JP2021034641A - 量子干渉装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】スピン偏極やＣＰＴ等の現象が緩和するのを抑制する被膜の耐熱性が高い原子セルを備えた量子干渉装置を提供すること。【解決手段】発光素子と、前記発光素子からの光が入射する原子セルと、を含み、前記原子セルは、内部にアルカリ金属原子を収容し、内壁にポリジイン化合物またはポリジエン化合物を含む被膜が配置されていることを特徴とする量子干渉装置。また、前記ポリジイン化合物および前記ポリジエン化合物は、モノマー由来の単位構造同士が、架橋部において架橋している重合物であり、前記架橋部は、前記単位構造の中央部に位置していることが好ましい。【選択図】図５
Description
本発明は、量子干渉装置に関するものである。
セシウム等のアルカリ金属原子では、光の作用によりスピン偏極やＣＰＴ（Coherent Population Trapping）という現象が発現する。原子発振器や磁気センサー等の量子干渉装置では、ガスセル内部に封入したアルカリ金属原子において、これらの現象を利用している。このため、ガスセルの内壁には、これらの現象が緩和するのを抑制するため、緩和防止膜が設けられている。
特許文献１には、長鎖状の分子構造を有するパラフィンを内壁に形成し、コーティング層としたガスセルが開示されている。長鎖状の分子構造を内壁に対して垂直配向することにより、スピン偏極を緩和する効果を奏する。
特許文献１に記載のコーティング層は、耐熱性が低いという問題がある。耐熱性が低いと、ガスセルの温度が上昇した場合、コーティング層が劣化しやすくなる。その結果、前述したスピン偏極やＣＰＴ等の現象が緩和するのを抑制する性能の低下が懸念される。
本発明の適用例に係る量子干渉装置は、発光素子と、前記発光素子からの光が入射する原子セルと、を含み、前記原子セルは、内部にアルカリ金属原子を収容し、内壁にポリジイン化合物またはポリジエン化合物を含む被膜が配置されている。
以下、本発明の量子干渉装置の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係る量子干渉装置である原子発振器１について説明する。
１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係る量子干渉装置である原子発振器１について説明する。
図１は、第１実施形態に係る量子干渉装置である原子発振器１を示す機能ブロック図である。図２は、図１に示す原子発振器１の主要部の断面図である。なお、図２では、互いに直交する３軸を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。Ｘ軸は、後述する光軸ａと平行である。また、Ｙ軸は、後述する原子セル３の第２室３２の長軸と平行である。なお、各軸の矢印が指す方向を「正方向」、その反対方向を「負方向」という。一例として、Ｘ軸正方向を光ＬＬの進行方向とする。
１．１ 原子発振器
原子発振器１は、量子干渉効果を利用した発振器である。量子干渉効果は、アルカリ金属原子に対して互いに周波数の異なる２種の共鳴光を同時に照射したとき、２種の共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象を生じさせる。この現象は、ＣＰＴ現象または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ現象、EIT：Electromagnetically Induced Transparency）という。原子発振器１では、この現象を利用することで、高精度な発振器を実現している。
原子発振器１は、量子干渉効果を利用した発振器である。量子干渉効果は、アルカリ金属原子に対して互いに周波数の異なる２種の共鳴光を同時に照射したとき、２種の共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象を生じさせる。この現象は、ＣＰＴ現象または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ現象、EIT：Electromagnetically Induced Transparency）という。原子発振器１では、この現象を利用することで、高精度な発振器を実現している。
この原子発振器１は、図１に示すように、発光素子モジュール１０と、原子セルユニット２０と、発光素子モジュール１０と原子セルユニット２０との間に設けられている光学系ユニット３０と、発光素子モジュール１０および原子セルユニット２０の作動を制御する制御回路５０と、を備える。以下、原子発振器１の各部について説明する。
発光素子モジュール１０は、第１ペルチェ素子１０１と、発光素子１０２と、第１温度センサー１０３と、を備える。発光素子１０２は、周波数の異なる２種の共鳴光を含んでいる直線偏光の光ＬＬを出射する。発光素子１０２としては、光ＬＬを出射するものであれば特に限定されず、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の半導体レーザー等を用いることができる。また、第１温度センサー１０３は、発光素子１０２の温度を検出する。また、第１ペルチェ素子１０１は、発光素子１０２を加熱または冷却し、発光素子１０２の温度を調節する。
光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１と、集光レンズ３０２と、１／４波長板３０３と、を備え、これらが光ＬＬの光軸ａに沿って並んでいる。減光フィルター３０１は、前述した発光素子１０２からの光ＬＬの強度を減少させる。また、集光レンズ３０２は、例えば光ＬＬを平行光に近づけるように、光ＬＬの放射角度を調整する。また、１／４波長板３０３は、光ＬＬを直線偏光から円偏光、具体的には、右円偏光または左円偏光に変換する。
原子セルユニット２０は、原子セル３と、受光素子２０２と、第２ペルチェ素子２１２と、第２温度センサー２０４と、コイル４と、を備える。
原子セル３は、光ＬＬに対する透過性を有する。原子セル３は、後に詳述するように、第１室３１および第２室３２を有し、第１室３１の内部空間Ｓ１および第２室３２の内部空間Ｓ２は、内壁３９１により囲まれている。原子セル３の内部空間Ｓ１内および内部空間Ｓ２内には、アルカリ金属原子が封入されている。アルカリ金属原子は、互いに異なる２つの基底準位と励起準位とからなる３準位系のエネルギー準位を有する。原子セル３には、発光素子１０２からの光ＬＬが減光フィルター３０１、集光レンズ３０２および１／４波長板３０３を介して入射する。そして、受光素子２０２は、原子セル３を通過した光ＬＬを受光し、その受光強度に応じた信号を出力する。
