JP2018004430A - ガスセルの製造方法、磁気計測装置の製造方法、およびガスセル - Google Patents

Abstract

【課題】セルの内壁に形成するコーティング材の膜を所望の膜厚で安定的に形成でき、高精度で計測可能なガスセルの製造方法および磁気計測装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ガスセル１０の製造方法は、主室１４と、主室１４と連通するリザーバー１６と、リザーバー１６に設けられた開口１８と、を有するセル１２のリザーバー１６にコーティング材３２を含む保持部材３０を配置する配置工程と、前記開口を封止部材で封止して前記セルを密封する封止工程と、保持部材３０を加熱してセル１２内でコーティング材３２の蒸気を発生させる加熱工程と、セル１２を冷却してセル１２の内壁にコーティング材３２を成膜する成膜工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、ガスセルの製造方法、磁気計測装置の製造方法、およびガスセルに関する。

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（磁場）計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、内壁をパラフィン等でコーティングしたセルの空洞にアルカリ金属物質を収容して空洞を密閉し、加熱反応等によりアルカリ金属ガスを発生させてセル内部に充満させるガスセルの構成およびその製造方法が開示されている。特許文献１の記載によれば、基板に形成された空洞にコーティング材料を配置し、その基板上に別の基板を配置して空洞を密閉する。そして、セル全体を加熱してコーティング材料を気化させ、その後冷却することにより、空洞の内壁にコーティング材料の層が形成される。

特開２０１３−７７２０号公報

コーティング材料の層は、アルカリ金属原子がセルの内壁に直接衝突したときの挙動（例えば、スピン）の変化を抑制または低減する機能を有している。コーティング材料として好適に用いられるパラフィンは、一般に常温において軟らかい固体（蝋状）であるため、量の微調整やセル内への配置の際に取り扱いにくい。そのため、配置工程において配置する量にばらつきが生じるおそれや工数が増加するおそれがあるが、特許文献１にはコーティング材料の取り扱い方法や配置方法について言及されていない。

セル内に配置するコーティング材料の量がばらつくと、セルの内壁に形成するコーティング材料の膜が所望の膜厚にならなかったり、個体間でコーティング材料の膜厚にばらつきが生じたりすることとなる。そうすると、製造するガスセルの品質（感度、計測精度等）の低下や個体間での品質のばらつきを招いてしまうという課題がある。

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室と連通する第２室と、前記第２室に設けられた開口と、を有するセルの前記第２室にコーティング材を含む保持部材を配置する配置工程と、前記開口を封止部材で封止して前記セルを密封する封止工程と、前記保持部材を加熱して、前記セル内で前記コーティング材の蒸気を発生させる加熱工程と、前記セルを冷却して、前記セルの内壁に前記コーティング材を成膜する成膜工程と、を含むことを特徴とする。

本適用例の製造方法によれば、配置工程においてコーティング材を保持部材に含まれた状態で取り扱うので、コーティング材のみの状態で取り扱う場合と比べて、保持部材の長さに基づいてコーティング材の量を容易に所望の量に調整でき、かつ、コーティング材を容易に第２室に配置できる。また、保持部材の長さを管理する（長さのばらつきを抑える）ことにより、各セルに配置するコーティング材の量のばらつきを抑えることができる。そのため、成膜工程においてセルの内壁に所望の膜厚でコーティング材の膜を安定的に形成でき、個体間でのコーティング材の膜厚のばらつきを小さく抑えることができる。これにより、品質（感度、計測精度等）の低下や個体間での品質のばらつきを抑えて安定的かつ効率的にガスセルを製造することができる。

［適用例２］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記保持部材は、耐熱性材料で形成されていることが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、保持部材が耐熱性材料で形成されているので、加熱工程において保持部材を加熱する際に、熱による保持部材の変質や保持部材からのガスの発生を抑えることができる。これにより、保持部材の変質や保持部材からのガスの混入に起因するガスセルの品質（感度、計測精度等）の低下を抑えることができる。

［適用例３］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記保持部材は、非磁性材料で形成されていることが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、保持部材が、磁場に置かれても磁化されにくい非磁性材料で形成されている。そのため、例えばガスセルを磁気の計測に用いる場合に、保持部材が磁化されることによる磁気の計測への影響を抑止できる。

［適用例４］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記保持部材は、管状の部材であることが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、保持部材が、両端が開放された空洞を有する管状の部材である。そのため、コーティング材を保持部材の空洞に充填して保持できるので、コーティング材の取り扱いを容易にできる。そして、管状の保持部材の長さを適宜設定することで、保持部材に充填されるコーティング材の量の調整を容易に行うことができる。さらに、加熱工程でコーティング材の蒸気を発生させる際に、保持部材を加熱することにより、保持部材の空洞に充填されたコーティング材を開放された両端から容易に蒸発させることができる。

［適用例５］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記保持部材は、透光性材料で形成されていることが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、保持部材が透光性材料で形成されている。そのため、コーティング材を保持部材の空洞に充填する際に、充填できたか否かを目視により容易に確認することができる。そして、加熱工程でコーティング材の蒸気を発生させる際に、充填されたコーティング材のすべてが蒸発したか否かを目視により容易に確認することができる。また、加熱工程で、保持部材を通してレーザー光をコーティング材に照射し、コーティング材を直接加熱することも可能となる。

［適用例６］上記適用例に係るガスセルの製造方法であって、前記配置工程では、前記保持部材とともに、アルカリ金属を含む固形物を前記第２室に配置し、前記成膜工程の後に、前記固形物にレーザー光を照射して前記アルカリ金属のガスを発生させるレーザー光照射工程をさらに含むことが好ましい。

