JP6488599B2 - 量子干渉装置、原子セルの製造方法および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の原子セルは、金属原子と、
一方の面側に開口している凹部を有する第1基板と、
前記第1基板の前記一方の面側に接合されていて、前記金属原子が封入されている内部空間を前記第1基板とともに構成している第2基板と、
前記内部空間と外部空間とを連通している連通孔と、
前記第1基板と前記第2基板とが重なる方向から見た平面視で前記第1基板と前記第2基板との接合部に重なる位置に配置されていて、前記連通孔を溶着により塞いでいる封止部と、
を備えることを特徴とする。
本発明の原子セルでは、前記封止部は、前記第2基板の前記第1基板とは反対側の面よりも前記第1基板側に位置していることが好ましい。
本発明の原子セルの製造方法は、一方の面側に開口している凹部を有する第1基板と、前記第1基板の前記一方の面側に接合されていて、内部空間を前記第1基板とともに構成している第2基板と、前記第1基板と前記第2基板とが重なる方向から見た平面視で前記第1基板と前記第2基板との接合部に重なる位置に配置されていて外部に開放している開口部を有し、前記内部空間と外部空間とを連通している連通孔と、を備える積層構造体を準備する準備工程と、
前記内部空間に金属原子を導入した状態で、前記連通孔の前記開口部を溶着により塞ぐことにより前記内部空間を封止する封止工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記第1基板は、厚さ方向に貫通している貫通孔を有する第3基板と、前記第3基板の一方の面に接合されていて前記第3基板とともに前記凹部を構成している第4基板と、を有することが好ましい。
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記第2基板および前記第4基板は、それぞれ、ガラスを含み、
前記第3基板は、シリコンを含んでいることが好ましい。
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記連通孔の前記開口部は、前記第2基板に設けられていることが好ましい。
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記積層構造体は、突出していて前記連通孔の前記開口部を囲んでいる筒状部を有することが好ましい。
これにより、連通孔の開口部を溶着により容易に塞ぐことができる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記連通孔は、前記第1基板に設けられている第1孔と、前記第1孔に連通していて前記第2基板に設けられている第2孔と、を有することが好ましい。
本発明の原子セルの製造方法では、前記封止工程において、火炎を用いて前記溶着を行うことが好ましい。
これにより、容易に封止工程を行うことができる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記封止工程において、レーザーを用いて前記溶着を行うことが好ましい。
これにより、原子セルの小型化を図っても、容易に封止工程を行うことができる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記準備工程において、前記積層構造体が、前記内部空間および前記連通孔を複数組有することが好ましい。
これにより、効率的に原子セルを製造することができる。
本発明の原子セルの製造方法では、前記封止工程の後に、前記積層構造体を前記内部空間および前記連通孔の組ごとに個片化する個片化工程を有することが好ましい。
これにより、効率的に原子セルを製造することができる。
本発明の量子干渉装置は、本発明の原子セルと、
前記金属原子を励起する励起光を出射する光出射部と、
前記原子セルを透過した前記励起光を検出する光検出部と、
を備えることを特徴とする。
本発明の原子発振器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
本発明の電子機器は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
本発明の移動体は、本発明の原子セルを備えることを特徴とする。
まず、本発明の量子干渉装置(本発明の原子セルを備える量子干渉装置)について説明する。なお、以下では、本発明の量子干渉装置を原子発振器に適用した例を説明するが、本発明の量子干渉装置は、これに限定されず、原子発振器の他、例えば、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る原子発振器(量子干渉装置)を示す概略図である。また、図2は、図1に示す原子発振器の原子セル内におけるアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図3は、図1に示す原子発振器の光出射部および光検出部について、光出射部からの2つの光の周波数差と、光検出部での検出強度との関係を示すグラフである。また、図4は、図1に示す原子発振器が備える原子セルの平面図、図5は、図4に示す原子セルの断面図(図4中のA−A線断面図)である。