第２ペルチェ素子２１２は、後述する原子セル３の温度を制御する温度制御素子である。第２ペルチェ素子２１２は、供給される電流の向きに応じて加熱または冷却機能を発揮する。また、第２温度センサー２０４は、原子セル３の温度を検出する。
コイル４は、原子セル３内のアルカリ金属原子に所定方向の磁場を印加し、そのアルカリ金属原子のエネルギー準位をゼーマン分裂させる。このようにアルカリ金属原子のエネルギー準位がゼーマン分裂した状態において、前述したような円偏光の共鳴光対がアルカリ金属原子に照射されると、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のＣＰＴ現象（ＥＩＴ現象）を発現する原子数を増大させ、所望の信号、すなわち、ＣＰＴ現象に伴って受光素子２０２の出力信号に現れる信号を大きくすることができる。その結果、原子発振器１の発振特性、特に短期周波数安定度を向上させることができる。
制御回路５０は、第１温度制御回路５０４と、光源制御回路５０２と、磁場制御回路５０３と、第２温度制御回路５０１と、を備える。第１温度制御回路５０４は、第１温度センサー１０３の検出結果に基づいて、発光素子１０２の温度が所望の温度となるように、第１ペルチェ素子１０１への通電を制御する。第２温度制御回路５０１は、第２温度センサー２０４の検出結果に基づいて、原子セル３内が所望の温度となるように、第２ペルチェ素子２１２への通電を制御する。磁場制御回路５０３は、コイル４が発生する磁場が一定となるように、コイル４への通電を制御する。
光源制御回路５０２は、受光素子２０２の検出結果に基づいて、ＣＰＴ現象（ＥＩＴ現象）が生じるように、発光素子１０２からの光ＬＬに含まれる２種の共鳴光の周波数を制御する。具体的には、これら２種の共鳴光の周波数差が、原子セル３内のアルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当するとき、ＣＰＴ現象が生じる。
次に、原子発振器１の主要部である原子セルユニット２０の構成について詳述する。
前述したように、原子セルユニット２０は、原子セル３と、受光素子２０２と、第２ペルチェ素子２１２と、第２温度センサー２０４と、コイル４と、を備える。原子セル３は、図２に示すように、第１室３１と第２室３２とを備えている。また、図２に示す原子セルユニット２０は、コイル４を支持する支持部材５と、原子セル３の第１室３１、コイル４および支持部材５を収容する第１シールド部材６と、原子セル３の第２室３２と第２ペルチェ素子２１２とに接する伝熱部材７と、を備える。また、原子発振器１は、原子セルユニット２０、発光素子モジュール１０および光学系ユニット３０を収容する第２シールド部材８を備える。
前述したように、原子セルユニット２０は、原子セル３と、受光素子２０２と、第２ペルチェ素子２１２と、第２温度センサー２０４と、コイル４と、を備える。原子セル３は、図２に示すように、第１室３１と第２室３２とを備えている。また、図２に示す原子セルユニット２０は、コイル４を支持する支持部材５と、原子セル３の第１室３１、コイル４および支持部材５を収容する第１シールド部材６と、原子セル３の第２室３２と第２ペルチェ素子２１２とに接する伝熱部材７と、を備える。また、原子発振器１は、原子セルユニット２０、発光素子モジュール１０および光学系ユニット３０を収容する第２シールド部材８を備える。
原子セル３は、気体のアルカリ金属が収容された第１室３１と、気体のアルカリ金属とともに固体または液体のアルカリ金属が収容された第２室３２と、を備える。本明細書では、気体、液体および固体のアルカリ金属を、アルカリ金属原子と総称することもある。また、液体および固体のアルカリ金属を、特に「補充用金属ＭＲ」ともいう。
アルカリ金属としては、例えば、ルビジウム、セシウム、ナトリウム等が挙げられる。
アルカリ金属としては、例えば、ルビジウム、セシウム、ナトリウム等が挙げられる。
第１室３１は、Ｘ軸と平行な中心軸を有する筒状の胴体部３３と、胴体部３３のＸ軸負側に接合された板状の窓部３４と、胴体部３３のＸ軸正側に接合された板状の窓部３５と、これらで囲まれた内部空間Ｓ１と、を有している。発光素子１０２から発せられた光ＬＬは、窓部３４、内部空間Ｓ１、窓部３５を順に透過する。このとき、光ＬＬは、内部空間Ｓ１内でアルカリ金属原子を励起することができる。その後、光ＬＬは、受光素子２０２に至る。なお、内部空間Ｓ１の形状としては、特に限定されないが、例えば、直方体、立方体、円柱、球等が挙げられる。また、原子セル３の窓部３４、３５のうちの一方は、胴体部３３と一体であってもよい。
このような第１室３１は、内部空間Ｓ１とは反対側の面、すなわち、原子セル３の外面として第１面３１１、第２面３１２および第３面３１３を有している。第１面３１１は、窓部３４の外面であり、発光素子１０２からの光ＬＬが入射する入射面である。第２面３１２は、窓部３５の外面であり、第１面３１１に入射して、内部空間Ｓ１を透過した光ＬＬが出射する出射面である。第３面３１３は、胴体部３３の外周面であり、第１面３１１と第２面３１２とを接続する。なお、胴体部３３の外形が角柱等であり、複数の面を含む場合は、それらの面を包括的に第３面３１３と称する。
窓部３４および窓部３５の構成材料としては、光ＬＬに対する透過性を有していればよく、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。一方、胴体部３３の構成材料としては、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、シリコン、水晶等が挙げられる。また、胴体部３３と窓部３４および窓部３５との接合方法としては、例えば、直接接合法、陽極接合法、溶融接合法、オプティカル接合法等が挙げられる。
第２室３２は、第３面３１３からＹ軸正方向に向かって突出している。第２室３２は、Ｙ軸と平行な中心軸を有する管状の胴体部３６と、胴体部３６のＹ軸正側に設けられた蓋部３７と、これらで囲まれた内部空間Ｓ２と、を有している。胴体部３６は、Ｙ軸と平行な長軸を有する形状をなしている。内部空間Ｓ２には、補充用金属ＭＲが収容されている。内部空間Ｓ２は、連通路３８を介して内部空間Ｓ１と連通している。これにより、補充用金属ＭＲは、内部空間Ｓ１内に収容された気体のアルカリ金属の分圧が低下したとき、気体となって内部空間Ｓ１内に供給される。このように、第２室３２は、補充用金属ＭＲを貯留するリザーバーとして機能する。
