効果が顕著となる。
以上説明したようにして構造体２０を準備する。また、図示しないが、本工程［１Ａ］では、必要に応じて、基板２０２、２０３の基板２０１とは反対側の面に、後述する工程［１Ｂ］において、アルカリ金属やコーティング剤の付着を防止する保護膜を形成する。この保護膜は、例えば、樹脂フィルムで構成され、工程［１Ｂ］または工程［１Ｃ］の後に除去される。なお、後述する工程［１Ｂ］において、アルカリ金属やコーティング剤を送入する管を孔２３１に直接接続した場合、かかる保護膜は不要である。
以上説明したようにして構造体２０を準備する。また、図示しないが、本工程［１Ａ］では、必要に応じて、基板２０２、２０３の基板２０１とは反対側の面に、後述する工程［１Ｂ］において、アルカリ金属やコーティング剤の付着を防止する保護膜を形成する。この保護膜は、例えば、樹脂フィルムで構成され、工程［１Ｂ］または工程［１Ｃ］の後に除去される。なお、後述する工程［１Ｂ］において、アルカリ金属やコーティング剤を送入する管を孔２３１に直接接続した場合、かかる保護膜は不要である。
［１Ｂ］
次に、孔２３１を通じて内部空間Ｓにアルカリ金属およびコーティング剤を送入する。
具体的に説明すると、送入工程［１Ｂ］は、＜１Ｂ−１＞コーティング剤を内部空間Ｓに送入するコーティング剤送入ステップと、＜１Ｂ−２＞アルカリ金属を内部空間Ｓに送入する金属原子送入ステップと、を含んでいる。
これらの工程＜１Ｂ−１＞および＜１Ｂ−２＞、すなわち、内部空間Ｓへの金属原子およびコーティング剤の送入は、例えば、図６に示す装置６００を用いる。
次に、孔２３１を通じて内部空間Ｓにアルカリ金属およびコーティング剤を送入する。
具体的に説明すると、送入工程［１Ｂ］は、＜１Ｂ−１＞コーティング剤を内部空間Ｓに送入するコーティング剤送入ステップと、＜１Ｂ−２＞アルカリ金属を内部空間Ｓに送入する金属原子送入ステップと、を含んでいる。
これらの工程＜１Ｂ−１＞および＜１Ｂ−２＞、すなわち、内部空間Ｓへの金属原子およびコーティング剤の送入は、例えば、図６に示す装置６００を用いる。
装置６００は、図６に示すように、ステージ６０１と、ステージ６０１に設けられた冷却部６０２と、ステージ６０１および冷却部６０２を収納するチャンバー６０３と、チャンバー６０３に接続された金属供給部６０５、コーティング剤供給部６０６、緩衝ガス供給部６０７およびポンプ６０９と、を備えている。
ステージ６０１には、構造体２０が載置される。ここで、構造体２０は、基板２０２側の面がステージ６０１に接するようにしてステージ６０１上に載置される。
ステージ６０１には、構造体２０が載置される。ここで、構造体２０は、基板２０２側の面がステージ６０１に接するようにしてステージ６０１上に載置される。
また、ステージ６０１は、冷却部６０２によって冷却される。これにより、ステージ６０１に載置された構造体２０を冷却することができる。
このような冷却部６０２は、ステージ６０１および構造体２０を冷却することができれば、特に限定されないが、例えば、ペルチェ素子、冷却媒体が流通する冷却管等で構成することができる。
このような冷却部６０２は、ステージ６０１および構造体２０を冷却することができれば、特に限定されないが、例えば、ペルチェ素子、冷却媒体が流通する冷却管等で構成することができる。
また、ステージ６０１には、構造体２０が載置される面に開口する孔（図示せず）が形成されている。かかる孔は、ステージ６０１に載置される構造体２０の孔２２１に対応して設けられ、ポンプ６１４（例えば、ロータリーポンプ、拡散ポンプ等の真空ポンプ）に接続されている。これにより、孔２２１を介して内部空間Ｓ内の気体を排出したり、内部空間Ｓ内を負圧状態としたりすることができる。また、このポンプ６１４による負圧を用いて、構造体２０をステージ６０１に吸着してもよい。
このようなステージ６０１を構造体２０ごと収納するチャンバー６０３には、ヒーター６０４が設けられている。これにより、チャンバー６０３内の雰囲気温度を構造体２０の温度よりも高くすることができる。そのため、チャンバー６０３内の温度をアルカリ金属やコーティング剤の沸点以上の温度とし、チャンバー６０３内に流入した気体状のアルカリ金属やコーティング剤を気体状のまま内部空間Ｓに送入することができる。
また、チャンバー６０３には、配管６０８を介して、金属供給部６０５、コーティング剤供給部６０６、緩衝ガス供給部６０７およびポンプ６０９が接続されている。
金属供給部６０５は、気体状のアルカリ金属をチャンバー６０３へ供給する機能を有する。この金属供給部６０５は、アルカリ金属を収納する容器６０５ａと、容器６０５ａを加熱するヒーター６０５ｂと、を備えている。そして、金属供給部６０５は、ヒーター６０５ｂからの熱により容器６０５ａ内の金属をガス化する。
このような金属供給部６０５は、バルブ６１０を介して、配管６０８に接続されている。
金属供給部６０５は、気体状のアルカリ金属をチャンバー６０３へ供給する機能を有する。この金属供給部６０５は、アルカリ金属を収納する容器６０５ａと、容器６０５ａを加熱するヒーター６０５ｂと、を備えている。そして、金属供給部６０５は、ヒーター６０５ｂからの熱により容器６０５ａ内の金属をガス化する。
