JP2018054404A - Gas cell, magnetic field measurement device, and method of manufacturing gas cell - Google Patents

Gas cell, magnetic field measurement device, and method of manufacturing gas cell Download PDF

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達徳 宮澤
Tatsunori Miyazawa
達徳 宮澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas cell with which, when irradiating a container having alkali metal contained therein with a laser beam and destroying the container, it is possible to stably hold the container.SOLUTION: The gas cell comprises a first chamber and a second chamber communicating with the first chamber through a communication hole, with gaseous alkali metal contained in the first chamber, an organic film formed on the inner wall of the first chamber, a first container and a second container accommodated in the second chamber. A width W of the second chamber is in the range of n×A+m×B≤W≤n×A+m×B+C/2, where A represents the width of the first container, n represents the number of first containers arrayed in the width direction of the second chamber (n is a natural number), B represents the width of the second container, m represents the number of second containers arrayed in the width direction of the second chamber (m is a natural number), and C represents the size in width direction of an internal space of the second container.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ガスセル、磁場計測装置、およびガスセルの製造方法に関する。   The present invention relates to a gas cell, a magnetic field measurement device, and a method for manufacturing the gas cell.

生体の心臓等から発せられる磁場を検出する磁場計測装置として、光ポンピング式の磁場計測装置が知られている。光ポンピング式の磁場計測装置では、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、ガスセルを透過した光の偏光面の回転角に応じて磁場を測定する。   An optical pumping type magnetic field measuring apparatus is known as a magnetic field measuring apparatus that detects a magnetic field emitted from a living heart or the like. In the optical pumping type magnetic field measuring apparatus, linearly polarized light is irradiated to a gas cell in which an alkali metal gas is sealed, and the magnetic field is measured according to the rotation angle of the polarization plane of light transmitted through the gas cell.

このような磁場計測装置に用いられるガスセルの製造方法として、例えば、特許文献１には、コーティング層が形成された板材を組み立ててセルを形成した後、アルカリ金属が充填されたアンプルをセル内に収納し、収納されたアンプルをレーザー光で破壊することでアルカリ金属ガスを拡散させてセルに充填する手法が開示されている。   As a method of manufacturing a gas cell used in such a magnetic field measuring apparatus, for example, in Patent Document 1, after assembling a plate material on which a coating layer is formed to form a cell, an ampoule filled with an alkali metal is placed in the cell. A method is disclosed in which the cells are stored and the stored ampoules are destroyed with laser light to diffuse the alkali metal gas and fill the cells.

特開２０１２−１８３２９０号公報JP 2012-183290 A

しかしながら、特許文献１に開示されたガスセルの製造方法では、セル内において、アルカリ金属が充填されたアンプルが固定されていない。そのため、アンプルの位置がばらついてレーザー光の照射位置からずれてしまったり、レーザー光が照射された衝撃でアンプルが動いてしまったりする場合がある。この結果、アンプルを破壊できずに、セル内にアルカリ金属を拡散させることができない場合がある。したがって、このようなガスセルの製造方法では、歩留まりが低下してしまう。   However, in the gas cell manufacturing method disclosed in Patent Document 1, an ampoule filled with an alkali metal is not fixed in the cell. For this reason, the position of the ampoule may vary and shift from the irradiation position of the laser light, or the ampoule may move due to the impact of the laser light irradiation. As a result, the ampoule cannot be destroyed and the alkali metal cannot be diffused into the cell. Therefore, in such a gas cell manufacturing method, the yield decreases.

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、レーザー光を照射してアルカリ金属が収容された容器を破壊する際に、当該容器を安定に保持できるガスセルおよびその製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記ガスセルを含む磁場計測装置を提供することにある。   One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a gas cell capable of stably holding a container containing alkali metal when irradiated with laser light and a method for manufacturing the same. It is in. Another object of some aspects of the present invention is to provide a magnetic field measurement apparatus including the gas cell.

本発明に係るガスセルは、
第１室と、
前記第１室に連通孔を介して連通する第２室と、
を備え、
前記第１室には、気体のアルカリ金属が収容され、
前記第１室の内壁には、有機膜が形成され、
前記第２室には、第１容器と、第２容器と、が収容され、
前記第１容器の幅をＡ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第１容器の数をｎ（ｎは自然数）、前記第２容器の幅をＢ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第２容器の数をｍ（ｍは自然数）、前記第２容器の内部空間の幅方向の大きさをＣとした場合に、
前記第２室の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。 The gas cell according to the present invention comprises:
The first room,
A second chamber communicating with the first chamber through a communication hole;
With
The first chamber contains gaseous alkali metal,
An organic film is formed on the inner wall of the first chamber,
The second chamber contains a first container and a second container,
The width of the first container is A, the number of the first containers arranged in the width direction of the second chamber is n (n is a natural number), the width of the second container is B, and the width of the second chamber. When the number of the second containers arranged in the direction is m (m is a natural number), and the size in the width direction of the internal space of the second container is C,
The width W of the second chamber is in the range of n × A + m × B ≦ W ≦ n × A + m × B + C / 2.

このようなガスセルでは、レーザー光を照射してアルカリ金属が収容された第２容器を破壊する工程において、第２室の幅方向における第２容器の位置ずれを第２容器の内部空間の幅の半分以下にできる（すなわち、第２容器を安定に保持できる）。したがって、このようなガスセルでは、確実に第２容器を破壊してアルカリ金属を拡散させることができるため、歩留まりの低下を抑制して生産性を向上できる。   In such a gas cell, in the step of irradiating the second container containing the alkali metal by irradiating the laser beam, the displacement of the second container in the width direction of the second chamber is caused by the width of the internal space of the second container. It can be less than half (that is, the second container can be stably held). Therefore, in such a gas cell, the second container can be reliably destroyed and the alkali metal can be diffused, so that the yield can be suppressed and the productivity can be improved.

本発明に係るガスセルにおいて、
前記第２室の幅方向に配列されている前記第１容器の数ｎは、２以上であり、
前記第２室の幅方向に配列されている前記第２容器の数ｍは、１であってもよい。 In the gas cell according to the present invention,
The number n of the first containers arranged in the width direction of the second chamber is 2 or more,
The number m of the second containers arranged in the width direction of the second chamber may be one.

このようなガスセルでは、第１容器の数が２以上であることにより、第１室の内壁に有機膜を成膜する工程において、より多くの有機膜の材料を供給することができる。さらに、このようなガスセルでは、第２容器の数が１であることにより、例えば第２容器が複数ある場合と比べて、レーザー光を照射して第２容器を破壊する工程において、レーザー光の照射回数を減らすことできる。   In such a gas cell, when the number of first containers is two or more, more organic film material can be supplied in the step of forming the organic film on the inner wall of the first chamber. Further, in such a gas cell, since the number of second containers is 1, for example, in the process of irradiating laser light and destroying the second container, compared to the case where there are a plurality of second containers, The number of irradiations can be reduced.

本発明に係るガスセルにおいて、
前記第２容器には、前記第２容器の内部空間と前記第２室とを接続する開口部が形成されていてもよい。 In the gas cell according to the present invention,
The second container may be formed with an opening that connects the internal space of the second container and the second chamber.

このようなガスセルでは、製造工程において、第２容器に収容されていたアルカリ金属から気化したアルカリ金属ガスを第２容器の開口部から、第２室および連通孔を介して、第１室に拡散させることができる。   In such a gas cell, in the manufacturing process, the alkali metal gas evaporated from the alkali metal contained in the second container is diffused from the opening of the second container to the first chamber through the second chamber and the communication hole. Can be made.

本発明に係るガスセルにおいて、
前記有機膜は、パラフィンの膜であってもよい。 In the gas cell according to the present invention,
The organic film may be a paraffin film.

