WO2016016977A1 - ガスセルおよびその製造方法並びに物理量計測装置 - Google Patents

ガスセルおよびその製造方法並びに物理量計測装置 Download PDF

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WO2016016977A1
WO2016016977A1 PCT/JP2014/070128 JP2014070128W WO2016016977A1 WO 2016016977 A1 WO2016016977 A1 WO 2016016977A1 JP 2014070128 W JP2014070128 W JP 2014070128W WO 2016016977 A1 WO2016016977 A1 WO 2016016977A1
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cavity
gas cell
gas
sealing member
cav2
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PCT/JP2014/070128
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雄大 鎌田
聖一 鈴木
長部　太郎
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株式会社日立製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/02—Rotary gyroscopes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/24—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/26—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using optical pumping

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a physical quantity measuring device typified by a magnetic field measuring device that measures a magnetic field, a gas cell that functions as a sensor unit of the physical quantity measuring device, and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 describes a technique related to an atomic gyroscope that detects angular velocity, and an example in which a vapor cell that functions as a sensor unit of the atomic gyroscope includes one or more storage chambers and a vapor cavity. Is described. Furthermore, it is described that a getter material may be included in the vapor cell of the atomic gyroscope.
  • Patent Document 2 describes a technique related to an optical pumping magnetometer cell having a plurality of chambers connected to each other.
  • a physical quantity measurement device that uses a gas cell filled with gas atoms that can be spin-polarized as a sensor unit of a magnetic field measurement device that detects a magnetic field with high sensitivity or an atomic gyroscope that detects angular velocity with high sensitivity is proposed. Has been.
  • a glass cell As a gas cell used for such a physical quantity measuring apparatus, a glass cell is generally used. However, in recent years, from the viewpoint of miniaturization of the gas cell, it is small using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. Efforts are being made to manufacture gas cells. For example, a gas cell using MEMS technology has a laminated structure composed of a glass substrate / silicon member / glass substrate, and a cavity is formed in a silicon member sandwiched between glasses, and a spin bias is formed inside the cavity. Packed with possible gas atoms.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • this countermeasure it is effective to form a coating material on the inner wall of the cavity to suppress the deactivation (relaxation) of the spin polarization state.
  • a generation source solid or liquid that generates gas atoms is arranged in the cavity, and the generation source is heated or ultraviolet rays are irradiated. Irradiation generates gas atoms.
  • a solid coating material in order to form the coating material on the inner wall of the cavity, it is necessary to dispose a solid coating material in the cavity, evaporate the coating material by heating, and then cool it.
  • the present inventor has improved it from the viewpoint of functioning the gas cell as a highly sensitive sensor unit. I found that there is room for.
  • An object of the present invention is to provide a technique for causing a gas cell, which is a constituent element of a physical quantity measuring device, to function as a highly sensitive sensor unit.
  • the gas cell is a gas cell including a gas atom whose spin is polarized by pumping light
  • the gas cell includes a first sealing member and a second sealing member that are transparent to the pumping light.
  • a sealing member, a base member sandwiched between the first sealing member and the second sealing member, a first cavity and a second cavity formed in the base member, and the first A first separation part formed between the cavity part and the second cavity part, and a first communication part formed in the first separation part, wherein the second cavity part comprises the first sealing part.
  • the first cavity portion Surrounded by the stop member, the base material portion, and the second sealing member, the first cavity portion is two or less of the first sealing member, the base material portion, and the second sealing member.
  • the first cavity and the second cavity are connected by the first communication part, and the first cavity is surrounded by the first member.
  • the gas atom generation source is disposed in a portion, and an inner wall of the second cavity is formed with a coating material that improves the spin polarization state.
  • the first cavity and the second cavity At least one of them is provided with a getter material that adsorbs an impurity gas.
  • a method for manufacturing a gas cell in an embodiment is a method for manufacturing a gas cell containing gas atoms whose spin is polarized by pumping light, and (a) a step of preparing a base material having a recess and a through-hole, (B) A step of disposing the gas atom generation source inside the recess, (c) After the step (b), the recess is sealed by joining the base material portion and the first sealing member. And (d) after the step (c), the spin polarization is applied to the penetrating portion side of the first sealing member that closes one opening surface of the penetrating portion.
  • a step of connecting the first cavity portion and the second cavity portion by forming a communication portion in a separation portion that separates the first cavity portion and the second cavity portion is disposed inside the recess, or in the step (d), the getter material is combined with the coating material. Is disposed on the penetrating part side of the first sealing member that closes one opening surface of the penetrating part.
  • the physical quantity measuring device in one embodiment is a physical quantity measuring device having a gas cell containing a gas atom whose spin is polarized by pumping light, and a light source for irradiating the gas cell with the pumping light, and a static on the gas cell.
  • a magnetic field generation unit that applies a magnetic field and an alternating magnetic field; and a light detection unit that detects the pumping light that has passed through the gas cell, wherein the gas cell has a light-transmitting property with respect to the pumping light.
  • the second cavity part comprises: The first sealing member, the base portion, and the front Surrounded by a second sealing member, and the first cavity is surrounded by no more than two members of the first sealing member, the base material portion, and the second sealing member, and the first The cavity portion and the second cavity portion are connected by the first communication portion, the gas atom generation source is disposed in the first cavity portion, and the inner wall of the second cavity portion has the spin polarization.