本適用例の製造方法によれば、コーティング材を含む保持部材とともにアルカリ金属を含む固形物を第２室に配置して封止し、セルの内壁にコーティング材を成膜した後に固形物からアルカリ金属のガスを発生させる。そのため、成膜されたコーティング材の膜により、励起されたアルカリ金属原子がセルの内壁に直接衝突したときの挙動の変化を抑制または低減することができる。また、セルを仮封止して内壁にコーティング材を成膜した後に仮封止を外し、アルカリ金属を含む固形物を第２室に配置して封止する場合と比べて、封止する工程を一つにでき、コーティング材を成膜した後で外部から第２室内に不純物が侵入することを抑止できる。

［適用例７］本適用例に係る磁気計測装置の製造方法は、上記に記載のガスセルの製造方法を含むことを特徴とする。

本適用例の製造方法によれば、高品質でばらつきが少ないガスセルを備えた磁気計測装置を製造できるので、高性能な磁気計測装置を安定的に製造することができる。

［適用例８］本適用例に係るガスセルは、第１室と、前記第１室と連通する第２室と、前記第２室に設けられた開口と、を有するセルと、前記開口を封止して前記セルを密封する封止部材と、前記第２室に配置されたコーティング材を含む保持部材と、を備えることを特徴とする。

本適用例の構成によれば、第２室に配置されているコーティング材を含む保持部材を加熱すればセル内でコーティング材が蒸発し、その後にセルを冷却すればセルの内壁にコーティング材が成膜されるので、セルの内壁にコーティング材料の層が形成されたガスセルが得られる。ここで、コーティング材を第２室に配置する際には、保持部材に含まれた状態のコーティング材を取り扱うことができるので、コーティング材のみの状態で取り扱う場合と比べて、保持部材の長さに基づいてコーティング材の量を容易に調整でき、かつ、コーティング材を容易に第２室に配置できる。そのため、個体毎のばらつきを抑えてセル内にコーティング材をより均一に成膜できるとともに、コーティング材の取り扱いに起因する工数増を抑えることができる。これにより、性能のばらつきの少ないガスセルを効率的に得ることができる。

［適用例９］上記適用例に係るガスセルであって、前記保持部材は、耐熱性材料で形成されていることが好ましい。

本適用例の構成によれば、保持部材が耐熱性材料で形成されているので、保持部材の変質や保持部材からガスを発生させることなく保持部材を加熱してコーティング材を蒸発させることができる。

［適用例１０］上記適用例に係るガスセルであって、前記保持部材は、非磁性材料で形成されていることが好ましい。

本適用例の構成によれば、保持部材が、磁場に置かれても磁化されにくい非磁性材料で形成されているので、例えばガスセルを磁気の計測に用いる場合に、保持部材が磁化されることによる磁気の計測への影響を抑止できる。

［適用例１１］上記適用例に係るガスセルであって、前記保持部材は、管状の部材であることが好ましい。

本適用例の構成によれば、保持部材が、両端が開放された空洞を有する管状の部材であるため、コーティング材を保持部材の空洞に充填して保持できるので、コーティング材の取り扱いを容易にできる。そして、管状の保持部材の長さを適宜設定することで、コーティング材の量の調整を容易に行うことができる。さらに、保持部材を加熱することにより、保持部材の空洞に充填されたコーティング材を開放された両端から容易に蒸発させることができる。

［適用例１２］上記適用例に係るガスセルであって、前記保持部材は、透光性材料で形成されていることが好ましい。

本適用例の構成によれば、保持部材が透光性材料で形成されているため、コーティング材を保持部材の空洞に充填する際に、充填できたか否かを目視により容易に確認することができる。そして、コーティング材の蒸気を発生させる際に、充填されたコーティング材のすべてが蒸発したか否かを目視により容易に確認することができる。また、保持部材を通してレーザー光をコーティング材に照射し、コーティング材を直接加熱することも可能となる。

［適用例１３］上記適用例に係るガスセルであって、前記第２室に配置されたアルカリ金属を含む固形物をさらに備えることが好ましい。

本適用例の構成によれば、セルの内壁にコーティング材を成膜した後に、第２室に配置されているアルカリ金属を含む固形物を蒸発させれば、内壁にコーティング材料の層が形成されたセル内にアルカリ金属のガスが満たされたガスセルが得られる。アルカリ金属を含む固形物が予めコーティング材を含む保持部材とともに第２室に配置されているため、セルの内壁にコーティング材を成膜した後でアルカリ金属を含む固形物を第２室に配置する場合と比べて、外部から第２室内に不純物が侵入することを抑止できる。

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。 本実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った断面図。 本実施形態に係るアンプルの長手方向に沿った断面図。 図３ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図。 本実施形態に係る保持部材の長手方向に沿った断面図。 図４ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図。 本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図。 変形例１に係るピルの斜視図。 変形例１に係るガスセルの長手方向に沿った断面図。 変形例２に係る原子発振器の構成を示す概略図。 変形例２に係る原子発振器の動作を説明する図。 変形例２に係る原子発振器の動作を説明する図。

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。

＜磁気計測装置の構成＞
本実施形態に係る磁気計測装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る磁気計測装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る磁気計測装置１００は、非線形光学回転（Nonlinear Magneto-Optical Rotation：ＮＭＯＲ）を用いた磁気計測装置である。磁気計測装置１００は、例えば、心臓からの磁場（心磁）や脳からの磁場（脳磁）などの生体から発生される微小な磁場を測定する生体状態測定装置（心磁計または脳磁計など）に用いられる。磁気計測装置１００は、金属探知機などにも用いることができる。

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。例えば、セシウムは融点が２８℃程度であるため、セシウムを用いると磁気計測装置１００を室温に近い温度で動作させることが可能となる。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。

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。

偏光板４は、レーザービームを特定方向に偏光させ、直線偏光にする素子である。光ファイバー２は、光源１により出力されたレーザービームを、ガスセル１０側に導く部材である。光ファイバー２には、例えば、基本モードのみを伝播するシングルモードの光ファイバーが用いられる。コネクター３は、光ファイバー２を偏光板４に接続するための部材である。コネクター３は、ねじ込み式であり、光ファイバー２を偏光板４に接続する。

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２に示す主室１４）にはアルカリ金属の蒸気（図２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。