このようなガスセルでは、第１室に収容されているアルカリ金属原子が第１室の内壁に衝突したときの挙動の変化（例えばスピンの変化）を抑制または低減することができる。   In such a gas cell, a change in behavior (for example, a change in spin) when an alkali metal atom accommodated in the first chamber collides with the inner wall of the first chamber can be suppressed or reduced.

本発明に係る磁場計測装置は、
本発明に係るガスセルを含む。 The magnetic field measurement apparatus according to the present invention is
A gas cell according to the present invention is included.

このような磁場計測装置では、本発明に係るガスセルを含むため、生産性を向上できる。   Such a magnetic field measurement apparatus includes the gas cell according to the present invention, so that productivity can be improved.

本発明に係るガスセルの製造方法は、
第１室と、前記第１室に連通孔を介して連通する第２室と、を備えた構造体を準備する工程と、
前記第２室に、有機膜の材料が収容された第１容器およびアルカリ金属が収容された第２容器を収容する工程と、
前記構造体を加熱し、気化した前記有機膜の材料を前記第１室に充填して、前記第１室の内壁に有機膜を成膜する工程と、
前記第２容器にレーザー光を照射して前記第２容器を破壊し、気化した前記アルカリ金属を前記第１室に充填する工程と、
を含み、
前記第１容器の幅をＡ、前記第２室の幅方向に配列される前記第１容器の数をｎ（ｎは自然数）、前記第２容器の幅をＢ、前記第２室の幅方向に配列される前記第２容器の数をｍ（ｍは自然数）、前記第２容器の内部空間の幅方向の大きさをＣとした場合に、
前記第２室の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。 The method for producing a gas cell according to the present invention includes:
Preparing a structure including a first chamber and a second chamber communicating with the first chamber via a communication hole;
Storing a first container in which the material of the organic film is stored and a second container in which the alkali metal is stored in the second chamber;
Heating the structure, filling the vaporized material of the organic film into the first chamber, and forming an organic film on the inner wall of the first chamber;
Irradiating the second container with laser light to destroy the second container and filling the vaporized alkali metal into the first chamber;
Including
The width of the first container is A, the number of the first containers arranged in the width direction of the second chamber is n (n is a natural number), the width of the second container is B, and the width direction of the second chamber When the number of the second containers arranged in m is m (m is a natural number) and the size in the width direction of the internal space of the second container is C,
The width W of the second chamber is in the range of n × A + m × B ≦ W ≦ n × A + m × B + C / 2.

このようなガスセルの製造方法では、レーザー光を照射してアルカリ金属が収容された第２容器を破壊する工程において、第２室の幅方向における第２容器の位置ずれを第２容器の内部空間の幅の半分以下にできる。したがって、このようなガスセルの製造方法では、確実に第２容器を破壊してアルカリ金属を拡散させることができるため、歩留まりの低下を抑制して生産性を向上できる。   In such a gas cell manufacturing method, in the step of destroying the second container containing the alkali metal by irradiating the laser beam, the displacement of the second container in the width direction of the second chamber is detected. It can be less than half of the width. Therefore, in such a gas cell manufacturing method, the second container can be surely destroyed and the alkali metal can be diffused, so that the yield can be suppressed and the productivity can be improved.

本実施形態に係る磁場計測装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the magnetic field measuring device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る磁場計測装置のガスセルを模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the gas cell of the magnetic field measuring apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る磁場計測装置のガスセルを模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the gas cell of the magnetic field measuring apparatus which concerns on this embodiment. 第１容器を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows a 1st container typically. 第１容器を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows a 1st container typically. 第２容器を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows a 2nd container typically. 第２容器を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows a 2nd container typically. ガスセルの製造方法の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the manufacturing method of a gas cell. ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a gas cell typically. ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a gas cell typically. ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a gas cell typically. ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a gas cell typically. ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a gas cell typically. ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a gas cell typically. ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a gas cell typically. ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of a gas cell typically. ガスセルの変形例を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of a gas cell typically.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

１． 磁場計測装置の構成
まず、本実施形態に係る磁場計測装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る磁場計測装置１００の構成を示すブロック図である。 1. Configuration of Magnetic Field Measurement Device First, the configuration of the magnetic field measurement device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a magnetic field measurement apparatus 100 according to the present embodiment.

本実施形態に係る磁場計測装置１００は、非線形光学回転（Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｏｔａｔｉｏｎ：ＮＭＯＲ）を用いた磁場計測装置である。磁場計測装置１００は、例えば、心臓からの磁場（心磁）や脳からの磁場（脳磁）などの生体から発せら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。磁場計測装置１００は、金属探知機などにも用いることができる。   The magnetic field measurement apparatus 100 according to the present embodiment is a magnetic field measurement apparatus that uses nonlinear optical rotation (NMOR). The magnetic field measurement apparatus 100 is, for example, a biological state measurement apparatus (such as a magnetocardiograph or a magnetoencephalograph) that measures a minute magnetic field emitted from a living body such as a magnetic field from the heart (magnetomagnetic field) or a magnetic field from the brain (magnetomagnetic field). Used. The magnetic field measurement apparatus 100 can also be used for a metal detector or the like.

磁場計測装置１００は、本発明に係るガスセルを含む。以下では、本発明に係るガスセルとして、ガスセル１０を用いた例について説明する。   The magnetic field measurement apparatus 100 includes a gas cell according to the present invention. Below, the example using the gas cell 10 is demonstrated as a gas cell which concerns on this invention.

磁場計測装置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（ＰＤ）７と、信号処理回路８と、表示装置９と、を含んで構成されている。ガスセル１０内には、アルカリ金属ガス（気体のアルカリ金属）が収容されている。アルカリ金属としては、例えば、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）などを用いることができる。以下では、アルカリ金属としてセシウムを用いる場合を例に取り説明する。   The magnetic field measuring apparatus 100 includes a light source 1, an optical fiber 2, a connector 3, a polarizing plate 4, a gas cell 10, a polarization separator 5, a photo detector (PD) 6, and a photo detector (PD). ) 7, a signal processing circuit 8, and a display device 9. In the gas cell 10, an alkali metal gas (gaseous alkali metal) is accommodated. As the alkali metal, for example, cesium (Cs), rubidium (Rb), potassium (K), sodium (Na), or the like can be used. Hereinafter, a case where cesium is used as the alkali metal will be described as an example.

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。   The light source 1 is a device that outputs a laser beam having a wavelength corresponding to the absorption line of cesium (for example, 894 nm corresponding to the D1 line), for example, a tunable laser. The laser beam output from the light source 1 is so-called CW (Continuous Wave) light having a constant light amount continuously.

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。   The optical fiber 2 is a member that guides the laser beam output from the light source 1 to the gas cell 10 side. For the optical fiber 2, for example, a single mode optical fiber that propagates only the fundamental mode is used.

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、例えば、ねじ込み式で、光ファイバー２を偏光板４に接続する。   The connector 3 is a member for connecting the optical fiber 2 to the polarizing plate 4. The connector 3 is, for example, a screw-in type, and connects the optical fiber 2 to the polarizing plate 4.

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。   The polarizing plate 4 is an element that polarizes the laser beam in a specific direction to make it linearly polarized light.

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）には気体のアルカリ金属（アルカリ金属の蒸気）が収容されている。ガスセル１０の構成については、後述する。   The gas cell 10 is a box (cell) having a gap inside, and gaseous alkali metal (alkali metal vapor) is accommodated in the gap (main chamber 14 shown in FIG. 2). The configuration of the gas cell 10 will be described later.

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。   The polarization separator 5 is an element that separates an incident laser beam into beams of two polarization components orthogonal to each other. The polarization separator 5 is, for example, a Wollaston prism or a polarization beam splitter.

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。   The photodetector 6 and the photodetector 7 are detectors sensitive to the wavelength of the laser beam, and output a current corresponding to the amount of incident light to the signal processing circuit 8. It is desirable that the photodetector 6 and the photodetector 7 are made of a non-magnetic material because they themselves may affect the measurement when a magnetic field is generated. The photodetector 6 and the photodetector 7 are disposed on the same side (downstream side) as the polarization separator 5 as viewed from the gas cell 10.

