JP2018132348A - Gas cell, magnetic measuring device, and atomic oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスセル、磁気計測装置、および原子発振器に関する。 The present invention relates to a gas cell, a magnetic measurement device, and an atomic oscillator.
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、閉容器(セル)の壁の内側の面を鎖式飽和炭化水素(パラフィン等)でコーティングし、内部にアルカリ金属ガスを充満させたガスセルの構成が開示されている。コーティング材料の層(以下では、コーティング層という)は、アルカリ金属原子がセルの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。
There is known an optical pumping type magnetic measuring device that irradiates a gas cell filled with an alkali metal gas with linearly polarized light and measures a magnetic field in accordance with a rotation angle of a polarization plane (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、照射された直線偏光がガスセルを透過する際に、ガスセルの壁の表面で光の反射が起きるという課題がある。光の反射によりガスセルを透過する光に損失が生じると、磁場の測定における信号成分が低下する。また、反射された光は迷光となり、磁場の測定におけるノイズ成分となる。その結果、磁場の測定における感度の低下や測定精度の低下を招いてしまう。したがって、セルの壁の表面での反射を効果的に抑えて、高感度かつ高精度で測定できるガスセルが求められている。 However, there is a problem that when the irradiated linearly polarized light passes through the gas cell, light is reflected on the surface of the wall of the gas cell. When a loss occurs in the light transmitted through the gas cell due to the reflection of light, the signal component in the measurement of the magnetic field decreases. Further, the reflected light becomes stray light and becomes a noise component in the measurement of the magnetic field. As a result, the sensitivity in the magnetic field measurement is lowered and the measurement accuracy is lowered. Therefore, there is a need for a gas cell that can effectively suppress reflection on the surface of the cell wall and perform measurement with high sensitivity and high accuracy.
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。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係るガスセルは、壁で構成された閉容器と、前記壁の内側の面に設けられたフッ化マグネシウムを含む反射防止膜と、前記反射防止膜の表面を覆う鎖式飽和炭化水素と、前記閉容器に封入されたアルカリ金属ガスと、を備えたことを特徴とする。 Application Example 1 A gas cell according to this application example covers a closed container formed of walls, an antireflection film containing magnesium fluoride provided on an inner surface of the wall, and a surface of the antireflection film. A chain saturated hydrocarbon and an alkali metal gas sealed in the closed vessel are provided.
本適用例の構成によれば、閉容器を構成する壁の内側の面にフッ化マグネシウムを含む反射防止膜が設けられているので、光が閉容器を透過する際に、入射側の壁の内側の面と射出側の壁の内側の面とにおける光の反射が抑えられる。また、反射防止膜の表面が鎖式飽和炭化水素からなるコーティング層で覆われているので、閉容器に封入されたアルカリ金属原子が閉容器の壁に衝突したときの挙動の変化を抑制または低減できる。これにより、閉容器の内側の面にコーティング層を有するガスセルにおいて、光の反射に起因する感度の低下や測定精度の低下を抑えることができる。 According to the configuration of this application example, since the antireflection film containing magnesium fluoride is provided on the inner surface of the wall constituting the closed container, when light passes through the closed container, Reflection of light on the inner surface and the inner surface of the exit side wall is suppressed. In addition, since the surface of the antireflection film is covered with a coating layer made of chain saturated hydrocarbon, the change in behavior when alkali metal atoms sealed in the closed container collide with the wall of the closed container is suppressed or reduced. it can. Thereby, in the gas cell which has a coating layer in the inner surface of a closed container, the fall of the sensitivity resulting from reflection of light and the fall of a measurement precision can be suppressed.
[適用例2]上記適用例に係るガスセルであって、前記閉容器に入射する光の波長をλとし、前記鎖式飽和炭化水素の光学膜厚をndcとしたとき、前記フッ化マグネシウムの係数Aは数式1で表され、前記フッ化マグネシウムの光学膜厚ndfは数式2で表されることが好ましい。
A=−1.1067ndc+0.2488・・・(1)
ndf=0.25qλ−(0.25−A)λ・・・(2)
ただし、数式2において、qは奇数(1,3,5・・・)である。
Application Example 2 In the gas cell according to the application example, when the wavelength of light incident on the closed vessel is λ and the optical film thickness of the chain saturated hydrocarbon is nd c , The coefficient A is represented by
A = −1.1067 nd c +0.2488 (1)
nd f = 0.25qλ− (0.25−A) λ (2)
However, in Formula 2, q is an odd number (1, 3, 5,...).
本適用例の構成によれば、数式1および数式2を用いて、反射防止膜の表面がコーティング層で覆われた構成において、コーティング層の光学膜厚ndcに対応して反射を効果的に抑えるために適したフッ化マグネシウムの膜の光学膜厚を算出することができる。 According to the configuration of this application example, in the configuration in which the surface of the antireflection film is covered with the coating layer using Formula 1 and Formula 2, reflection is effectively performed according to the optical film thickness nd c of the coating layer. The optical film thickness of the magnesium fluoride film suitable for the suppression can be calculated.