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。

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。

光源１から出力されたレーザービームは、光ファイバー２に導かれて偏光板４に到達する。偏光板４を通過したレーザービームは、偏光度がより高い直線偏光になる。ガスセル１０を透過しているレーザービームは、ガスセル１０に封入されているアルカリ金属原子を励起（光ポンピング）する。このとき、レーザービームは、磁場の強さに応じた偏光面回転作用を受けて偏光面が回転する。ガスセル１０を透過したレーザービームは偏光分離器５により２つの偏光成分のビームに分離される。２つの偏光成分のビームの光量は、光検出器６および光検出器７で計測（プロービング）される。

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。

続いて、本実施形態に係るガスセルおよびガスセルに用いられるアンプルの構成について、図２、図３Ａ、および図３Ｂを参照して説明する。

＜ガスセルの構成＞
図２は、本実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った断面図である。図２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２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２の紙面における手前から奥へ向う側を＋Ｙ方向とする。

図２に示すように、本実施形態に係るガスセル１０は、セル１２と封止部材１９とを備えている。セル１２は、内部に空隙を有する箱（セル）であり、例えば、石英ガラスなどからなる板状の部材により形成されている。セル１２（板状の部材）の厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍであり、例えば、１．５ｍｍ程度である。

セル１２は、内部の空隙として、第１室としての主室１４と、Ｘ軸方向を長手方向とする第２室としてのリザーバー１６とを有している。主室１４とリザーバー１６とは、Ｘ軸方向に沿って並ぶように配置されており、連通孔１５を介して連通している。連通孔１５は、主室１４およびリザーバー１６の上方側（＋Ｚ方向側）に設けられている。連通孔１５は、例えば矩形状であるが、円形状であってもよい。連通孔１５の断面積は、例えば、０．０１ｍｍ²〜３ｍｍ²程度である。

セル１２（主室１４およびリザーバー１６）の内部には、アルカリ金属が蒸発したガス（以下ではアルカリ金属ガスという）１３が充填されている。主室１４およびリザーバー１６には、アルカリ金属ガス１３の他に、希ガスなどの不活性ガスが存在していてもよい。

セル１２（主室１４およびリザーバー１６）の内壁には、膜状のコーティング材３２が配置されている。コーティング材３２は、励起されたアルカリ金属原子がセル１２（主室１４）の内壁に直接衝突したときの挙動（例えば、スピン）の変化を抑制または低減する機能を有する。コーティング材３２の詳細については後述する。

リザーバー１６内には、アンプル２０と保持部材３０とが収納されている。アンプル２０のガラス管２２には、貫通孔（開口部）２１が形成されている。アルカリ金属ガス１３は、後述する製造工程において、アンプル２０内に充填されていたアルカリ金属固体２４（図３Ａ参照）が蒸発（ガス化）したものである。保持部材３０は、両端が開放された空洞を有する管状の部材である。膜状のコーティング材３２は、後述する製造工程において、保持部材３０内に充填されていたものが一旦蒸発した後冷却されて膜状になったものである。

なお、図２には、アンプル２０と保持部材３０とを、それぞれの長手方向がＸ軸に沿って一列に並ぶように図示しているが、アンプル２０および保持部材３０の配置はこのような形態に限定されるものではない。例えば、アンプル２０および保持部材３０のそれぞれの長手方向がＸ軸に沿っていなくてもよいし、アンプル２０と保持部材３０とが横に２列に並ぶように配置されていてもよい。アンプル２０および保持部材３０の詳細については後述する。

リザーバー１６の長手方向における主室１４および連通孔１５の反対側（＋Ｘ方向側）には、開口１８が設けられている。開口１８は、例えば円形状である。開口１８の内径は、例えば、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。開口１８は、セル１２に接合された封止部材１９で封止されている。これにより、セル１２（主室１４およびリザーバー１６）が密封されている。

封止部材１９は、例えば、平面形状が矩形状であるが、円形状など他の形状であってもよい。封止部材１９の材料としては、セル１２と同じガラス基材が用いられ、例えば石英ガラスが用いられる。封止部材１９は、開口１８の周囲に配置された低融点ガラスフリット等を介してセル１２に接合されている。

＜アンプルの構成＞
図３Ａは、本実施形態に係るアンプルの長手方向に沿った断面図である。図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図３Ａに示すように、本実施形態に係るアルカリ金属を含む固形物としてのアンプル２０は、長手方向を有している。図３Ａには、アンプル２０を、その長手方向がＸ軸方向に沿うように配置したときのＸ−Ｚ断面を示している。アンプル２０は、中空状のガラス管２２で構成される。

ガラス管２２は、例えば、ホウ珪酸ガラスにより形成されている。ガラス管２２の材料が磁場に置かれても磁化されにくい非磁性材料であるので、ガスセル１０を磁気計測装置１００に用いる場合に、ガラス管２２が磁気の計測に影響を与えることを抑止できる。ガラス管２２は、長手方向に沿って延在しており、その両端部が溶着されている。これにより、内部が中空状のガラス管２２は密封されている。なお、ガラス管２２の両端部の形状は、図３Ａに示すような丸い形状に限定されず、平面に近い形状や一部が尖った形状などであってもよい。

図３Ａには、アンプル２０（ガラス管２２）が密封された状態を示している。ガラス管２２の内部の空洞２２ａ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の空洞２２ａにアルカリ金属固体２４を充填し、ガラス管２２の両端部をそれぞれ溶着し密封して形成される。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、ナトリウムなどを用いることができる。

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２参照）が形成され密封が破られる。これにより、アンプル２０内のアルカリ金属固体２４が蒸発してガスセル１０内に流出し、セル１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる（図２参照）。なお、アンプル２０内からアルカリ金属固体２４が蒸発して流出し易くなるように、アンプル２０の上面とセル１２の内面との間には、例えば＋Ｚ方向に１．５ｍｍ程度の隙間が設けられている（図２参照）。