磁場計測装置１００において、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、上流側から下流側に向かって、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。   In the magnetic field measuring apparatus 100, the light source 1 is located at the uppermost stream of the laser beam path. Hereinafter, the optical fiber 2, the connector 3, the polarizing plate 4, the gas cell 10, the polarization separator 5, from the upstream side toward the downstream side, And the photodetectors 6 and 7 are arranged in this order.

磁場計測装置１００における各部の動作を説明する。   The operation of each part in the magnetic field measurement apparatus 100 will be described.

光源１から出力されたレーザービームは、光ファイバー２に導かれて偏光板４に到達する。偏光板４によってレーザービームは、偏光度がより高い直線偏光になる。ガスセル１０において、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の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、それぞれ光検出器６および光検出器７で計測（プロービング）される。   The laser beam output from the light source 1 is guided to the optical fiber 2 and reaches the polarizing plate 4. The polarizing plate 4 makes the laser beam linearly polarized light with a higher degree of polarization. In the gas cell 10, the laser beam excites (optically pumps) alkali metal atoms sealed in the gas cell 10. At this time, the polarization plane of the laser beam rotates due to the rotation of the polarization plane according to the strength of the magnetic field. The laser beam transmitted through the gas cell 10 is separated into two polarized component beams by the polarization separator 5. The light amounts of the two polarization component beams are measured (probing) by the photodetector 6 and the photodetector 7, respectively.

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求める。また、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求める。表示装置９は、信号処理回路８で求められた磁場の強さを表示する。   The signal processing circuit 8 receives from each of the signals indicating the light amounts of the beams measured by the photodetector 6 and the photodetector 7. The signal processing circuit 8 obtains the rotation angle of the polarization plane of the laser beam based on each received signal. Further, the signal processing circuit 8 obtains the strength of the magnetic field in the propagation direction of the laser beam from the rotation angle of the polarization plane. The display device 9 displays the strength of the magnetic field obtained by the signal processing circuit 8.

２． ガスセルの構成
次に、本実施形態に係る磁場計測装置１００のガスセル１０の構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る磁場計測装置１００のガスセル１０を模式的に示す断面図である。図３は、本実施形態に係る磁場計測装置１００のガスセル１０を模式的に示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、図２および図３には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。 2. Next, the configuration of the gas cell 10 of the magnetic field measurement apparatus 100 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the gas cell 10 of the magnetic field measurement apparatus 100 according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2 schematically showing the gas cell 10 of the magnetic field measurement apparatus 100 according to the present embodiment. 2 and 3 show the X axis, the Y axis, and the Z axis as three axes orthogonal to each other.

ガスセル１０は、セル本体１２と、封止栓１９と、を含んで構成されている。   The gas cell 10 includes a cell body 12 and a sealing plug 19.

セル本体１２の材質は、耐熱性に優れ、紫外光領域での吸収が小さい石英が望ましい。セル本体１２は、例えば、石英板を貼り合わせることで形成することができる。セル本体１２を構成する石英板の厚さは、例えば、１．５ｍｍ程度である。   The material of the cell body 12 is preferably quartz, which has excellent heat resistance and low absorption in the ultraviolet region. The cell body 12 can be formed, for example, by bonding a quartz plate. The thickness of the quartz plate constituting the cell body 12 is, for example, about 1.5 mm.

セル本体１２は、主室（第１室）１４と、連通孔１５と、リザーバー（第２室）１６と、投入口１８と、を備えている。   The cell body 12 includes a main chamber (first chamber) 14, a communication hole 15, a reservoir (second chamber) 16, and an input port 18.

主室１４には、アルカリ金属ガス５０（気体のアルカリ金属）が収容されている。主室１４に収容されるアルカリ金属がセシウムである場合、セシウムの融点は約２８℃であるため、磁場計測装置１００は、ガスセル１０の温度が室温付近でも動作が可能となる。例えば、主室１４に収容されるアルカリ金属がルビジウムである場合、ルビジウムの融点は約３７℃であるため、磁場計測装置１００は、動作時にはヒーター等でガスセル１０を加熱する必要がある。   The main chamber 14 contains an alkali metal gas 50 (gaseous alkali metal). When the alkali metal accommodated in the main chamber 14 is cesium, since the melting point of cesium is about 28 ° C., the magnetic field measuring apparatus 100 can operate even when the temperature of the gas cell 10 is near room temperature. For example, when the alkali metal accommodated in the main chamber 14 is rubidium, since the melting point of rubidium is about 37 ° C., the magnetic field measuring apparatus 100 needs to heat the gas cell 10 with a heater or the like during operation.

主室１４の内壁には、有機膜１１（コーティング膜）が形成されている。有機膜１１は、例えば、直鎖状の分子構造を有する炭化水素、例えばパラフィンにより構成される。すなわち、有機膜１１は、例えば、パラフィンの膜である。パラフィンは、炭素数が２０以上のアルカン（一般式がＣｎＨ２ｎ＋２の鎖式飽和炭化水素）をいう。有機膜１１は、例えば、鎖式飽和炭化水素（ＣｎＨ２ｎ＋２）のうち炭素数ｎが２０〜１００のものが好ましく、より好ましくは炭素数ｎが５０程度である。有機膜１１は、主室１４内のアルカリ金属原子が主室１４の内壁に衝突したときの挙動の変化（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。 An organic film 11 (coating film) is formed on the inner wall of the main chamber 14. The organic film 11 is made of, for example, a hydrocarbon having a linear molecular structure, such as paraffin. That is, the organic film 11 is a paraffin film, for example. Paraffin refers to an alkane having 20 or more carbon atoms (chain saturated hydrocarbon having a general formula of C n H 2n + 2 ). The organic film 11 preferably has, for example, a chain saturated hydrocarbon (C n H 2n + 2 ) having 20 to 100 carbon atoms, more preferably about 50 carbon atoms. The organic film 11 has a function of suppressing or reducing a change in behavior (for example, a change in spin) when an alkali metal atom in the main chamber 14 collides with the inner wall of the main chamber 14.

リザーバー１６は、連通孔１５を介して主室１４に連通している。リザーバー１６と主室１４とは、Ｙ軸に沿って配置されており、Ｙ軸に沿って延在する連通孔１５によって接続されている。連通孔１５は、主室１４に収容されているアルカリ金属ガス５０が主室１４からリザーバー１６に戻る割合が小さくなるような大きさに形成されている。   The reservoir 16 communicates with the main chamber 14 through the communication hole 15. The reservoir 16 and the main chamber 14 are disposed along the Y axis, and are connected by a communication hole 15 extending along the Y axis. The communication hole 15 is formed in such a size that the rate at which the alkali metal gas 50 accommodated in the main chamber 14 returns from the main chamber 14 to the reservoir 16 is reduced.

リザーバー１６には、有機膜１１の材料（有機材料）が収容されていた第１容器２０と、アルカリ金属が収容されていた第２容器３０と、が収容されている。すなわち、磁場計測装置１００において、第１容器２０には有機材料は収容されておらず、第２容器３０にはアルカリ金属は収容されていない。なお、図２では、便宜上、第１容器２０および第２容器３０を簡略化して図示している。第１容器２０および第２容器３０の構成については後述する。   The reservoir 16 accommodates a first container 20 in which the material (organic material) of the organic film 11 is accommodated, and a second container 30 in which an alkali metal is accommodated. That is, in the magnetic field measuring apparatus 100, the first container 20 does not contain an organic material, and the second container 30 does not contain an alkali metal. In FIG. 2, the first container 20 and the second container 30 are illustrated in a simplified manner for convenience. The configuration of the first container 20 and the second container 30 will be described later.