原子発振器1では、原子セル2内に、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属(金属原子)が封入されている。
[原子セル]
原子セル2内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属(金属原子)が封入されている。また、原子セル2内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
また、封止部233は、窓部23の胴体部21とは反対側の面よりも胴体部21側に位置している。すなわち、封止部233は、窓部23の胴体部21とは反対側の面から外側に突出しないように退避して設けられている。これにより、原子セル2の小型化を図ったり、原子セル2の設置の自由度を高めたりすることができる。
光出射部3(光源)は、原子セル2中のアルカリ金属を励起する励起光LLを出射する機能を有する。
複数の光学部品41、42、43、44は、それぞれ、前述した光出射部3と原子セル2との間における励起光LLの光路上に設けられている。
光検出部5は、原子セル2内を透過した励起光LL(共鳴光1、2)の強度を検出する機能を有する。
ヒーター6(加熱部)は、前述した原子セル2(より具体的には原子セル2中のアルカリ金属)を加熱する機能を有する。例えば、原子セル2は、ヒーター6により、70℃程度に温度調節される。これにより、原子セル2中のアルカリ金属を適切な濃度のガス状に維持することができる。
温度センサー7は、ヒーター6または原子セル2の温度を検出するものである。そして、この温度センサー7の検出結果に基づいて、前述したヒーター6の発熱量が制御される。これにより、原子セル2内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
磁場発生部8は、原子セル2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機能を有する。これにより、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1の発振周波数の精度を高めることができる。
図1に示す制御部10は、光出射部3、ヒーター6および磁場発生部8をそれぞれ制御する機能を有する。
このような制御部10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。
以下、本発明の原子セルの製造方法の一例として、原子セル2の製造方法を説明する。
図6は、図4に示す原子セルの製造方法を説明するための図である。
まず、図6(a)に示すように、孔232を介して外部に連通した内部空間Sを有する積層構造体20を準備する。
次に、図6(b)に示すように、孔232を通じて内部空間Sにアルカリ金属を導入する。
次に、内部空間S内にアルカリ金属ガスを導入した状態で、図6(c)に示すように、孔232の開口端部を溶着により塞ぐことにより、封止部233を形成する。これにより、アルカリ金属ガスが封入された状態で内部空間Sが封止される。
次に、例えばダイシングにより、積層構造体20を個片化する。これにより、図6(d)に示すように、原子セル2が得られる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る原子セルを示す断面図である。
本実施形態は、原子セルの構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態は、原子セルの構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。
以上説明したような原子発振器は、各種電子機器に組み込むことができる。このような電子機器は、特性を向上させることができる。
図9は、GPS衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
基地局装置300は、例えば電子基準点(GPS連続観測局)に設置されたアンテナ301を介してGPS衛星200からの測位情報を高精度に受信する受信装置302と、この受信装置302で受信した測位情報をアンテナ303を介して送信する送信装置304とを備える。
図10は、本発明の移動体の一例を示す図である。
このような移動体によれば、特性を向上させることができる。
2‥‥原子セル
2A‥‥原子セル
2B‥‥原子セル
3‥‥光出射部
5‥‥光検出部
6‥‥ヒーター
7‥‥温度センサー
8‥‥磁場発生部
10‥‥制御部
11‥‥温度制御部
12‥‥励起光制御部
13‥‥磁場制御部