このような金属供給部６０５は、バルブ６１０を介して、配管６０８に接続されている。
コーティング剤供給部６０６は、気体状のコーティング剤をチャンバー６０３内へ供給する機能を有する。このコーティング剤供給部６０６は、コーティング剤を収納する容器６０６ａと、容器６０６ａを加熱するヒーター６０６ｂと、を備えている。そして、コーティング剤供給部６０６は、ヒーター６０６ｂからの熱により容器６０６ａ内の金属をガス化する。
このようなコーティング剤供給部６０６は、バルブ６１１を介して、配管６０８に接続されている。
このようなコーティング剤供給部６０６は、バルブ６１１を介して、配管６０８に接続されている。
緩衝ガス供給部６０７は、緩衝ガスをチャンバー６０３内に供給する機能を有する。この緩衝ガス供給部６０７は、例えば、緩衝ガスが充填されたボンベである。
このような緩衝ガス供給部６０７は、バルブ６１２を介して配管６０８に接続されている。
ポンプ６０９は、チャンバー６０３内を減圧する機能を有する。このポンプ６０９は、例えば、ロータリーポンプ、拡散ポンプ等の真空ポンプであり、配管６０８に接続されている。
このような緩衝ガス供給部６０７は、バルブ６１２を介して配管６０８に接続されている。
ポンプ６０９は、チャンバー６０３内を減圧する機能を有する。このポンプ６０９は、例えば、ロータリーポンプ、拡散ポンプ等の真空ポンプであり、配管６０８に接続されている。
また、配管６０８には、ヒーター６１３が設けられている。これにより、配管６０８を加熱し、配管６０８内を流通するアルカリ金属やコーティング剤が液化や固化するのを防止することができる。
以上説明したように構成された装置６００を用いて、以下のようにして、コーティング剤送入ステップ＜１Ｂ−１＞および金属原子送入ステップ＜１Ｂ−２＞を行う。
以上説明したように構成された装置６００を用いて、以下のようにして、コーティング剤送入ステップ＜１Ｂ−１＞および金属原子送入ステップ＜１Ｂ−２＞を行う。
＜１Ｂ−１＞
まず、構造体２０をステージ６０１上に載置する。そして、バルブ６１０、６１２を閉状態とするとともにバルブ６１１を開状態としつつ、ポンプ６１４を作動させる。
これにより、図７（ｂ）に示すように、気体状のコーティング剤（コーティング剤ガス）が孔２３１を介して内部空間Ｓに送入される。本実施形態では、孔２２１から吸引しつつ、孔２３１を介して内部空間Ｓにコーティング剤を送入するため、所望量のコーティング剤を内部空間Ｓ内に供給し、不要となる余剰のコーティング剤を孔２３１から排出することができる。
まず、構造体２０をステージ６０１上に載置する。そして、バルブ６１０、６１２を閉状態とするとともにバルブ６１１を開状態としつつ、ポンプ６１４を作動させる。
これにより、図７（ｂ）に示すように、気体状のコーティング剤（コーティング剤ガス）が孔２３１を介して内部空間Ｓに送入される。本実施形態では、孔２２１から吸引しつつ、孔２３１を介して内部空間Ｓにコーティング剤を送入するため、所望量のコーティング剤を内部空間Ｓ内に供給し、不要となる余剰のコーティング剤を孔２３１から排出することができる。
このとき、内部空間Ｓの壁面は、冷却部６０２により冷却されているが、その温度は、コーティング剤の沸点未満（より好ましくは融点未満）であることが好ましい。
このように、内部空間Ｓの壁面の温度をコーティング剤の沸点未満（より好ましくは融点未満）とした状態で、気体状のコーティング剤を内部空間Ｓに送入することにより、気体状のコーティング剤が内部空間Ｓの壁面で凝結または凝固してコーティング膜２４となる。これにより、効率的に、内部空間Ｓの壁面にコーティングを行うことができる。
このように、内部空間Ｓの壁面の温度をコーティング剤の沸点未満（より好ましくは融点未満）とした状態で、気体状のコーティング剤を内部空間Ｓに送入することにより、気体状のコーティング剤が内部空間Ｓの壁面で凝結または凝固してコーティング膜２４となる。これにより、効率的に、内部空間Ｓの壁面にコーティングを行うことができる。
ここで、コーティング剤は、前述したような機能を有するコーティング膜２４を形成することができるものであれば、特に限定されないが、フッ素系樹脂、シロキサン系化合物および鎖式飽和炭化水素のうちのいずれかの化合物またはその前駆体であることが好ましい。
このような化合物により得られるコーティング膜２４は、アルカリ金属が衝突した際の挙動の変化を効果的に低減することができ、また、化学的安定性に優れる。
このような化合物により得られるコーティング膜２４は、アルカリ金属が衝突した際の挙動の変化を効果的に低減することができ、また、化学的安定性に優れる。
コーティング剤として用いるフッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等が挙げられる。
また、コーティング剤として用いるシロキサン系化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン、加水分解性基含有シロキサン等のシロキサン等が挙げられる。
