JP2018528605A - 原子センサ用のガスセル及びガスセルの充填方法 - Google Patents

原子センサ用のガスセル及びガスセルの充填方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2018528605A
JP2018528605A JP2018501882A JP2018501882A JP2018528605A JP 2018528605 A JP2018528605 A JP 2018528605A JP 2018501882 A JP2018501882 A JP 2018501882A JP 2018501882 A JP2018501882 A JP 2018501882A JP 2018528605 A JP2018528605 A JP 2018528605A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
gas
cavity
membrane
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018501882A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6910340B2 (ja
Inventor
ヴァンサン・モーリス
ニコラ・パッシリー
クリストフ・グレツキ
Original Assignee
センター ナショナル ド ラ ルシェルシュ サイエンティフィーク
センター ナショナル ド ラ ルシェルシュ サイエンティフィーク
ユニヴェルシテ・ドゥ・フランシュ・コンテ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by センター ナショナル ド ラ ルシェルシュ サイエンティフィーク, センター ナショナル ド ラ ルシェルシュ サイエンティフィーク, ユニヴェルシテ・ドゥ・フランシュ・コンテ filed Critical センター ナショナル ド ラ ルシェルシュ サイエンティフィーク
Publication of JP2018528605A publication Critical patent/JP2018528605A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6910340B2 publication Critical patent/JP6910340B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0047—Housings or packaging of magnetic sensors ; Holders
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • G04F5/145—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks using Coherent Population Trapping
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B17/00—Generation of oscillations using radiation source and detector, e.g. with interposed variable obturator
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本発明は、少なくとも１つの光学窓（９）が備えられ、ガスで充填可能である光学キャビティ（１１）を備える原子センサ（１）用のガスセル（２）に関する。セルはまた、シーリングカップのシーリング通路を密閉する膜（１８）に加えて、キャビティ口（１４）、チャネル口（１５）及びシーリング通路（１６）を備えるシーリングカップ（１３）を備える。膜（１８）は、光学キャビティ（１１）をガス流入チャネル（１７）から密閉して分離するような方法で、キャビティ口及び／又はチャネル口を密閉するように加熱することによって塑性的に変形可能である。