図示の例では、リザーバー１６には、第１容器２０が５個、第２容器３０が１個収容されているが、リザーバー１６に収容される第１容器２０の数、および第２容器３０の数は特に限定されない。リザーバー１６には、少なくとも第１容器２０および第２容器３０が１つずつあればよい。   In the illustrated example, the reservoir 16 contains five first containers 20 and one second container 30, but the number of first containers 20 contained in the reservoir 16 and the number of second containers 30 are as follows. The number is not particularly limited. There may be at least one first container 20 and one second container 30 in the reservoir 16.

リザーバー１６には、複数（図示の例では５個）の第１容器２０および第２容器３０がリザーバー１６の幅方向であるＸ軸方向に配列されている。リザーバー１６において、第１容器２０は、第１容器２０の幅方向がＸ軸方向、第１容器２０の長さ方向（長手方向）がＹ軸方向となるように配置されている。同様に、リザーバー１６において、第２容器３０は、第２容器３０の幅方向がＸ軸方向、第２容器３０の長さ方向（長手方向）がＹ軸方向となるように配置されている。   In the reservoir 16, a plurality (five in the illustrated example) of the first container 20 and the second container 30 are arranged in the X-axis direction that is the width direction of the reservoir 16. In the reservoir 16, the first container 20 is disposed such that the width direction of the first container 20 is the X-axis direction and the length direction (longitudinal direction) of the first container 20 is the Y-axis direction. Similarly, in the reservoir 16, the second container 30 is disposed such that the width direction of the second container 30 is the X-axis direction and the length direction (longitudinal direction) of the second container 30 is the Y-axis direction.

図２に示すように、第１容器２０の幅をＡ、リザーバー１６の幅方向（すなわちＸ軸方向）に配列されている第１容器２０の数をｎ（ｎは自然数）、第２容器３０の幅をＢ、リザーバー１６の幅方向（すなわちＸ軸方向）に配列されている第２容器３０の数をｍ（ｍは自然数）、第２容器３０の内部空間３２の幅方向（Ｘ軸方向）の大きさをＣとした場合に、リザーバー１６の幅Ｗ（すなわちＸ軸方向の大きさ）は、次式の範囲である。   As shown in FIG. 2, the width of the first container 20 is A, the number of the first containers 20 arranged in the width direction of the reservoir 16 (that is, the X-axis direction) is n (n is a natural number), and the second container 30. Is the width B, the number of the second containers 30 arranged in the width direction of the reservoir 16 (that is, the X-axis direction) is m (m is a natural number), and the width direction of the internal space 32 of the second container 30 (the X-axis direction) ) Is C, the width W of the reservoir 16 (that is, the size in the X-axis direction) is in the range of the following equation.

ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２   n × A + m × B ≦ W ≦ n × A + m × B + C / 2

リザーバー１６の幅Ｗが上記の範囲であることにより、後述するように、レーザー光を照射して第２容器３０を破壊する工程において、第２容器３０を安定に保持できる。   When the width W of the reservoir 16 is in the above range, as described later, the second container 30 can be stably held in the step of irradiating the laser beam to destroy the second container 30.

リザーバー１６のＹ軸方向の大きさは、第１容器２０のＹ軸方向の大きさおよび第２容器３０のＹ軸方向の大きさよりも大きければ特に限定されない。   The size of the reservoir 16 in the Y-axis direction is not particularly limited as long as it is larger than the size of the first container 20 in the Y-axis direction and the size of the second container 30 in the Y-axis direction.

投入口１８は、第１容器２０および第２容器３０を外部からリザーバー１６に導入するための入口である。投入口１８は、第１容器２０および第２容器３０を通過させることができれば、その大きさは特に限定されない。   The input port 18 is an inlet for introducing the first container 20 and the second container 30 into the reservoir 16 from the outside. The size of the input port 18 is not particularly limited as long as the first container 20 and the second container 30 can pass therethrough.

封止栓１９は、投入口１８を密封している。これにより、セル本体１２内の空間（主室１４、連通孔１５、リザーバー１６、投入口１８）を気密にできる。封止栓１９の材質は、例えば、石英ガラスである。封止栓１９の材質は、セル本体１２の材質と同じであってもよい。封止栓１９は、例えば、低融点ガラスの粉末（ガラスフリット）を用いてセル本体１２に接合される。   The sealing plug 19 seals the insertion port 18. Thereby, the space (the main chamber 14, the communication hole 15, the reservoir | reserver 16, and the insertion port 18) in the cell main body 12 can be made airtight. The material of the sealing plug 19 is, for example, quartz glass. The material of the sealing plug 19 may be the same as the material of the cell body 12. The sealing plug 19 is bonded to the cell body 12 using, for example, low melting point glass powder (glass frit).

３． 第１容器の構成
次に、リザーバー１６に収容されている第１容器２０の構成について、図面を参照しながら説明する。図４は、第１容器２０を模式的に示す断面図である。図５は、第１容器２０を模式的に示す図４のＶ−Ｖ線断面図である。なお、図４および図５には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。 3. Next, the configuration of the first container 20 accommodated in the reservoir 16 will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the first container 20. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4 schematically showing the first container 20. 4 and 5 illustrate an X axis, a Y axis, and a Z axis as three axes orthogonal to each other.

第１容器２０は、有機膜１１の材料を収容するための容器であるが、ガスセル１０が磁場計測装置１００に搭載されている状態において（すなわち、ガスセル１０が機能を発揮できる状態において）、第１容器２０には有機膜１１の材料は収容されていない。   The first container 20 is a container for containing the material of the organic film 11, but in a state where the gas cell 10 is mounted on the magnetic field measuring device 100 (that is, in a state where the gas cell 10 can perform its function), One container 20 does not contain the material of the organic film 11.

第１容器２０は、筒状の細管である。図示の例では、第１容器２０の形状は、Ｙ軸に沿った中心軸を有する円筒状である。第１容器２０は、両端部にそれぞれ開口を有している。すなわち、第１容器２０の内部空間２２は、開口を介して、外部（リザーバー１６）に接続されている。第１容器２０の内部空間２２は、有機膜１１の材料を収容するための空間である。   The first container 20 is a cylindrical thin tube. In the illustrated example, the shape of the first container 20 is a cylindrical shape having a central axis along the Y axis. The first container 20 has openings at both ends. That is, the internal space 22 of the first container 20 is connected to the outside (reservoir 16) through the opening. The internal space 22 of the first container 20 is a space for accommodating the material of the organic film 11.

第１容器２０の幅Ａ（すなわち第１容器２０の外径）は、有機膜１１の材料を収容するための容器として機能する限り限定されない。第１容器２０の幅Ａは、例えば、２ｍｍ以上３ｍｍ以下である。第１容器２０の幅Ａは、第１容器２０をリザーバー１６に収容したときの第１容器２０のＸ軸方向の大きさである。また、第１容器２０の内径は、有機膜１１の材料を収容するための容器として機能する限り限定されない。第１容器２０の内径は、例えば、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。第１容器２０の内径を０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度にすることで、有機膜１１の材料を第１容器２０に充填する際に毛細管現象を利用できる。   The width A of the first container 20 (that is, the outer diameter of the first container 20) is not limited as long as it functions as a container for accommodating the material of the organic film 11. The width A of the first container 20 is, for example, not less than 2 mm and not more than 3 mm. The width A of the first container 20 is the size of the first container 20 in the X-axis direction when the first container 20 is accommodated in the reservoir 16. Further, the inner diameter of the first container 20 is not limited as long as it functions as a container for accommodating the material of the organic film 11. The inner diameter of the first container 20 is, for example, not less than 0.1 mm and not more than 0.3 mm. By setting the inner diameter of the first container 20 to about 0.1 mm or more and 0.3 mm or less, a capillary phenomenon can be used when the material of the organic film 11 is filled in the first container 20.