また、コーティング剤として用いる鎖式飽和炭化水素としては、例えば、パラフィン（炭素原子の数が２０以上のアルカン）等が挙げられる。
また、コーティング剤がコーティング膜２４の構成材料の前駆体である場合には、必要に応じて加熱等することにより、内部空間Ｓの壁面に凝結または凝固したコーティング剤を反応させる。
以上説明したような工程＜１Ｂ−１＞により、内部空間Ｓにコーティング剤を送入し、内部空間Ｓの壁面にコーティング膜２４を形成する。
また、コーティング剤がコーティング膜２４の構成材料の前駆体である場合には、必要に応じて加熱等することにより、内部空間Ｓの壁面に凝結または凝固したコーティング剤を反応させる。
以上説明したような工程＜１Ｂ−１＞により、内部空間Ｓにコーティング剤を送入し、内部空間Ｓの壁面にコーティング膜２４を形成する。
本実施形態では、工程＜１Ｂ−１＞の後、かつ、工程＜１Ｂ−２＞の前に、図７（ｃ）に示すように、孔２２１を封止材２５１により封止する。ここで、封止材２５１は、例えば、金属ボールを孔２２１に配置し、その金属ボールをレーザー、イオンビーム等のエネルギービームで溶融することにより形成される。
なお、孔２２１を封止材２５１で封止する工程は、後述する工程＜１Ｂ−２＞の後であってもよい。この場合、後述する工程＜１Ｂ−２＞において、工程＜１Ｂ−１＞と同様、孔２２１から吸引しつつ、孔２３１を介して内部空間Ｓにアルカリ金属を送入すればよい。
なお、孔２２１を封止材２５１で封止する工程は、後述する工程＜１Ｂ−２＞の後であってもよい。この場合、後述する工程＜１Ｂ−２＞において、工程＜１Ｂ−１＞と同様、孔２２１から吸引しつつ、孔２３１を介して内部空間Ｓにアルカリ金属を送入すればよい。
＜１Ｂ−２＞
次に、バルブ６１０、６１１、６１２を閉状態としつつ、ポンプ６０９を作動させる。これにより、チャンバー６０３内および内部空間Ｓが減圧される。
その後、ポンプ６０９を停止し、バルブ６１１、６１２を閉状態としたままバルブ６１０を開状態とする。
これにより、図８（ａ）に示すように、気体状のアルカリ金属（アルカリ金属ガス）が孔２３１を介して内部空間Ｓに送入される。
このような内部空間Ｓへのアルカリ金属の送入は、コーティング膜２４が溶けない条件（温度および圧力）下で行われる。
次に、バルブ６１０、６１１、６１２を閉状態としつつ、ポンプ６０９を作動させる。これにより、チャンバー６０３内および内部空間Ｓが減圧される。
その後、ポンプ６０９を停止し、バルブ６１１、６１２を閉状態としたままバルブ６１０を開状態とする。
これにより、図８（ａ）に示すように、気体状のアルカリ金属（アルカリ金属ガス）が孔２３１を介して内部空間Ｓに送入される。
このような内部空間Ｓへのアルカリ金属の送入は、コーティング膜２４が溶けない条件（温度および圧力）下で行われる。
特に、内部空間Ｓへのアルカリ金属の送入は、前述した内部空間Ｓへのコーティング剤の送入よりも低い温度条件で行うことが好ましい。すなわち、金属原子送入ステップ＜１Ｂ−２＞は、コーティング剤送入ステップ＜１Ｂ−１＞よりも低い温度条件で行うことが好ましい。より具体的には、例えば、チャンバー６０３内の雰囲気温度をコーティング剤の融点よりも低い温度とする。これにより、コーティング膜２４が溶けるのを防止することができる。また、コーティング膜２４に金属原子が混入するのを防止することができる。
また、このとき、内部空間Ｓの壁面は、冷却部６０２により冷却されているが、その温度は、内部空間Ｓに送入されるアルカリ金属の沸点未満（より好ましくは融点未満）であることが好ましい。
このように、内部空間Ｓの壁面の温度をアルカリ金属の沸点未満（より好ましくは融点未満）とした状態で、気体状のアルカリ金属を内部空間Ｓに送入することにより、気体状のアルカリ金属がコーティング膜２４上で凝結または凝固して金属膜２６となる。
以上説明したような工程＜１Ｂ−２＞により、内部空間Ｓにアルカリ金属を送入し、金属膜２６を形成する。
以上説明したような工程＜１Ｂ−２＞により、内部空間Ｓにアルカリ金属を送入し、金属膜２６を形成する。
以上説明したような送入工程［１Ｂ］によれば、内部空間Ｓにコーティング剤を送入した後にアルカリ金属を送入するので、アルカリ金属がコーティングを阻害するのを防止することができる。そのため、均質なコーティング膜２４の形成が可能となる。
このような工程＜１Ｂ−２＞の後、かつ、工程［１Ｃ］の前に、必要に応じて、緩衝ガスを内部空間Ｓに送入する。
このような工程＜１Ｂ−２＞の後、かつ、工程［１Ｃ］の前に、必要に応じて、緩衝ガスを内部空間Ｓに送入する。
より具体的に説明すると、バルブ６１０、６１１、６１２を閉状態としつつ、ポンプ６０９を作動させる。これにより、チャンバー６０３内および内部空間Ｓが減圧される。
その後、ポンプ６０９を停止し、バルブ６１０、６１１を閉状態としたままバルブ６１２を開状態とする。
これにより、緩衝ガスが孔２３１を介して内部空間Ｓに送入される。このとき、内部空間Ｓ内のアルカリ金属は、液体状または固体状の金属膜２６として存在するため、内部空間Ｓに送入されたアルカリ金属の量を保ったまま、内部空間Ｓに緩衝ガスを送入することができる。