[適用例3]上記適用例に係るガスセルであって、前記反射防止膜は、前記壁の外側の面にも設けられていることが好ましい。 Application Example 3 In the gas cell according to the application example, it is preferable that the antireflection film is also provided on an outer surface of the wall.
本適用例の構成によれば、閉容器を構成する壁の外側の面にも反射防止膜が設けられているので、光が閉容器を透過する際に、入射側の壁の内側の面と射出側の壁の内側の面とに加えて、入射側の壁の外側の面と射出側の壁の外側の面とにおける光の反射も抑えられる。これにより、ガスセルにおいて、光の反射に起因する感度の低下や測定精度の低下をより効果的に抑えることができる。 According to the configuration of this application example, since the antireflection film is also provided on the outer surface of the wall constituting the closed container, when light passes through the closed container, the inner surface of the incident-side wall In addition to the inner surface of the exit wall, reflection of light on the outer surface of the entrance wall and the outer surface of the exit wall is also suppressed. Thereby, in a gas cell, the fall of the sensitivity resulting from reflection of light and the fall of measurement accuracy can be suppressed more effectively.
[適用例4]上記適用例に係るガスセルであって、前記反射防止膜は、誘電体単層膜であってもよい。 Application Example 4 In the gas cell according to the application example described above, the antireflection film may be a dielectric single layer film.
本適用例の構成によれば、反射防止膜が誘電体単層膜であるので、誘電体多層膜の場合よりも反射防止膜を容易に形成できる。 According to the configuration of this application example, since the antireflection film is a dielectric single layer film, the antireflection film can be formed more easily than in the case of a dielectric multilayer film.
[適用例5]上記適用例に係るガスセルであって、前記反射防止膜は、誘電体多層膜であってもよい。 Application Example 5 In the gas cell according to the application example described above, the antireflection film may be a dielectric multilayer film.
本適用例の構成によれば、反射防止膜が誘電体多層膜であるので、誘電体単層膜の場合よりも反射率を低下させることが可能となる。 According to the configuration of this application example, since the antireflection film is a dielectric multilayer film, the reflectance can be lowered as compared with the case of the dielectric single layer film.
[適用例6]本適用例に係る磁気計測装置は、上記に記載のガスセルを備えたことを特徴とする。 Application Example 6 A magnetic measurement apparatus according to this application example includes the gas cell described above.
本適用例の構成によれば、高感度かつ高精度で磁気を測定可能な磁気計測装置を提供できる。 According to the configuration of this application example, it is possible to provide a magnetic measurement device capable of measuring magnetism with high sensitivity and high accuracy.
[適用例7]本適用例に係る原子発振器は、上記に記載のガスセルを備えたことを特徴とする。 Application Example 7 An atomic oscillator according to this application example includes the gas cell described above.
本適用例の構成によれば、高精度な原子発振器を提供できる。 According to the configuration of this application example, a highly accurate atomic oscillator can be provided.
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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. The drawings to be used are appropriately enlarged, reduced or exaggerated so that the part to be described can be recognized. In addition, illustrations of components other than those necessary for the description may be omitted.
(第1の実施形態)
<磁気計測装置>
第1の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、第1の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。第1の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。
(First embodiment)
<Magnetic measuring device>
The configuration of the magnetic measurement apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the magnetic measurement apparatus according to the first embodiment. The
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。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。
As shown in FIG. 1, the
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
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。
The
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。
The
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。
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. The
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。
The arrangement of each part in the
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。
The laser beam output from the
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。
The signal processing circuit 8 receives from each of the signals indicating the light amounts of the beams measured by the
続いて、第1の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から図5を参照して説明する。 Then, the structure of the ampule used for the gas cell which concerns on 1st Embodiment, and a gas cell is demonstrated with reference to FIGS.