第１容器２０の材質は、例えば、ガラス、石英などの耐熱性を有する無機材料である。また、第１容器２０の材質は、ガラス、石英など磁化されにくいものが望ましい。第１容器２０の材質は、例えば、ホウケイ酸ガラスである。   The material of the first container 20 is an inorganic material having heat resistance such as glass or quartz. The material of the first container 20 is preferably a material that is not easily magnetized, such as glass or quartz. The material of the first container 20 is, for example, borosilicate glass.

なお、第１容器２０の形状は、有機膜１１の材料を収容可能であれば、図４および図５に示す形状に限定されない。   The shape of the first container 20 is not limited to the shape shown in FIGS. 4 and 5 as long as the material of the organic film 11 can be accommodated.

４． 第２容器の構成
次に、リザーバー１６に収容されている第２容器３０の構成について、図面を参照しながら説明する。図６は、第２容器３０を模式的に示す断面図である。図７は、第２容器３０を模式的に示す図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。なお、図６および図７には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。 4). Next, the configuration of the second container 30 housed in the reservoir 16 will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the second container 30. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 6 schematically showing the second container 30. 6 and 7 show the X axis, the Y axis, and the Z axis as three axes orthogonal to each other.

第２容器３０は、アルカリ金属を収容するための容器（アンプル）であるが、ガスセル１０が磁場計測装置１００に搭載されている状態において（すなわち、ガスセル１０が機能を発揮できる状態において）、第２容器３０にはアルカリ金属は収容されていない。   The second container 30 is a container (an ampoule) for containing an alkali metal, but in a state where the gas cell 10 is mounted on the magnetic field measuring apparatus 100 (that is, in a state where the gas cell 10 can function), The two containers 30 do not contain alkali metal.

第２容器３０は、中空状のガラス管であり、その両端部が溶着されている。図示の例では、第２容器３０の両端部は半球状であるが、その形状は特に限定されない。第２容器３０は、Ｙ軸方向に長手方向を有している。   The second container 30 is a hollow glass tube, and both ends thereof are welded. In the illustrated example, both ends of the second container 30 are hemispherical, but the shape is not particularly limited. The second container 30 has a longitudinal direction in the Y-axis direction.

第２容器３０には、第２容器３０の内部空間３２とリザーバー１６とを接続する開口部３４が形成されている。すなわち、第２容器３０の内部空間３２は、開口部３４を介してリザーバー１６に接続されている。開口部３４は、後述するレーザー光の照射により第２容器３０を破壊する工程で形成される。開口部３４は、図示の例では、第２容器３０を貫通して内部空間３２とリザーバー１６とを接続する貫通孔である。なお、開口部３４は、図示はしないが、レーザー光の照射により第２容器３０に生じた亀裂であってもよいし、レーザー光の照射により第２容器３０が分断されて生じた開口であってもよい。また、図示の例では、第２容器３０に１つの開口部３４が形成されているが、第２容器３０に複数の開口部３４が形成されていてもよい。   The second container 30 has an opening 34 that connects the internal space 32 of the second container 30 and the reservoir 16. That is, the internal space 32 of the second container 30 is connected to the reservoir 16 through the opening 34. The opening 34 is formed in a step of destroying the second container 30 by irradiation with laser light to be described later. In the illustrated example, the opening 34 is a through-hole that penetrates the second container 30 and connects the internal space 32 and the reservoir 16. Although not shown, the opening 34 may be a crack generated in the second container 30 by the laser light irradiation, or may be an opening generated by dividing the second container 30 by the laser light irradiation. May be. In the illustrated example, one opening 34 is formed in the second container 30, but a plurality of openings 34 may be formed in the second container 30.

第２容器３０の幅Ｂ（すなわち第２容器３０の外径）は、アルカリ金属を収容するための容器として機能する限り限定されない。第２容器３０の幅Ｂは、例えば、２ｍｍ以上３ｍｍ以下である。第２容器３０の幅Ｂは、第２容器３０をリザーバー１６に収容したときの第２容器３０のＸ軸方向の大きさである。また、第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃ（すなわち第２容器３０の内径）は、アルカリ金属を収容するための容器として機能する限り限定されない。第２容器３０の内部空間の幅Ｃは、例えば、１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃは、第２容器３０をリザーバー１６に収容したときの第２容器３０の内部空間３２のＸ軸方向の大きさである。   The width B of the second container 30 (that is, the outer diameter of the second container 30) is not limited as long as it functions as a container for containing an alkali metal. The width B of the second container 30 is, for example, 2 mm or more and 3 mm or less. The width B of the second container 30 is the size of the second container 30 in the X-axis direction when the second container 30 is accommodated in the reservoir 16. In addition, the width C of the internal space 32 of the second container 30 (that is, the inner diameter of the second container 30) is not limited as long as it functions as a container for containing an alkali metal. The width C of the internal space of the second container 30 is, for example, 1 mm or more and 2.5 mm or less. The width C of the internal space 32 of the second container 30 is the size of the internal space 32 of the second container 30 in the X-axis direction when the second container 30 is accommodated in the reservoir 16.

第２容器３０の幅Ｂは、第１容器２０の幅Ａと同じであってもよい。すなわち、第２容器３０の外径は、第１容器２０の外径と同じであってもよい。   The width B of the second container 30 may be the same as the width A of the first container 20. That is, the outer diameter of the second container 30 may be the same as the outer diameter of the first container 20.

第２容器３０の材質は、例えば、ガラス、石英などの耐熱性を有する無機材料である。また、第２容器３０の材質は、ガラス、石英など磁化されにくいものが望ましい。第２容器３０の材質は、例えば、ホウケイ酸ガラスである。第２容器３０の材質は、第１容器２０の材質と同じであってもよい。   The material of the second container 30 is a heat-resistant inorganic material such as glass or quartz. The material of the second container 30 is preferably a material that is not easily magnetized, such as glass or quartz. The material of the second container 30 is, for example, borosilicate glass. The material of the second container 30 may be the same as the material of the first container 20.

５． ガスセルの製造方法
次に、ガスセル１０の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図８は、ガスセル１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。図９〜図１６は、ガスセル１０の製造工程を模式的に示す断面図である。 5. Next, a method for manufacturing the gas cell 10 will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing the gas cell 10. 9-16 is sectional drawing which shows the manufacturing process of the gas cell 10 typically.

図９および図１０に示すように、主室１４とリザーバー１６とを備えた構造体（セル本体）１２を準備する（ステップＳ１０）。構造体（セル本体）１２は、例えば、石英板を貼り合わせることで形成することができる。   As shown in FIGS. 9 and 10, a structure (cell body) 12 including a main chamber 14 and a reservoir 16 is prepared (step S10). The structure (cell main body) 12 can be formed, for example, by bonding quartz plates.

図１１および図１２に示すように、リザーバー１６に、有機膜１１の材料（有機材料）１１ａが収容されている第１容器２０、および固体（または液体）のアルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０を収容する（ステップＳ１２）。   As shown in FIGS. 11 and 12, the reservoir 16 contains a first container 20 in which the material (organic material) 11a of the organic film 11 is accommodated, and a first container 20 in which a solid (or liquid) alkali metal 50a is accommodated. Two containers 30 are accommodated (step S12).

本工程（ステップＳ１２）では、まず、有機材料１１ａが収容されている第１容器２０を準備する。第１容器２０への有機材料１１ａの充填は、例えば、毛細管現象を利用して行われる。例えば、有機材料１１ａがペンタコンタン（Ｃ５０Ｈ１０２）である場合、２×１０−６Ｔｏｒｒ程度の真空環境で１５０℃〜２００℃程度で加熱することで、第１容器２０に有機材料１１ａを毛細管現象により充填することができる。有機材料１１ａが収容されている第１容器２０は、有機膜１１を形成するために必要な個数分（図示の例では５個）だけ準備される。 In this step (step S12), first, the first container 20 in which the organic material 11a is accommodated is prepared. The filling of the organic material 11a into the first container 20 is performed using, for example, a capillary phenomenon. For example, when the organic material 11 a is pentacontane (C 50 H 102 ), the organic material 11 a is placed in the first container 20 by heating at about 150 ° C. to 200 ° C. in a vacuum environment of about 2 × 10 −6 Torr. It can be filled by capillary action. The first container 20 in which the organic material 11a is accommodated is prepared by the number necessary for forming the organic film 11 (five in the illustrated example).