このように、送入工程［１Ｂ］が記金属原子送入ステップ＜１Ｂ−２＞の後に、緩衝ガスを内部空間Ｓに送入するステップを含んでいることにより、コーティングに悪影響を与えるのを防止しつつ、内部空間Ｓにアルカリ金属とともに緩衝ガスを封入することができる。
その後、ポンプ６０９を停止し、バルブ６１０、６１１を閉状態としたままバルブ６１２を開状態とする。
これにより、緩衝ガスが孔２３１を介して内部空間Ｓに送入される。このとき、内部空間Ｓ内のアルカリ金属は、液体状または固体状の金属膜２６として存在するため、内部空間Ｓに送入されたアルカリ金属の量を保ったまま、内部空間Ｓに緩衝ガスを送入することができる。
このように、送入工程［１Ｂ］が記金属原子送入ステップ＜１Ｂ−２＞の後に、緩衝ガスを内部空間Ｓに送入するステップを含んでいることにより、コーティングに悪影響を与えるのを防止しつつ、内部空間Ｓにアルカリ金属とともに緩衝ガスを封入することができる。
［１Ｃ］
次に、図８（ｂ）に示すように、孔２３１に配置した封止材２５２をエネルギービームにより溶融して孔２３１を封止する。これにより、内部空間Ｓは、壁面にコーティング膜２４が形成され、かつ、アルカリ金属が封入された気密空間となる。
このとき、必要に応じて、減圧下で封止を行う。
また、本工程［１Ｃ］に用いるエネルギービームとしては、例えば、レーザー、イオンビーム等を用いることができる。
次に、図８（ｂ）に示すように、孔２３１に配置した封止材２５２をエネルギービームにより溶融して孔２３１を封止する。これにより、内部空間Ｓは、壁面にコーティング膜２４が形成され、かつ、アルカリ金属が封入された気密空間となる。
このとき、必要に応じて、減圧下で封止を行う。
また、本工程［１Ｃ］に用いるエネルギービームとしては、例えば、レーザー、イオンビーム等を用いることができる。
以上説明したような封止工程［１Ｃ］の後、例えばダイシングソー等を用いて、構造体２０を内部空間Ｓおよび孔２２１、２３１の組ごとに個片化する。これにより、図８（ｃ）に示すように、ガスセル２が得られる。このように、準備工程［１Ａ］において構造体２０に複数組の内部空間Ｓおよび孔２２１、２３１を形成しておき、封止工程［１Ｃ］の後に構造体２０を個片化することにより、複数のガスセル２を効率的に製造することができる。
なお、図８（ｃ）に示すガスセル２は、内部空間Ｓに封入されたアルカリ金属が液体状または固体状の金属膜２６として存在しているが、前述したように、原子発振器１等に組み込んで用いる際には、加熱されることにより、金属膜２６の一部が気体化するとともに残部が余剰分として液体状または固体状のまま内部空間Ｓの壁面に付着して存在することとなる。
以上説明したようなガスセル２の製造方法によれば、構造体２０の内部空間Ｓの壁面にコーティング（コーティング膜２４の形成）を行った後に、コーティング剤またはコーティング膜２４の融点未満の温度で内部空間Ｓを気密封止することができる。また、封止材２５１、２５２の融点がコーティング剤またはコーティング膜２４の融点以上であっても、封止材２５１、２５２を溶融する際の熱が局所的である。そのため、気密封止時にコーティング膜２４が溶けるのを防止または抑制することができる。その結果、ガスセル２の内壁面に容易にコーティングを行うことができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るガスセルを示す断面図である。
本実施形態は、原子セルの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るガスセルを示す断面図である。
本実施形態は、原子セルの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態のガスセル２Ａは、第１実施形態の孔２２１を省略した以外は、第１実施形態のガスセル２と同様である。
このようなガスセル２Ａは、第１実施形態の窓部２２に代えて、孔２２１を省略した以外は窓部２２と同様の窓部２２Ａを備え、本体部２１の貫通孔２１１の両端開口が窓部２２Ａ、２３により封鎖されることにより、内部空間Ｓが形成されている。この内部空間Ｓの壁面には、コーティング膜２４Ａが形成されている。
以上のような構成のガスセル２Ａは、第１実施形態のガスセル２に比し、励起光の透過領域を大きくすることができる。
このようなガスセル２Ａの製造は、以下のようにして行うことができる。
このようなガスセル２Ａは、第１実施形態の窓部２２に代えて、孔２２１を省略した以外は窓部２２と同様の窓部２２Ａを備え、本体部２１の貫通孔２１１の両端開口が窓部２２Ａ、２３により封鎖されることにより、内部空間Ｓが形成されている。この内部空間Ｓの壁面には、コーティング膜２４Ａが形成されている。
以上のような構成のガスセル２Ａは、第１実施形態のガスセル２に比し、励起光の透過領域を大きくすることができる。
このようなガスセル２Ａの製造は、以下のようにして行うことができる。
（第２実施形態における原子セルの製造方法）