<ガスセル>
図2は、第1の実施形態に係るガスセルの長手方向に沿った側断面図である。図3は、図2のA−A’線に沿った平断面図である。図2および図3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(後述する主室14とリザーバー16とが並ぶ方向)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3における右側を+Y方向とする。
<Gas cell>
FIG. 2 is a side sectional view along the longitudinal direction of the gas cell according to the first embodiment. 3 is a cross-sectional plan view taken along the line AA ′ of FIG. 2 and 3, the height direction of the
図2に示すように、第1の実施形態に係るガスセル10は、閉容器としてのセル12とリッド19とを備えている。セル12は、壁11で構成された内部に空隙を有する箱(セル)である。壁11は、例えば、石英ガラスなどからなるガラス板部材である。壁11(ガラス板部材)の厚さは、1mm〜5mmであり、例えば、1.5mm程度である。
As shown in FIG. 2, the
セル12は、内部の空隙として、主室14と、X軸方向を長手方向とするリザーバー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。図示しないが、連通孔15をX軸方向に沿って見た形状は、例えば円形状である。連通孔15の内径は、例えば、0.4mm〜1mm程度である。
The
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。
The cell 12 (the
リザーバー16内には、アンプル20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、アンプル20内に充填されていたアルカリ金属固体24(図4参照)が蒸発(ガス化)したものである。アンプル20の構成については後述する。
An
セル12の壁11の内側には、膜状のコーティング層32が配置されている。コーティング層32は、アルカリ金属原子がセル12(主室14)の壁11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。コーティング層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。パラフィンの一例として、例えば、化学式(CH3(CH2)36CH3)で示されるオクタトリアコンタンを用いることができる。
A film-
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、開口部18が設けられている。開口部18をX軸方向に沿って見た形状は、例えば円形状である。開口部18の内径は、例えば、0.4mm〜1.5mm程度である。開口部18は、封止部材30を介してセル12に接合されたリッド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。
An
図3では、セル12の長手方向が図3における上下方向に沿うように図示している。図3に示すように、主室14の側部(X−Z平面に沿った部分)の壁11の内側の面112および面113には、反射防止膜50aが設けられている。反射防止膜50aの表面は、コーティング層32に覆われている。また、主室14の側部の壁11の外側の面111および面114には、反射防止膜50bが設けられている。
In FIG. 3, the longitudinal direction of the
磁気計測装置100(図1参照)において、レーザービームLbは、図3におけるY軸方向に沿って、−Y方向側から+Y方向側へ照射される。レーザービームLbの照射方向から見ると、レーザービームLbは、主室14の側部の壁11の略中央部に照射されて(図2参照)、主室14内を透過する。レーザービームLbは、−Y方向側の壁11の外側の面111に略垂直に入射し、面111から内側の面112を透過して主室14内に入射し、主室14内を透過し、+Y方向側の壁11の内側の面113から外側の面114を透過して、主室14外へ射出される。
In the magnetic measurement apparatus 100 (see FIG. 1), the laser beam Lb is irradiated from the −Y direction side to the + Y direction side along the Y axis direction in FIG. When viewed from the irradiation direction of the laser beam Lb, the laser beam Lb is applied to the substantially central portion of the
このとき、レーザービームLbは、−Y方向側の壁11において、外側の面111に設けられた反射防止膜50bを透過し、内側の面112に設けられた反射防止膜50aを透過する。そして、レーザービームLbは、+Y方向側の壁11において、内側の面113に設けられた反射防止膜50aを透過し、外側の面114に設けられた反射防止膜50bを透過する。
At this time, the laser beam Lb passes through the
ここで、ガスセル10が備える反射防止膜(反射防止膜50aおよび反射防止膜50b)の効果について、従来の反射防止膜を備えていないガスセルと比較して説明する。図19は、従来の反射防止膜を備えていないガスセルの一例を示す平断面図である。図19に示すガスセル90は、反射防止膜(反射防止膜50aおよび反射防止膜50b)を備えていない点以外は、第1の実施形態に係るガスセル10と同じ構成を有している。
Here, the effect of the antireflection film (the
ガスセル90にレーザービームLbが照射されると、−Y方向側の壁11の外側の面111において反射が起きる。そして、−Y方向側の壁11の内側の面112、+Y方向側の壁11の内側の面113および外側の面114でも同様の反射が起きる。壁11の各面における反射によるレーザービームLbの光損失は4%程度である。したがって、レーザービームLbが主室の4つの面を透過することにより、レーザービームLbの光損失は15%程度となる。この結果、ガスセル90から射出されるレーザービームLbの光量は、ガスセル90に入射するレーザービームLbの光量の85%程度に低下してしまう。
When the
このような反射によりガスセル90を透過するレーザービームLbに損失が生じると、磁気計測装置100での磁場の測定における信号成分が低下する。また、レーザービームLbが反射された反射光は迷光となり、磁場の測定におけるノイズ成分となる。その結果、従来のガスセル90では、磁場の測定における感度の低下や測定精度の低下を招いてしまう。
When a loss occurs in the laser beam Lb that passes through the
これに対して、第1の実施形態に係るガスセル10は、主室14の壁11に反射防止膜(反射防止膜50aおよび反射防止膜50b)を備えているので、レーザービームLbがガスセル10を透過する際に、入射側の壁11の外側の面111および内側の面112と、射出側の壁11の内側の面113および外側の面114とにおける光の反射が抑えられる。これにより、レーザービームLbの反射に起因する感度の低下や測定精度の低下を抑えることができる。反射防止膜(反射防止膜50aおよび反射防止膜50b)の構成とその効果については後で詳述する。
On the other hand, since the
なお、上述の構成では、反射防止膜50aおよび反射防止膜50bが、壁11の面111,112,113,114の全面に形成されていたが、反射防止膜50aおよび反射防止膜50bが、壁11の面111,112,113,114における中央部の、レーザービームLbが透過する領域(図2参照)のみに設けられていてもよい。
In the above-described configuration, the
また、上述の構成では、主室14の壁11の内側の面112および面113に反射防止膜50aを備え、外側の面111および面114に反射防止膜50bを備えていたが、ガスセルが外側の面111および面114に反射防止膜50bを備えていない構成としてもよい。このような構成の場合、第1の実施形態に係るガスセル10よりも反射防止効果は低下するが、反射防止膜を備えていないガスセル90と比べて、感度の低下や測定精度の低下を抑えることができる。
In the above-described configuration, the
<アンプル>
図4は、第1の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5は、図4のB−B’線に沿った断面図である。図4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4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。
<Ample>
FIG. 4 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the ampoule according to the first embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. As shown in FIG. 4, the