Description

本発明は、ガスセル及びガスセルを備える原子センサの分野に関する。“ガス”という用語は、あらゆる気体、蒸気又はアルカリ蒸気、又は、ガス及び蒸気の混合物を意味するものであり得る。
原子センサは、例えば原子時計、マイクロ磁力計、又は、マイクロジャイロを含む。このような原子センサは、例えば、通信、ナビゲーション及び防衛システム用であり得る。
このような光学ガスセルは、場合によっては、“セル”又は“マイクロセル”と称され、関連するセンサは、“マイクロ原子時計”、“マイクロ磁力計”及び“マイクロジャイロ”と称される。明細書全体を通して、“マイクロ”という用語は、本明細書内において、示された意味で理解されるべきものである。
典型的な用途は、頭字語ＣＳＡＣによって知られるチップスケールの原子時計である。
原子センサの動作は、少なくとも１つの光学窓を備えるセルのキャビティを充填するガスの原子の光学分光法に基づく。このキャビティは、そのため、“光学キャビティ”として記載される。このガスは、通常、セシウム又はルビジウム等のアルカリ蒸気である。この光学法は、例えば周波数、磁場又は加速度をセンサが観察する物理量に関連する１つ又はそれ以上のスペクトル値を測定することを可能にする。
例えば、マイクロ原子時計の場合、センサの動作は、クロック遷移と称される、ガスの原子特定のマイクロ波遷移の周波数を測定することに基づくことができる。この用途において、マイクロ原子時計は次いで、典型的には、頭文字ＣＰＴによって知られるコヒーレントポピュレーショントラッピングによる原子共鳴の原理を実行する。
さらに、分光法によって観察されたラインの幅、そのため原子時計の場合における周波数安定性は、アルカリ原子が基底状態に動かされるコヒーレント状態から開始するアルカリ原子の緩和時間によって決定され、その時間は、セル壁との原子衝突に第１に依存し、コヒーレントの損失をもたらす。
ガスの分光法の品質を改善するために、そのため、原子センサの精度及び安定性を改善するために、アルカリ蒸気にガスを加えることがよく知られており、それは、バッファガス又はバッファ雰囲気と称され、それは、セル壁に対するアルカリ原子の拡散を遅らせ、前記アルカリ原子を制限する。
このような原子センサは、小さいサイズ及びエネルギー効率という利点、及び、非常に良好な測定精度及び安定性を有するという利点を与える。
このような原子センサの例は、ＭＡＣ−ＴＦＣコンソーシアムの研究で知られ、ＦＥＭＴＯ−ＳＴ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（Ｆｒａｎｃｈｅ−Ｃｏｍｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｑｕｅ Ｍｅｃａｎｉｑｕｅ Ｔｈｅｒｍｉｑｕｅ ｅｔ Ｏｐｔｉｑｕｅ − Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｅｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）が、シリコンのマイクロマシニングであるＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）及び陽極接合（例えば、非特許文献１を参照）を用いて、原子時計に関する非常に小型のセシウム蒸気セル（数ｍｍ３）を設計し、組み立てている。
光学ガスセル及びこのような原子センサの製造は通常、陽極接合によって共に固定されるシリコン及びガラス基板の積層体をマイクロ加工する方法に依存する。
通常のセルマイクロ加工方法は、シリコン基板にキャビティをエッチングすることによって開始する。第１のガラス基板は、次いで、通常陽極接合によって、この基板の一側に溶接される。最後に、第２のガラス基板は、バッファ雰囲気及びアルカリ金属の取り込みの後に反対側に溶接され、それは、使用された充填方法に依存して様々な形態を取り得る。
光学キャビティにアルカリ金属を導入するために、この製造、特に陽極接合の段階は、セシウム及びバッファガスを含む雰囲気において行われ得、又は、セルキャビティに液体又は固体形態の特定量のアルカリ金属を堆積することによって行われる。
しかしながら、純粋なセシウムの存在下で密閉する際に複雑な事態がある。陽極接合は、キャビティに堆積された金属の蒸発を避けるために、低温で開始しなければならず、温度が上昇しても継続する。これは、特許文献１に示されるようなバッファガスで圧力差をもたらし得る。
原子センサの製造を単純化し、最適な条件で標準的な陽極接合の設備を使用することを可能にするために、密閉段階中にセルに導入されるディスペンサと称される固体化合物を使用することが知られている。このような化合物は、例えば、陽極接合の温度で安定なままであるのに相応しいＺｒ−Ａｌの合金及びクロム酸セシウムで作られる。次いで、ディスペンサは、純粋なセシウムを放出し、セルに飽和した蒸気を生成するために、例えば高出力レーザーを用いて局所的に加熱される。作動後、セシウム原子の殆どは、温度に依存して液相又は固相である。このような方法は、例えば、非特許文献２に詳述されている。
それがセンサの製造を単純化するけれども、各セルにおけるディスペンサの存在はまた、制約がある。それは、ウエハが実装され得るセルの密度を制限し、セルあたりの製造コストを増加させる。それはまた、セルのサイズを増加させ、従って、それが集積される原子センサの大きさも増加させる。セルはまた、より大きな熱散逸（より大きな放射表面）に悩まされる。さらに、セル毎の１つのディスペンサの使用は、各セルに対する実質的な固定費を課す。加熱動作中に放出されるセシウムの量はまた、制御することが困難である。そのため、アルカリ金属の量は、同一のバッチにおける複数のセルの間で大きく異なり得る。次いで、光学窓を妨害し得るセシウムの過剰な凝縮があり得、又は、逆に、セシウムの量は、満足のいく耐用寿命を保証するのに不十分であるかもしれない。さらに、ディスペンサが雰囲気の変化を引き起こし得、それが集積される時計の性能を損なわせ得ることが研究によって示されている（非特許文献３）。最後に、ディスペンサは通常、キャビティに固定されておらず、セルが衝撃又は振動に晒されると壁を突くことがある。次いで、ディスペンサの構成要素粒子は、壊れ、光学窓を妨害する。
米国特許第２０１２／０２９８２９号明細書
"Ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ ｏｆ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｃｅｓｉｕｍ ｖａｐｏｒ ｃｅｌｌ" ｂｙ Ｌ． Ｎｉｅｒａｄｋｏ， Ｃ． Ｇｏｒｅｃｋｉ， Ａ． Ｄｏｕａｈｉ， Ｖ． Ｇｉｏｒｄａｎｏ， Ｊ．Ｃ． Ｂｅｕｇｎｏｔ， Ｊ． Ｄｚｉｕｂａｎ， ａｎｄ Ｍ． Ｍｏｒａｊａ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＩＣＲＯ−ＮＡＮＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ ＭＥＭＳ ＡＮＤ ＭＯＥＭＳ ｏｆ Ａｕｇｕｓｔ ２００８ "Ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｌｋａｌｉ Ｖａｐｏｒ Ｃｅｌｌ ｆｏｒ ＭＥＭＳ Ａｔｏｍｉｃ Ｃｌｏｃｋｓ" ｂｙ Ｎｉｅｒａｄｋｏ， Ｌｕｋａｓｚ， ｅｔ ａｌ．， ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ２００７ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｊｏｕｒｎａｌ， ｐａｇｅｓ ４５−４８． "Ａｇｉｎｇ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ Ｍｉｃｒｏ−Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｃｓ Ｂｕｆｆｅｒ−Ｇａｓ Ｃｅｌｌ ｆｏｒ Ａｔｏｍｉｃ Ｃｌｏｃｋ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ" ｂｙ Ａｂｄｕｌｌａｈ， Ｓａｌｍａｎ ｅｔ ａｌ． ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ２０１４ ｉｎ Ｐｒｏｃ． Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ Ｔｉｍｅ Ｆｏｒｕｍ "Ｑｕａｄｒａｔｉｃ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ Ｃｓ ０−０ Ｈｙｐｅｒｆｉｎｅ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｎｅ Ｂｕｆｆｅｒ Ｇａｓ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｖａｐｏｒ Ｃｅｌｌ" ｂｙ Ｍｉｌｅｔｉｃ， Ｄａｎｉｊｅｌａ ｅｔ ａｌ．， ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ２０１０ ｉｎ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｊｏｕｒｎａｌ Ｖｏｌ． ４６ "ＲＦ−Ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅｄ Ｅｎｄ−Ｓｔａｔｅ Ｃｈｉｐ−Ｓｃａｌｅ Ａｔｏｍｉｃ Ｃｌｏｃｋ" ｂｙ Ｂｒａｕｎ， Ａｌａｎ Ｍ ｅｔ ａｌ．， ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ２００７ ｉｎ ｔｈｅ ３９ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｐｒｅｃｉｓｅ Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ
従って、本発明の一目的は、最終的なセルにおけるディスペンサの存在を取り除き、ディスペンサ及び光学キャビティの雰囲気の間の相互作用を避けることである。
セルにおける補助的なバッファガスは、１つ又はそれ以上の原子種又は分子種で構成され得る。
しかしながら、バッファ雰囲気の存在は、セル温度に分光計測の依存を導入するという欠点を有する（例えば、温度におけるクロック遷移の周波数の二次依存）。
そのため、セルの温度変化は、測定されるスペクトル値、従って原子センサの測定における変化をもたらす。
従って、スペクトル値における生じた熱依存がセル動作温度付近に逆転温度を与えるバッファ雰囲気を使用することが必要である。
非特許文献４から、ネオン単独で構成されるバッファ雰囲気が、約８０℃でのクロック遷移の周波数の温度依存を打ち消すことが特に知られている。
このようなバッファ雰囲気は、例えば純粋なネオンバッファ雰囲気に関して７０から７５℃である、セルの動作温度より数度低い温度に制限される温度範囲内で原子センサを作動することを可能にする。それは、エネルギー拘束が通常、セルを冷却することなく、セルを加熱することを可能にするだけであるからであり、関連する電子部品がまた、熱としてエネルギーを放散するからである。
しかしながら、現在の産業標準に適合するように、これらのシステムは、−４０℃から＋８５℃の範囲内で動作することができなければならず、又はある用途においてはより広い範囲内で動作することができなければならない。
混合物の分圧を調整することによって、非特許文献５に記載されるような１２０℃までの可変な逆転温度を得ることを可能にする、二窒素及びアルゴンで構成されるバッファ雰囲気も知られている。
しかしながら、ディスペンサに関して二窒素の使用は、二窒素がディスペンサによって吸収されるので、欠点を有する。
ディスペンサと反応しない希ガスで構成される他のバッファ雰囲気も研究されているが、これらも欠点を有する。これらの混合物は、安定な方式で含まれるのが困難であり、望まれないスペクトル広がりを与え、一般的に、信号品質及びセンサの性能を低下させる放射線トラッピング効果を軽減するために、二窒素よりも好ましくない。
従って、本発明の他の目的は、上述された欠点を与える蒸気セルの動作又は製造なしに、蒸気セル内において、多様なバッファガスの使用を可能にすることである。
最後に、陽極接合プロセス中に、酸素で構成される分子は、生成され得る。従って、既存の方法は、原子の磁気光学トラッピング又はイオントラッピング等の用途に必要とされる、１０−４ｍｂａｒ以下の真空レベルに到達することを可能にしない。