図１０は、図９に示すガスセルの製造において金属原子およびコーティング剤の送入に用いる装置の模式図である。また、図１１は、図９に示すガスセルの製造方法（コーティング剤送入ステップ）を説明するための図、図１２は、図９に示すガスセルの製造方法（金属原子送入ステップ）を説明するための図である。
図１０は、図９に示すガスセルの製造において金属原子およびコーティング剤の送入に用いる装置の模式図である。また、図１１は、図９に示すガスセルの製造方法（コーティング剤送入ステップ）を説明するための図、図１２は、図９に示すガスセルの製造方法（金属原子送入ステップ）を説明するための図である。
ガスセル２Ａの製造方法は、［２Ａ］内部空間Ｓおよび孔２３１を有する構造体２０Ａを準備する準備工程と、［２Ｂ］孔２３１を通じて内部空間Ｓにアルカリ金属およびコーティング剤を送入する送入する送入工程と、［２Ｃ］孔２３１を封止材２５２で封止する封止工程と、を有する。
ここで、送入工程［２Ｂ］において、図１０に示す装置６００Ａを用いて、孔２３１を通じてアルカリ金属およびコーティング剤を内部空間Ｓに送入する。この装置６００Ａは、ポンプ６１４を省略した以外は、前述した第１実施形態の装置６００と同様である。
ここで、送入工程［２Ｂ］において、図１０に示す装置６００Ａを用いて、孔２３１を通じてアルカリ金属およびコーティング剤を内部空間Ｓに送入する。この装置６００Ａは、ポンプ６１４を省略した以外は、前述した第１実施形態の装置６００と同様である。
以下、各工程［２Ａ］、［２Ｂ］および［２Ｃ］を順次説明する。
［２Ａ］
まず、図１１（ａ）に示すように、複数組の内部空間Ｓおよび孔２３１を有する構造体２０Ａを準備する。
この構造体２０は、貫通孔２１１を有する基板２０１と、平板状の基板２０２Ａと、孔２３１を有する基板２０３とで構成されている。
基板２０２Ａは、後述する個片化工程において個片化されることにより、窓部２２Ａとなるものである。
［２Ａ］
まず、図１１（ａ）に示すように、複数組の内部空間Ｓおよび孔２３１を有する構造体２０Ａを準備する。
この構造体２０は、貫通孔２１１を有する基板２０１と、平板状の基板２０２Ａと、孔２３１を有する基板２０３とで構成されている。
基板２０２Ａは、後述する個片化工程において個片化されることにより、窓部２２Ａとなるものである。
［２Ｂ］
次に、孔２３１を通じて内部空間Ｓにアルカリ金属およびコーティング剤を送入する。
具体的に説明すると、送入工程［２Ｂ］は、＜２Ｂ−１＞コーティング剤を内部空間Ｓに送入するコーティング剤送入ステップと、＜２Ｂ−２＞アルカリ金属を内部空間Ｓに送入する金属原子送入ステップと、を含んでいる。
これらの工程＜２Ｂ−１＞および＜２Ｂ−２＞、すなわち、内部空間Ｓへの金属原子およびコーティング剤の送入は、例えば、図１０に示す装置６００Ａを用いる。
次に、孔２３１を通じて内部空間Ｓにアルカリ金属およびコーティング剤を送入する。
具体的に説明すると、送入工程［２Ｂ］は、＜２Ｂ−１＞コーティング剤を内部空間Ｓに送入するコーティング剤送入ステップと、＜２Ｂ−２＞アルカリ金属を内部空間Ｓに送入する金属原子送入ステップと、を含んでいる。
これらの工程＜２Ｂ−１＞および＜２Ｂ−２＞、すなわち、内部空間Ｓへの金属原子およびコーティング剤の送入は、例えば、図１０に示す装置６００Ａを用いる。
＜２Ｂ−１＞
まず、構造体２０Ａをステージ６０１上に載置する。そして、バルブ６１０、６１１、６１２を閉状態としつつ、ポンプ６０９を作動させる。これにより、チャンバー６０３内および内部空間Ｓが減圧される。
その後、ポンプ６０９を停止し、バルブ６１０、６１２を閉状態としたままバルブ６１１を開状態とする。
これにより、図１１（ｂ）に示すように、気体状のコーティング剤（コーティング剤ガス）が孔２３１を介して内部空間Ｓに送入される。
このような工程＜２Ｂ−１＞により、内部空間Ｓにコーティング剤を送入し、内部空間Ｓの壁面にコーティング膜２４Ａを形成する。
まず、構造体２０Ａをステージ６０１上に載置する。そして、バルブ６１０、６１１、６１２を閉状態としつつ、ポンプ６０９を作動させる。これにより、チャンバー６０３内および内部空間Ｓが減圧される。
その後、ポンプ６０９を停止し、バルブ６１０、６１２を閉状態としたままバルブ６１１を開状態とする。
これにより、図１１（ｂ）に示すように、気体状のコーティング剤（コーティング剤ガス）が孔２３１を介して内部空間Ｓに送入される。
このような工程＜２Ｂ−１＞により、内部空間Ｓにコーティング剤を送入し、内部空間Ｓの壁面にコーティング膜２４Ａを形成する。
＜２Ｂ−２＞
次に、前述した第１実施形態の工程＜１Ｂ−２＞と同様、図１２（ａ）に示すように、気体状のアルカリ金属（アルカリ金属ガス）を孔２３１を介して内部空間Ｓに送入する。
このような工程＜２Ｂ−２＞により、内部空間Ｓにアルカリ金属を送入し、金属膜２６Ａを形成する。
このような工程＜２Ｂ−２＞の後、かつ、工程［２Ｃ］の前に、必要に応じて、前述した第１実施形態と同様、緩衝ガスを内部空間Ｓに送入する。
次に、前述した第１実施形態の工程＜１Ｂ−２＞と同様、図１２（ａ）に示すように、気体状のアルカリ金属（アルカリ金属ガス）を孔２３１を介して内部空間Ｓに送入する。
このような工程＜２Ｂ−２＞により、内部空間Ｓにアルカリ金属を送入し、金属膜２６Ａを形成する。