胴体部３６および蓋部３７の構成材料としては、特に限定されず、金属材料、ガラス材料、シリコン材料、水晶等が挙げられる。また、胴体部３６と胴体部３３との接合方法としては、例えば、直接接合法、陽極接合法、溶融接合法、オプティカル接合法等が挙げられる。蓋部３７は、胴体部３６を得るための筒状をなす母材の端部を溶融し、端部を封止することによって、胴体部３６とともに製造される。なお、蓋部３７は、胴体部３６とは別の部材として用意され、この部材を胴体部３６に接合する方法によっても製造可能である。
以上のような構成の原子セル３の第２面３１２側には、受光素子２０２が第２面３１２に対向して配置されている。受光素子２０２は、原子セル３内を透過して、第２面３１２から出射した光ＬＬ、すなわち、共鳴光対の強度を検出することができる。受光素子２０２としては、特に限定されず、例えば、フォトダイオード等が挙げられる。
原子セル３の胴体部３３の外周側には、筒状をなす支持部材５が胴体部３３と同心的に配置されている。支持部材５は、内側で原子セル３を支持するとともに、外側でコイル４を支持する部材である。
支持部材５の外周面５１には、螺旋状のコイル４が配置されている。また、支持部材５は、Ｙ軸に沿って貫通する貫通孔５３を有している。この貫通孔５３には、原子セル３の第２室３２が挿通されている。
支持部材５の構成材料としては、特に限定されず、例えば、コイル４から原子セル３への磁界を阻害しない材料、例えば、アルミニウム等の非磁性の金属材料や、炭化ケイ素系等の熱伝導性のセラミックス材料を用いることができる。
コイル４は、支持部材５の外周面５１に沿って螺旋状に巻回されたワイヤー４１で構成されている。なお、コイル４を構成するワイヤー４１の本数は、１本に限定されず、複数本であってもよい。
第１シールド部材６は、磁気シールド性を有している。これにより、原子セル３に向かう、原子発振器１の使用環境下での磁場を遮蔽することができ、第１室３１内の磁場が変動するのを低減することができる。
第１シールド部材６は、Ｙ軸に沿って貫通する貫通孔６１を有している。この貫通孔６１には、原子セル３の第２室３２が挿通されている。これにより、第２室３２の先端部３２１は、第１シールド部材６の外側に位置している。その結果、第２室３２に対する温度制御が容易になる。なお、第２室３２の先端部３２１は第１シールド部材６の内側に位置していてもよく、第２室３２全体が第１シールド部材６の外側に位置していてもよい。
また、第１シールド部材６のＸ軸と交差する２つの壁には、Ｘ軸に沿って貫通する開口６２、開口６３が形成されている。開口６２は、開口６３に対してＸ軸負側に位置しており、原子セル３の第１面３１１に入射する光ＬＬが通過する。一方、開口６３は、開口６２に対してＸ軸正側に位置しており、第２面３１２から出射した光ＬＬが通過する。
第１シールド部材６の構成材料としては、特に限定されず、例えば、鉄、コバール、パーマロイ、ステンレス鋼等の透磁率が比較的高い鉄系合金等を用いることが好ましい。
また、本実施形態では、支持部材５と第１シールド部材６との間に間隙が形成されており、この間隙は、断熱性を有する断熱層７０として機能する。
第２シールド部材８は、箱状をなし、その内側に原子セルユニット２０、発光素子モジュール１０および光学系ユニット３０を一括して収容している。第２シールド部材８は、磁気シールド性を有する。これにより、第１シールド部材６での磁場の遮蔽性を補うことができる。
第２シールド部材８の構成材料としては、特に限定されず、例えば、第１シールド部材６の構成材料と同様の材料を用いることができる。
第２シールド部材８と原子セル３との間には、第２ペルチェ素子２１２と伝熱部材７とが配置されている。第２ペルチェ素子２１２は、伝熱部材７に対して第２シールド部材８側に位置し、伝熱部材７は、第２ペルチェ素子２１２の原子セル３側の面に接している。また、伝熱部材７には、第２温度センサー２０４が支持、固定されている。
このように原子発振器１は、第２室３２の温度を制御する温度制御素子としての第２ペルチェ素子２１２を備えている。第２ペルチェ素子２１２は、供給される電流の向きに応じて加熱機能または冷却機能が発揮され、第２室３２内を所望の温度に調節する。
伝熱部材７は、原子セル３の第２室３２の先端部３２１を蓋部３７側から覆うように配置されている。伝熱部材７は、第２室３２の蓋部３７に接する第１当接部７１と、第２室３２の胴体部３６の一部に接する第２当接部７２と、を有している。また、第１当接部７１は、蓋部３７とは反対側において、第２ペルチェ素子２１２にも接する。
伝熱部材７の構成材料としては、特に限定されず、例えば、銅、アルミニウム等が挙げられる。
伝熱部材７の第２当接部７２には、第２温度センサー２０４が配置されている。第２温度センサー２０４は、第２室３２の温度を検出する温度検出素子である。第２温度センサー２０４としては、例えば、サーミスター、熱電対等が挙げられる。
１．２ 原子セル
図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、図３のＢ部拡大図である。図５は、図４に示す被膜３９２が含むポリジイン化合物ＰＤＹの一種であるポリジアセチレン化合物ＰＤＡの分子構造の例における一部分を示す図である。図６は、図４に示す被膜３９２が含むポリジエン化合物ＰＤＥの分子構造の例における一部分を示す図である。
図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、図３のＢ部拡大図である。図５は、図４に示す被膜３９２が含むポリジイン化合物ＰＤＹの一種であるポリジアセチレン化合物ＰＤＡの分子構造の例における一部分を示す図である。図６は、図４に示す被膜３９２が含むポリジエン化合物ＰＤＥの分子構造の例における一部分を示す図である。
原子セル３は、前述したように、アルカリ金属原子を収容している。また、原子セル３は、図３に示すように、内壁３９１の表面に設けられた被膜３９２を有している。この被膜３９２は、図４および図５に示すポリジアセチレン化合物ＰＤＡまたは図６に示すポリジエン化合物ＰＤＥを含んでいる。このような被膜３９２を設けることにより、原子セル３の内部空間Ｓ１に収容されたアルカリ金属原子に生じるＣＰＴ現象の緩和を抑制することができる。また、ポリジアセチレン化合物ＰＤＡまたはポリジエン化合物ＰＤＥを含む被膜３９２は、後述するように、例えば重合性モノマーを重合し、モノマー同士を架橋することによって形成される。このため、モノマー由来の単位構造同士が、共有結合によって架橋し、従来よりも強固な被膜３９２の形成が可能になる。その結果、被膜３９２の耐熱性を高めることができる。