ガラス管22は、一方向(図4ではX軸方向)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4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。ガラス管22の中空状の内部には、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、ナトリウムを用いることができる。
The
図4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。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)。
FIG. 4 shows a state where the ampoule 20 (glass tube 22) is sealed. At the stage where the
図5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5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φは、0.3mm≦φ≦1.2mmである。ガラス管22の肉厚tは、0.1mm≦t≦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t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t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。
FIG. 5 shows a YZ cross section in a direction intersecting the longitudinal direction of the
<反射防止膜>
次に、第1の実施形態に係る反射防止膜の構成を説明する。第1の実施形態に係る反射防止膜50aおよび反射防止膜50bは、誘電体の薄膜(以下では、誘電体膜という)からなる。セル12を構成する壁11の表面に、反射防止膜50aおよび反射防止膜50bとして、誘電体膜を形成することにより、壁11の表面における光の反射を抑えることができる。
<Antireflection film>
Next, the configuration of the antireflection film according to the first embodiment will be described. The
一般に、誘電体膜の屈折率nを壁11(ガラス板部材)の屈折率nmの平方根の値とし、光学膜厚ndを入射する光の波長λの1/4とすると、入射する光の反射を最も低減できることが知られている。すなわち、誘電体膜の振幅条件は数式3で表され、位相条件は数式4で表される。
In general, the refractive index n of the dielectric film and the square root of the refractive index n m of the wall 11 (glass plate member), when a quarter of the wavelength of light λ incident optical thickness nd, of the incident light It is known that reflection can be reduced most. That is, the amplitude condition of the dielectric film is expressed by Expression 3, and the phase condition is expressed by
n=√nm・・・(3) n = √n m (3)
nd=0.25qλ・・・(4)
ただし、数式4において、qは奇数(1,3,5・・・)であり、dは誘電体膜の膜厚である。
nd = 0.25qλ (4)
In
誘電体膜を構成する誘電体としては、例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)を好適に用いることができる。反射防止膜として、例えば、MgF2の単層膜を石英ガラスからなる壁11の表面に形成する場合を想定する。石英ガラスの屈折率を1.45、MgF2の屈折率を1.38、空気の屈折率を1.00とし、MgF2について数式4においてndf=0.25λ(すなわち、q=1)として、フレネル係数を計算して反射防止膜の概略の反射率を求めると、反射率は1.8%程度となる。したがって、反射防止膜をMgF2の単層膜で構成する場合、反射率を2%以下に低減できる。
As a dielectric constituting the dielectric film, for example, magnesium fluoride (MgF 2 ) can be suitably used. As an antireflection film, for example, a case where a single layer film of MgF 2 is formed on the surface of the
このように、MgF2の単層膜でも反射率の低減効果が得られるが、本実施形態では、反射防止膜50aおよび反射防止膜50bとして、反射率をより低減することが可能な構成を考える。例えば、反射防止膜を、屈折率が低い誘電体膜と屈折率が高い誘電体膜とを重ね合せた多層膜(誘電体膜の積層構造)で構成することで、干渉効果により反射率をさらに低減することが可能である。
As described above, the effect of reducing the reflectance can be obtained even with a single layer film of MgF 2 , but in the present embodiment, a configuration capable of further reducing the reflectance is considered as the
反射防止膜として、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、フッ化マグネシウム(MgF2)の3層からなる多層膜を石英ガラスからなる壁11の表面に形成する場合を想定する。壁11の表面に、下層側からAl2O3をnda=0.25λ、ZrO2をndz=0.5λ、MgF2をndf=0.25λで順に積層して形成する場合、反射率は0.3%程度となる。また、3層の多層膜を下層側からAl2O3をnda=0.25λ、ZrO2をndz=0.25λ、MgF2をndf=0.25λで順に積層して形成する場合、反射率は0.5%程度となる。
As the antireflection film, for example, a multilayer film composed of three layers of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and magnesium fluoride (MgF 2 ) is formed on the surface of the
このように、反射防止膜を誘電体の多層膜で構成すれば、上述の単層膜で構成する場合と比べて、反射率をゼロに近い値まで低減できる。したがって、本実施形態に係る反射防止膜50aおよび反射防止膜50bとして、上述したAl2O3、ZrO2、MgF2の3層の膜が積層された誘電体多層膜を採用する。壁11の外側の面111および面114に配置される反射防止膜50bには、上述の構成の誘電体多層膜をそのまま適用できる。
As described above, when the antireflection film is formed of a dielectric multilayer film, the reflectance can be reduced to a value close to zero as compared with the case of the above-described single layer film. Therefore, as the
一方、壁11の内側の面112および面113に配置される反射防止膜50aは、コーティング層32に覆われる。コーティング層32の材料(例えば、オクタトリアコンタン)の屈折率は、石英ガラスとほぼ同じであり、MgF2の屈折率よりも高い。そのため、上述の構成の誘電体多層膜の表面にコーティング層32を形成すると、反射率が高くなって反射防止効果が低下してしまう。以下に、コーティング層32で覆われる反射防止膜50aに適した誘電体多層膜の構成を検討する。
On the other hand, the
反射防止膜50aの表面にコーティング層32が配置されることで、透過する光の光路長が変わる。そこで、コーティング層32が配置されることに伴い、誘電体多層膜(Al2O3、ZrO2、MgF2の積層膜)のうちのいずれかの誘電体膜の光学膜厚を変化させて、反射率を低減する。ここでは、MgF2の光学膜厚を変化させることとする。図6は、コーティング層の光学膜厚と反射率が低減するMgF2の係数との関係を表すグラフである。図6において、横軸はコーティング層32の光学膜厚ndcであり、縦軸はコーティング層32の各光学膜厚において反射率が低減するMgF2の係数Aである。
By disposing the
図6より、コーティング層の光学膜厚ndcをパラメーターとしたとき、反射率が低減するMgF2の係数Aは数式5に示す近似式で表される。 From FIG. 6, when the optical film thickness nd c of the coating layer is used as a parameter, the coefficient A of MgF 2 that reduces the reflectance is expressed by the approximate expression shown in Equation 5.