このような工程＜２Ｂ−２＞の後、かつ、工程［２Ｃ］の前に、必要に応じて、前述した第１実施形態と同様、緩衝ガスを内部空間Ｓに送入する。
［２Ｃ］
次に、図１２（ｂ）に示すように、前述した第１実施形態の工程［１Ｃ］と同様、孔２３１に配置した封止材２５２をエネルギービームにより溶融して孔２３１を封止する。
その後、構造体２０Ａを内部空間Ｓおよび孔２３１の組ごとに個片化する。これにより、図１２（ｃ）に示すように、ガスセル２Ａが得られる。
次に、図１２（ｂ）に示すように、前述した第１実施形態の工程［１Ｃ］と同様、孔２３１に配置した封止材２５２をエネルギービームにより溶融して孔２３１を封止する。
その後、構造体２０Ａを内部空間Ｓおよび孔２３１の組ごとに個片化する。これにより、図１２（ｃ）に示すように、ガスセル２Ａが得られる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１３は、本発明の第３実施形態に係るガスセルを示す断面図である。
本実施形態は、原子セルの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、第３実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１３において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１３は、本発明の第３実施形態に係るガスセルを示す断面図である。
本実施形態は、原子セルの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、第３実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１３において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態のガスセル２Ｂは、第１実施形態の本体部２１に代えて、溝２１２を追加した以外は本体部２１と同様の本体部２１Ｂを備え、本体部２１Ｂの貫通孔２１１の両端開口が窓部２２、２３により封鎖されることにより、内部空間Ｓが形成されている。この内部空間Ｓの壁面には、コーティング膜２４Ｂが形成されている。
溝２１２は、本体部２１Ｂの窓部２３側の面に形成され、貫通孔２１１と孔２３１とを連通させている。これにより、窓部２２、２３が重なる方向、すなわち、励起光の照射方向から見たとき、孔２３１を内部空間Ｓと重ならい位置に配置することができる。そのため、内部空間Ｓ内における励起光の透過領域を大きくすることができる。
溝２１２は、本体部２１Ｂの窓部２３側の面に形成され、貫通孔２１１と孔２３１とを連通させている。これにより、窓部２２、２３が重なる方向、すなわち、励起光の照射方向から見たとき、孔２３１を内部空間Ｓと重ならい位置に配置することができる。そのため、内部空間Ｓ内における励起光の透過領域を大きくすることができる。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第４実施形態に係るガスセルを示す平面図である。
本実施形態は、原子セルの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、第４実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１４において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第４実施形態に係るガスセルを示す平面図である。
本実施形態は、原子セルの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、第４実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１４において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態のガスセル２Ｃは、内部空間の形状が異なるとともに１対の窓部のうちの一方の窓部の孔を省略した以外は、前述した第１実施形態のガスセル２と同様である。
このガスセル２Ｃは、貫通孔２１１Ｃを有する本体部２１Ｃと、貫通孔２１１Ｃの両端開口を封鎖する１対の窓部２２Ａ、２３Ｃとを備えている。
ここで、貫通孔２１１Ｃは、四角柱状をなしている。そして、窓部２３Ｃには、貫通孔２１１Ｃの角部に対応する位置に、孔２３１Ｃが設けられている。これにより、内部空間Ｓ内における励起光ＬＬの透過領域を大きくすることができる。
このガスセル２Ｃは、貫通孔２１１Ｃを有する本体部２１Ｃと、貫通孔２１１Ｃの両端開口を封鎖する１対の窓部２２Ａ、２３Ｃとを備えている。
ここで、貫通孔２１１Ｃは、四角柱状をなしている。そして、窓部２３Ｃには、貫通孔２１１Ｃの角部に対応する位置に、孔２３１Ｃが設けられている。これにより、内部空間Ｓ内における励起光ＬＬの透過領域を大きくすることができる。
２．電子機器
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、優れた信頼性を有する。