ここで、ポリジアセチレン化合物ＰＤＡは、２つの三重結合を含む不飽和有機分子をモノマーとする重合物である。この不飽和有機分子がジアセチレン化合物であり、下記式（１）で表される。
上記式（１）に含まれる三重結合は、エネルギーの付与によって開裂して固相重合を生じ、ポリジアセチレン化合物ＰＤＡとなる。なお、ポリジアセチレン化合物ＰＤＡは、２つの三重結合の間に一重結合を１つ有するポリジイン化合物ＰＤＹである。なお、本明細書ではポリジアセチレン化合物ＰＤＡを代表に説明しているが、ポリジアセチレン化合物ＰＤＡに代えて一重結合を２つ以上有するポリジイン化合物ＰＤＹを用いてもよい。また、上記式（１）のような固相重合を生じる構造（Ｃ≡ＣＣ≡Ｃ）を２つ以上有するポリジイン化合物ＰＤＹを用いてもよい。
また、ポリジエン化合物ＰＤＥは、２つの二重結合を含む不飽和有機分子をモノマーとする重合物である。この不飽和有機分子がジエン化合物であり、下記式（２）で表される。
上記式（２）に含まれる二重結合は、エネルギーの付与によって開裂して固相重合を生じ、ポリジエン化合物ＰＤＥとなる。なお、ポリジエン化合物ＰＤＥは、２つの二重結合の間に単結合を２つ以上有するポリジエン化合物であってもよい。また、上記式（２）のような固相重合を生じる構造（Ｃ＝ＣＣ＝Ｃ）を２つ以上有するポリジエン化合物を用いてもよい。
ここで、ポリジアセチレン化合物ＰＤＡにおけるモノマー由来の単位構造をＵ１とする。また、ポリジエン化合物ＰＤＥにおけるモノマー由来の単位構造をＵ２とする。単位構造Ｕ１、Ｕ２は、図５、図６に示すように、重合物における繰り返し単位構造である。図５、図６に示す単位構造Ｕ１、Ｕ２は、長鎖状をなしており、その長軸は、内壁３９１に対してほぼ垂直に配向している。なお、垂直に配向とは、単位構造Ｕ１の長軸と内壁３９１の面とが直交している状態に加え、その状態からのずれが所定量以下、例えば４５°以下である状態も含む。
また、特にポリジアセチレン化合物ＰＤＡは、π共役構造を有している一方、ポリジエン化合物ＰＤＥは、π共役構造を有していない。この場合、後者は、前者に比べて、被膜３９２の着色の程度を抑えることができる。これにより、被膜３９２を透過する光ＬＬの波長が変化しにくくなり、原子発振器１のさらなる高精度化に寄与できるという利点がある。
単位構造Ｕ１は、架橋部Ｂ１を介して、隣り合う単位構造Ｕ１と連結している。つまり、ポリジアセチレン化合物ＰＤＡは、モノマー由来の単位構造Ｕ１同士が、架橋部Ｂ１において架橋している重合物である。架橋部Ｂ１は、単位構造Ｕ１の中央部以外の位置にあってもよいが、本実施形態では、図５に示すように、単位構造Ｕ１の中央部に位置している。
同様に、単位構造Ｕ２は、架橋部Ｂ２を介して、隣り合う単位構造Ｕ２と連結している。つまり、ポリジエン化合物ＰＤＥは、モノマー由来の単位構造Ｕ２同士が、架橋部Ｂ２において架橋している重合物である。架橋部Ｂ２は、単位構造Ｕ２の中央部以外の位置にあってもよいが、本実施形態では、図６に示すように、単位構造Ｕ２の中央部に位置している。
架橋部Ｂ１、Ｂ２が単位構造Ｕ１、Ｕ２の中央部に位置していることにより、モノマーが重合してポリジアセチレン化合物ＰＤＡまたはポリジエン化合物ＰＤＥを形成する際、その重合確率を高めることができる。架橋部Ｂ１が単位構造Ｕ１の中央部に位置しているということは、重合前のモノマーであるジアセチレン化合物に含まれる２つの三重結合の位置が、ジアセチレン化合物の分子長のほぼ中央部であるということになる。また、架橋部Ｂ２が単位構造Ｕ２の中央部に位置しているということは、重合前のモノマーであるジエン化合物に含まれる２つの二重結合の位置が、ジエン化合物の分子長のほぼ中央部であるということになる。したがって、ジアセチレン化合物が内壁３９１に沿って配向する際、あるいは、ジエン化合物が内壁３９１に沿って配向する際、それぞれの分子の重合可能な姿勢についての制約が少なくなる。換言すれば、分子の向きによらず、重合反応が起きやすくなる。その結果、重合反応がより高い確率で生じることになり、緻密で隙間の少ない被膜３９２を効率よく製造することができる。
なお、単位構造Ｕ１の中央部とは、単位構造Ｕ１の長軸の長さにおいて、その中間の位置のことをいう。具体的には、ポリジアセチレン化合物ＰＤＡの単位構造Ｕ１は、図５に示すように、炭素−炭素三重結合とそれを挟んで両側に位置する炭素−炭素単結合とを備える部位Ｘ１を含んでいる。そして、この部位Ｘ１の両端の炭素原子には、隣り合う単位構造Ｕ１との架橋を担う、炭素−炭素単結合からなる架橋部Ｂ１が結合している。この部位Ｘ１において、架橋部Ｂ１が結合している炭素原子を、架橋点Ｐ１とする。単位構造Ｕ１は、架橋部Ｂ１が結合している２つの架橋点Ｐ１、Ｐ１を含んでいる。したがって、ポリジアセチレン化合物ＰＤＡの場合、単位構造Ｕ１中において、部位Ｘ１よりも単位構造Ｕ１の一端側に位置する炭素−炭素単結合の数と、単位構造Ｕ１の他端側に位置する炭素−炭素単結合の数と、が等しいか、または、これらの差が１つであれば、単位構造Ｕ１の中央部に架橋部Ｂ１が架橋しているといえる。換言すれば、単位構造Ｕ１の中央部に部位Ｘ１が位置しているといえる。
同様に、単位構造Ｕ２の中央部とは、単位構造Ｕ２の長軸の長さにおいて、その中間の位置のことをいう。具体的には、ポリジエン化合物ＰＤＥの単位構造Ｕ２は、図６に示すように、炭素−炭素二重結合とそれを挟んで両側に位置する炭素−炭素単結合とを備える部位Ｘ２を含んでいる。そして、この部位Ｘ２の両端の炭素原子には、隣り合う単位構造Ｕ２との架橋を担う、炭素−炭素単結合からなる架橋部Ｂ２が結合している。この部位Ｘ２において、架橋部Ｂ２が結合している炭素原子を、架橋点Ｐ２とする。単位構造Ｕ２は、架橋部Ｂ２が結合している２つの架橋点Ｐ２、Ｐ２を含んでいる。したがって、ポリジエン化合物ＰＤＥの場合、単位構造Ｕ２中において、部位Ｘ２よりも単位構造Ｕ２の一端側に位置する炭素−炭素単結合の数と、単位構造Ｕ２の他端側に位置する炭素−炭素単結合の数と、が等しいか、または、これらの差が１つであれば、単位構造Ｕ２の中央部に架橋部Ｂ２が架橋しているといえる。換言すれば、単位構造Ｕ２の中央部に部位Ｘ２が位置しているといえる。