A=−1.1067ndc+0.2488・・・(5) A = −1.1067 nd c +0.2488 (5)
数式5より、コーティング層32の光学膜厚ndcを0.081λとすると、MgF2の係数Aは0.159となる。
From Equation 5, when the optical film thickness nd c of the
続いて、反射率が低減するMgF2の光学膜厚ndfを求める。反射率が低減するMgF2の光学膜厚ndfは、数式6で表すことができる。
Subsequently, an optical film thickness nd f of MgF 2 for reducing the reflectance is obtained. The optical film thickness nd f of MgF 2 that reduces the reflectance can be expressed by
ndf=0.25qλ−(0.25−A)λ
=0.25qλ−(0.25−0.159)λ
=0.25qλ−0.091λ・・・(6)
ただし、数式6において、λは入射する光の波長であり、qは奇数(1,3,5・・・)である。MgF2の係数Aは、数式5より0.159とする。
nd f = 0.25qλ− (0.25−A) λ
= 0.25qλ- (0.25-0.159) λ
= 0.25qλ-0.091λ (6)
However, in
図7は、MgF2の光学膜厚ndfと反射率との関係を表すグラフである。図7において、横軸はMgF2の光学膜厚ndfであり、縦軸は反射率(%)である。反射率は、Al2O3、ZrO2、MgF2の光学膜厚ndからフレネル係数を計算して求めている。図7に示すように、MgF2の光学膜厚ndfが変化すると、MgF2膜の反射率は周期的に変化する。反射率の最小値は0.2%程度となる。したがって、コーティング層32で覆われた場合でも反射率をゼロに近い値まで低減できる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the optical film thickness nd f of MgF 2 and the reflectance. In FIG. 7, the horizontal axis represents the optical film thickness nd f of MgF 2 , and the vertical axis represents the reflectance (%). The reflectance is obtained by calculating the Fresnel coefficient from the optical film thickness nd of Al 2 O 3 , ZrO 2 , and MgF 2 . As shown in FIG. 7, the optical thickness nd f of MgF 2 is changed, the reflectance of the MgF 2 film changes periodically. The minimum reflectance is about 0.2%. Therefore, even when covered with the
図7より、qの値により、MgF2の反射率が最少となるMgF2の光学膜厚ndfも周期的に表れる。例えば、qの値が1のとき、MgF2の光学膜厚ndfの最適値、すなわち、反射率が最小値となるMgF2の光学膜厚ndfは0.159λとなる。また、図7より、MgF2の光学膜厚ndfは、最適値(例えば、qの値が1のときの0.159λ)に対して±0.054λの範囲にあることが好ましく、±0.036λの範囲にあることがより好ましい。MgF2の光学膜厚ndfが最適値に対して±0.054λの範囲にあると反射率は2%以下となり、最適値に対して±0.036λの範囲にあると反射率は1%以下となる。 From FIG. 7, the value of q, the optical thickness nd f of MgF 2 reflectivity of MgF 2 is minimized even periodically appear. For example, when the value of q is 1, the optimum value of the optical film thickness nd f of MgF 2 , that is, the optical film thickness nd f of MgF 2 at which the reflectance is the minimum value is 0.159λ. Further, from FIG. 7, the optical film thickness nd f of MgF 2 is preferably in the range of ± 0.054λ with respect to the optimum value (for example, 0.159λ when the value of q is 1), and ± 0 More preferably, it is in the range of 0.036λ. When the optical film thickness nd f of MgF 2 is in the range of ± 0.054λ with respect to the optimum value, the reflectance is 2% or less, and when it is within the range of ± 0.036λ with respect to the optimum value, the reflectance is 1%. It becomes as follows.
以上より、コーティング層32で覆われる反射防止膜50aとしては、壁11の表面に、下層側からAl2O3をnda=0.25λ、ZrO2をndz=0.5λ、MgF2をndf=0.159λで順に積層して形成し、その表面にコーティング層32をndc=0.081λで形成すると、反射率をゼロに近い値(0.2%程度)まで低減することができる。
As described above, as the
なお、上述の例では、qの値を1として説明したが、qの値は奇数であり、1に限定されない。したがって、反射率が最小値となるMgF2の光学膜厚ndfは0.159λに限定されない。 In the above example, the value of q has been described as 1. However, the value of q is an odd number and is not limited to 1. Therefore, the optical film thickness nd f of MgF 2 at which the reflectance is the minimum value is not limited to 0.159λ.