従って、本発明の更なる目的は、陽極接合によって密閉されるときに通常得られるものと比較して真空の品質を改善することである。
本発明の第１の目的は、セルに突き当たる入射外部レーザー光線を放出する少なくとも１つのレーザーに加えて、前記セルから出る外部レーザー光線を受容する光検出器に関連する、原子時計、原子磁力計又は原子ジャイロ等の原子センサにおける封入のためのガスセルであって、前記レーザー光線が、前記セルを貫通し、前記セルが、少なくとも１つの光学窓を備え、ガスが充填されるのに適したキャビティを備える、ガスセルである。
前記セルは、さらに、
−シーリング流域であって、
前記シーリング流域及び前記光学キャビティの間にガスの通路を可能にするために適したキャビティ口と、
ガスがガス流入チャネルを介して前記シーリング流域に入ることを可能にするように設計されたチャネル口と、
シーリング通路と、を備えるシーリング流域と、
−前記シーリング流域のシーリング通路を密閉する膜と、
を備える。
前記ガス流入チャネルから前記光学キャビティを密閉して分離するような方法で、前記膜が加熱によって塑性的に変形されるとき、前記膜が前記キャビティ口及び前記チャネル口のうちの少なくとも１つを密閉することができるように、前記セルが配置されている。
一実施形態において、前記セルは、前記膜に接触する加熱デバイス、特に、電流が通るのに適した抵抗素子、又は、前記膜によって実質的に吸収されない光の少なくとも１つの波長に対して吸収性である材料の層をさらに備える。
一実施形態において、前記セルは、
少なくとも１つの開口部を有するリセスを与えるために成形される成形可能なプレート又はウエハであって、前記リセスが、ガスで充填されるのに適している、成形可能なプレート又はウエハと、
少なくとも１つの光学窓を備える前記光学キャビティを形成するために前記リセスの開口部を密閉する少なくとも１つのガラスプレート又はウエハと、備える多層アセンブリを備え、
前記ガラスプレート又はウエハ及び前記リセスを有する前記成形可能なプレート又はウエハが、互いに対向して配され、特に陽極接合によって互いに密閉される。
一実施形態において、前記膜は、前記ガラスプレート又はウエハの一部であり、特に、前記光学窓及び前記膜が、単一のガラスプレート又はウエハによって互いに分離された２つの部分によって形成される。
一実施形態において、前記成形可能なプレート又はウエハは、前記シーリング流域を形成し、前記シーリング通路を形成する少なくとも第２の開口部に開通する第２のリセスを与えるように成形される。
一実施形態において、前記シーリング流域及び前記膜は、前記ガラスプレート又はウエハに形成され、特に、前記ガラスプレート又はウエハが、重ね合わされて一体的に固定される少なくとも第１のガラス副層及び第２のガラス副層を備え、前記シーリング流域は、前記第１のガラス副層に形成され、前記膜は、前記第２のガラス副層に形成される。
一実施形態において、前記ガラスプレート又はウエハは、第１のガラス副層及び第２のガラス副層を備え、前記多層アセンブリは、前記第１のガラス副層及び前記２のガラス副層の間の陽極接合を可能にするように、前記第１のガラス副層及び前記２のガラス副層の間に配される、特にシリコンである、陽極接合のための中間層をさらに備え、
特に、
前記膜は、前記第２のガラス副層に形成され、
少なくとも前記キャビティ口は、前記第１のガラス副層に形成され、
前記陽極接合のための中間層は、少なくとも前記光学窓が妨げられないようになるように成形される。
一実施形態において、前記プレート又はウエハの延長平面に実質的に垂直であるように、前記プレート又はウエハの全厚さを実質的に横断するように、前記ガス流入チャネルは、前記成形可能なプレート又はウエハ及び前記ガラスプレート又はウエハのうちの少なくとも１つに形成される。
一実施形態において、前記膜はガラスであり、特に、ガラスプレート又はウエハの薄膜化された部分である。
一実施形態において、前記膜は、前記シーリング流域に面する突出部、特に、前記シーリング流域に延長する、前記膜の内面上に突出部を備える。
一実施形態において、前記光学キャビティを前記ガス流入チャネルから密閉して分離するように、前記シーリング流域は、実質的に平坦で、前記変形されない膜に平行であり、加熱によって塑性的に変形された前記膜との密閉的な接触を形成するのに適した、前記チャネル口を囲うシーリング領域を備える。
一実施形態において、前記塑性的に変形されていない膜及び前記シーリング領域に対して垂直に測定された、前記塑性的に変形されていない膜及び前記シーリング領域の間の距離は、百ミクロン未満である。
一実施形態において、前記シーリング流域の前記シーリング領域の直径は、前記塑性的に変形されていない膜及び前記シーリング領域の間の前記距離の３倍を超える。
一実施形態において、前記膜の厚さは、５００ミクロン未満、好ましくは２００ミクロン未満である。
一実施形態において、前記セルは、前記キャビティ口及び前記チャネル口を用いて、前記ガス流入チャネルに接続され、前記ガス流入チャネル及び前記シーリング流域を介して前記光学キャビティをガスで充填するのに適したガス源を備える。
一実施形態において、前記源は、前記ガス流入チャネルに接続されたソースキャビティ、及び、前記ソースキャビティに受容され、加熱によってアルカリ蒸気を生成するのに適したアルカリ金属のディスペンサを備える。
一実施形態において、前記セルは、前記光学キャビティに加えて、前記光学キャビティに隣接し、追加のガスを、前記光学キャビティ内に含まれるガスと混合することを可能にするために穴あけされるための壁によってそれから分離される、前記追加のガスが充填された追加のキャビティを備える。
一実施形態において、前記追加のキャビティの壁は、前記セルに対する外因的な非接触作用によって、特に前記壁との、パルスレーザー光線、連続レーザー光線、又は放電の相互作用によって穴あけされるのに適する。
一実施形態において、前記光学キャビティは、ガスで充填され、前記膜は、前記キャビティ口及び前記チャネル口のうちの少なくとも１つを前記膜が密閉し、前記光学キャビティを前記ガス流入チャネルから密閉して分離する、塑性的に変形された状態である。
本発明はまた、上記のような複数のセルを備える一組のセルであって、前記ガス流入チャネルが、単一のガス源に接続され、特に、前記複数のセルが、前記複数のセルを互いに分離するように切断されるのに適した一体的な固いアセンブリを形成する、一組のセルに関する。
本発明はさらに、
−上記のようなセル又は上記のような一組のセルが提供され、
−前記セル又は一組のセルの前記ガス流入チャネルに接続されるガス源が提供され、
−前記キャビティ口及び前記チャネル口を用いて、前記光学キャビティが、前記ガス流入チャネル及び前記シーリング流域を介して前記源からのガスで充填され、
−前記膜が、前記光学キャビティを前記ガス流入チャネルから密閉して分離するような方法で、前記膜が、前記キャビティ口及び前記チャネル口のうちの少なくとも１つを密閉するように加熱によって塑性的に変形される、セルを充填する方法に関する。
一実施形態において、前記膜は、前記膜の外面を加熱することによって塑性的に変形され、前記外面は、特に前記セルの外部の面である。
一実施形態において、前記膜は、前記膜に向けられたレーザーを用いて加熱することによって塑性的に変形される。
一実施形態において、前記膜は、前記膜に接触する抵抗素子を介して電流が流れることを可能にすることによって、加熱によって塑性的に変形される。
一実施形態において、前記源は、前記セル又は一組のセルの前記ガス流入チャネルに接続されたソースキャビティに受容されるアルカリ金属のディスペンサであり、前記光学キャビティは、前記ディスペンサを加熱することによって充填される。
一実施形態において、前記光学キャビティを前記ガス流入チャネルから密閉して分離するために前記膜が塑性的に変形された後、前記セルは、前記ガス源から取り外される。
一実施形態において、前記光学キャビティを前記ガス流入チャネルから密閉して分離するために前記膜が塑性的に変形された後、前記光学キャビティを、追加のガスで充填された追加のキャビティから分離する壁は、前記追加のガスを前記光学キャビティ内に含まれるガスと混合するように穴あけされる。
一実施形態において、上記のような一組のセルが提供され、前記光学キャビティが前記源からのガスで充填された後、
−前記一組のセルの複数のセルの少なくとも前記ガスキャビティは、第１の所定温度以上の温度に設定され、前記第１の所定温度は、前記一組のセルのセル動作温度より大きく、前記一組のセルの低温領域は、前記第１の所定温度未満である第２の所定温度に設定され、
−前記セルの前記ガスキャビティ及び前記一組のセルの前記低温領域の温度を維持しながら、前記一組のセルの各セルの前記膜は、加熱することによって塑性的に変形され、
−前記一組のセルの複数のセルの前記ガスキャビティは、前記セルの前記動作温度まで冷却される。
本発明はさらに、セルに真空を生成する方法であって、
−上記のようなセル又は上記のような一組のセルが提供され、
−前記セル又は一組のセルの前記ガス流入チャネルに接続されるポンプ部が提供され、
−前記キャビティ口及びチャネル口を用いて、前記ポンプ部が、前記ガス流入チャネル及びシーリング流域を介して前記光学キャビティ内に収容されるガスを吸引するように操作され、
−前記光学キャビティが前記ガス流入チャネルを密閉して分離するような方法で、前記膜が、前記キャビティ口及び前記チャネル口のうちの少なくとも１つを密閉するように加熱することによって塑性的に変形される、セルに真空を生成する方法に関する。
本発明はさらに、上記のようなセルを製造する方法であって、
−成形可能なプレート又はウエハ及び少なくとも１つのガラスプレート又はウエハが提供され、
−少なくとも１つの開口部にリセス開口部を形成するために、前記成形可能なプレート又はウエハが成形され、特にエッチングされ、
−ガス流入チャネル及びシーリング流域であって、前記シーリング流域及び前記光学キャビティの間にガスの通路を可能にするように適合されるキャビティ口、前記ガス流入チャネルを介して前記シーリング流域にガスが入ることを可能にするように設計されたチャネル口、及び、シーリング通路スを備える、ガス流入チャネル及びシーリング流域を形成するように、前記成形可能なプレート又はウエハ及び前記ガラスプレート又はウエハのうちの少なくとも１つが成形され、特にエッチングされ、
−前記成形可能なプレート又はウエハ及び前記少なくとも１つのガラスプレート又はウエハを備える多層アセンブリが形成され、
前記リセスの前記開口部が、少なくとも１つの光学窓を有し、ガスで充填されるのに適した光学キャビティを形成するために密閉され、
前記光学キャビティを前記ガス流入チャネルから密閉して分離するような方法で、前記シーリング通路が、前記キャビティ口及び前記チャネル口のうちの少なくとも１つを密閉するように、加熱することによって塑性的に変形することができる膜で密閉されるようになる、セルを製造する方法に関する。
最後に、本発明は、上記のようなセルを備える原子センサであって、前記セルに突き当たる入射外部レーザー光線を放射するレーザー、及び、前記セルから出る外部レーザー光線を受容するための光検出器を有する小型方式に関連する、原子センサに関する。