図３Ｂに、アンプル２０の長手方向と交差する方向におけるＹ−Ｚ断面を示す。図３Ｂに示すように、ガラス管２２のＹ−Ｚ断面の形状は、例えば略円形であるが、他の形状であってもよい。ガラス管２２の外径φａは、０．３ｍｍ≦φａ≦１．２ｍｍである。ガラス管２２の肉厚Ｔａは、０．１ｍｍ≦Ｔａ≦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Ｔａ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Ｔａ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。

＜保持部材の構成＞
図４Ａは、本実施形態に係る保持部材の長手方向に沿った断面図である。図４Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図４Ａに示すように、本実施形態に係るコーティング材３２を含む保持部材３０は、長手方向を有している。図４Ａには、保持部材３０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。

図４Ａには、保持部材３０の空洞３０ａにコーティング材３２が充填された状態を示している。保持部材３０は、管状の細管である。保持部材３０は、長手方向（Ｘ軸方向）に沿って延在しており、その両端は開放されている。保持部材３０は、非磁性材料であって、耐熱性と透光性とを有する材料からなる。保持部材３０は、例えば、ガラスや石英等の無機材料で形成されている。保持部材３０が磁場に置かれても磁化されにくい非磁性材料で形成されているので、ガスセル１０を磁気計測装置１００に用いる場合に、保持部材３０が磁気の計測に影響を与えることを抑止できる。

保持部材３０の空洞３０ａには、コーティング材３２が充填されている。コーティング材３２は、パラフィンなどの鎖式飽和炭化水素で構成されている。コーティング材３２の材料としては、鎖式飽和炭化水素の化学式（Ｃ_nＨ_2n+2）において、炭素原子数ｎが２０〜１００のものが好ましい。鎖式飽和炭化水素の一例として、例えば、化学式（Ｃ₅₀Ｈ₁₀₂）で示されるペンタコンタンを好適に用いることができる。

コーティング材３２は、真空に近い低圧環境下において、融点以上の温度に加熱し溶融した状態で保持部材３０の空洞３０ａに充填される。例えば、コーティング材３２にペンタコンタンを用いる場合、２×１０^-6Ｔｏｒｒ程度に減圧された低圧環境下で、１５０℃〜２００℃程度の温度に加熱することで、保持部材３０の空洞３０ａに充填できる。後述するが、保持部材３０の空洞３０ａに充填されたコーティング材３２は、リザーバー１６内で加熱されて蒸発した後、冷却されてセル１２（主室１４およびリザーバー１６）の内壁に成膜される（図２参照）。

保持部材３０が耐熱性を有する材料で形成されているので、コーティング材３２を溶融した状態で充填する際、および、コーティング材３２を蒸発させる際に、保持部材の変質や保持部材からガスを発生させることなくコーティング材を蒸発させることができる。また、保持部材３０が透光性を有する材料で形成されているので、コーティング材３２を溶融した状態で充填する際に充填できたか否かを、そして、コーティング材３２を蒸発させる際にコーティング材３２のすべてが蒸発したか否かを、目視により容易に確認することができる。

図４Ｂに、保持部材３０の長手方向と交差する方向におけるＹ−Ｚ断面を示す。図４Ｂに示すように、保持部材３０のＹ−Ｚ断面の形状は、例えば略円形であるが、他の形状であってもよい。保持部材３０の空洞３０ａの内径φｔは、０．１ｍｍ≦φｔ≦０．２ｍｍである。保持部材３０にコーティング材３２を充填する際に、毛細管現象を利用するとコーティング材３２を効率良く保持部材３０の空洞３０ａに導入できるので、内径φｔは０．１ｍｍ≦φｔ≦０．１５ｍｍであることが好ましい。保持部材３０の肉厚Ｔｔは、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であるが、特に限定されない。

図４Ａに示す保持部材３０の長手方向の長さＬｔは、例えば０．５ｍｍ〜１５ｍｍ程度であるが、これに限定されず、セル１２（主室１４およびリザーバー１６）の内壁を覆う膜を形成するために必要となるコーティング材３２の量（体積）に応じて適宜設定される。換言すれば、保持部材３０の長さＬｔの設定により、セル１２に配置するコーティング材３２の量を容易に調整することができる。

＜ガスセルの製造方法＞
次に、本実施形態に係るガスセルの製造方法を図５、図６、図７、図８、図９、および図１０を参照して説明する。図５、図６、図７、図８、図９、および図１０は、本実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する図である。なお、図５、図７、図８、図９、および図１０は、図２に対応するガスセルの断面図である。図６は、ガスセルの斜視図である。

まず、セル１２を組み立てる。図５に、組み立てられた状態のセル１２を示す。なお、図５には、後述する配置工程で、セル１２のリザーバー１６内に、アンプル２０と、コーティング材３２を含む保持部材３０とが配置された状態を示している。

図５に示すように、セル１２は、例えば、石英ガラスからなるガラス板部材１１を組み合わせて構成されている。図示を省略するが、石英ガラスからなるガラス板を切断して、セル１２を構成する各壁面に対応するガラス板部材１１を準備する。そして、これらのガラス板部材１１を組み立て、ガラス板部材１１同士を接着剤または溶着により接合して、図５に示すような主室１４とリザーバー１６とを有するセル１２を得る。この段階では、セル１２の開口１８は開放されている。

図６に、本実施形態の実施例におけるセル１２の寸法を示す。本実施形態の実施例では、主室１４の幅（Ｙ軸方向における長さ）Ｗｍ、長さ（Ｘ軸方向の長さ）Ｌｍ、高さ（Ｚ軸方向の長さ）Ｈｍを、それぞれ１８ｍｍ、１８ｍｍ、１６．５ｍｍとし、リザーバー１６の幅Ｗｒ、長さＬｒ、高さＨｒを、それぞれ４ｍｍとした。