なお、上記式（１）のような固相重合を生じる構造（Ｃ≡ＣＣ≡Ｃ）を２つ以上有するジイン化合物は、ポリマー化すると、架橋点Ｐ１を４つ以上含むポリジイン化合物となる。例えば、固相重合を生じる構造を２つ有するジイン化合物がポリマー化した場合、得られるポリジイン化合物の単位構造Ｕ１は、２つの炭素−炭素三重結合と、その間をつなぐ炭素−炭素単結合と、で構成された中間部分を含む構造となる。そして、この中間部分は、前述した「単位構造Ｕ１の中央部」に位置することになる。したがって、この場合も、前述した「部位Ｘ１が中央部に位置していること」がもたらす効果と同様の効果が得られる。なお、この効果は、固相重合を生じる構造を３つ以上有するジイン化合物を用いた場合も、同様に得られる。
また、上記式（２）のような固相重合を生じる構造（Ｃ＝ＣＣ＝Ｃ）を２つ以上有するジエン化合物は、ポリマー化すると、架橋点Ｐ２を４つ以上含むポリジエン化合物となる。例えば、固相重合を生じる構造を２つ有するジエン化合物がポリマー化した場合、得られるポリジエン化合物の単位構造Ｕ２は、２つの炭素−炭素二重結合と、その間をつなぐ炭素−炭素単結合と、で構成された中間部分を含む構造となる。そして、この中間部分は、前述した「単位構造Ｕ２の中央部」に位置することになる。したがって、この場合も、前述した「部位Ｘ２が中央部に位置していること」がもたらす効果と同様の効果が得られる。なお、この効果は、固相重合を生じる構造を３つ以上有するジエン化合物を用いた場合も、同様に得られる。
なお、単位構造Ｕ１、Ｕ２の置換基Ｒ１は、内壁３９１に対して物理的または化学的に吸着している。内壁３９１と単位構造Ｕ１、Ｕ２との結合力は、化学結合力であってもよいが、ファンデルワールス力のような物理結合力であってもよい。一方、単位構造Ｕ１、Ｕ２の置換基Ｒ２は、内部空間Ｓ１、Ｓ２の内側を指向している。これにより、アルカリ金属原子が被膜３９２の表面により滞在しにくくなる。
また、単位構造Ｕ１、Ｕ２の炭素数は、２０以上６０以下であるのが好ましく、２５以上５５以下であるのがより好ましい。炭素数をこの範囲内に設定することにより、被膜３９２の膜厚を十分に確保することができる。これにより、ＣＰＴ現象の緩和を抑制する性能をより高めることができる。したがって、単位構造Ｕ１、Ｕ２の炭素数が前記下限値を下回ると、ＣＰＴ現象の緩和を十分に抑制することができないおそれがある。一方、単位構造Ｕ１、Ｕ２の炭素数が前記上限値を上回ると、単位構造Ｕ１、Ｕ２の長軸が長くなりすぎるため、例えば単位構造Ｕ１、Ｕ２を垂直配向させたとき、それを維持することが困難になるおそれがある。そうすると、ＣＰＴ現象の緩和を長期にわたって抑制することが困難になるおそれがある。
ポリジイン化合物ＰＤＹおよびポリジエン化合物ＰＤＥの末端基である置換基Ｒ１、Ｒ２としては、互いに独立して、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールアゾ基、ヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基（−Ｂ（ＯＨ）２）、ホスファト基（−ＯＰＯ（ＯＨ）２）、スルファト基（−ＯＳＯ３Ｈ）、その他の公知の置換基が挙げられる。また、これらの置換基がさらに置換基により置換されていてもよい。なお、上記のアルキル基は、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む。
これらの中でも、単位構造Ｕ１、Ｕ２の末端基である置換基Ｒ１、Ｒ２は、それぞれアルキル基またはフッ素含有基であるのが好ましく、特に内壁３９１とは反対側に位置する置換基Ｒ２は、アルキル基またはフッ素含有基であるのがより好ましい。これにより、被膜３９２の表面自由エネルギーを特に小さくすることができ、被膜３９２の表面におけるアルカリ金属原子の滞在時間を特に短くすることができる。その結果、被膜３９２は、ＣＰＴ現象が緩和されるのを抑制する性能をより高めることができる。
アルキル基は、分枝状であってもよいが、被膜３９２の表面自由エネルギーをより小さくしやすい等の観点から好ましくは直鎖状とされる。アルキル基の炭素数は、好ましくは１以上２０以下とされ、より好ましくは２以上１６以下とされ、さらに好ましくは８以上１４以下とされる。炭素数をこの範囲内に設定することにより、被膜３９２の膜厚を十分に確保することができる。これにより、ＣＰＴ現象の緩和を抑制する性能をより高めることができる。したがって、アルキル基の炭素数が前記下限値を下回ると、ＣＰＴ現象の緩和を十分に抑制することができないおそれがある。一方、アルキル基の炭素数が前記上限値を上回ると、アルキル基が長くなりすぎるため、例えば単位構造Ｕ１、Ｕ２を垂直配向させたとき、それを維持することが困難になるおそれがある。そうすると、ＣＰＴ現象の緩和を長期にわたって抑制することが困難になるおそれがある。
フッ素含有基としては、置換基Ｒ１、Ｒ２として挙げたものをさらにフッ素原子で置換したものが挙げられるが、特にフルオロアルキル基が好ましく用いられ、パーフルオロアルキル基がより好ましく用いられる。なお、フルオロアルキル基は、アルキル基の水素原子の少なくとも一部をフッ素原子で置換したものであり、パーフルオロアルキル基は、アルキル基の水素原子の全てをフッ素原子で置換したものである。
フッ素含有基は、分枝状であってもよいが、被膜３９２の表面自由エネルギーをより小さくしやすい等の観点から好ましくは直鎖状とされる。フッ素含有基の炭素数は、好ましくは１以上２０以下とされ、より好ましくは２以上１６以下とされ、さらに好ましくは８以上１４以下とされる。炭素数をこの範囲内に設定することにより、被膜３９２の膜厚を十分に確保することができる。これにより、ＣＰＴ現象の緩和を抑制する性能をより高めることができる。したがって、フッ素含有基の炭素数が前記下限値を下回ると、ＣＰＴ現象の緩和を十分に抑制することができないおそれがある。一方、フッ素含有基の炭素数が前記上限値を上回ると、フッ素含有基が長くなりすぎるため、例えば単位構造Ｕ１、Ｕ２を垂直配向させたとき、それを維持することが困難になるおそれがある。そうすると、ＣＰＴ現象の緩和を長期にわたって抑制することが困難になるおそれがある。