また、上述の例では、MgF2の膜厚を変化させることしたが、MgF2以外の誘電体膜の光学膜厚を変化させてもよい。例えば、Al2O3の光学膜厚を変化させる場合は、反射防止膜50aとして、壁11の表面に、下層側からAl2O3をnda=0.10λ、ZrO2をndz=0.5λ、MgF2をndf=0.25λで順に積層して形成し、その表面にコーティング層32をndc=0.081λで形成すると、反射率をゼロに近い値(0.5%程度)まで低減することができる。
In the above example, the film thickness of MgF 2 is changed. However, the optical film thickness of a dielectric film other than MgF 2 may be changed. For example, when the optical film thickness of Al 2 O 3 is changed, as the
<ガスセルの製造方法>
次に、図8から図15を参照して、第1の実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する。図8から図15は、第1の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。図8から図15のうち、図9および図11は図3に対応する平断面図であり、それ以外は図2に対応する側断面図である。
<Gas cell manufacturing method>
Next, a gas cell manufacturing method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 15 are views for explaining a method of manufacturing a gas cell according to the first embodiment. 8 to 15, FIGS. 9 and 11 are plan sectional views corresponding to FIG. 3, and the other portions are side sectional views corresponding to FIG. 2.
図8および図9に示す工程では、セル12を組み立てる。セル12は、例えば、石英ガラスからなるガラス板部材を壁11として組み合わせることで構成される。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11に対応するガラス板部材を準備する。そして、これらのガラス板部材(壁)11を組み立て、ガラス板部材(壁)11同士を接着剤または溶着により接合して、図8および図9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。
In the steps shown in FIGS. 8 and 9, the
図9に示すように、主室14の側部の壁11となるガラス板部材の内側の面112および面113に、予め反射防止膜50aを形成しておく。また、主室14の側部の壁11となるガラス板部材の外側の面111および面114に、予め反射防止膜50bを形成しておく。反射防止膜50aおよび反射防止膜50bは、例えば、真空蒸着法やスパッター法を用いて形成できる。なお、図8および図9に示す段階では、コーティング層32は形成されていない。また、この段階では、セル12の開口部18は開放されている。
As shown in FIG. 9, an
続いて、図10および図11に示す工程では、セル12の壁11の内側にコーティング層32を形成する。図示を省略するが、組み立てたセル12内部の脱気を十分に行い、減圧環境下において、セル12の開口部18からリザーバー16内に、例えばニードルなどを用いてコーティング層32の材料を配置する。そして、開口部18を仮栓などで仮封止し、セル12全体を、例えば200℃程度に加熱する。
Subsequently, in the process shown in FIGS. 10 and 11, the
これにより、図10および図11に示すように、セル12(主室14およびリザーバー16)の壁11の内側を覆うコーティング層32が形成される。この結果、図11に示すように、主室14の側部の壁11の内側の面112および面113において、反射防止膜50aがコーティング層32で覆われる。この他にも、セル12内を真空に近い状態とし、コーティング層32の材料を加熱して気相または液相の状態で、開口部18を介してセル12に導入してもよい。
Thereby, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, the
続いて、図12に示す工程では、内面にコーティング層32が形成されたセル12のリザーバー16内にアンプル20を収納する。アンプル20は、セル12のリザーバー16側に設けられた開口部18から挿入され、リザーバー16内に配置される。この段階では、アンプル20は、図4に示すように、中空状のガラス管22の内部にアルカリ金属固体24が充填され密封された状態となっている。
Subsequently, in the step shown in FIG. 12, the
なお、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の中空部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する。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。
The
続いて、図13に示す工程では、セル12内からの排気を十分に行い、主室14およびリザーバー16内に不純物が極めて少ない状態で、セル12を封止する。例えば、真空に近い低圧環境下(理想的には真空中)または不活性気体中において、セル12の開口部18を、封止部材30(低融点ガラスフリット)を用いてリッド19で封止する。これにより、内部にアンプル20が収納された状態で、セル12が密封される。
Subsequently, in the process shown in FIG. 13, the
続いて、図14に示す工程では、アンプル20(ガラス管22)に貫通孔21を形成する。この工程では、パルスレーザー光40を、集光レンズ42で集光して、上方(+Z方向)側からセル12を間に介してアンプル20のガラス管22に照射する。レーザー光は指向性や収束性に優れているので、ガラス管22を容易に加工することができる。パルスレーザー光40を照射することにより、ガラス管22の上面(表面)から深さ方向(−Z方向)に加工が進む。そして、ガラス管22に貫通孔21が形成されると、アンプル20の中空部がリザーバー16と連通してアンプル20の密封が破られる。
Subsequently, in the step shown in FIG. 14, the through
図15に示すように、ガラス管22に貫通孔21を形成することにより、アンプル20内のアルカリ金属固体24(図4参照)が蒸発し、アルカリ金属ガス13となってリザーバー16内に流出する。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、セル12の主室14内がアルカリ金属ガス13で満たされる。以上の工程により、ガスセル10を製造できる。
As shown in FIG. 15, by forming the through
図15に示す工程では、セル12の壁11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、壁11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の壁11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。
In the step shown in FIG. 15, it is necessary to form the through