また、図示しない別工程で、アンプル２０とコーティング材３２を含む保持部材３０とを用意する。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の内部の空洞２２ａにアルカリ金属固体２４を充填し、ガラス管２２の両端部をそれぞれ溶着し密封して形成される（図３Ａおよび図３Ｂ参照）。アルカリ金属固体２４として用いられるセシウムなどのアルカリ金属は、反応性に富み大気中で取り扱うことができないため、低圧環境下でアンプル２０内に密封された状態でセル１２に収納される。

保持部材３０は、空洞３０ａを有する管状のガラス管である（図４Ａおよび図４Ｂ参照）。保持部材３０が管状であるので、真空に近い低圧環境下において融点以上の温度に加熱し溶融したコーティング材３２を、毛細管現象を利用して容易に空洞３０ａに充填できる。そして、保持部材３０が透光性を有するので、コーティング材３２を空洞３０ａに充填する際に、充填できたか否かを目視により容易に確認することができる。

空洞３０ａに充填するコーティング材３２の量は、保持部材３０の長さＬｔおよび空洞３０ａの内径φｔの設定（すなわち、空洞３０ａの容積）により調整できる。本実施形態の実施例に係る保持部材３０としては、上述した実施例のセル１２（主室１４およびリザーバー１６）の寸法に対して、長さＬｔ（図４Ａ参照）を１０ｍｍ、内径φｔ（図４Ｂ参照）を０．１ｍｍとした。

本実施形態の実施例に係るコーティング材３２としては、ペンタコンタン（Ｃ₅₀Ｈ₁₀₂）を使用した。２×１０^-6Ｔｏｒｒ程度に減圧された低圧環境下において、上述した組成のコーティング材３２を１５０℃〜２００℃程度の温度に加熱し、毛細管現象を利用して保持部材３０の空洞３０ａに充填した。

なお、保持部材３０にコーティング材３２を充填する際は、予め所望の長さＬｔに切断した保持部材３０にコーティング材３２を充填してもよいし、所望の長さＬｔよりも長い保持部材３０の母材にコーティング材３２を充填した後に、母材をコーティング材３２とともに所望の長さＬｔに切断して保持部材３０に個片化してもよい。

ここで、一般にパラフィンなどの鎖式飽和炭化水素は、常温において軟らかい固体（蝋状）であるため、コーティング材３２単独では取り扱いにくい。コーティング材３２単独で取り扱う場合、例えば、ニードルなどを用いてコーティング材３２を少量ずつセル１２内に配置する方法が上げられる。しかしながら、このような方法では、セル１２内に配置するコーティング材３２の量が所望の量に対してばらついてしまうおそれや、セル１２内へ配置する工数が増加するおそれがある。

セル１２内に配置するコーティング材３２の量がばらつくと、セル１２（主室１４およびリザーバー１６）の内壁に形成するコーティング材３２の膜が所望の膜厚にならなかったり、複数のセル１２において個体間でコーティング材３２の膜厚にばらつきが生じたりすることとなる。そうすると、製造するガスセル１０の品質（感度、計測精度等）の低下やガスセル１０の個体間での品質のばらつきを招いてしまう。

本実施形態では、保持部材３０の長さＬｔおよび内径φｔを適宜設定することにより、充填するコーティング材３２の量を所望の量に合わせて容易に調整できる。そして、保持部材３０の長さＬｔを管理する（長さＬｔのばらつきを抑える）ことにより、各セル１２に配置するコーティング材３２の量のばらつきを抑えることができる。そのため、セル１２の内壁に所望の膜厚でコーティング材３２の膜を形成できるとともに、セル１２毎に成膜されるコーティング材３２の膜厚のばらつきを小さく抑えることができる。これにより、ガスセル１０の品質の低下やガスセル１０の個体間での品質のばらつきを抑えて効率的に製造することができる。

次に、図５に示すように、セル１２のリザーバー１６に、アンプル２０とコーティング材３２を含む保持部材３０とを配置する（配置工程）。まず、５×１０^-6Ｔｏｒｒ以下に減圧された低圧環境下において、セル１２を４００℃程度に加熱して、セル１２の主室１４およびリザーバー１６の脱気（脱ガス）を行う。そして、セル１２を室温まで冷却した後、図５に矢印で示すように、アンプル２０と保持部材３０とを、開口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。リザーバー１６内でのアンプル２０および保持部材３０の配置位置は特に限定されない。

本実施形態では、配置工程において、コーティング材３２を保持部材３０に充填された状態で取り扱うので、コーティング材３２単独で取り扱う場合と比べて、コーティング材３２を容易にリザーバー１６に配置できる。これにより、コーティング材３２単独で取り扱う場合と比べて、配置工程におけるコーティング材３２の取り扱いに起因する工数増を抑えることができる。

次に、図７に示すように、開口１８を封止部材１９で封止してセル１２を密封する（封止工程）。封止工程では、２×１０^-6Ｔｏｒｒ程度まで減圧した環境下でセル１２内の脱気を十分に行い、主室１４およびリザーバー１６に不純物が極めて少ない状態とする。そして、セル１２および封止部材１９の少なくとも一方における開口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１２と封止部材１９とを固着して封止することにより、セル１２が密封される。この半完成状態のガスセルを、ガスセル１０Ａとする。

セル１２と封止部材１９とを固着する際は、例えば、セル１２をその長手方向が鉛直方向に沿うとともに開口１８が鉛直方向の下方側となるようにして、封止部材１９の上に配置してもよい。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材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１２に荷重を付加してセル１２と封止部材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。

次に、図８に示すように、保持部材３０を加熱して、セル１２内でコーティング材３２の蒸気３１を発生させる（加熱工程）。加熱工程では、図７に示すガスセル１０Ａの状態で、セル１２（リザーバー１６）を、例えば２３０℃程度に加熱する。リザーバー１６を加熱することで、保持部材３０が加熱され、空洞３０ａに充填されていたコーティング材３２が加熱されて蒸発する。