図１は、セルに突き当たる入射レーザー光線を放射するレーザー及びセルから出る外部レーザー光線を受容するための光検出器に関連する、本発明の実施形態によるガスセルを備える、本発明の実施形態による原子センサの断面概略図である。 図２Ａは、図１に表されるようなセルを製造する方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、成形可能なプレート又はウエハの形状を示す。 図２Ｂは、図１に表されるようなセルを製造する方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、成形可能なプレート又はウエハの形状を示す。 図２Ｃ、図１に表されるようなセルを製造する方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、成形可能なプレート又はウエハの形状を示す。 図２Ｄは、図１に表されるようなセルを製造する方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、多層アセンブリを形成し実際のセルを生成するための成形可能なプレート又はウエハ及びガラスプレート又はウエハのアセンブリを示す。 図２Ｅは、図１に表されるようなセルを製造する方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、膜の変形によってセルがガスで充填された後のセルのシーリングを示す。 図２Ｆ、図１に表されるようなセルを製造する方法の連続的な段階を示し、具体的には、図２Ｅのセルの平面図を示す。 図３Ａは、図１及び図２Ａから図２Ｅに示されるもののようなセルをガスで充填する方法の連続的な段階を示し、具体的には、光学キャビティをガスで充填する段階を示す。 図３Ｂは、図１及び図２Ａから図２Ｅに示されるもののようなセルをガスで充填する方法の連続的な段階を示し、具体的には、膜の変形によって充填後にセルをシーリングする段階を示す。 図３Ｃは、図１及び図２Ａから図２Ｅに示されるもののようなセルをガスで充填する方法の連続的な段階を示し、具体的には、アルカリ金属ソースからセルを取り外す段階を示す。 図３Ｄは、図３Ｂのセルの平面図を示す。 図３Ｅは、図３Ａから図３Ｄのセルのような複数のセルを備えるセルの組の平面図を示す。 図４Ａは、シーリング流域及び膜がガラスプレート又はウエハに画定される、本発明の第２の実施形態によるセルの製造方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、第１のガラス副層及び第２のガラス副層又はウエハにシーリング流域及び膜を画定する段階を示す。 図４Ｂは、シーリング流域及び膜がガラスプレート又はウエハに画定される、本発明の第２の実施形態によるセルの製造方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、第１のガラス副層及び第２のガラス副層又はウエハにシーリング流域及び膜を画定する段階を示す。 図４Ｃは、シーリング流域及び膜がガラスプレート又はウエハに画定される、本発明の第２の実施形態によるセルの製造方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、第１のガラス副層及び第２のガラス副層又はウエハにシーリング流域及び膜を画定する段階を示す。 図４Ｄは、シーリング流域及び膜がガラスプレート又はウエハに画定される、本発明の第２の実施形態によるセルの製造方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、第１のガラス副層及び第２のガラス副層又はウエハにシーリング流域及び膜を画定する段階を示す。 図４Ｅは、シーリング流域及び膜がガラスプレート又はウエハに画定される、本発明の第２の実施形態によるセルの製造方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、第１のガラス副層及び第２のガラス副層又はウエハにシーリング流域及び膜を画定する段階を示す。 図４Ｆは、シーリング流域及び膜がガラスプレート又はウエハに画定される、本発明の第２の実施形態によるセルの製造方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、第１のガラス副層及び第２のガラス副層又はウエハにシーリング流域及び膜を画定する段階を示す。 図４Ｇは、シーリング流域及び膜がガラスプレート又はウエハに画定される、本発明の第２の実施形態によるセルの製造方法の連続的な段階を示し、断面図を示す、具体的には、多層アセンブリを形成し実際のセルを生成するために成形可能なプレート又はウエハ及びガラスプレート又はウエハの組立の段階を示す。 図４Ｈは、シーリング流域及び膜がガラスプレート又はウエハに画定される、本発明の第２の実施形態によるセルの製造方法の連続的な段階を示し、断面図を示し、具体的には、膜の変形によってガスで充填した後にセルを密閉する段階を示す。 図４Ｉは、シーリング流域及び膜がガラスプレート又はウエハに画定される、本発明の第２の実施形態によるセルの製造方法の連続的な段階を示し、具体的には、図４Ｈのセルの平面図を示す。 図５Ａは、光学キャビティが貫通キャビティではなく、円錐形状である、図４Ａから図４Ｉの実施形態によるセルの代替的な実施形態の断面図を示す。 図５Ｂは、図５Ａのセルと同様の複数のセルを備えるセルの組の平面図を示す。 図６は、膜がガラスプレート又はウエハの薄膜化された部分である、図１及び図２Ａから図２Ｅの実施形態によるセルの代替的な実施形態の断面図を示す。 図７Ａは、追加のガスで充填される追加のキャビティをセルが備える、図１及び図２Ａから図２Ｅのセルと同様のセルの代替的な実施形態によるガスでセルを充填する方法の連続的な段階を示し、具体的には、光学キャビティをガスで充填する段階を示す。 図７Ｂは、追加のガスで充填される追加のキャビティをセルが備える、図１及び図２Ａから図２Ｅのセルと同様のセルの代替的な実施形態によるガスでセルを充填する方法の連続的な段階を示し、具体的には、膜の変形によって充填後にセルを密閉する段階を示す。 図７Ｃは、追加のガスで充填される追加のキャビティをセルが備える、図１及び図２Ａから図２Ｅのセルと同様のセルの代替的な実施形態によるガスでセルを充填する方法の連続的な段階を示し、具体的には、追加のガス及び光学キャビティのガスを混合するために、追加のキャビティを光学キャビティから分離する壁に穴あけする段階を示す。 図７Ｄは、図７Ａから図７Ｃのセルと同様の複数のセルを備えるセルの組の平面図を示す。 図８Ａは、本発明の実施形態によるセルに真空を生成する方法の連続的な段階を示し、具体的には、光学キャビティに含まれるガスを吸引するためのポンプ部の作動を示す。 図８Ｂは、本発明の実施形態によるセルに真空を生成する方法の連続的な段階を示し、具体的には、膜の変形によって真空を生成した後のセルを密閉する段階を示す。 図８Ｃは、本発明の実施形態によるセルに真空を生成する方法の連続的な段階を示し、具体的には、セルをポンプ部から取り外す段階を示す。 図９は、本発明によるガス充填方法の一実施形態の実施中における、図３Ａから図３Ｄのセルと同様の複数のセルを備えるセルの組の平面図を示す。 図１０Ａは、セルの膜が突出部を備え、セルが第１のガラス副層、中間層及び第２のガラス副層を備える多層アセンブリを備える、セルの２つの組み合わされた代替的な実施形態によるガスでセルを充填する方法の連続的な段階を示し、具体的には、光学キャビティをガスで充填する段階を示す。 図１０Ｂは、セルの膜が突出部を備え、セルが第１のガラス副層、中間層及び第２のガラス副層を備える多層アセンブリを備える、セルの２つの組み合わされた代替的な実施形態によるガスでセルを充填する方法の連続的な段階を示し、具体的には、膜の変形による、充填後におけるセルの密閉の段階を示す。 図１０Ｃは、セルの膜が突出部を備え、セルが第１のガラス副層、中間層及び第２のガラス副層を備える多層アセンブリを備える、セルの２つの組み合わされた代替的な実施形態によるガスでセルを充填する方法の連続的な段階を示し、具体的には、膜の変形による、充填後におけるセルの密閉の段階を示す。
各図面において、同一の符号は、同一又は類似する要素を示す。
図１は、本発明による原子センサ１の例を示し、それは、セル２を含む。
原子センサ１は、例えば、コヒーレントポピュレーショントラッピング（ＣＰＴ）による原子共鳴の原理に基づくチップスケール原子時計（ＣＳＡＣ）である。原子センサ１は、例えば垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）である、セル２に突き当たる入射外部レーザー光線を放射するレーザー３と、セル２から出る外部レーザー光線を受容する光検出器４が関連するアルカリ蒸気（セシウム）セル２を備える。レーザー光線は、符号５で示される。
セル２は、少なくとも１つの光学窓９を備え、ガスで充填されるのに適した光学キャビティ１１を備える。
このガスは、例えば、セシウム又はルビジウム等のアルカリ蒸気、及び場合によってはバッファガスを含む。
このために、セル２は、例えばハウジング６の形態を取る多層アセンブリ６を備える。この多層アセンブリ６は、第１に、元の成形されていない状態又は成形された状態が考慮されるか否かに依存して、究極的には記載されるようなリセスを有するように成形されることを条件に、“成形可能なプレート又はウエハ”又は“リセスを有するように成形されるプレート又はウエハ８”と称されるプレート又はウエハ７を備える。
プレート又はウエハ７は、第１の面７ａ及び第２の面７ｂの間の延長平面Ｈに延び、それらは、互いに対向して延長平面Ｈに実質的に平行である。
図２Ａから図２Ｃに示されるように、プレート又はウエハ７は、その面７ａ、７ｂの少なくとも１つにある少なくとも１つの開口部２５ａに開通する、その面７ａ、７ｂの少なくとも１つにリセス２５を有するように成形される。
リセス２５は、プレート又はウエハ７の前面基準平面Ｓに対するものとして理解され、例えば第１の面７ａにガラスプレート又はウエハ８がそれに付けられる。
リセス２５を形成するために、成形可能なプレート又はウエハ７は、エッチングされ得、特に、リセス２５の開口部２５ａを介してエッチングされ得る。リセス２５は、例えば、深い反応性イオンエッチング又はＫＯＨ異方性エッチングによって形成され得る。
リセス２５は、光学キャビティ１１の部分を形成するようにガスで充填されるように適合される。
多層アセンブリ６は、第２に、以下に詳細に検討される単一のプレート又は幾つかの積層されたプレートで形成される少なくとも第１のガラスプレート又はウエハ８を備える。
ガラスプレート又はウエハ８は、リセス２５に関して、少なくとも１つの光学窓を有する光学キャビティ１１を形成するように、リセス２５の開口部２５ａを密閉するように配置される。
このために、リセスを有するように成形されたプレート又はウエハ７、及び、ガラスプレート又はウエハ８は、一方が他方に対向して配置される。
ガラスプレート又はウエハ８は、例えば、第１の面８ａ及び第２の面８ｂの間の延長平面Ｈに延長し、それらは、互いに対向して延長平面Ｈに実質的に平行である。
ガラスプレート又はウエハ８の１つ面８ａ、８ｂは、このようにしてプレート又はウエハ７の１つの面７ａ、７ｂに面して接触する。
プレート７、８は、固定され密閉された方式で互いに接合され、特に、それらの向かい合う側部間における陽極接合によって接合される。
多層アセンブリ６（及びセル２の延長部）は、円筒形状又は平行六面体形状又は他の形状である外部形状を有し得る。それは、通常、平坦で小型であり、数ｍｍ３又は数十ｍｍ３であり得る容積を有する。それは、延長平面Ｈ、及び２つの垂直横断平面、すなわち、図２Ａから図２Ｅの平面である第１の横断平面（及び光学キャビティ１１の中心平面）及び第２の垂直横断中心平面を有する。
セル２は、このように、ガラスプレート又はウエハ８の一部によって形成された少なくとも１つの光学窓９を備える。
セル２はまた、光学窓９と同一の側部のセル２の側部に配置され得る第２の光学窓１０を備え、２つの光学窓は、例えば、ガラスプレート又はウエハ８の２つの離隔した部分によって形成される。
あるいは、第２の光学窓１０は、光学窓９の側部と反対の側部のセル２の一側部に配置され得、２つの光学窓は、リセスを形成するために成形されるプレート又はウエハ７の反対の面７ａ、７ｂにそれぞれ配される２つの別個のガラスプレート又はウエハ８によって形成される。
セル２は、さらに、シーリング流域１３を備える。
シーリング流域１３は、キャビティ口１４、チャネル口１５及びシーリング通路１６が備えられる。
キャビティ口１４は、シーリング流域１３及び光学キャビティ１１の間にガスの通路を可能にするように適合される。
チャネル口１５は、ガス流入チャネル１７を介してシーリング流域１３にガスが流れるのを可能にするように設計される。
最後に、シーリングポート１６は、膜１８によって密閉される（図２Ｄに示される）。
膜１８は、光学キャビティ１１をガス流入チャネル１７から密閉して分離するように、キャビティ口１４及びチャネル口１５のうちの少なくとも１つを密閉するように加熱によって塑性的に変形されるように適合される。
膜１８は、それが、容易に塑性的に変形され得、キャビティ口１４及びチャネル口１５のうちの少なくとも１つのガス密閉気密シールを保証するように、特にガラスであり得る。
より具体的には、膜１８は、第１に、図２Ｄ、３Ａ、４Ｇ、７Ａ及び８Ａに示されるような初期状態又は変形されていない状態で配されるように適合される。
この初期状態において、膜１８は、実質的に平坦であり、キャビティ口１４又はチャネル口１５の何れかを妨害しない。従って、膜１８のこの状態において、シーリング流域１３を用いて、光学キャビティ１１及びガス流入チャネル１７の間に伝達がある。
そのため、キャビティ口及びチャネル口を用いて、ガス流入チャネル１７及びシーリング流域を介して供給されるガスで光学キャビティ１１を充填することが可能である。
例えば、ソースキャビティ１９は、ガス流入チャネル１７に接続され得る。
このようなソースキャビティ１９は、種々の形態のセシウム又はルビジウム等のアルカリ金属のソースを受容し得る。