なお、この工程では、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。
In this step, the alkali metal solid 24 only needs to evaporate and flow out from the
(第2の実施形態)
<原子発振器>
第1の実施形態では、ガスセル10を適用可能な装置として、磁気計測装置100を説明したが、第2の実施形態では、第1の実施形態に係るガスセル10を適用した装置として、原子時計などの原子発振器を説明する。図16は、第2の実施形態に係る原子発振器の構成を示す概略図である。また、図17および図18は、第2の実施形態に係る原子発振器の動作を説明する図である。
(Second Embodiment)
<Atomic oscillator>
In the first embodiment, the
図16に示す第2の実施形態に係る原子発振器(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16に示すように、原子発振器101は、第1の実施形態に係るガスセル10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。
An atomic oscillator (quantum interference device) 101 according to the second embodiment illustrated in FIG. 16 is an atomic oscillator using a quantum interference effect. As illustrated in FIG. 16, the
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17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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
原子発振器101の原理を簡単に説明する。図17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18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17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。
The principle of the
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。
When such an
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(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象と呼ぶ。EIT現象に伴って発生する急峻な信号であるEIT信号を光検出部76で検出し、そのEIT信号を基準信号として用いる。EIT信号は、短期周波数安定度を高める観点から、線幅(半値幅)が小さく、かつ、強度が高いことが好ましい。
At this time, the resonance lights L1 and L2 are transmitted without being absorbed by the
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18に示すように急峻に上昇する。
The
このような急峻な信号をEIT信号と呼ぶ。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。本実施形態では、線幅が小さく高品質かつ大きなEIT信号が得られる。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。
Such a steep signal is called an EIT signal. The EIT signal has an eigenvalue determined by the type of alkali metal. In this embodiment, a high-quality and large EIT signal is obtained with a small line width. Therefore, by using such an EIT signal as a reference, a highly accurate
原子発振器101に用いられるガスセル10には小型で長寿命であり、かつ、精度が高いことが要求されるが、上記実施形態のガスセルの構成によれば、小型で長寿命で高精度のガスセル10を安定的に製造できるので、小型で精度が高く長寿命の原子発振器101を提供できる。
The
上述した実施形態は、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。 The above-described embodiments merely show one aspect of the present invention, and can be arbitrarily modified and applied within the scope of the present invention. As modifications, for example, the following can be considered.
(変形例1)
第1の実施形態に係るガスセル10は、反射防止膜50a,50bが設けられる壁11(ガラス板部材)の材料が石英ガラスである場合を例に説明したが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、壁11の材料としてホウ珪酸ガラスを用いることとしてもよい。
(Modification 1)
In the
壁11の材料としてホウ珪酸ガラスを用いる場合にも、反射防止膜として第1の実施形態と同様の構成の誘電体多層膜を適用できる。例えば、反射防止膜50aについて、コーティング層32による反射率の上昇を抑えるため、MgF2の光学膜厚を変化させる構成を適用する。この場合、ホウ珪酸ガラスからなる壁11の表面に、下層側からAl2O3をnda=0.25λ、ZrO2をndz=0.5λ、MgF2をndf=0.159λで順に積層して反射防止膜50aを形成し、その表面にコーティング層32をndc=0.081λで形成すると、反射率をほぼゼロ(0.04%程度)まで低減することができる。
Even when borosilicate glass is used as the material of the
また、反射防止膜50aについて、Al2O3の光学膜厚を変化させる構成を適用することもできる。この場合、ホウ珪酸ガラスからなる壁11の表面に、下層側からAl2O3をnda=0.10λ、ZrO2をndz=0.5λ、MgF2をndf=0.25λで順に積層して反射防止膜50aを形成し、その表面にコーティング層32をndc=0.081λで形成すると、反射率をゼロに近い値(0.9%程度)まで低減することができる。したがって、壁11の材料としてホウ珪酸ガラスを用いる場合においても、第1の実施形態と同様の反射防止効果が得られる。
Moreover, the
(変形例2)
また、変形例1と同様に壁11の材料としてホウ珪酸ガラスを用いる場合であって、反射防止膜50a,50bを構成する誘電体膜として、酸化ケイ素(SiO2)の膜をさらに含む構成としてもよい。
(Modification 2)
Further, as in the first modification, borosilicate glass is used as the material of the