以下、本発明の電子機器について説明する。
図１５は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、優れた信頼性を有する。
以下、本発明の電子機器について説明する。
図１５は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
図１５に示す測位システム１００は、ＧＰＳ衛星２００と、基地局装置３００と、ＧＰＳ受信装置４００とで構成されている。
ＧＰＳ衛星２００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。
基地局装置３００は、例えば電子基準点（ＧＰＳ連続観測局）に設置されたアンテナ３０１を介してＧＰＳ衛星２００からの測位情報を高精度に受信する受信装置３０２と、この受信装置３０２で受信した測位情報をアンテナ３０３を介して送信する送信装置３０４とを備える。
ＧＰＳ衛星２００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。
基地局装置３００は、例えば電子基準点（ＧＰＳ連続観測局）に設置されたアンテナ３０１を介してＧＰＳ衛星２００からの測位情報を高精度に受信する受信装置３０２と、この受信装置３０２で受信した測位情報をアンテナ３０３を介して送信する送信装置３０４とを備える。
ここで、受信装置３０２は、その基準周波数発振源として前述した本発明の原子発振器１を備える電子装置である。このような受信装置３０２は、優れた信頼性を有する。また、受信装置３０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置３０４により送信される。
ＧＰＳ受信装置４００は、ＧＰＳ衛星２００からの測位情報をアンテナ４０１を介して受信する衛星受信部４０２と、基地局装置３００からの測位情報をアンテナ４０３を介して受信する基地局受信部４０４とを備える。
ＧＰＳ受信装置４００は、ＧＰＳ衛星２００からの測位情報をアンテナ４０１を介して受信する衛星受信部４０２と、基地局装置３００からの測位情報をアンテナ４０３を介して受信する基地局受信部４０４とを備える。
３．移動体
図１６は、本発明の移動体の一例を示す図である。
この図において、移動体１５００は、車体１５０１と、４つの車輪１５０２とを有しており、車体１５０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪１５０２を回転させるように構成されている。このような移動体１５００には、原子発振器１が内蔵されている。
このような移動体によれば、優れた信頼性を発揮することができる。
図１６は、本発明の移動体の一例を示す図である。
この図において、移動体１５００は、車体１５０１と、４つの車輪１５０２とを有しており、車体１５０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪１５０２を回転させるように構成されている。このような移動体１５００には、原子発振器１が内蔵されている。
このような移動体によれば、優れた信頼性を発揮することができる。
なお、本発明の原子発振器を備える電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、パーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター）、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、地上デジタル放送、携帯電話基地局等に適用することができる。
以上、本発明の原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、本発明は、任意の目的の工程が１または２以上追加されてもよい。また、本発明は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本発明は、任意の目的の工程が１または２以上追加されてもよい。また、本発明は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本発明は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
また、前述した実施形態では、原子セルの本体部および１対の窓部がそれぞれ別部材から構成されている場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、１対の窓部のうちの一方の窓部と本体部とが同一部材から形成されていてもよい。この場合、例えば、シリコン基板やガラス基板等の基板の一方の面に開口する凹部を形成し、その凹部を他の基板により封鎖することにより、アルカリ金属が封入される内部空間を形成すればよい。