アルカリ金属のソースは、固体又は液体状態の純粋なアルカリ金属であり得る。
アルカリ金属のソースは、次いで後続の熱又は放射処理によって放出されるアルカリ原子を含む化合物であり得る。
アルカリ金属のソースは、セシウム又はルビジウム等のアルカリ金属のディスペンサ１９ａであり得、アルカリ蒸気は、特にセル２を密閉した後であって膜１８の塑性変形前に、ディスペンサ１９ａを加熱することによって生成される。
ソースキャビティ１９は、例えば、光学キャビティ１１に関して以上に記載された方式でリセスを提供するために成形可能なプレート又はウエハ７にリセスを成形することによって、成形可能なプレート又はウエハ７に形成され得る。そのため、成形可能なプレート又はウエハ７は、イオン及び／又は化学エッチングによってエッチングされ得る。
そのため、ソースキャビティ１９は、光学キャビティ１１に隣接することができ、ガス流入チャネル１７及びシーリング流域１３を介して前記光学キャビティ１１に接続され得る。
このようなソースキャビティ１９はまた、ガスで充填され、ガス流入チャネル１７に接続され得る。
このようなソースキャビティ１９はまた、セル２に対する外因的なガス又はアルカリ金属のソース、又は、多層アセンブリ６に接続され得る。
図３Ｅ、５Ｂ、７Ｄに示されるように、複数のセル２は、セル２のガス流入チャネル１７が単一のソースキャビティ１９に接続されるように配置され得る。
このような複数のセル２は、次いで、セルの組２０を形成し得る。
このようなセルの組２０は、特に、単一の固いアセンブリであり得る。セル２のガス流入チャネル１７は、この組２０の共通のガス流入チャネル２１に接続され得る。共通のガス流入チャネル２１は、単一のセル２に関して以上に検討されたように、ソースキャビティ１９に接続され得る。
例えば、この組２０のセル２は、単一の多層アセンブリから組み立てられ得る。次いで、この組２０の光学蒸気セル２が、前記成形可能なプレート又はウエハ７及び前記少なくとも１つのガラスプレート又はウエハ８を共有するように、この組２０は、成形可能なプレート又はウエハ７及び少なくとも１つのガラスプレート又はウエハ８を備え得る。
この組２０はまた、組立後にこの組２０のセル２を分離するために切断し、ガスを充填するのに相応しい切断部２２をこの組２０の複数のセル２の間に備える。
この組２０のセル２は、このように個々に密閉され得、各セル２のセシウムの量は制御され得る。これは、セルの大きさ及び製造コストを低減し、時計の性能を改善することができる。
複数のセルの全てのセルにおける、等しく、よく制御された量のセシウム濃度を保証する本発明による方法の特定の一実施形態は、図９に示される。
この方法は、本特許出願において記載されたセルの各々で実施されることができ、特に、図３Ｅ、５Ｂ又は７Ｄに示される複数のセルで実施されることができる。
この方法において、例えばディスペンサ１９ａからのアルカリ蒸気を開放することによって、光学キャビティ１１をガスで充填した後（図３Ａ、４Ｇ又は７Ａに示される段階）、セルの組２０は、第１の所定温度より高い温度まで加熱される。
特に、セルの組２０の各々のセル２の各ガスキャビティ１１を備える少なくとも１つのキャビティ領域４１は、第１の所定温度まで加熱される。
この第１の所定温度は、特に、目的動作温度に比べて高い温度、例えば、セルの組２０のセル又は複数のセル２を含む原子センサ１における目的動作温度より２０℃高い温度であり得る。
図８に示されるように、セルの組２０の限定された領域４０は、第２の所定温度に設定される。
第２の所定温度は、第１の所定温度未満である。例えば、第２の所定温度は、第１の所定温度より５℃低い。
そのため、領域４０は、セルの組２０の残部に比べて低温の領域である。
領域４０は、例えば、ソースキャビティ１９に近接した位置にあり得る。
領域４０は、セル２のガスキャビティ１１の一部ではない、セルの組２０の領域である。
例えば、領域４０は、ソースキャビティ１９の近くに位置するガラスプレート又はウエハ８の一部であり得る。
領域４０の冷却は、特に、領域４０との接触によって、例えば、例えば油脂である熱伝導剤が介在され得る低温アームとガラスプレート又はウエハ８の一部との間の接触によって行われ得る。
その温度がセルの組２０の残部の温度より低いので、この組２０の共通のガス流入チャネル２１を介してガスを供給することによって生成される凝縮の殆どは、領域４０に局在化されたままである。
適切である場合、他の場所で記載されるようにセル２の表面の安定化及び不動態化がこれに続く。
第２の温度の低温領域４０の存在のために、及び、それらの温度が第１の温度より高いために、セルの組２０のセル２のガスキャビティ１１は、凝縮を全く含まないか、殆ど含まないのではなく、特にセルの動作温度におけるものより高い原子密度で、単独で又は圧倒的に、飽和したアルカリ蒸気を含む。
この組２０のセル２は、次いで密閉される。
この組２０は、次いで、セル２の動作温度まで冷却され得る。そのため、飽和蒸気圧は低下し、ガスキャビティ１１に捕らえられた過剰なアルカリ蒸気は、各セル２で凝縮される。
このような方法で捕らえられた凝縮物の量は、適切に決定され、ガスキャビティ１１の容積、及び、ガスキャビティ１１の密閉中における領域４０の第２の所定温度及びセル２の動作温度の間の温度差にのみ依存する。
このように、原子センサ１におけるセル２の動作中に光学的な妨害の危険を避けるために低量の凝縮部を得ることができるが、それは、失われるアルカリ金属を置き換えることによって原子センサ１における長い耐用寿命を保証するために十分な凝縮である。不動態化後に、少量のアルカリ金属が、原子センサ１における長い耐用寿命を保証するために十分であることに留意頂きたい。
膜１８は、第２に、変形された状態、特に加熱によって塑性的に変形された状態で配されるのに適している。膜１８のこの変形された状態は、図１、２Ｅ、３Ｂ、ＥＣ、４Ｈ、５Ａ、６、７Ｂ、７Ｃ、８Ｂ及び８Ｃに示される。
この変形された状態において、膜１８は、キャビティ口１４及びチャネル口１５のうちの少なくとも１つを密閉する。このように、膜１８は、光学キャビティ１１をガス流入チャネル１７から密閉して分離する。
膜１８のこの変形された状態において、光学キャビティ１１は、ガス流入チャネル１７から分離され、特に、セル２の外部から分離される。
そのため、本発明によるガス充填方法中に、ガス流入チャネル１７を介してガスが光学キャビティ１１に充填されると、膜１８が、光学キャビティ１１をガス流入チャネル１７から密閉して分離するような方法でキャビティ口１４及びチャネル口１５のうちの少なくとも１つを密閉するように、膜１８は、加熱によって塑性的に変形される。
本発明の一実施形態において、膜１８は、膜１８に向けられたレーザーを用いて加熱によって塑性的に変形され得る。
このように、膜１８の材料は、それが、膜１８に向けられる前記レーザーによって加熱されるように、少なくとも１つの波長の光に吸収性であり得る。
より具体的には、膜は、シーリング流域１３のシーリング通路１６を覆う膜１８の内面１６ｂの反対側の、膜１８の外面１８ａを備え得る。
そのため、膜１８の外面１８ａは、例えばセル２の外面であり、従って、特にアクセスが容易である。
膜１８は、膜１８の外面１８ａを加熱することによって変形され得る。
例えば、レーザーは、膜１８の外面１８ａに向けられ得る。
このようなレーザーは、例えば、１０．６ミクロンである、ＳｉＯ２ガラス分子を励起するのに相応しい波長を有するＣＯ２レーザーであり得る。
あるいは、膜１８は、特にレーザー照射に耐えられるように、特に出力を調整可能なレーザー照射に耐えられるように構成され得る。これは、例えば、約＋／−５％の出力誤差を通常有するＣＯ２レーザーを用いた場合である。
このために、膜１８は、図１０Ａから１０Ｃに示されるようなシーリング流域１３に面する突出部１８ｃを備え得る。突出部１８ｃは、例えば膜１８の中心に位置する。突出部１８ｃは、膜１８の内面１８ｂに配され得、そのため、シーリング流域１３に延長する。
突出部１８ｃは、熱容量を増加させる膜にガラスリザーブを構成する。突出部１８ｃを囲う膜の側部１８ｄは、歪みが、図１０ｃに示されるような膜１８に対してある程度相応しいことを保証する。
特定の一実施形態において、突出部１８ｃの寸法は、キャビティ口１４及びチャネル口１５のうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に突出部が貫通することができるように適合される。
図１０Ｂ及び１０Ｃは、前記膜の変形中における膜１８の連続的な状態を示し、言い換えると、図１０Ｂにおける膜の一部の溶解、特に、存在する場合は突出部１８ｃの溶解、及び、図１０Ｃにおける膜の全体の変形を示す。
あるいは、膜１８は、膜１８を加熱し、塑性的に変形することを可能にする加熱デバイス２３が備えられ得る。
加熱デバイス２３は、シーリング流域１３のシーリング通路１６を覆う膜１８の内面１８ｂの反対側の膜１８の外面１８ａに配置され得る。一実施形態において、加熱デバイス２３は、膜を局所的に加熱するためにエネルギーを局所的に集中するような方法で、膜１８によって実質的に吸収されない少なくとも１つの波長の光に吸収性の材料の層２３であり得る。
“膜によって実質的に吸収されない”とは、膜１８による前記波長の光における光の吸収が、そのようにするために許容されないほど高い出力のレーザーを要求することなく加熱によって膜１８を塑性的に変形するために十分ではないことを意味するものと理解される。
このように、膜１８に向けられるレーザーは、加熱によって膜１８を塑性的に変形することができる。
本発明の他の実施形態において、膜１８は、ジュール効果で加熱によって塑性的に変形され得る。
このために、膜１８に接触する加熱デバイス２３は、ジュール効果で膜１８を加熱するために電流が横切られるのに適合した抵抗要素２３であり得る。
前記抵抗要素２３は、例えば、抵抗材料の層であり得る。
シーリング流域１３及び膜１８は、以下でさらに詳細に検討される種々の方法で実施され得る。
図２Ａから２Ｅ、３Ａから３Ｃ、６、７Ａから７Ｃ、及び８Ａから８Ｃを参照して、シーリング流域１３は、成形可能なプレート又はウエハ７に形成され得る。
より具体的には、成形可能なプレート又はウエハ７は、少なくとも１つの第２の開口部２６ａに空けられる第２のリセスを与えるように成形され得る。次いで、第２のリセス２６は、シーリング流域１３、及び第２の開口部２６ａ、及びシーリング流域１３のシーリング通路１６を形成する。
第２のリセス２６を形成するために、成形可能なプレート又はウエハ７は、エッチングされ得、例えば、イオン及び／又は化学エッチングされ得、特に第２のリセス２６の第２の開口部２６ａを介してエッチングされ得る。
本発明の一実施形態において、光学キャビティ１１及び第２のリセス２６の一部を形成するリセス２５は、成形可能なプレート又はウエハ７の同一面でエッチングされ、例えば第１の面７ａでエッチングされる。
この実施形態において、キャビティ口１４は、成形可能なプレート又はウエハ７の第１の面７ａのリセス２５及び第２のリセス２６の重畳によって形成され得る。
一実施形態において、光学キャビティ１１の一部を形成するリセス２５及び第２のリセス２６はそれぞれ、成形可能なプレート又はウエハ７の反対側において、第１の面７ａ及び第２の面７ｂにおいてそれぞれエッチングされ得る。
この実施形態において、キャビティ口１４は、成形可能なプレート又はウエハ７に画定され、光学キャビティ１１の一部を形成するリセス２５及び第２のリセス２６を接続する接続チャネルによって形成され得る。接続チャネルは、特に、例えばエッチングによってリセスを成形することによって画定され得る。
最後の実施形態において、光学キャビティ１１の一部を形成するリセス２５は、成形可能なプレート又はウエハ７の２つの対向する面７ａ、７ｂにおける貫通穴であり得る。
この実施形態において、次いで、キャビティ口１４は、成形可能なプレート又はウエハ７の面７ａ、７ｂの１つにおけるリセス２５及び第２のリセス２６の重畳によって形成され得る。
さらに、ガス流入チャネル１７はまた、成形可能なプレート又はウエハ７に画定され得、特に、シーリング流域１３から開始したエッチングによって画定され得る。
ガス流入チャネル１７は、一方でシーリング流域１３のチャネル口１５の位置に、他方で少なくとも第２のチャネル口２４に導かれ得、それは、例えばソースキャビティ１９に近くに位置する。
図１、２Ａから２Ｅ、３Ａから３Ｃ、６、７Ａから７Ｃ及び８Ａから８Ｃに示される発明の一実施形態において、ガス流入チャネル１７は、成形可能なプレート又はウエハ７に形成され、前記成形可能なプレート又はウエハ７の延長平面Ｈに実質的に垂直な方式で、前記成形可能なプレート又はウエハ７の全厚さを実質的に横切るようになる。