次に、アルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０を準備する。アルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０は、例えば、真空状態において、管状のガラス管の内部にアルカリ金属５０ａを充填し、ガラス管の両端を溶着し密封することで得られる。アルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０は、主室１４に所定量のアルカリ金属ガス５０を充填するために必要な個数分（図示の例では１個）だけ準備される。   Next, the 2nd container 30 in which the alkali metal 50a is accommodated is prepared. The second container 30 in which the alkali metal 50a is accommodated is obtained, for example, by filling the inside of a tubular glass tube with the alkali metal 50a in a vacuum state, and welding and sealing both ends of the glass tube. The second container 30 in which the alkali metal 50a is accommodated is prepared by the number (one in the illustrated example) necessary for filling the main chamber 14 with a predetermined amount of the alkali metal gas 50.

次に、真空環境下において、構造体（セル本体）１２を加熱し、脱ガスを行う。脱ガスは、例えば、５×１０−６Ｔｏｒｒ以下の真空環境下で、構造体（セル本体）１２を４００℃に加熱することで行われる。その後、構造体（セル本体）１２は、室温まで冷却される。 Next, in a vacuum environment, the structure (cell body) 12 is heated and degassed. The degassing is performed, for example, by heating the structure (cell body) 12 to 400 ° C. in a vacuum environment of 5 × 10 −6 Torr or less. Thereafter, the structure (cell body) 12 is cooled to room temperature.

次に、有機材料１１ａが収容されている第１容器２０を投入口１８に挿入し、第１容器２０をリザーバー１６に収容する。ここでは、準備した５個の第１容器２０をリザーバー１６に収容する。次に、アルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０を投入口１８に挿入し、第２容器３０をリザーバー１６に収容する。ここでは、準備した１個の第２容器３０をリザーバー１６に収容する。   Next, the first container 20 in which the organic material 11 a is accommodated is inserted into the input port 18, and the first container 20 is accommodated in the reservoir 16. Here, the five prepared first containers 20 are accommodated in the reservoir 16. Next, the second container 30 in which the alkali metal 50 a is accommodated is inserted into the charging port 18, and the second container 30 is accommodated in the reservoir 16. Here, one prepared second container 30 is accommodated in the reservoir 16.

ここで、上述したように、リザーバー１６の幅Ｗ（すなわちＸ軸方向の大きさ）は、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。したがって、リザーバー１６内において、第２容器３０のＸ軸方向の位置ずれは、内部空間３２の幅Ｃの半分以下となる。   Here, as described above, the width W of the reservoir 16 (that is, the size in the X-axis direction) is in the range of n × A + m × B ≦ W ≦ n × A + m × B + C / 2. Therefore, in the reservoir 16, the positional deviation in the X-axis direction of the second container 30 is not more than half of the width C of the internal space 32.

なお、ここでは、５個の第１容器２０を収容した後に第２容器３０を収容したが、後述するレーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊する工程において、リザーバー１６内における第２容器３０の位置を特定できれば、容器を収容する順番は特に限定されない。例えば、あらかじめ決められた順番で、第１容器２０および第２容器３０をリザーバー１６に収容すれば、第２容器３０の位置を特定できる。   Here, the second container 30 is accommodated after the five first containers 20 are accommodated. However, in the step of destroying the second container 30 by irradiating a laser beam L described later, the second container 30 in the reservoir 16 is disposed. If the position of the container 30 can be specified, the order in which the containers are accommodated is not particularly limited. For example, if the first container 20 and the second container 30 are accommodated in the reservoir 16 in a predetermined order, the position of the second container 30 can be specified.

次に、真空環境下（例えば２×１０−６Ｔｏｒｒ程度）において、投入口１８を封止栓１９で密封する。これにより、構造体（セル本体）１２内の空間を、真空状態にすることができる。 Next, the inlet 18 is sealed with a sealing plug 19 in a vacuum environment (for example, about 2 × 10 −6 Torr). Thereby, the space in the structure (cell main body) 12 can be made into a vacuum state.

以上の工程により、リザーバー１６に、有機材料１１ａが収容されている第１容器２０、およびアルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０を収容することができる。   Through the above-described steps, the reservoir 16 can accommodate the first container 20 in which the organic material 11a is accommodated and the second container 30 in which the alkali metal 50a is accommodated.

図１３および図１４に示すように、構造体（セル本体）１２を加熱して、気化した有機材料１１ａを主室１４に充填し、主室１４の内壁に有機膜１１を成膜する（ステップＳ１４）。例えば、リザーバー１６を２３０℃程度で加熱して主室１４に気化した有機材料１１ａを充填し、主室１４の内壁に有機膜１１を成膜する。次に、構造体（セル本体）１２を、２００℃で１０分間加熱した後、徐冷することで有機膜１１の膜厚を均一化する。さらなる均一化を図るために、構造体（セル本体）１２を、８０℃〜２００℃で１〜１０時間加熱してもよい。   As shown in FIGS. 13 and 14, the structure (cell body) 12 is heated to fill the vaporized organic material 11a into the main chamber 14, and the organic film 11 is formed on the inner wall of the main chamber 14 (step). S14). For example, the reservoir 16 is heated at about 230 ° C. and the vaporized organic material 11 a is filled in the main chamber 14, and the organic film 11 is formed on the inner wall of the main chamber 14. Next, the structure (cell body) 12 is heated at 200 ° C. for 10 minutes, and then gradually cooled to make the thickness of the organic film 11 uniform. In order to achieve further homogenization, the structure (cell body) 12 may be heated at 80 ° C. to 200 ° C. for 1 to 10 hours.

図１５および図１６に示すように、レーザー光Ｌを第２容器３０に照射して、第２容器３０を破壊し、気化したアルカリ金属５０ａを主室１４に充填する（ステップＳ１６）。   As shown in FIGS. 15 and 16, the second container 30 is irradiated with the laser beam L, the second container 30 is destroyed, and the vaporized alkali metal 50a is filled in the main chamber 14 (step S16).

図１６に示すように、レーザー光Ｌは、構造体（セル本体）１２を透過して、第２容器３０に照射される。そのため、レーザー光Ｌは、構造体（セル本体）１２に損傷を与えることなく第２容器３０を破壊できる波長のレーザー光が用いられる。レーザー光Ｌは、例えば、パルスレーザー光である。   As shown in FIG. 16, the laser light L passes through the structure (cell body) 12 and is irradiated to the second container 30. Therefore, a laser beam having a wavelength that can destroy the second container 30 without damaging the structure (cell body) 12 is used as the laser beam L. The laser beam L is, for example, a pulsed laser beam.

レーザー光Ｌは、Ｚ軸に沿って照射される。すなわち、レーザー光Ｌは、構造体（セル本体）１２の面に対して垂直に入射する。例えば、レーザー光Ｌを構造体（セル本体）１２の面に対して斜め方向から入射させた場合、レーザー光Ｌが屈折するため、レーザー光Ｌの照射位置の制御が困難になってしまう。   The laser beam L is irradiated along the Z axis. That is, the laser beam L is incident perpendicular to the surface of the structure (cell body) 12. For example, when the laser beam L is incident on the surface of the structure (cell body) 12 from an oblique direction, the laser beam L is refracted, so that it is difficult to control the irradiation position of the laser beam L.