加熱工程では、保持部材３０が両端が開放された管状の部材であるので、空洞３０ａに充填されたコーティング材３２を保持部材３０の両端から容易に蒸発させることができる。そして、保持部材３０が透光性材料で形成されているので、空洞３０ａに充填されたコーティング材３２のすべてが蒸発したか否かを目視により容易に確認することができる。

また、保持部材３０が透光性材料であるので、加熱工程で保持部材３０を通してレーザー光をコーティング材３２に照射して加熱することも可能となる。このようにすれば、セル１２（リザーバー１６）を加熱することなく、コーティング材３２を局所的に加熱することができる。

さらに、保持部材３０が耐熱性材料で形成されているので、加熱工程において、熱による保持部材３０の変質や保持部材３０からのガスの発生を抑えることができる。これにより、保持部材３０の変質や保持部材３０からのガスの混入に起因するガスセル１０の品質（感度、計測精度等）の低下を抑えることができる。

図８に示すように、コーティング材３２が蒸発してリザーバー１６に流出した蒸気３１は、リザーバー１６から連通孔１５を通って主室１４に流入し、セル１２内全体に拡散する。この蒸気３１が主室１４およびリザーバー１６の内壁に付着すると、コーティング材３２の薄膜となる。

次に、図９に示すように、セル１２を冷却して主室１４およびリザーバー１６の内壁にコーティング材３２を成膜する（成膜工程）。加熱工程でコーティング材３２が蒸発したら、セル１２を、例えば２００℃程度で１０分程度加熱した後徐々に冷却して、主室１４およびリザーバー１６の内壁に形成されるコーティング材３２の薄膜の膜厚を均一化させる。これにより、主室１４およびリザーバー１６の内壁を覆うように、コーティング材３２の膜が形成される。

成膜工程では、コーティング材３２の薄膜の膜厚をより均一化させるため、上述の加熱および徐冷に加えて、さらにセル１２を８０℃〜２００℃程度の温度で１時間から１０時間程度加熱した後徐冷してもよい。この場合、連続してセル１２を加熱し徐冷してもよいし、複数回に分けて加熱と徐冷とを繰り返すようにしてもよい。

次に、図１０に示すように、アンプル２０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（レーザー光照射工程）。レーザー光としては、パルスレーザー光４０を用いる。レーザー光照射工程では、パルスレーザー光４０を集光レンズ４２で集光して、リザーバー１６内に配置されたアンプル２０のガラス管２２に照射する。パルスレーザー光４０は、セル１２を間に介して、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、図２に示すように、ガラス管２２に貫通孔２１が形成され、リザーバー１６内でアンプル２０内のアルカリ金属固体２４（図１０参照）が蒸発してアルカリ金属ガス１３となる。リザーバー１６内に流出したアルカリ金属ガス１３は、連通孔１５を通ってセル１２の主室１４に流入し拡散する。この結果、図２に示すように、セル１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる。

レーザー光は指向性や収束性に優れているので、パルスレーザー光４０を照射することにより、ガラス管２２に容易に貫通孔２１を形成することができる。パルスレーザー光４０のエネルギーは、例えば、２０μＪ／ｐｕｌｓｅ〜２００μＪ／ｐｕｌｓｅとする。パルスレーザー光４０のパルス幅は、例えば、１０ナノ秒〜５０ナノ秒とし、３０ナノ秒程度であることが好ましい。パルスレーザー光４０の繰り返し周波数は、例えば、５０ｋＨｚ程度とし、パルスレーザー光４０の照射時間は、例えば、１００ｍｓｅｃ程度とする。

また、アンプル２０のガラス管２２に確実に貫通孔２１を形成するためには、アンプル２０に対するパルスレーザー光４０の照射位置を、パルスレーザー光４０の焦点がアンプル２０の幅方向（図３ＢのＹ軸方向）における中央部に位置するように設定することが好ましい。パルスレーザー光４０の焦点がアンプル２０の幅方向における中央部からずれると、深さ方向の加工が進まなくなりガラス管２２を貫通させることができなくなる場合がある。

レーザー光照射工程では、セル１２に損傷を与えることなく、アンプル２０のガラス管２２に貫通孔２１を形成する必要がある。そこで、セル１２が石英ガラスで形成されガラス管２２がホウ珪酸ガラスで形成されている場合、例えば、紫外線領域の波長のパルスレーザー光４０を用いる。紫外線領域の波長の光は、石英ガラスを透過するが、ホウ珪酸ガラスには僅かに吸収される。これにより、セル１２や保持部材３０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。

なお、レーザー光照射工程では、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。

以上で、本実施形態に係るガスセル１０が完成する。本実施形態に係る磁気計測装置１００の製造方法は、上述したガスセル１０の製造方法を含んでいる。本実施形態に係る磁気計測装置１００を製造する工程は、ガスセル１０を製造する工程以外の工程では公知の方法を用いることができるため、その説明を省略する。

以上述べたように、本実施形態に係るガスセル１０の製造方法および磁気計測装置１００の製造方法によれば、以下の効果が得られる。

（１）配置工程においてコーティング材３２を保持部材３０に含まれた状態で取り扱うので、コーティング材３２のみの状態で取り扱う場合と比べて、保持部材３０の長さＬｔに基づいてコーティング材３２の量を容易に所望の量に調整でき、かつ、コーティング材３２を容易にリザーバー１６に配置できる。また、保持部材３０の長さＬｔを管理する（長さＬｔのばらつきを抑える）ことにより、各セル１２に配置するコーティング材３２の量のばらつきを抑えることができる。そのため、成膜工程においてセル１２の内壁に所望の膜厚でコーティング材３２の膜を安定的に形成でき、個体間でのコーティング材３２の膜厚のばらつきを小さく抑えることができる。これにより、品質（感度、計測精度等）の低下や個体間での品質のばらつきを抑えて安定的かつ効率的にガスセル１０を製造することができる。

（２）保持部材３０が耐熱性材料で形成されているので、加熱工程において保持部材３０を加熱する際に、熱による保持部材３０の変質や保持部材３０からのガスの発生を抑えることができる。これにより、保持部材３０の変質や保持部材３０からのガスの混入に起因するガスセル１０の品質（感度、計測精度等）の低下を抑えることができる。