成形可能なプレート又はウエハ７に形成されたガス流入チャネル１７はまた、ソース１９に達するのに適切な屈曲又は形状を有し得る。
シーリング流域１３は、特に図２Ｄ、２Ｅ及び２Ｆに示され、変形されていない状態で膜１８に平行な、実質的に平坦なシーリング領域２８を備え得る。
シーリング領域２８は、チャネル口１５を囲い、変形された状態で膜１８との気密接触を形成するように設計される。
本発明の特定の一実施形態において、チャネル口１５及びシーリング領域２８は、実質的に円形又は冠状であり、集中的であり、成形可能なプレート又はウエハ７に成形されたシーリング流域１３の底部を形成する。
変形されていない状態における膜１８及び前記シーリング領域２８に対して垂直に測定された、塑性的に変形されていない状態における膜１８及びシーリング領域２８の間の距離は、特に、百ミクロン未満であり、好ましくは、数十ミクロン未満であり得る。
このように、変形された状態における膜１８は、光学キャビティ１１をガス流入チャネル１７から密閉して分離するように容易にチャネル口１５を密閉することができる。
より具体的には、シーリング流域１３は、実質的に円筒形状であり得、例えば、数十ミクロンから数百ミクロンの直径を有し得、好ましくは、塑性的に変形されていない状態における膜１８及びシーリング領域２８の間の前記距離の数倍以上大きい。
そのため、シーリング領域２８の直径は、数十ミクロンより大きいものであり得、例えば、百ミクロンを超える。
図４Ａから４Ｉ、５Ａから５Ｂに示される実施形態において、膜１８は、ガラスプレート又はウエハ７の一部で構成され得る。
特に、この実施形態において、光学窓９及び膜１８は、単一のガラスプレート又はウエハ８によって互いに分離される２つの部分によって形成され得る。
あるいは、膜１８は、第２のガラスプレート又はウエハ８の一部によって構成され得る。次いで、２つの別個のガラスプレート又はウエハ８は、リセスを有するように成形されるプレート又はウエハ７の対向する面７ａ、７ｂにそれぞれ配され得る。
特に図４Ａから４Ｉ、５Ａ及び５Ｂに示された発明の代替的な実施形態において、シーリング流域１３及び膜１８は共に、ガラスプレート又はウエハ８に形成され得る。
このように、シーリング流域１３及び膜１８は、特に光学キャビティ１１上に配置され得、これは、図５Ａに示されるようにリセス２５の開口部２５ａの位置に配置されることを意味する。
これは、セル２のサイズをさらに低減する。
具体的には、次いで、ガラスプレート又はウエハ８は、第１のガラス副層２７ａ及び第２のガラス副層２７ｂを備え得る。
第１のガラス副層２７ａ及び第２のガラス副層２７ｂは、特に対向する側部の間の直接結合によって、固定された流体密封の方式で互いに密閉されるように、積層され、共に接合され得る。２つのガラス基板を結合するために、加熱中に大きな力が加えられ得、放電を行うことは必要ではない。次いで、シーリング流域１３は、成形可能なプレート又はウエハ７に関して上記されているものと同様の第１のガラス副層２７ａに形成され得る。
そのため、第１のガラス副層２７ａは、少なくとも第２の開口部２６ａに開口する第２のリセス２６を与えるように成形され得る。次いで、第２のリセス２６は、シーリング流域１３を形成し得、第２の開口部２６ａは、シーリング流域１３のシーリング通路１６を形成し得る。
この実施形態において、キャビティ口１４は、第１のガラス副層２７ａを完全に横断するチャネルであり得、それは、光学キャビティ１１に面して停止し、特に、光学キャビティ１１の一部を形成するリセス２５に開口部２５ａの位置で停止する。
ガス流入チャネル１７はまた、成形可能なプレート又はウエハ７に関して以上に記載されているものと同様の方法で第１のガラス副層２７ａに少なくとも部分的に画定され得る。
第１のガラス副層２７ａに画定されるガス流入チャネル１７及び／又はシーリング流域１３はまた、以上に記載される成形可能なプレート又はウエハ７に画定されるガス流入チャネル１７及び／又はシーリング流域１３と同一の特徴及び寸法を有し得る。
第２のリセス２６を形成するために、第１のガラス副層２７ａは、エッチングされ得、例えば、イオン及び／又は化学エッチングによってエッチングされ得、特に、第２のリセス２６の第２の開口部２６ａを介したエッチングによってエッチングされ得る。
次いで、膜１８は、ガラスプレート又はウエハ８に関して以上に記載されているようなものと同様の方法で第２のガラス副層２７ｂに形成され得る。
次いで、膜１８は、第２のガラス副層２７ｂの一部によって構成され得る。
この実施形態において、塑性的に変形された膜１８は、光学キャビティ１１をガス流入チャネル１７から密閉して分離するようにキャビティ口１４を密閉するようになることができる。
この実施形態の変形例は、図１０Ａから１０Ｃに示される。
この変形例において、多層アセンブリ６はさらに、陽極接合のための中間層２７ｃを備える。中間層２７ｃは、第１のガラス副層２７ａ及び第２のガラス副層２７ｂの間に配置される。
中間層２７ｃは、例えば、シリコン層である。
中間層２７ｃは、第１のガラス副層２７ａ及び第２のガラス副層２７ｂの間に陽極接合を可能にするように適合される。このように、第１のガラス副層２７ａ及び第２のガラス副層２７ｂの間にガラストゥガラス結合を生成する必要がもはやない。
中間層２７ｃは、例えば、１００から２００ミクロンの厚さの層である。
中間層２７ｃは、外部レーザー光線５の通路を妨げないように、セル２の光学窓９が妨げられないままであるように形成される。
第１のガラス副層２７ａが、シーリング流域１３及び／又はガス流入チャネル１７の前記部分の底部を形成する一方で、中間層２７ｃはまた、シーリング流域１３の部分及び／又はガス流入チャネル１７の一部、例えば、シーリング流域１３及び／又はガス流入チャネル１７の一部の垂直壁を形成するために、を形成するために成形され得る。
あるいは、シーリング流域１３及び／又はガス流入チャネル１７の一部の全ては、中間層２７ｃに形成され得る。次いで、第１のガラス副層２７ａは、キャビティ口１４及び／又は、ガス流入チャネル１７の追加の部分を含み得る。
膜１８の変形を容易にするために、膜１８は、図６に示されるように、特にガラスプレート又はウエハ８の薄膜化された部分であり得る。
“ガラスプレート又はウエハの薄膜化された部分”とは、ガラスプレート又はウエハ７の全体の薄膜化された部分、又は、ガラスプレート又はウエハ８の第２のガラス副層２７ｂの薄膜化された部分を意味するものと理解される。
そのため、例えば、膜１８の厚さは、数百ミクロン未満であり得、例えば、５００ミクロンであり得、又は、２００ミクロン未満であり得、さらには百ミクロン未満であり得る。
図７Ａから７Ｄに示されるように、セル２は、さらに、追加のガスが充填されるのに適合される追加のキャビティ２９を備え得る。
追加のキャビティ２９を充填する追加のガスは、以上に記載されたようなバッファガス又はバッファガスの構成要素であり得る。そのため、追加のガスは、それが、セル２の壁に向かうアルカリ原子の拡散を遅らせ、前記アルカリ原子を閉じ込めるようなものであり得る。追加のガスは、バッファガスによって生じた温度のスペクトル値の依存が、セル２の動作温度周辺の逆転温度を有するようなものであり得る。
追加のガスは、例えば、二窒素及び／又はアルゴンを含み得る。
追加のキャビティ２９は、光学キャビティ１１に隣接する。より具体的には、追加のキャビティ２９は、穴あけされ、追加のガスを光学キャビティ１１内に含まれるガスと混合することを可能にする壁３０によって光学キャビティ１１から分離される。
このように、ディスペンサ１９ａを用いてアルカリガスで光学キャビティ１１を充填し、膜１８の変形によって光学キャビティ１１をディスペンサ１９ａから密閉して分離し、最後に、前記追加のガスを光学キャビティ１１内に含まれるガスと混合するように、追加のキャビティ２９を光学キャビティ１１から分離する壁３０に穴あけすることが可能である。
このように、追加のガス及びディスペンサ１９ａの交流が避けられる。
さらに、例えば、塩化セシウム及びバリウムの混合物等のバリウムベースの化合物である、アルカリ金属のソースがディスペンサ１９ａの代わりに使用される場合、バリウムによる光学キャビティ１１のガスの再吸収も避けられる。
アルカリ金属のソースが塩化セシウムである場合、塩化セシウムの望まれない分解のために光学キャビティ１１の追加の二窒素の望まれない生成も避けられる。
このように、より具体的には、光学キャビティ１１に含まれるガス又は追加のガス及びソースキャビティ１９から来るアルカリ金属のソースの間のあらゆる相互作用が避けられる。
本発明の例示的な実施形態において、可動部材は、追加のキャビティ２９に囲われる。可動部材は、追加のキャビティ２９の壁３０に穴あけするように、例えば磁力である外部作用によって動かされるように適合される。
本発明の他の実施形態において、追加のキャビティ２９の壁３０は、セル２に対する外因的な非接触作用によって、特に壁３０との、パルスレーザー光線、連続レーザー光線、又は放電の相互作用によって穴あけされるように適合される。
壁３０は、ある角度で構成され得、及び／又は、それを穴あけ又は破ることを容易にするように傾斜を含み得る。
さらに、壁に穴あけするとき、追加のガス及び光学キャビティ１１のガスによって示される容積は増加し、それらの各々の分圧は低下する。
所定の目的圧力に関して、追加のキャビティ２９内で達成される追加のガスの圧力は、従って、前記目的圧力より大きく、キャビティ２９及び１１の容積に依存する。これは、目的圧力（典型的には１０ｋＰａ）を超える圧力で多層アセンブリ６のプレート又はウエハ間の陽極接合の可能性を与え、それは、このガスを横切る放電を生成することなく加えられ得る電圧を有利に増加させる。
２つの異なるセルの間の追加のキャビティ２９の容積を変えることによって、特に同一のセルの組２０において、同一基板に異なる２つの圧力のセルを得ることが可能である。
これは、例えば、陽極接合中における温度傾斜のために不均一な圧力を訂正し、生産収率を増加させるために有用である。非常に迅速に最適化試験を行うことも可能である。
さらに、ソース１９によって供給されるソースガスと異なる追加のガスで追加のキャビティ２９を密閉することによって、壁３０を穴あけした後に２つのガスの混合物が得られる。特にセルの同一のセット２０の同一の基板の複数のセル２の間のキャビティ２９、１１の容積の比を変えることによって、異なる分圧比を有するバッファ雰囲気は、一段階で生成され得る。追加のガス及びソースガスの分圧比に変化が同一の基板で見られる場合、製造収率を増加させるために、これを補償することが可能である。この方法はまた、バッファ雰囲気の最適な組成を決定することに関心がある。
さらに、光学キャビティ１１の壁は、緩和防止コーティングで覆われ得る。このような緩和防止コーティングは、光学キャビティ１１の壁を用いて原子の衝突によって生じるコヒーレンスの損失を制限するように設計される。
幾つかの緩和防止コーティングは、陽極接合の高温に耐えることができない。
本発明において、このような緩和防止コーティングは、特に陽極接合の段階の後に、ガス流入チャネル１７及びシーリング流域１３によってセル２に導入され得る。次いで、膜１８は、緩和防止コーティングに損傷を与えることなくセル２を密閉するために、緩和防止コーティングの導入後に塑性的に変形される。
最後に、本発明の変形実施形態において、セル２のガス流入チャネル１７は、光学キャビティ１１に含まれるガスを吸引することができるポンプ部３１に接続され得る。
そのため、セル２に真空を設定する方法は、光学キャビティ１１に含まれるガスを吸引するために、ポンプ部３１の作動を含み得る。
前記ポンプ部３１の作動によって光学キャビティ１１に十分な真空が設定された後、ガス流入チャネル１７は、膜１８の変形によって光学キャビティ１１から分離され得る。
“真空”とは、大気圧未満の圧力、好ましくは１０−４ｍｂａｒ未満の圧力を意味すると理解される。
ポンプ部３１は、特に、陽極接合の段階後に作動し得る。
このように、原子の磁気光学トラッピング又はイオンとラッピングに必要な条件を実現することが可能である。
１ 原子センサ
２ ガスセル
３ レーザー
４ 光検出器
５ 入射外部レーザー光線
６ 多層アセンブリ
７ 成形可能なプレート又はウエハ
８ ガラスプレート又はウエハ
９ 光学窓
１１ 光学キャビティ
１３ シーリング流域
１４ キャビティ口
１５ チャネル口
１６ シーリング通路
１７ ガス流入チャネル
１８ 膜
１８ 外面
１８ｂ 内面
１８ｃ 突出部
１９ ガス源
１９ａ ディスペンサ
２３ 加熱デバイス
２５ リセス
２５ａ 開口部
２６ リセス
２６ａ 開口部
２７ａ 第１のガラス副層
２７ｂ 第２のガラス副層
２７ｃ 中間層
２８ シーリング領域
２９ キャビティ
３０ 壁
４０ 低温領域