また、前述した実施形態では、原子セルの本体部および１対の窓部がそれぞれ別部材から構成されている場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、１対の窓部のうちの一方の窓部と本体部とが同一部材から形成されていてもよい。この場合、例えば、シリコン基板やガラス基板等の基板の一方の面に開口する凹部を形成し、その凹部を他の基板により封鎖することにより、アルカリ金属が封入される内部空間を形成すればよい。
１‥‥原子発振器 ２‥‥ガスセル（原子セル） ２Ａ‥‥ガスセル（原子セル） ２Ｂ‥‥ガスセル（原子セル） ２Ｃ‥‥ガスセル（原子セル） ３‥‥光出射部 ５‥‥光検出部 ６‥‥ヒーター ７‥‥温度センサー ８‥‥磁場発生部 １０‥‥制御部 １１‥‥温度制御部 １２‥‥励起光制御部 １３‥‥磁場制御部 ２０‥‥構造体 ２０Ａ‥‥構造体 ２１‥‥本体部 ２１Ｂ‥‥本体部 ２１Ｃ‥‥本体部 ２２‥‥窓部 ２２Ａ‥‥窓部 ２３‥‥窓部 ２３Ｃ‥‥窓部 ２４‥‥コーティング膜 ２４Ａ‥‥コーティング膜 ２４Ｂ‥‥コーティング膜 ２６‥‥金属膜 ２６Ａ‥‥金属膜 ４１‥‥光学部品 ４２‥‥光学部品 ４３‥‥光学部品 ４４‥‥光学部品 １００‥‥測位システム ２００‥‥衛星 ２０１‥‥基板 ２０２‥‥基板 ２０２Ａ‥‥基板 ２０３‥‥基板 ２１１‥‥貫通孔 ２１１Ｃ‥‥貫通孔 ２１２‥‥溝 ２２１‥‥孔 ２３１‥‥孔 ２３１Ｃ‥‥孔 ２５１‥‥封止材 ２５２‥‥封止材 ３００‥‥基地局装置 ３０１‥‥アンテナ ３０２‥‥受信装置 ３０３‥‥アンテナ ３０４‥‥送信装置 ４００‥‥受信装置 ４０１‥‥アンテナ ４０２‥‥衛星受信部 ４０３‥‥アンテナ ４０４‥‥基地局受信部 ６００‥‥装置 ６００Ａ‥‥装置 ６０１‥‥ステージ ６０２‥‥冷却部 ６０３‥‥チャンバー ６０４‥‥ヒーター ６０５‥‥金属供給部 ６０５ａ‥‥容器 ６０５ｂ‥‥ヒーター ６０６‥‥コーティング剤供給部 ６０６ａ‥‥容器 ６０６ｂ‥‥ヒーター ６０７‥‥緩衝ガス供給部 ６０８‥‥配管 ６０９‥‥ポンプ ６１０‥‥バルブ ６１１‥‥バルブ ６１２‥‥バルブ ６１３‥‥ヒーター ６１４‥‥ポンプ １５００‥‥移動体 １５０１‥‥車体 １５０２‥‥車輪 ＬＬ‥‥励起光 Ｓ‥‥内部空間
Claims (14)
- 内部空間、前記内部空間と外部とを連通する孔を有する構造体を準備する準備工程と、
前記孔を通じて前記内部空間に金属原子およびコーティング剤を送入する送入工程と、
前記孔に配置している封止材を溶融して前記孔を封止する封止工程と、
を含み、
前記準備工程において、貫通孔を有する基板の両面に、前記孔を有する１対の基板を接合することで、前記貫通孔による前記内部空間を形成することを特徴とする原子セルの製造方法。 - 前記送入工程は、前記構造体の温度を前記コーティング剤の沸点未満とした状態で、前記コーティング剤を前記内部空間に送入する請求項１に記載の原子セルの製造方法。
- 前記送入工程は、
前記コーティング剤を前記内部空間に送入するコーティング剤送入ステップと、
前記金属原子を前記内部空間に送入する金属原子送入ステップと、
を含んでいる請求項１または２に記載の原子セルの製造方法。 - 前記金属原子送入ステップは、前記コーティング剤送入ステップよりも前記構造体の温度が低い請求項３に記載の原子セルの製造方法。
- 前記コーティング剤は、フッ素系樹脂、シロキサン系化合物および鎖式飽和炭化水素のうちのいずれかの化合物またはその前駆体を含んでいる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の原子セルの製造方法。
- 前記送入工程は、前記金属原子送入ステップの後に、緩衝ガスを前記内部空間に送入するステップを含んでいる請求項３ないし５のいずれか１項に記載の原子セルの製造方法。
- 前記準備工程は、加熱接合法を用いて前記構造体を製造するステップを含んでいる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の原子セルの製造方法。
- 前記加熱接合法は、陽極接合法である請求項７に記載の原子セルの製造方法。
- 前記準備工程において、前記構造体は、複数組の前記内部空間および前記孔を有しており、
前記封止工程の後に、前記構造体を前記組ごとに個片化する工程を有する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の原子セルの製造方法。 - アルカリ金属が配置されている貫通孔を有する本体部と、
前記貫通孔の両端側で前記本体部に接合され、前記貫通孔の内部側から外部側へ向けて貫通している孔を有する１対の窓部と、
前記孔を封止している封止材と、
前記貫通孔および前記窓部の内壁面に設けられているコーティング膜と、を備えることを特徴とする原子セル。 - 請求項１０に記載の原子セルを備えることを特徴とする量子干渉装置。
- 請求項１０に記載の原子セルを備えることを特徴とする原子発振器。
- 請求項１０に記載の原子セルを備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項１０に記載の原子セルを備えることを特徴とする移動体。
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