（３）保持部材３０が、磁場に置かれても磁化されにくい非磁性材料で形成されている。そのため、例えばガスセル１０を磁気の計測に用いる場合に、保持部材３０が磁化されることによる磁気の計測への影響を抑止できる。

（４）保持部材３０が、両端が開放された空洞３０ａを有する管状の部材である。そのため、コーティング材３２を保持部材３０の空洞３０ａに充填して保持できるので、コーティング材３２の取り扱いを容易にできる。そして、管状の保持部材３０の長さＬｔを適宜設定することで、保持部材３０に充填されるコーティング材３２の量の調整を容易に行うことができる。さらに、加熱工程でコーティング材３２の蒸気３１を発生させる際に、保持部材３０を加熱することにより、空洞３０ａに充填されたコーティング材３２を開放された両端から容易に蒸発させることができる。

（５）保持部材３０が透光性材料で形成されている。そのため、コーティング材３２を保持部材３０の空洞３０ａに充填する際に、充填できたか否かを目視により容易に確認することができる。そして、加熱工程でコーティング材３２の蒸気３１を発生させる際に、充填されたコーティング材３２のすべてが蒸発したか否かを目視により容易に確認することができる。また、加熱工程で、保持部材３０を通してレーザー光をコーティング材３２に照射し、コーティング材３２を直接加熱することも可能となる。

（６）コーティング材３２を含む保持部材３０とともにアンプル２０をリザーバー１６に配置して封止し、セル１２の内壁にコーティング材３２を成膜した後にアンプル２０からアルカリ金属のガス１３を発生させる。そのため、成膜されたコーティング材３２の膜により、励起されたアルカリ金属原子がセル１２の内壁に直接衝突したときの挙動の変化を抑制または低減することができる。また、セル１２を仮封止して内壁にコーティング材３２を成膜した後に仮封止を外し、アンプル２０をリザーバー１６に配置して封止する場合と比べて、封止する工程を一つにでき、コーティング材３２を成膜した後で外部からリザーバー１６内に不純物が侵入することを抑止できる。

（７）高品質でばらつきが少ないガスセル１０を備えた磁気計測装置１００を製造できるので、高性能な磁気計測装置１００を安定的に製造することができる。

上記実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。変形例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。

（変形例１）
上記実施形態に係るガスセルの製造に用いるアルカリ金属を含む固形物は、アンプル２０に限定されず、他の形態であってもよい。変形例１は、上記実施形態に対して、アルカリ金属を含む固形物がアンプルではなくピルである点が異なるが、セルの構成はほぼ同じである。変形例１に係るガスセルおよびガスセルに用いられるピルの構成について、図１１および図１２を参照して説明する。なお、上記実施形態と共通する構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

＜ピルの構成＞
まず、変形例１に係るアルカリ金属を含む固形物としてのピルの構成を説明する。図１１は、変形例１に係るピルの斜視図である。図１１に示すように、変形例１に係るピル２６は、例えば略円筒形である。ピル２６の円筒形の径φｐは、例えば１ｍｍ程度であり、ピル２６の円筒形の高さＨｐは、例えば１ｍｍ程度である。なお、ピル２６の外形形状は略円筒形に限定されず、直方体や球体など他の形状であってもよい。

ピル２６は、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含む。ピル２６は、レーザー光を照射するとアルカリ金属化合物が加熱され活性化されることでアルカリ金属２７が生成され、その際に放出される不純物や不純ガスは吸着剤２８に吸着される（図１２参照）。アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属２７としてセシウムを用いる場合、例えば、モリブデン酸セシウム、塩化セシウムなどのセシウム化合物を用いることができる。吸着剤２８としては、例えば、ジルコニウム粉末、アルミニウムなどを用いることができる。

＜ガスセルの構成＞
図１２は、変形例１に係るガスセルの長手方向に沿った断面図である。図１２に示すように、変形例１に係るガスセル５０は、上記実施形態に係るガスセル１０と同様のセル１２と封止部材１９とを備えている。ガスセル５０が完成した状態では、リザーバー１６内にピル２６（図１１参照）のアルカリ金属化合物からアルカリ金属２７（例えば、セシウム）が生成され、アルカリ金属２７が蒸発したアルカリ金属ガス１３で主室１４およびリザーバー１６が満たされている。リザーバー１６内に、不純ガスを吸着した吸着剤２８や不純物などが残留していてもよい。

＜ガスセルの製造方法＞
変形例１に係るガスセルの製造方法は、上記実施形態と同様の工程を有するが、アンプル２０がピル２６に置き換わることにより、処理方法の一部が上記実施形態と異なる。以下では、図示を省略し、上記実施形態と異なる点を説明する。

まず、セル１２にコーティング材３２を含む保持部材３０を配置する配置工程では、セル１２のリザーバー１６内に、アンプル２０に代わり、ピル２６を収納する。

レーザー光照射工程では、パルスレーザー光４０に代わり、連続発振レーザー光をピル２６に照射する。連続発振レーザー光として、例えば、赤色から赤外線領域（６８０ｎｍ〜１２００ｎｍ程度）の波長で連続発振するＬＤ（Laser Diode）レーザーを用いることができる。連続発振レーザー光の波長は、８００ｎｍ程度であることが好ましい。連続発振レーザー光の出力は、例えば、１Ｗ〜１０Ｗ程度とし、２Ｗ〜５Ｗ程度であることが好ましい。連続発振レーザー光の照射時間は、例えば、１０秒〜５分程度とし、３０秒〜９０秒程度であることが好ましい。

連続発振レーザー光を照射することにより、ピル２６が加熱されてピル２６に含まれるアルカリ金属化合物が活性化され、アルカリ金属２７が生成される。そして、アルカリ金属２７が蒸発しアルカリ金属ガス１３となってリザーバー１６内に流出し、連通孔１５を通ってセル１２の主室１４に流入し拡散する。この結果、図１２に示すように、セル１２の空隙がアルカリ金属ガス１３で満たされる。アルカリ金属化合物から放出された不純物や不純ガスは、吸着剤２８に吸着される。