Claims (31)

  1. セルに突き当たる入射外部レーザー光線（５）を放出する少なくとも１つのレーザー（３）に加えて、前記セルから出る外部レーザー光線を受容する光検出器（４）に関連する、原子時計、原子磁力計又は原子ジャイロ等の原子センサ（１）における封入用のガスセル（２）であって、前記レーザー光線が、前記セルを貫通し、前記セルが、少なくとも１つの光学窓（９）を備え、ガスが充填されるのに適した光学キャビティ（１１）を備え、
    前記セルが、
    −シーリング流域（１３）であって、
    前記シーリング流域（１３）及び前記光学キャビティ（１１）の間にガスの通路を可能にするために適したキャビティ口（１４）と、
    ガスがガス流入チャネル（１７）を介して前記シーリング流域（１３）に入ることを可能にするように設計されたチャネル口（１５）と、
    シーリング通路（１６）と、を備えるシーリング流域（１３）と、
    −前記シーリング流域のシーリング通路を密閉する膜（１８）と、
    を備え、
    前記ガス流入チャネル（１７）から前記光学キャビティ（１１）を密閉して分離するような方法で、前記膜（１８）が加熱によって塑性的に変形されるとき、前記膜（１８）が前記キャビティ口（１４）及び前記チャネル口（１５）のうちの少なくとも１つを密閉することができるように、前記セルが配置されていることを特徴とする、ガスセル（２）。
  2. 前記膜（１８）に接触する加熱デバイス（２３）、特に、電流が通るのに適した抵抗素子、又は、前記膜によって実質的に吸収されない光の少なくとも１つの波長に対して吸収性である材料の層をさらに備える、請求項１に記載のセル。
  3. 少なくとも１つの開口部（２５ａ）に開通するリセス（２５）を与えるために成形される成形可能なプレート又はウエハ（７）であって、前記リセスが、ガスで充填されるのに適している、成形可能なプレート又はウエハ（７）と、
    少なくとも１つの光学窓（９）を備える前記光学キャビティ（１１）を形成するために前記リセス（２５）の開口部（２５ａ）を密閉する少なくとも１つのガラスプレート又はウエハ（８）と、備える多層アセンブリ（６）を備え、
    前記ガラスプレート又はウエハ（８）及び前記リセスを有する前記成形可能なプレート又はウエハ（７）が、互いに対向して配され、特に陽極接合によって互いに密閉される、請求項１又は２に記載のセル。
  4. 前記膜（１８）が、前記ガラスプレート又はウエハ（８）の一部であり、特に、前記光学窓（９）及び前記膜（１８）が、単一のガラスプレート又はウエハ（８）によって互いに分離された２つの部分によって形成される、請求項３に記載のセル。
  5. 前記成形可能なプレート又はウエハ（７）が、前記シーリング流域（１３）を形成し、前記シーリング通路（１６）を形成する少なくとも第２の開口部（２６ａ）に開通する第２のリセス（２６）を与えるように成形される、請求項３又は４に記載のセル。
  6. 前記シーリング流域（１３）及び前記膜（１８）が、前記ガラスプレート又はウエハ（８）に形成され、特に、前記ガラスプレート又はウエハが、重ね合わされて一体的に固定される少なくとも第１のガラス副層（２７ａ）及び第２のガラス副層（２７ｂ）を備え、
    前記シーリング流域（１３）が、前記第１のガラス副層に形成され、前記膜（１８）が、前記第２のガラス副層に形成される、請求項３又は４に記載のセル。
  7. 前記ガラスプレート又はウエハが、第１のガラス副層（２７ａ）及び第２のガラス副層（２７ｂ）を備え、前記多層アセンブリ（６）が、前記第１のガラス副層（２７ａ）及び前記第２のガラス副層（２７ｂ）の間の陽極接合を可能にするように、前記第１のガラス副層（２７ａ）及び前記２のガラス副層（２７ｂ）の間に配される、特にシリコンである、陽極接合のための中間層（２７ｃ）をさらに備え、
    特に、
    −前記膜（１８）が、前記第２のガラス副層（２７ｂ）に形成され、
    −少なくとも前記キャビティ口（１４）が、前記第１のガラス副層（２７ａ）に形成され、
    −前記陽極接合のための中間層（２７ｃ）が、少なくとも前記光学窓（９）が妨げられないようになるように成形される、請求項３又は４に記載のセル。
  8. 前記プレート又はウエハの延長平面に実質的に垂直であるように、前記プレート又はウエハの全厚さを実質的に横断するように、前記ガス流入チャネル（１７）が、前記成形可能なプレート又はウエハ（７）及び前記ガラスプレート又はウエハ（８）のうちの少なくとも１つに形成される、請求項３から７の何れか一項に記載のセル。
  9. 前記膜（１８）がガラスであり、特に、ガラスプレート又はウエハ（８）の薄膜化された部分である、請求項１から８の何れか一項に記載のセル。
  10. 前記膜（１８）が、前記シーリング流域（１３）に面する突出部（１８ｃ）、特に、前記シーリング流域（１３）に延長する、前記膜（１８）の内面（１８ｂ）上に突出部（１８ｃ）を備える、請求項１から９の何れか一項に記載のセル。
  11. 前記光学キャビティ（１１）を前記ガス流入チャネル（１７）から密閉して分離するように、前記シーリング流域（１３）が、実質的に平坦で、前記変形されていない膜に平行であり、加熱によって塑性的に変形された前記膜との密閉的な接触を形成するのに適した、前記チャネル口（１５）を囲うシーリング領域（２８）を備える、請求項１から１０の何れか一項に記載のセル。
  12. 前記塑性的に変形されていない膜及び前記シーリング領域に対して垂直に測定された、前記塑性的に変形されていない膜（１８）及び前記シーリング領域（２８）の間の距離が、百ミクロン未満である、請求項１１に記載のセル。
  13. 前記シーリング流域（１３）の前記シーリング領域（２８）の直径が、前記塑性的に変形されていない膜（１８）及び前記シーリング領域（２８）の間の前記距離の３倍より大きい、請求項１１又は１２に記載のセル。
  14. 前記膜（１８）の厚さが、５００ミクロン未満、好ましくは２００ミクロン未満である、請求項１から１３の何れか一項に記載のセル。
  15. 前記キャビティ口（１４）及び前記チャネル口（１５）を用いて、前記ガス流入チャネル（１７）に接続され、前記ガス流入チャネル（１７）及び前記シーリング流域（１３）を介して前記光学キャビティ（１１）をガスで充填するのに適したガス源（１９、１９ａ）を備える、請求項１から１４の何れか一項に記載のセル。
  16. 前記源が、前記ガス流入チャネル（１７）に接続されたソースキャビティ（１９）、及び、前記ソースキャビティに受容され、加熱によってアルカリ蒸気を生成するのに適したアルカリ金属のディスペンサ（１９ａ）を備える、請求項１５に記載のセル。
  17. 前記光学キャビティ（１１）に加えて、前記光学キャビティ（１１）に隣接し、追加のガスを、前記光学キャビティ内に含まれるガスと混合することを可能にするために穴あけされるための壁（３０）によってそれから分離される、前記追加のガスが充填された追加のキャビティ（２９）を備える、請求項１から１６の何れか一項に記載のセル。
  18. 前記追加のキャビティ（２９）の壁（３０）が、前記セル（２）に対する外因的な非接触作用によって、特に前記壁との、パルスレーザー光線、連続レーザー光線、又は放電の相互作用によって穴あけされるのに適する、請求項１７に記載のセル。
  19. 前記光学キャビティ（１１）が、ガスで充填され、前記膜（１８）が、前記キャビティ口（１４）及び前記チャネル口（１５）のうちの少なくとも１つを前記膜（１８）が密閉し、前記光学キャビティ（１１）を前記ガス流入チャネル（１７）から密閉して分離する、塑性的に変形された状態である、請求項１から１８の何れか一項に記載のセル。
  20. 請求項１から１９の何れか一項に記載の複数のセルを備える一組のセルであって、前記ガス流入チャネル（１７）が、単一のガス源（１９）に接続され、特に、前記複数のセル（２）が、前記複数のセル（２）を互いに分離するように切断されるのに適した一体的な固いアセンブリ（２０）を形成する、一組のセル。
  21. −請求項１から１９の何れか一項に記載のセル（２）又は請求項２０に記載の一組のセル（２０）が提供され、
    −前記セル又は一組のセルの前記ガス流入チャネルに接続されるガス源（１９、１９ａ）が提供され、
    −前記キャビティ口（１４）及び前記チャネル口（１５）を用いて、前記光学キャビティが、前記ガス流入チャネル（１７）及び前記シーリング流域（１３）を介して前記源からのガスで充填され、
    −前記膜（１８）が、前記光学キャビティ（１１）を前記ガス流入チャネル（１７）から密閉して分離するような方法で、前記膜（１８）が、前記キャビティ口（１４）及び前記チャネル口（１５）のうちの少なくとも１つを密閉するように加熱によって塑性的に変形される、セル（２）を充填する方法。
  22. 前記膜（１８）が、前記膜（１８）の外面（１８ａ）を加熱することによって塑性的に変形され、前記外面（１８ａ）が、特に前記セル（２）の外部の面である、請求項２１に記載のガス充填方法。
  23. 前記膜（１８）が、前記膜に向けられたレーザーを用いて加熱することによって塑性的に変形される、請求項２１に記載のガス充填方法。
  24. 前記膜（１８）が、前記膜に接触する抵抗素子（２３）を介して電流が流れることを可能にすることによって、加熱によって塑性的に変形される、請求項２１に記載のガス充填方法。
  25. 前記源が、前記セル又は一組のセルの前記ガス流入チャネル（１７）に接続されたソースキャビティ（１９）に受容されるアルカリ金属のディスペンサ（１９ａ）であり、前記光学キャビティ（１１）が、前記ディスペンサを加熱することによって充填される、請求項２１から２４の何れか一項に記載のガス充填方法。
  26. 前記光学キャビティを前記ガス流入チャネルから密閉して分離するために前記膜（１８）が塑性的に変形された後、前記セル（２）が、前記ガス源から取り外される、請求項２１から２５の何れか一項に記載のガス充填方法。
  27. 前記光学キャビティ（１１）を前記ガス流入チャネル（１７）から密閉して分離するために前記膜（１８）が塑性的に変形された後、前記光学キャビティ（１１）を、追加のガスで充填された追加のキャビティ（２９）から分離する壁（３０）が、前記追加のガスを前記光学キャビティ内に含まれるガスと混合するように穴あけされる、請求項２１から２６の何れか一項に記載のガス充填方法。
  28. 請求項１８に記載の一組のセル（２０）が提供され、前記光学キャビティ（１１）が前記源からのガスで充填された後、
    −前記一組のセル（２０）の複数のセル（２）の少なくとも前記ガスキャビティ（１１）が、第１の所定温度以上の温度に設定され、前記第１の所定温度が、前記一組のセル（２０）のセル動作温度（２）より大きく、前記一組のセル（２０）の低温領域（４０）が、前記第１の所定温度未満である第２の所定温度に設定され、
    −前記セル（２）の前記ガスキャビティ（１１）及び前記一組のセル（２０）の前記低温領域（４０）の温度を維持しながら、前記一組のセル（２０）の各セル（２０）の前記膜（１８）が、加熱することによって塑性的に変形され、
    −前記一組のセル（２０）の複数のセル（２）の前記ガスキャビティ（１１）が、前記セル（２）の前記動作温度まで冷却される、請求項２１から２７の何れか一項に記載のガス充填方法。
  29. −請求項１から１９の何れか一項に記載のセル（２）又は請求項２０に記載の一組のセル（２０）が提供され、
    −前記セル又は一組のセルの前記ガス流入チャネル（１７）に接続されるポンプ部（３１）が提供され、
    −前記キャビティ口（１４）及びチャネル口（１５）を用いて、前記ポンプ部（３１）が、前記ガス流入チャネル（１７）及びシーリング流域（１３）を介して前記光学キャビティ（１１）内に含まれるガスを吸引するように操作され、
    −前記光学キャビティ（１１）を前記ガス流入チャネル（１７）から密閉して分離するような方法で、前記膜（１８）が、前記キャビティ口（１４）及び前記チャネル口（１５）のうちの少なくとも１つを密閉するように加熱することによって塑性的に変形される、セルに真空を生成する方法。
  30. −成形可能なプレート又はウエハ（７）及び少なくとも１つのガラスプレート又はウエハ（８）が提供され、
    −少なくとも１つの開口部（２５ａ）に開通するリセス（２５）を形成するために、前記成形可能なプレート又はウエハが成形され、特にエッチングされ、
    −ガス流入チャネル（１７）及びシーリング流域（１３）であって、前記シーリング流域（１３）及び前記光学キャビティ（１１）の間にガスの通路を可能にするように適合されるキャビティ口（１４）、前記ガス流入チャネル（１７）を介して前記シーリング流域（１３）にガスが入ることを可能にするように設計されたチャネル口（１５）、及び、シーリング通路（１６）を備える、ガス流入チャネル（１７）及びシーリング流域（１３）を形成するように、前記成形可能なプレート又はウエハ（７）及び前記ガラスプレート又はウエハ（８）のうちの少なくとも１つが成形され、特にエッチングされ、
    −前記成形可能なプレート又はウエハ（７）及び前記少なくとも１つのガラスプレート又はウエハ（８）を備える多層アセンブリ（６）が形成され、
    前記リセス（２５）の前記開口部（２５ａ）が、少なくとも１つの光学窓（９）を有し、ガスで充填されるのに適した光学キャビティ（１１）を形成するために密閉され、
    前記光学キャビティ（１１）を前記ガス流入チャネル（１７）から密閉して分離するような方法で、前記シーリング通路（１６）が、前記キャビティ口（１４）及び前記チャネル口（１５）のうちの少なくとも１つを密閉するように、加熱することによって塑性的に変形することができる膜（１８）で密閉されるようになる、請求項１から１９の何れか一項に記載のセルを製造する方法。
  31. 請求項１から１９の何れか一項に記載のセル（２）を備える原子センサ（１）であって、前記セルに突き当たる入射外部レーザー光線（５）を放射するレーザー、及び、前記セルから出る外部レーザー光線を受容するための光検出器を有する小型方式に関連する、原子センサ（１）。
JP2018501882A 2015-07-16 2016-07-13 原子センサ用のガスセル及びガスセルの充填方法 Active JP6910340B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1556729A FR3038892B1 (fr) 2015-07-16 2015-07-16 Cellule a gaz pour un capteur atomique et procede de remplissage d'une cellule a gaz
FR1556729 2015-07-16
PCT/FR2016/051816 WO2017009582A1 (fr) 2015-07-16 2016-07-13 Cellule à gaz pour un capteur atomique et procédé de remplissage d'une cellule à gaz