ポリジイン化合物ＰＤＹおよびポリジエン化合物ＰＤＥは、モノマーがトポケミカル重合してなる重合物であるのが好ましい。トポケミカル重合は、一般に、生成されるポリマーの結晶構造が、原料であるモノマーの結晶構造と関係づけられる重合のことである。したがって、トポケミカル重合による重合物は、その結晶の晶系がモノマー結晶と同じであり、格子定数もほぼ同じになる。このため、重合反応が長く続いても、内壁３９１から前述した架橋点Ｐ１、Ｐ２までの距離が変化しにくくなり、安定した重合反応が継続しやすくなる。その結果、均質な被膜３９２を形成することができる。つまり、均質で、結晶粒界の少ない被膜３９２を形成することができる。このような被膜３９２は、耐熱性に優れている。このため、原子セル３が高温に曝されても、ＣＰＴ現象の緩和を抑制する性能を特に良好に維持することができる。
なお、ポリジイン化合物ＰＤＹまたはポリジエン化合物ＰＤＥは、その全体がトポケミカル重合している必要はなく、一部に、非トポケミカルな固相重縮合をした部分を含んでいてもよい。
ポリジイン化合物ＰＤＹのモノマーの例としては、例えば、１１，１３−テトラコサジイン、１３，１５−オクタコサジイン、９，１５−テトラコサジイン等が挙げられる。
ポリジエン化合物ＰＤＥのモノマーの例としては、例えば、２，４−ヘキサジエン、９，１５−テトラコサジエン、１１，１３−テトラコサジエン、１３，１５−オクタコサジエン等が挙げられる。
被膜３９２の膜厚は、化合物の組成等に応じて異なるため、特に限定されないが、１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下とされるのが好ましく、５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とされるのがより好ましい。被膜３９２の膜厚が前記下限値を下回ると、被膜３９２の組成等によっては、ＣＰＴ現象の緩和を十分に抑制することができないおそれがある。一方、被膜３９２の膜厚が前記上限値を上回ると、被膜３９２の組成等によっては、被膜３９２の長期安定性が低下するおそれがある。
なお、被膜３９２の膜厚は、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等の顕微鏡による観察結果に基づいて測定することができる。
以上のように、本実施形態に係る量子干渉装置である原子発振器１は、発光素子１０２と、発光素子１０２からの光ＬＬが入射する原子セル３と、を含んでいる。そして、原子セル３は、内部にアルカリ金属原子を収容し、内壁３９１にポリジイン化合物ＰＤＹまたはポリジエン化合物ＰＤＥを含む被膜３９２が配置されている。
このような原子発振器１では、耐熱性の高い被膜３９２を有する原子セル３を備えているため、原子セル３が高温に曝されても、アルカリ金属原子におけるＣＰＴ現象の緩和を抑制する性能を良好に維持することができる。したがって、原子発振器１の稼働時や、製造過程および輸送過程等において、原子セル３の温度が上昇しても、ＣＰＴ現象が緩和しにくい。その結果、耐熱性が良好で信頼性に優れた原子発振器１を実現することができる。
なお、被膜３９２は、原子セル３の内壁３９１の全体に配置されているのが好ましいが、内壁３９１の一部に配置されていてもよい。例えば、被膜３９２は、図２に示す内壁３９１のうち、Ｘ軸に交差する領域、Ｙ軸に交差する領域およびＺ軸に交差する領域のうちの少なくとも１つに設けられ、残りには設けられていなくてもよい。また、各領域で、設けられる被膜３９２の膜厚、組成等が互いに異なっていてもよい。
１．３ 原子セルの製造方法
次に、原子セル３の製造方法について説明する。
次に、原子セル３の製造方法について説明する。
図７は、図２に示す原子セル３を製造する方法を説明するための工程図である。図８ないし図１４は、それぞれ図７に示す原子セル３の製造方法を説明するための断面図である。
図７に示す原子セル３の製造方法は、準備工程Ｓ０１と、モノマー収容体配置工程Ｓ０２と、アルカリ金属収容体配置工程Ｓ０３と、封止工程Ｓ０４と、モノマー吸着工程Ｓ０５と、被膜形成工程Ｓ０６と、アルカリ金属原子気化工程Ｓ０７と、を有する。以下、各工程について説明する。
１．３．１ 準備工程Ｓ０１
まず、図８に示すように、開口部３Ｂを備える原子セル用容器３Ａを用意する。原子セル用容器３Ａは、原子セル３を形成するための部材であり、後述する封止工程Ｓ０４で封止する開口部３Ｂを備えている。また、原子セル用容器３Ａは、原子セル３が備える内部空間Ｓ１に対応する内部空間Ｓ１Ａと、内部空間Ｓ２に対応する内部空間Ｓ２Ａと、を備えている。
まず、図８に示すように、開口部３Ｂを備える原子セル用容器３Ａを用意する。原子セル用容器３Ａは、原子セル３を形成するための部材であり、後述する封止工程Ｓ０４で封止する開口部３Ｂを備えている。また、原子セル用容器３Ａは、原子セル３が備える内部空間Ｓ１に対応する内部空間Ｓ１Ａと、内部空間Ｓ２に対応する内部空間Ｓ２Ａと、を備えている。
次に、開口部３Ｂから排気することにより、原子セル用容器３Ａの内部空間Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａを減圧する。その際、原子セル用容器３Ａを加熱するようにしてもよい。これにより、原子セル用容器３Ａの内壁３９１Ａに吸着した不純物を脱離させ、除去することができる。その結果、後述する重合性モノマー９１２が整列しやすくなり、緻密な被膜３９２が形成されやすくなる。
１．３．２ モノマー収容体配置工程Ｓ０２
次に、図９に示すように、開口部３Ｂを介して、原子セル用容器３Ａの内部空間Ｓ２Ａに、モノマー収容体９１を配置する。モノマー収容体９１は、第１容器９１１と、第１容器９１１内に収容されている重合性を有する重合性モノマー９１２と、を有する。この重合性モノマー９１２は、前述した不飽和有機分子である。なお、この作業の際には、原子セル用容器３Ａの内部空間Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａを不活性ガス雰囲気にしておくのが好ましい。また、モノマー収容体９１を配置するのは、内部空間Ｓ２Ａに限定されない。
次に、図９に示すように、開口部３Ｂを介して、原子セル用容器３Ａの内部空間Ｓ２Ａに、モノマー収容体９１を配置する。モノマー収容体９１は、第１容器９１１と、第１容器９１１内に収容されている重合性を有する重合性モノマー９１２と、を有する。この重合性モノマー９１２は、前述した不飽和有機分子である。なお、この作業の際には、原子セル用容器３Ａの内部空間Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａを不活性ガス雰囲気にしておくのが好ましい。また、モノマー収容体９１を配置するのは、内部空間Ｓ２Ａに限定されない。