ここで、上述したように、リザーバー１６の幅Ｗ（すなわちＸ軸方向の大きさ）は、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲であるため、リザーバー１６内において、第２容器３０のＸ軸方向の位置ずれを、内部空間３２の幅Ｃの半分以下にできる。したがって、第２容器３０にＸ軸方向の位置ずれが生じたとしても、レーザー光Ｌの照射位置は内部空間３２と重なる位置となるため、確実に第２容器３０を破壊して気化したアルカリ金属５０ａを拡散させることができる。   Here, as described above, the width W of the reservoir 16 (that is, the size in the X-axis direction) is in the range of n × A + m × B ≦ W ≦ n × A + m × B + C / 2. The positional deviation in the X-axis direction of the second container 30 can be made less than half of the width C of the internal space 32. Therefore, even if the second container 30 is displaced in the X-axis direction, the irradiation position of the laser beam L is overlapped with the internal space 32, so that the alkali metal that is reliably vaporized by destroying the second container 30 is obtained. 50a can be diffused.

レーザー光Ｌの照射により、第２容器３０が破壊されて開口部３４が形成される。開口部３４が形成されることにより、第２容器３０の内部空間３２に充填されていたアルカリ金属５０ａから気化したアルカリ金属ガス５０がリザーバー１６に放出される。このアルカリ金属ガス５０は、リザーバー１６から連通孔１５を通って主室１４に拡散する。この結果、図２および図３に示すように、主室１４がアルカリ金属ガス５０で満たされる。   By irradiation with the laser beam L, the second container 30 is broken and the opening 34 is formed. By forming the opening 34, the alkali metal gas 50 vaporized from the alkali metal 50 a filled in the internal space 32 of the second container 30 is released to the reservoir 16. The alkali metal gas 50 diffuses from the reservoir 16 through the communication hole 15 to the main chamber 14. As a result, as shown in FIGS. 2 and 3, the main chamber 14 is filled with the alkali metal gas 50.

以上の工程により、ガスセル１０を製造することができる。   The gas cell 10 can be manufactured by the above process.

ガスセル１０、ガスセル１０の製造方法、および磁場計測装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。   The gas cell 10, the manufacturing method of the gas cell 10, and the magnetic field measuring apparatus 100 have the following features, for example.

ガスセル１０では、第１容器２０の幅をＡ、リザーバー１６の幅方向（Ｘ軸方向）に配列されている第１容器２０の数をｎ、第２容器３０の幅をＢ、リザーバー１６の幅方向（Ｘ軸方向）に配列されている第２容器３０の数をｍ、第２容器３０の内部空間３２の幅方向（Ｘ軸方向）の大きさをＣとした場合に、リザーバー１６の幅Ｗ（すなわちＸ軸方向の大きさ）は、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。そのため、ガスセル１０では、リザーバー１６に収容されている第２容器３０の位置が個体によってばらついたり、レーザー光Ｌの照射による衝撃で第２容器３０が動いてしまったりした場合であっても、第２容器３０のＸ軸方向の位置ずれを第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃの半分以下にできる。このように、ガスセル１０では、レーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊する工程において、第２容器３０を安定に保持することができる。したがって、ガスセル１０では、確実に第２容器３０を破壊してアルカリ金属ガス５０を拡散させることができる。よって、ガスセル１０では、歩留まりの低下を抑制して、生産性を向上できる。   In the gas cell 10, the width of the first container 20 is A, the number of the first containers 20 arranged in the width direction (X-axis direction) of the reservoir 16 is n, the width of the second container 30 is B, and the width of the reservoir 16. The width of the reservoir 16 when the number of the second containers 30 arranged in the direction (X-axis direction) is m and the size in the width direction (X-axis direction) of the internal space 32 of the second container 30 is C. W (that is, the size in the X-axis direction) is in the range of n × A + m × B ≦ W ≦ n × A + m × B + C / 2. Therefore, in the gas cell 10, even if the position of the second container 30 accommodated in the reservoir 16 varies depending on the individual or the second container 30 moves due to the impact of the laser light L irradiation, The positional deviation in the X-axis direction of the two containers 30 can be made less than half of the width C of the internal space 32 of the second container 30. Thus, in the gas cell 10, the second container 30 can be stably held in the step of irradiating the laser light L to destroy the second container 30. Therefore, in the gas cell 10, the second container 30 can be reliably destroyed and the alkali metal gas 50 can be diffused. Therefore, in the gas cell 10, it is possible to improve productivity by suppressing a decrease in yield.

ガスセル１０では、第１容器２０の数が２以上であることにより、有機膜１１を成膜する工程において、より多くの有機材料１１ａを供給することができる。また、ガスセル１０では、第２容器３０の数が１であることにより、例えば第２容器３０の数が複数の場合と比べて、レーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊する工程において、レーザー光Ｌの照射回数を減らすことできる。   In the gas cell 10, since the number of the first containers 20 is two or more, more organic material 11 a can be supplied in the step of forming the organic film 11. Further, in the gas cell 10, since the number of the second containers 30 is 1, for example, in the process of irradiating the laser light L and destroying the second container 30 compared to the case where the number of the second containers 30 is plural. The number of times of laser beam L irradiation can be reduced.

ガスセル１０では、第２容器３０には、第２容器３０の内部空間３２とリザーバー１６とを接続する開口部３４が形成されている。そのため、ガスセル１０では、製造工程において、第２容器３０に収容されていたアルカリ金属５０ａから気化したアルカリ金属ガス５０を、第２容器３０の開口部３４から、リザーバー１６および連通孔１５を介して、主室１４に拡散させることができる。   In the gas cell 10, an opening 34 that connects the internal space 32 of the second container 30 and the reservoir 16 is formed in the second container 30. Therefore, in the gas cell 10, the alkali metal gas 50 evaporated from the alkali metal 50 a accommodated in the second container 30 in the manufacturing process is passed from the opening 34 of the second container 30 through the reservoir 16 and the communication hole 15. Can be diffused into the main chamber 14.

ガスセル１０では、有機膜１１は、パラフィンの膜であるため、主室１４内のアルカリ金属原子が主室１４の内壁に衝突したときの挙動の変化（例えばスピンの変化）を抑制または低減することができる。   In the gas cell 10, since the organic film 11 is a paraffin film, a change in behavior (for example, a change in spin) when an alkali metal atom in the main chamber 14 collides with the inner wall of the main chamber 14 is suppressed or reduced. Can do.

磁場計測装置１００は、ガスセル１０を含むため、生産性を向上できる。   Since the magnetic field measuring apparatus 100 includes the gas cell 10, the productivity can be improved.

ガスセル１０の製造方法では、第２容器３０にレーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊し、気化したアルカリ金属５０ａを主室１４に充填する工程を含み、リザーバー１６の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。そのため、ガスセル１０の製造方法では、上述したように、レーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊する工程において、第２容器３０のＸ軸方向の位置ずれを第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃの半分以下にできる。したがって、ガスセル１０の製造方法では、確実に第２容器３０を破壊してアルカリ金属を拡散させることができるため、歩留まりの低下を抑制して生産性を向上できる。   The manufacturing method of the gas cell 10 includes a step of irradiating the second container 30 with the laser light L to destroy the second container 30 and filling the vaporized alkali metal 50a into the main chamber 14, and the width W of the reservoir 16 is n × A + m × B ≦ W ≦ n × A + m × B + C / 2. Therefore, in the method of manufacturing the gas cell 10, as described above, in the step of irradiating the laser beam L and destroying the second container 30, the positional deviation in the X-axis direction of the second container 30 is detected in the internal space of the second container 30. The width C can be less than half of 32. Therefore, in the method for manufacturing the gas cell 10, the second container 30 can be reliably destroyed and the alkali metal can be diffused, so that the yield can be suppressed and the productivity can be improved.

６． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。 6). Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、有機膜１１がパラフィンの膜である例について説明したが、有機膜１１の材質はこれに限定されない。有機膜１１は、例えば、シラン系の材料からなる膜であってもよい。   For example, in the above-described embodiment, the example in which the organic film 11 is a paraffin film has been described, but the material of the organic film 11 is not limited to this. The organic film 11 may be a film made of a silane material, for example.