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018528605A true JP2018528605A (ja) 2018-09-27
JP6910340B2 JP6910340B2 (ja) 2021-07-28

Family

ID=55129952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018501882A Active JP6910340B2 (ja) 2015-07-16 2016-07-13 原子センサ用のガスセル及びガスセルの充填方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10775747B2 (ja)
EP (1) EP3323023B1 (ja)
JP (1) JP6910340B2 (ja)
CN (1) CN107850870B (ja)
FR (1) FR3038892B1 (ja)
WO (1) WO2017009582A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021261183A1 (ja) * 2020-06-22 2021-12-30 株式会社多摩川ホールディングス ガスセルの製造方法及び原子発振器の製造方法
WO2022018951A1 (ja) * 2020-07-20 2022-01-27 日本電気硝子株式会社 原子セル及びその製造方法
KR20230086112A (ko) * 2021-12-08 2023-06-15 한국과학기술원 증기 셀

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017018846A1 (ko) * 2015-07-30 2017-02-02 한국과학기술원 칩 스케일 원자시계를 위한 전기 광학 기능이 구비된 증기셀 및 칩 스케일 기기를 위한 밀폐용기 제작 방법
US10370760B2 (en) * 2017-12-15 2019-08-06 Texas Instruments Incorporated Methods for gas generation in a sealed gas cell cavity
CN108548531B (zh) * 2018-05-02 2023-10-03 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种用于核磁共振陀螺仪的微小型集成化原子气室
CN109579812B (zh) * 2018-11-02 2023-01-13 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种高规整度原子气室制造方法
JP2020167591A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 セイコーエプソン株式会社 原子発振器および周波数信号生成システム
CN111060088B (zh) * 2019-12-12 2022-02-01 北京航天控制仪器研究所 一种高压原子气室制造系统及方法
CN118215891A (zh) * 2021-11-11 2024-06-18 微芯片技术股份有限公司 蒸气单元以及相关系统和方法
WO2023172473A2 (en) * 2022-03-05 2023-09-14 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Microfabricated alkaline earth vapor cell and method of fabrication

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110232782A1 (en) * 2009-12-22 2011-09-29 Teledyne Scientific & Imaging, Llc System for charging a vapor cell
JP2013007720A (ja) * 2011-06-27 2013-01-10 Hitachi Ltd 磁場計測装置、磁場計測装置製造方法
JP2013125907A (ja) * 2011-12-15 2013-06-24 Ricoh Co Ltd 原子発振器の製造方法
WO2014057229A1 (fr) * 2012-10-12 2014-04-17 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Cellule à vapeur alcaline notamment pour horloge atomique et procédé de fabrication
US20140139294A1 (en) * 2012-11-21 2014-05-22 Ricoh Company, Ltd. Alkali metal cell, atomic oscillator, and alkali metal cell fabricating method
JP2014103350A (ja) * 2012-11-22 2014-06-05 Ricoh Co Ltd アルカリ金属セル、原子発振器及びアルカリ金属セルの製造方法
US20150028866A1 (en) * 2013-07-23 2015-01-29 Texas Instruments Incorporated Vapor cell structure having cavities connected by channels for micro-fabricated atomic clocks, magnetometers, and other devices
US20150061785A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-05 Seiko Epson Corporation Atom cell, quantum interference device, atomic oscillator, electronic apparatus, and moving object
JP2015046535A (ja) * 2013-08-29 2015-03-12 株式会社リコー アルカリ金属セルの製造方法及び原子発振器の製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8299860B2 (en) 2010-02-04 2012-10-30 Honeywell International Inc. Fabrication techniques to enhance pressure uniformity in anodically bonded vapor cells
JP6031787B2 (ja) * 2011-07-13 2016-11-24 株式会社リコー 原子発振器の製造方法
US9169974B2 (en) * 2013-07-23 2015-10-27 Texas Instruments Incorporated Multiple-cavity vapor cell structure for micro-fabricated atomic clocks, magnetometers, and other devices
JP6308037B2 (ja) * 2013-08-20 2018-04-11 株式会社リコー ヒーター基板、アルカリ金属セルユニット及び原子発振器
JP6291768B2 (ja) * 2013-09-26 2018-03-14 セイコーエプソン株式会社 原子共鳴遷移装置、原子発振器、電子機器および移動体
JP2016207695A (ja) * 2015-04-15 2016-12-08 セイコーエプソン株式会社 原子セル、原子セルの製造方法、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体
WO2017018846A1 (ko) * 2015-07-30 2017-02-02 한국과학기술원 칩 스케일 원자시계를 위한 전기 광학 기능이 구비된 증기셀 및 칩 스케일 기기를 위한 밀폐용기 제작 방법

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110232782A1 (en) * 2009-12-22 2011-09-29 Teledyne Scientific & Imaging, Llc System for charging a vapor cell
JP2013007720A (ja) * 2011-06-27 2013-01-10 Hitachi Ltd 磁場計測装置、磁場計測装置製造方法
JP2013125907A (ja) * 2011-12-15 2013-06-24 Ricoh Co Ltd 原子発振器の製造方法
WO2014057229A1 (fr) * 2012-10-12 2014-04-17 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Cellule à vapeur alcaline notamment pour horloge atomique et procédé de fabrication
US20140139294A1 (en) * 2012-11-21 2014-05-22 Ricoh Company, Ltd. Alkali metal cell, atomic oscillator, and alkali metal cell fabricating method
JP2014103350A (ja) * 2012-11-22 2014-06-05 Ricoh Co Ltd アルカリ金属セル、原子発振器及びアルカリ金属セルの製造方法
US20150028866A1 (en) * 2013-07-23 2015-01-29 Texas Instruments Incorporated Vapor cell structure having cavities connected by channels for micro-fabricated atomic clocks, magnetometers, and other devices
JP2015046535A (ja) * 2013-08-29 2015-03-12 株式会社リコー アルカリ金属セルの製造方法及び原子発振器の製造方法
US20150061785A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-05 Seiko Epson Corporation Atom cell, quantum interference device, atomic oscillator, electronic apparatus, and moving object
JP2015053304A (ja) * 2013-09-05 2015-03-19 セイコーエプソン株式会社 原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021261183A1 (ja) * 2020-06-22 2021-12-30 株式会社多摩川ホールディングス ガスセルの製造方法及び原子発振器の製造方法
WO2022018951A1 (ja) * 2020-07-20 2022-01-27 日本電気硝子株式会社 原子セル及びその製造方法
KR20230086112A (ko) * 2021-12-08 2023-06-15 한국과학기술원 증기 셀
WO2023106505A1 (ko) * 2021-12-08 2023-06-15 한국과학기술원 증기 셀
KR102647043B1 (ko) 2021-12-08 2024-03-13 한국과학기술원 증기 셀

Also Published As

Publication number Publication date
US10775747B2 (en) 2020-09-15
FR3038892B1 (fr) 2017-08-11
FR3038892A1 (fr) 2017-01-20
CN107850870A (zh) 2018-03-27
WO2017009582A1 (fr) 2017-01-19
JP6910340B2 (ja) 2021-07-28
CN107850870B (zh) 2020-11-17
US20180210403A1 (en) 2018-07-26
EP3323023A1 (fr) 2018-05-23
EP3323023B1 (fr) 2021-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2018528605A (ja) 原子センサ用のガスセル及びガスセルの充填方法
EP2362281B1 (en) Fabrication techniques to enhance pressure uniformity in anodically bonded vapor cells
US9023675B2 (en) Process for encapsulating a microelectronic device comprising injection of noble gas through a material permeable to this noble gas
Douahi et al. Vapour microcell for chip scale atomic frequency standard
Straessle et al. Low-temperature indium-bonded alkali vapor cell for chip-scale atomic clocks
Overstolz et al. Wafer scale fabrication of highly integrated rubidium vapor cells
US20160169989A1 (en) Magnetic field measuring apparatus
Karlen et al. Sealing of MEMS atomic vapor cells using Cu-Cu thermocompression bonding
EP2746876B1 (en) Fabrication techniques to enhance pressure uniformity in anodically bonded vapor cells and corresponding wafer structure
Hasegawa et al. Effects of getters on hermetically sealed micromachined cesium–neon cells for atomic clocks
EP3112315B1 (en) Method for filling csac absorption cells with high-purity alkali metal
JP6179277B2 (ja) アルカリ金属セルの製造方法及び原子発振器の製造方法
Kitching et al. Microfabricated atomic frequency references
Lee et al. A batch fabricated rubidium-vapor resonance cell for chip-scale atomic clocks
TW201731760A (zh) 具有擴散停止通道的微機械構件
KR20230169106A (ko) Mems 셀에 기준 가스를 포집하는 방법
JP6036230B2 (ja) アルカリ金属セルの製造方法及び原子発振器の製造方法
Kitching et al. Microfabricated atomic clocks
Douahi et al. New vapor cell technology for chip scale atomic clock
Maurice et al. Microfabricated vapor cells for miniature atomic clocks based on post-sealing activated cesium dispensers
Hasegawa et al. Microfabrication and thermal behavior of miniature cesium-vapor cells for atomic clock operations
Hirai et al. Low temperature, wafer-level process of alkali-metal vapor cells for micro-fabricated atomic clocks
JP2022024909A (ja) ガスセル、原子発信器、及び、それらの製造方法
WO2021005051A1 (en) Vapour cell
Liew et al. Micromachined alkali atom vapor cells for chip-scale atomic clocks

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190704

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200730

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200923

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201221

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210607

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210706

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6910340

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150