第１容器９１１は、後述する工程において、気化させた重合性モノマー９１２を放出させる開口部を備えた容器であるのが好ましい。第１容器９１１の構成材料としては、例えば、ガラス材料、樹脂材料、セラミックス材料等が挙げられる。
１．３．３ アルカリ金属収容体配置工程Ｓ０３
次に、図１０に示すように、開口部３Ｂを介して、原子セル用容器３Ａの内部空間Ｓ２Ａに、アルカリ金属収容体９２を配置する。アルカリ金属収容体９２は、第２容器９２１と、第２容器９２１内に収容されているアルカリ金属原子９２２と、を有する。アルカリ金属原子９２２は、例えば液体または固体の状態で収容される。なお、この作業の際には、原子セル用容器３Ａの内部空間Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａを不活性ガス雰囲気にしておくのが好ましい。また、アルカリ金属収容体９２を配置するのは、内部空間Ｓ２Ａに限定されない。
次に、図１０に示すように、開口部３Ｂを介して、原子セル用容器３Ａの内部空間Ｓ２Ａに、アルカリ金属収容体９２を配置する。アルカリ金属収容体９２は、第２容器９２１と、第２容器９２１内に収容されているアルカリ金属原子９２２と、を有する。アルカリ金属原子９２２は、例えば液体または固体の状態で収容される。なお、この作業の際には、原子セル用容器３Ａの内部空間Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａを不活性ガス雰囲気にしておくのが好ましい。また、アルカリ金属収容体９２を配置するのは、内部空間Ｓ２Ａに限定されない。
第２容器９２１は、内部が閉空間になっている容器であるのが好ましい。第２容器９２１の構成材料としては、例えば、ガラス材料、樹脂材料等が挙げられる。
なお、本工程の順序は、モノマー収容体配置工程Ｓ０２と入れ替わってもよい。
なお、本工程の順序は、モノマー収容体配置工程Ｓ０２と入れ替わってもよい。
１．３．４ 封止工程Ｓ０４
次に、図１１に示すように、開口部３Ｂを封止する。封止方法は、特に限定されず、例えば図１１に示すようにして開口部３Ｂの周辺を溶融して変形させることにより、開口部３Ｂを封止する溶融封止のほか、他の部材を開口部３Ｂに充填することにより、開口部３Ｂを封止するリッド封着であってもよく、開口部３Ｂの周辺に力を加えて変形させることにより、開口部３Ｂを封止するピンチシールであってもよい。
次に、図１１に示すように、開口部３Ｂを封止する。封止方法は、特に限定されず、例えば図１１に示すようにして開口部３Ｂの周辺を溶融して変形させることにより、開口部３Ｂを封止する溶融封止のほか、他の部材を開口部３Ｂに充填することにより、開口部３Ｂを封止するリッド封着であってもよく、開口部３Ｂの周辺に力を加えて変形させることにより、開口部３Ｂを封止するピンチシールであってもよい。
１．３．５ モノマー吸着工程Ｓ０５
次に、図１２に示すように、原子セル用容器３Ａの外部からモノマー収容体９１に向けてエネルギーを加える。これにより、モノマー収容体９１に収容されている重合性モノマー９１２を気化させる。エネルギーを加える方法としては、例えば原子セル用容器３Ａの少なくとも一部を加熱する方法、レーザー光のようなエネルギー線Ｅ１を照射する方法等が挙げられる。
次に、図１２に示すように、原子セル用容器３Ａの外部からモノマー収容体９１に向けてエネルギーを加える。これにより、モノマー収容体９１に収容されている重合性モノマー９１２を気化させる。エネルギーを加える方法としては、例えば原子セル用容器３Ａの少なくとも一部を加熱する方法、レーザー光のようなエネルギー線Ｅ１を照射する方法等が挙げられる。
その後、必要に応じて原子セル用容器３Ａを冷却する。これにより、重合性モノマー９１２の温度が低下し、原子セル用容器３Ａの内壁３９１Ａにおいて結晶化する。これにより、重合性モノマー９１２を内壁３９１Ａに吸着させることができる。
原子セル用容器３Ａの内壁３９１Ａに吸着した重合性モノマー９１２は、整列しながら吸着する。この際、重合性モノマー９１２は、前述したように垂直配向するのが好ましい。そして、吸着した重合性モノマー９１２が次々に垂直配向することにより、重合性モノマー９１２の二次元の結晶化が進行する。
１．３．６ 被膜形成工程Ｓ０６
次に、原子セル用容器３Ａの外部からエネルギーを加える。これにより、原子セル用容器３Ａの内壁３９１Ａに吸着させていた重合性モノマー９１２に重合反応を生じさせることができる。その結果、図１３に示すように、原子セル用容器３Ａの内壁３９１Ａに被膜３９２が形成される。被膜３９２は、前述したように、ポリジイン化合物ＰＤＹまたはポリジエン化合物ＰＤＥを含む。
次に、原子セル用容器３Ａの外部からエネルギーを加える。これにより、原子セル用容器３Ａの内壁３９１Ａに吸着させていた重合性モノマー９１２に重合反応を生じさせることができる。その結果、図１３に示すように、原子セル用容器３Ａの内壁３９１Ａに被膜３９２が形成される。被膜３９２は、前述したように、ポリジイン化合物ＰＤＹまたはポリジエン化合物ＰＤＥを含む。
原子セル用容器３Ａにエネルギーを加える方法としては、例えば、図１３に示す紫外線ＵＶのほか、可視光、赤外線のような電磁波を照射する方法、原子セル用容器３Ａを加熱する方法等が挙げられる。
１．３．７ アルカリ金属原子気化工程Ｓ０７
次に、図１４に示すように、原子セル用容器３Ａの外部からアルカリ金属収容体９２に向けてエネルギー線Ｅ２を照射する。これにより、アルカリ金属収容体９２に開口を形成し、アルカリ金属収容体９２に収容されているアルカリ金属原子９２２を気化させる。このようにして図２に示す原子セル３が得られる。
エネルギー線Ｅ２としては、例えば、レーザー光が挙げられる。
次に、図１４に示すように、原子セル用容器３Ａの外部からアルカリ金属収容体９２に向けてエネルギー線Ｅ２を照射する。これにより、アルカリ金属収容体９２に開口を形成し、アルカリ金属収容体９２に収容されているアルカリ金属原子９２２を気化させる。このようにして図２に示す原子セル３が得られる。
エネルギー線Ｅ２としては、例えば、レーザー光が挙げられる。
２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る量子干渉装置である磁気センサー１００について説明する。
次に、第２実施形態に係る量子干渉装置である磁気センサー１００について説明する。
図１５は、第２実施形態に係る量子干渉装置である磁気センサー１００を示す機能ブロック図である。図１６は、図１５の原子セルアレイを示す斜視図である。