また、例えば、上述した実施形態では、図３に示すように、複数の第１容器２０および第２容器３０がＸ軸方向に配列されており、それぞれが重ならないように１段に配置されている例について説明したが、図１７に示すように、容器の列を複数段（図示の例では２段）に重ねて配置してもよい。このとき、リザーバー１６の幅方向（Ｘ軸方向）に配列されている第１容器２０の数ｎおよび第２容器３０の数ｍは、第２容器３０を含む列である２段目に配列された第１容器２０および第２容器３０の数である。すなわち、リザーバー１６の幅Ｗは、２段目に配列された、第１容器２０の数ｎ、第１容器２０の幅Ａ、第２容器３０の数ｍ、第２容器３０の幅Ｂ、第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃで規定される。図１７に示すように、ガスセル１０において容器の列を複数段に重ねることにより、例えば、有機膜１１を成膜する工程において、より多くの有機材料１１ａを供給することができる。   Further, for example, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 3, the plurality of first containers 20 and the second containers 30 are arranged in the X-axis direction, and are arranged in one stage so as not to overlap each other. However, as shown in FIG. 17, the rows of containers may be arranged in a plurality of stages (two stages in the illustrated example). At this time, the number n of the first containers 20 and the number m of the second containers 30 arranged in the width direction (X-axis direction) of the reservoir 16 are arranged in the second row that is a row including the second containers 30. The number of first containers 20 and second containers 30. That is, the width W of the reservoir 16 is the number n of the first containers 20, the width A of the first containers 20, the number m of the second containers 30, the width B of the second containers 30, It is defined by the width C of the internal space 32 of the two containers 30. As illustrated in FIG. 17, by stacking a plurality of rows of containers in the gas cell 10, for example, in the process of forming the organic film 11, more organic material 11 a can be supplied.

また、例えば、上述した実施形態では、本発明に係るガスセルを磁場計測装置に適用した例について説明したが、本発明に係るガスセルを適用できる装置は磁場計測装置に限定されない。例えば、本発明に係るガスセルは原子発振器にも適用できる。本発明に係るガスセルを含み原子発振器によれば、上述した磁場計測装置の例と同様に、生産性を向上できる。   For example, in the above-described embodiment, the example in which the gas cell according to the present invention is applied to the magnetic field measurement apparatus has been described. However, the apparatus to which the gas cell according to the present invention can be applied is not limited to the magnetic field measurement apparatus. For example, the gas cell according to the present invention can also be applied to an atomic oscillator. According to the atomic oscillator including the gas cell according to the present invention, productivity can be improved as in the above-described example of the magnetic field measurement apparatus.

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。   In addition, embodiment mentioned above and a modification are examples, Comprising: It is not necessarily limited to these. For example, each embodiment and each modification can be combined as appropriate.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

１…光源、２…光ファイバー、３…コネクター、４…偏光板、５…偏光分離器、６…光検出器、７…光検出器、８…信号処理回路、９…表示装置、１０…ガスセル、１１…有機膜、１１ａ…有機材料、１２…セル本体、１４…主室、１５…連通孔、１６…リザーバー、１８…投入口、１９…封止栓、２０…第１容器、２２…内部空間、３０…第２容器、３２…内部空間、３４…開口部、５０…アルカリ金属ガス、５０ａ…アルカリ金属、１００…磁場計測装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Optical fiber, 3 ... Connector, 4 ... Polarizing plate, 5 ... Polarization separator, 6 ... Photodetector, 7 ... Photodetector, 8 ... Signal processing circuit, 9 ... Display apparatus, 10 ... Gas cell, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Organic film | membrane, 11a ... Organic material, 12 ... Cell main body, 14 ... Main chamber, 15 ... Communication hole, 16 ... Reservoir, 18 ... Loading port, 19 ... Sealing plug, 20 ... 1st container, 22 ... Internal space 30 ... second container, 32 ... internal space, 34 ... opening, 50 ... alkali metal gas, 50a ... alkali metal, 100 ... magnetic field measuring device

Claims (6)

第１室と、
前記第１室に連通孔を介して連通する第２室と、
を備え、
前記第１室には、気体のアルカリ金属が収容され、
前記第１室の内壁には、有機膜が形成され、
前記第２室には、第１容器と、第２容器と、が収容され、
前記第１容器の幅をＡ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第１容器の数をｎ（ｎは自然数）、前記第２容器の幅をＢ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第２容器の数をｍ（ｍは自然数）、前記第２容器の内部空間の幅方向の大きさをＣとした場合に、
前記第２室の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である、ガスセル。 The first room,
A second chamber communicating with the first chamber through a communication hole;
With
The first chamber contains gaseous alkali metal,
An organic film is formed on the inner wall of the first chamber,
The second chamber contains a first container and a second container,
The width of the first container is A, the number of the first containers arranged in the width direction of the second chamber is n (n is a natural number), the width of the second container is B, and the width of the second chamber. When the number of the second containers arranged in the direction is m (m is a natural number), and the size in the width direction of the internal space of the second container is C,
The width W of the second chamber is a gas cell in a range of n × A + m × B ≦ W ≦ n × A + m × B + C / 2. 請求項１において、
前記第２室の幅方向に配列されている前記第１容器の数ｎは、２以上であり、
前記第２室の幅方向に配列されている前記第２容器の数ｍは、１である、ガスセル。 In claim 1,
The number n of the first containers arranged in the width direction of the second chamber is 2 or more,
The gas cell, wherein the number m of the second containers arranged in the width direction of the second chamber is 1. 請求項１または２において、
前記第２容器には、前記第２容器の内部空間と前記第２室とを接続する開口部が形成されている、ガスセル。 In claim 1 or 2,
A gas cell in which an opening for connecting the internal space of the second container and the second chamber is formed in the second container. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記有機膜は、パラフィンの膜である、ガスセル。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The organic film is a gas cell, which is a paraffin film. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガスセルを含む磁場計測装置。   A magnetic field measurement apparatus including the gas cell according to claim 1. 第１室と、前記第１室に連通孔を介して連通する第２室と、を備えた構造体を準備する工程と、
前記第２室に、有機膜の材料が収容された第１容器およびアルカリ金属が収容された第２容器を収容する工程と、
前記構造体を加熱し、気化した前記有機膜の材料を前記第１室に充填して、前記第１室の内壁に有機膜を成膜する工程と、
前記第２容器にレーザー光を照射して前記第２容器を破壊し、気化した前記アルカリ金属を前記第１室に充填する工程と、
を含み、
前記第１容器の幅をＡ、前記第２室の幅方向に配列される前記第１容器の数をｎ（ｎは自然数）、前記第２容器の幅をＢ、前記第２室の幅方向に配列される前記第２容器の数をｍ（ｍは自然数）、前記第２容器の内部空間の幅方向の大きさをＣとした場合に、
前記第２室の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である、ガスセルの製造方法。 Preparing a structure including a first chamber and a second chamber communicating with the first chamber via a communication hole;
Storing a first container in which the material of the organic film is stored and a second container in which the alkali metal is stored in the second chamber;
Heating the structure, filling the vaporized material of the organic film into the first chamber, and forming an organic film on the inner wall of the first chamber;
Irradiating the second container with laser light to destroy the second container and filling the vaporized alkali metal into the first chamber;
Including
The width of the first container is A, the number of the first containers arranged in the width direction of the second chamber is n (n is a natural number), the width of the second container is B, and the width direction of the second chamber When the number of the second containers arranged in m is m (m is a natural number) and the size in the width direction of the internal space of the second container is C,
The width W of the second chamber is a method for manufacturing a gas cell, which is in a range of n × A + m × B ≦ W ≦ n × A + m × B + C / 2.
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