変形例１に係るガスセル５０の製造方法および磁気計測装置１００の製造方法においても、セル１２の内壁に成膜するためのコーティング材３２を保持部材３０に充填された状態で取り扱うので、上記実施形態と同様の効果が得られる。

（変形例２）
上記実施形態に係るガスセルを適用可能な装置は、磁気計測装置１００に限定されない。上記実施形態および変形例に係るガスセルは、例えば、原子時計などの原子発振器にも適用できる。図１３は、変形例２に係る原子発振器の構成を示す概略図である。また、図１４Ａおよび図１４Ｂは、変形例２に係る原子発振器の動作を説明する図である。

＜原子発振器＞
図１３に示す変形例２に係る原子発振器（量子干渉装置）１０１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。図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５０）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上記実施形態のガスセルの製造方法によれば、セル１２内にコーティング材３２の膜を所望の膜厚で安定的に形成できるので、高精度の原子発振器１０１に好適に用いることができる高品質のガスセル１０を安定的に製造することができる。

（変形例３）
本発明に係るガスセルは、上記実施形態に係るガスセルの製造方法により完成した状態のガスセル１０，５０に限定されず、半完成状態のガスセル１０Ａであってもよい。変形例３に係る半完成状態のガスセル１０Ａの構成を、図７を参照して説明する。

＜ガスセルの構成＞
変形例３に係る半完成状態のガスセル１０Ａは、図７に示すように、上記実施形態において封止工程までの処理が行われた状態のものである。すなわち、ガスセル１０Ａのセル１２は、内部が減圧され不純物が極めて少ない状態で、開口１８が封止部材１９で封止されて密封されている。そして、密封されたセル１２（リザーバー１６）内に、アルカリ金属ガス１３を発生させるためのアルカリ金属固体２４がアンプル２０内に密封された状態で配置され、セル１２の内壁に成膜するためのコーティング材３２が保持部材３０の空洞３０ａに充填された状態で配置されている。

ガスセル１０Ａは、内部が減圧され不純物が極めて少ない状態で密封されているので、品質を損なうことなく保存したり移動させたりすることができる。また、ガスセル１０Ａに対して、上記実施形態の加熱工程からレーザー光照射工程までの処理を行うことで、ガスセル１０を完成させることができる。なお、ガスセル１０Ａにおいて、リザーバー１６内に、アンプル２０の代わりに変形例１に係るピル２６が配置されていてもよい。

（変形例４）
＜保持部材＞
本発明に係る保持部材は、上記実施形態に係る管状の保持部材３０に限定されず、毛細管現象を利用してコーティング材３２を保持でき、非磁性材料で形成されている部材であれば、他の形態であってもよい。例えば、保持部材として、繊維を撚り合わせた糸状の部材であってもよいし、糸を編んだ布状の部材であってもよい。保持部材がこのような部材であっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

１０，１０Ａ，５０…ガスセル、１２…セル、１３…アルカリ金属ガス（アルカリ金属のガス）、１４…主室（第１室）、１６…リザーバー（第２室）、１８…開口、１９…封止部材、２０…アンプル（アルカリ金属を含む固形物）、２６…ピル（アルカリ金属を含む固形物）、３０…保持部材、３２…コーティング材、４０…パルスレーザー光（レーザー光）、１００…磁気計測装置。

Claims (13)

1. 第１室と、前記第１室と連通する第２室と、前記第２室に設けられた開口と、を有するセルの前記第２室にコーティング材を含む保持部材を配置する配置工程と、
   前記開口を封止部材で封止して前記セルを密封する封止工程と、
   前記保持部材を加熱して、前記セル内で前記コーティング材の蒸気を発生させる加熱工程と、
   前記セルを冷却して、前記セルの内壁に前記コーティング材を成膜する成膜工程と、
   を含むことを特徴とするガスセルの製造方法。
2. 請求項１に記載のガスセルの製造方法であって、
   前記保持部材は、耐熱性材料で形成されていることを特徴とするガスセルの製造方法。
3. 請求項１または２に記載のガスセルの製造方法であって、
   前記保持部材は、非磁性材料で形成されていることを特徴とするガスセルの製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法であって、
   前記保持部材は、管状の部材であることを特徴とするガスセルの製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法であって、
   前記保持部材は、透光性材料で形成されていることを特徴とするガスセルの製造方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法であって、
   前記配置工程では、前記保持部材とともに、アルカリ金属を含む固形物を前記第２室に配置し、
   前記成膜工程の後に、前記固形物にレーザー光を照射して前記アルカリ金属のガスを発生させるレーザー光照射工程をさらに含むことを特徴とするガスセルの製造方法。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法を含むことを特徴とする磁気計測装置の製造方法。
8. 第１室と、前記第１室と連通する第２室と、前記第２室に設けられた開口と、を有するセルと、
   前記開口を封止して前記セルを密封する封止部材と、
   前記第２室に配置されたコーティング材を含む保持部材と、
   を備えることを特徴とするガスセル。
9. 請求項８に記載のガスセルであって、
   前記保持部材は、耐熱性材料で形成されていることを特徴とするガスセル。
10. 請求項８または９に記載のガスセルであって、
    前記保持部材は、非磁性材料で形成されていることを特徴とするガスセル。
11. 請求項８から１０のいずれか一項に記載のガスセルであって、
    前記保持部材は、管状の部材であることを特徴とするガスセル。
12. 請求項８から１１のいずれか一項に記載のガスセルであって、
    前記保持部材は、透光性材料で形成されていることを特徴とするガスセル。
13. 請求項８から１２のいずれか一項に記載のガスセルであって、
    前記第２室に配置されたアルカリ金属を含む固形物をさらに備えることを特徴とするガスセル。

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