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１５および図１６において、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
図１５に示す磁気センサー１００は、原子セルアレイ１０００と、ポンプ光照射ユニット２０００と、プローブ光照射ユニット３０００と、検出ユニット４０００と、を有する。
原子セルアレイ１０００は、図１６に示すように、複数の原子セル３Ｃを有する。これらの原子セル３Ｃには、アルカリ金属原子が収容されている。
ポンプ光照射ユニット２０００は、アルカリ金属原子と相互作用するポンプ光を出力する。ポンプ光が照射されると、アルカリ金属原子の最外殻電子が励起され、スピン偏極が生じる。スピン偏極したアルカリ金属原子は、被測定物によって生じる磁場により歳差運動をする。１つのアルカリ金属原子のスピン偏極は、時間の経過とともに緩和すると、ポンプ光がＣＷ（Continuous Wave）光であるので、スピン偏極の形成と緩和は同時並行的かつ連続的に繰り返される。その結果、アルカリ金属原子の集団全体としてみれば、定常的なスピン偏極が形成される。
プローブ光照射ユニット３０００は、直線偏光成分を有するプローブ光を出力する。
プローブ光照射ユニット３０００は、直線偏光成分を有するプローブ光を出力する。
図１６では、原子セルアレイ１０００における原子セル３Ｃの配置の一例を示している。図１６に示す原子セルアレイ１０００では、原子セル３がｘ軸およびｙ軸に沿って２個ずつ、マトリクス状に２次元配置されている。なお、図１６では、互いに直交する３軸を、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とする。
図１５および図１６には図示しないが、原子セル３Ｃでは、第１実施形態の被膜３９２と同様の被膜が、内壁に設けられている。この被膜は、ポリジイン化合物ＰＤＹまたはポリジエン化合物ＰＤＥを含んでいる。このような被膜を設けることにより、原子セル３Ｃの内部空間に収容されたアルカリ金属原子に生じるスピン偏極の緩和を抑制することができる。また、ポリジイン化合物ＰＤＹまたはポリジエン化合物ＰＤＥを含む被膜は、前述したように、例えば重合性モノマーを重合し、モノマー同士を架橋することによって形成される。このため、モノマー由来の単位構造同士が、共有結合によって架橋し、従来よりも強固な被膜の形成が可能になる。その結果、被膜の耐熱性を高めることができる。
したがって、磁気センサー１００の稼働時や、製造過程および輸送過程等において、原子セル３Ｃの温度が上昇しても、アルカリ金属原子におけるスピン偏極が緩和しにくい。その結果、耐熱性が良好で信頼性に優れた磁気センサー１００を実現することができる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
以上、本発明の量子干渉装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の量子干渉装置は、前記各実施形態の各部の構成を、同様の機能を有する任意の構成に置換したものであってもよく、前記各実施形態に任意の構成物が付加されたものであってもよい。
また、前記各実施形態では、量子干渉装置として原子発振器および磁気センサーを例に挙げているが、本発明に係る量子干渉装置は、これら以外の装置、例えば原子ジャイロスコープ等であってもよい。
１…原子発振器、３…原子セル、３Ａ…原子セル用容器、３Ｂ…開口部、３Ｃ…原子セル、４…コイル、５…支持部材、６…第１シールド部材、７…伝熱部材、８…第２シールド部材、１０…発光素子モジュール、２０…原子セルユニット、３０…光学系ユニット、３１…第１室、３２…第２室、３３…胴体部、３４…窓部、３５…窓部、３６…胴体部、３７…蓋部、３８…連通路、４１…ワイヤー、５０…制御回路、５１…外周面、５３…貫通孔、６１…貫通孔、６２…開口、６３…開口、７０…断熱層、７１…第１当接部、７２…第２当接部、９１…モノマー収容体、９２…アルカリ金属収容体、１００…磁気センサー、１０１…第１ペルチェ素子、１０２…発光素子、１０３…第１温度センサー、２０２…受光素子、２０４…第２温度センサー、２１２…第２ペルチェ素子、３０１…減光フィルター、３０２…集光レンズ、３０３…１／４波長板、３１１…第１面、３１２…第２面、３１３…第３面、３２１…先端部、３９１…内壁、３９１Ａ…内壁、３９２…被膜、５０１…第２温度制御回路、５０２…光源制御回路、５０３…磁場制御回路、５０４…第１温度制御回路、９１１…第１容器、９１２…重合性モノマー、９２１…第２容器、９２２…アルカリ金属原子、１０００…原子セルアレイ、２０００…ポンプ光照射ユニット、３０００…プローブ光照射ユニット、４０００…検出ユニット、Ｂ１…架橋部、Ｂ２…架橋部、Ｅ１…エネルギー線、Ｅ２…エネルギー線、ＬＬ…光、ＭＲ…補充用金属、Ｐ１…架橋点、Ｐ２…架橋点、ＰＤＡ…ポリジアセチレン化合物、ＰＤＥ…ポリジエン化合物、Ｓ０１…準備工程、Ｓ０２…モノマー収容体配置工程、Ｓ０３…アルカリ金属収容体配置工程、Ｓ０４…封止工程、Ｓ０５…モノマー吸着工程、Ｓ０６…被膜形成工程、Ｓ０７…アルカリ金属原子気化工程、Ｓ１…内部空間、Ｓ１Ａ…内部空間、Ｓ２…内部空間、Ｓ２Ａ…内部空間、Ｕ１…単位構造、Ｕ２…単位構造、ＵＶ…紫外線、Ｘ１…部位、Ｘ２…部位、ａ…光軸
Claims (5)
- 発光素子と、
前記発光素子からの光が入射する原子セルと、
を含み、
前記原子セルは、
内部にアルカリ金属原子を収容し、
内壁にポリジイン化合物またはポリジエン化合物を含む被膜が配置されていることを特徴とする量子干渉装置。 - 前記ポリジイン化合物および前記ポリジエン化合物は、モノマー由来の単位構造同士が、架橋部において架橋している重合物であり、
前記架橋部は、前記単位構造の中央部に位置している請求項１に記載の量子干渉装置。 - 前記ポリジイン化合物および前記ポリジエン化合物は、モノマー由来の単位構造同士が、架橋部において架橋している重合物であり、
前記単位構造の炭素数は、２０以上６０以下である請求項１または２に記載の量子干渉装置。 - 前記単位構造の末端基は、アルキル基またはフッ素含有基である請求項２または３に記載の量子干渉装置。
- 前記ポリジイン化合物および前記ポリジエン化合物は、前記モノマーがトポケミカル重合してなる重合物である請求項２ないし４のいずれか１項に記載の量子干渉装置。
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