例えば、反射防止膜50aがSiO2の膜をさらに含む場合について、コーティング層32による反射率の上昇を抑えるため、MgF2の光学膜厚を変化させる構成を適用する。この場合、ホウ珪酸ガラスからなる壁11の表面に、下層側からSiO2をnds=0.25λ、Al2O3をnda=0.25λ、ZrO2をndz=0.5λ、MgF2をndf=0.159λで順に積層して反射防止膜50aを形成し、その表面にコーティング層32をndc=0.081λで形成すると、反射率をゼロに近い値(0.5%程度)まで低減することができる。
For example, in the case where the
また、反射防止膜50aがSiO2の膜をさらに含む場合について、Al2O3の光学膜厚を変化させる構成を適用することもできる。この場合、ホウ珪酸ガラスからなる壁11の表面に、下層側からSiO2をnds=0.25λ、Al2O3をnda=0.10λ、ZrO2をndz=0.5λ、MgF2をndf=0.25λで順に積層して反射防止膜50aを形成し、その表面にコーティング層32をndc=0.081λで形成すると、反射率をゼロに近い値(0.2%程度)まで低減することができる。
Further, when the
(変形例3)
第1の実施形態、変形例1、および変形例2では、反射防止膜50aがコーティング層32で覆われることによる反射率の上昇を抑えるため、MgF2またはAl2O3のいずれかの誘電体膜の光学膜厚を変化させる場合を例に説明したが、本発明はこのような形態に限定されない。MgF2およびAl2O3の双方の誘電体膜の光学膜厚を変化させるようにしてもよい。また、MgF2およびAl2O3以外の誘電体膜の光学膜厚を変化させるようにしてもよい。
(Modification 3)
In the first embodiment, the first modification, and the second modification, in order to suppress an increase in reflectivity due to the
(変形例4)
第1の実施形態に係るガスセル10は、セル12の内部にアルカリ金属ガス13を発生させる手段としてアンプル20を用いていたが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、アルカリ金属ガス13を発生させる手段として、アルカリ金属化合物と吸着剤とを含み、円筒形、直方体、球体などの形状を有するピルを用いることとしてもよい。図示を省略するが、このようなピルに、赤色から赤外線領域の波長の連続発振レーザー光を照射すると、アルカリ金属化合物が活性化されることでアルカリ金属が生成され、その際に放出される不純物や不純ガスは吸着剤に吸着される。アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属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。
(Modification 4)
In the
(変形例5)
上記実施形態に係るガスセル10は、セル12の内部にコーティング層32を形成する際に、セル12の開口部18からリザーバー16内にコーティング層32の材料を配置することとしたが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、コーティング層32の材料を管状部材に充填し、この管状部材をセル12の開口部18からリザーバー16内に配置し、アンプル20もリザーバー16内に配置してリッド19で開口部18を封止した後に、セル12全体を加熱するようにしてもよい。なお、このようにした場合には、セル12の内部にコーティング層32が形成された後、コーティング層32の材料が充填されていた管状部材がリザーバー16内に残留する。
(Modification 5)
In the
10,90…ガスセル、11…壁、12…セル(閉容器)、13…アルカリ金属ガス、32…コーティング層(鎖式飽和炭化水素)、50a…反射防止膜、50b…反射防止膜、100…磁気計測装置、101…原子発振器、111,114…外側の面、112,113…内側の面。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記壁の内側の面に設けられたフッ化マグネシウムを含む反射防止膜と、
前記反射防止膜の表面を覆う鎖式飽和炭化水素と、
前記閉容器に封入されたアルカリ金属ガスと、
を備えたことを特徴とするガスセル。 A closed container composed of walls,
An antireflection film containing magnesium fluoride provided on the inner surface of the wall;
A chain saturated hydrocarbon covering the surface of the antireflection film;
An alkali metal gas sealed in the closed container;
A gas cell comprising:
前記閉容器に入射する光の波長をλとし、前記鎖式飽和炭化水素の光学膜厚をndcとしたとき、前記フッ化マグネシウムの係数Aは数式1で表され、前記フッ化マグネシウムの光学膜厚ndfは数式2で表されることを特徴とするガスセル。
A=−1.1067ndc+0.2488・・・(1)
ndf=0.25qλ−(0.25−A)λ・・・(2)
ただし、数式2において、qは奇数(1,3,5・・・)である。 The gas cell according to claim 1, wherein
When the wavelength of light incident on the closed container is λ and the optical film thickness of the chain saturated hydrocarbon is nd c , the coefficient A of the magnesium fluoride is expressed by Equation 1, and the optical properties of the magnesium fluoride The gas cell is characterized in that the film thickness nd f is expressed by Formula 2.
A = −1.1067 nd c +0.2488 (1)
nd f = 0.25qλ− (0.25−A) λ (2)
However, in Formula 2, q is an odd number (1, 3, 5,...).
前記反射防止膜は、前記壁の外側の面にも設けられていることを特徴とするガスセル。 The gas cell according to claim 1 or 2, wherein
The gas cell, wherein the antireflection film is also provided on an outer surface of the wall.
前記反射防止膜は、誘電体単層膜であることを特徴とするガスセル。 A gas cell according to any one of claims 1 to 3,
The gas cell, wherein the antireflection film is a dielectric single layer film.
前記反射防止膜は、誘電体多層膜であることを特徴とするガスセル。 A gas cell according to any one of claims 1 to 3,
The gas cell, wherein the antireflection film is a dielectric multilayer film.
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- 2017-02-14 JP JP2017024697A patent/JP2018132348A/en active Pending
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