20‥‥積層構造体
21‥‥胴体部
21A‥‥胴体部
21B‥‥胴体部
22‥‥窓部
23‥‥窓部
23B‥‥窓部
41‥‥光学部品
42‥‥光学部品
43‥‥光学部品
44‥‥光学部品
100‥‥測位システム
200‥‥GPS衛星
201‥‥基板
202‥‥基板
203‥‥基板
211‥‥貫通孔
212‥‥溝
212A‥‥孔
231‥‥凹部
232‥‥孔
233‥‥封止部
234‥‥溝
300‥‥基地局装置
301‥‥アンテナ
302‥‥受信装置
303‥‥アンテナ
304‥‥送信装置
400‥‥GPS受信装置
401‥‥アンテナ
402‥‥衛星受信部
403‥‥アンテナ
404‥‥基地局受信部
1500‥‥移動体
1501‥‥車体
1502‥‥車輪
LL‥‥励起光
S‥‥内部空間
Claims (14)
- 金属原子、
一方の面側に開口している凹部を有する第1基板、
前記第1基板の前記一方の面側に接合されていて、前記金属原子が封入されている内部空間を前記第1基板の前記凹部とともに構成している第2基板、
一端が前記内部空間に連通している連通孔、および
前記連通孔の他端側において、前記連通孔を溶着により塞いでいる封止部、
を含む原子セルと、
前記金属原子を励起する励起光を出射する光出射部と、
前記原子セルを透過した前記励起光を検出する光検出部と、
を備え、
前記連通孔は、前記第1基板と前記第2基板とが重なる方向から見た平面視で、前記第2基板と交差するように前記内部空間へ入射される前記励起光と重ならない位置に配置され、
前記封止部は、前記平面視で、前記内部空間の周囲に位置する前記第1基板と重なる位置に配置されている
ことを特徴とする量子干渉装置。 - 金属原子、
一方の面側に開口している凹部を有する第1基板、
前記第1基板の前記一方の面側に接合されていて、前記金属原子が封入されている内部空間を前記第1基板の前記凹部とともに構成している第2基板、
一端が前記内部空間に連通している連通孔、および
前記連通孔の他端側において、前記連通孔を溶着により塞いでいる封止部、
を含む原子セルと、
前記金属原子を励起する励起光を出射する光出射部と、
前記原子セルを透過した前記励起光を検出する光検出部と、
を備え、
前記連通孔および前記封止部は、前記第1基板と前記第2基板とが重なる方向から見た平面視で、前記内部空間の周囲に位置する前記第1基板と重なる位置に配置されている
ことを特徴とする量子干渉装置。 - 前記封止部は、前記第2基板の前記第1基板とは反対側の面よりも前記第1基板側に位
置している請求項1または2に記載の量子干渉装置。 - 前記第2基板には、前記封止部を囲むように環状の凹部が形成されている請求項1ないし3に記載の量子干渉装置。
- 一方の面側に開口している凹部を有する第1基板と、前記第1基板の前記一方の面側に接合されていて、内部空間を前記第1基板とともに構成している第2基板と、前記第1基板と前記第2基板とが重なる方向から見た平面視で前記第1基板と前記第2基板との接合部に重なる位置に配置されていて外部に開放している開口部を有し、前記内部空間と外部空間とを連通している連通孔と、を備える積層構造体を準備する準備工程と、
前記内部空間に金属原子を導入した状態で、前記連通孔の前記開口部を溶着により塞ぐことにより前記内部空間を封止する封止工程と、
を含むことを特徴とする原子セルの製造方法。 - 前記準備工程において、前記第1基板は、厚さ方向に貫通している貫通孔を有する第3基板と、前記第3基板の一方の面に接合されていて前記第3基板とともに前記凹部を構成している第4基板と、を有する請求項5に記載の原子セルの製造方法。
- 前記準備工程において、前記連通孔の前記開口部は、前記第2基板に設けられている請求項5または6に記載の原子セルの製造方法。
- 前記準備工程において、前記積層構造体は、突出していて前記連通孔の前記開口部を囲んでいる筒状部を有する請求項5ないし7のいずれか1項に記載の原子セルの製造方法。
- 前記準備工程において、前記連通孔は、前記第1基板に設けられている第1孔と、前記第1孔に連通していて前記第2基板に設けられている第2孔と、を有する請求項5ないし8のいずれか1項に記載の原子セルの製造方法。
- 前記封止工程において、火炎を用いて前記溶着を行う請求項5ないし9のいずれか1項に記載の原子セルの製造方法。
- 前記封止工程において、レーザーを用いて前記溶着を行う請求項5ないし9のいずれか1項に記載の原子セルの製造方法。
- 前記準備工程において、前記積層構造体が、前記内部空間および前記連通孔を複数組有する請求項5ないし11のいずれか1項に記載の原子セルの製造方法。
- 前記封止工程の後に、前記積層構造体を前記内部空間および前記連通孔の組ごとに個片化する個片化工程を有する請求項12に記載の原子セルの製造方法。
- 請求項1ないし4に記載の量子干渉装置を備えることを特徴とする電子機器。
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