  • a coating material that improves the pole state is formed, and a getter material that adsorbs an impurity gas is disposed in at least one of the first cavity and the second cavity.
  • the gas cell which is a component of the physical quantity measuring device, can function as a highly sensitive sensor unit. Therefore, it is possible to provide a physical quantity measuring device that can measure a physical quantity with high sensitivity.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a magnetic field measurement device according to Embodiment 1.
  • FIG. (A) is a top view which shows the typical external appearance structure of the gas cell in Embodiment 1
  • (b) is sectional drawing cut
  • 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the gas cell in the first embodiment.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the gas cell following FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the gas cell following FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a gas cell manufacturing process subsequent to FIG. 7.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the gas cell manufacturing process following FIG. 9.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a gas cell manufacturing process continued from FIG. 11.
  • FIG. 11 shows the manufacturing process of the gas cell following FIG.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the gas cell following FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a gas cell manufacturing process in the second embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the gas cell following FIG.
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing a configuration of a gas cell in a third embodiment.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 24.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 24.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modification of the gas cell in the third embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a gas cell in a fourth embodiment.
  • FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a gas cell manufacturing process in a fourth embodiment.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view showing a gas cell manufacturing process following FIG. 29;
  • FIG. 31 is a cross-sectional view showing the gas cell manufacturing process following FIG. 30;
  • FIG. 32 is a cross-sectional view showing the gas cell manufacturing process following FIG. 31.
  • FIG. 33 is a cross-sectional view showing the gas cell manufacturing process following FIG. 32. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the gas cell following FIG.
  • FIG. 35 is a cross-sectional view showing the gas cell manufacturing process following FIG. 34.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view showing a gas cell manufacturing process following FIG. 29
  • FIG. 31 is a cross-sectional view showing the gas cell manufacturing process following FIG. 30
  • FIG. 32 is a cross-sectional view showing the
  • FIG. 36 is a cross-sectional view showing the gas cell manufacturing process following FIG. 35.
  • (A) is a plan view showing a schematic external configuration of a gas cell according to the fifth embodiment, and (b) is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 37 (a).
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a gas cell manufacturing process in a fifth embodiment.
  • FIG. 39 is a cross-sectional view showing the gas cell manufacturing process following FIG. 38.
  • FIG. 40 is a cross-sectional view showing the gas cell manufacturing process following FIG. 39.
  • FIG. 41 is a cross-sectional view showing a gas cell manufacturing process following FIG. 40;
  • FIG. 42 is a cross-sectional view showing a gas cell manufacturing process following FIG.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration of a magnetic field measurement device according to a sixth embodiment.
  • the constituent elements are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a process of sealing a gas cell GC in the related art.
  • the base material part SM in which the cavity part CAV is formed is bonded to the sealing substrate 2S, and a generation source GS that generates gas atoms, a coating material CM, and the bottom part of the cavity part CAV Is arranged.
  • FIG. 1 shows a state in which the cavity CAV is sealed with the sealing substrate 1S.
  • the coating material CM is vaporized by performing a heat treatment on the gas cell GC.
  • the vaporized coating material CM comes into contact with the gas atom generation source GS.
  • the gas atom generation source GS may chemically react.
  • impurities (reaction products) other than gas atoms are generated in the cavity CAV, and detection sensitivity decreases due to the impurities. This is the first room for improvement.
  • impurity gas is released from the coating material CM formed on the inner wall of the cavity CAV and, for example, the base material (silicon) and the sealing substrate 1S (glass substrate) ) Is inevitably released, impurity gas (oxygen gas or the like) is inevitably released into the cavity CAV.
  • impurity gas oxygen gas or the like
  • the impurity gas IMP remains in the hermetically sealed cavity CAV, and the detection sensitivity decreases due to the remaining impurity gas. This is the room for the second improvement.
  • the coating material CM is decomposed or altered, and the coating material that suppresses the deactivation of the spin polarization state. There is a possibility that the function of the CM may deteriorate.
  • the processing temperature of the process after introducing the coating material CM for example, the bonding process or the heat treatment process after the bonding process. If there is such a limitation on the processing temperature, in the related art, it becomes difficult to generate the gas atoms by heating the gas atom generation source GS after the joining step.
  • the means for generating gas atoms is limited to non-heating treatment such as UV irradiation (ultraviolet irradiation). Further, as a countermeasure against the above-described second improvement room for impurity gas remaining, it is conceivable to use a getter material that adsorbs the impurity gas, but in order to activate the getter material quickly in a short time, High temperature heat treatment is required.
  • the coating material CM on the inner wall of the cavity CAV in order to suppress the deactivation of the spin polarization state of the gas atoms filled in the cavity CAV.
  • the gas cell as described above, there is a first room for improvement, a second room for improvement, and a third room for improvement from the viewpoint of improving detection sensitivity.
  • a magnetic field measuring device that measures a magnetic field based on a precession motion in a spin polarization state is taken up, and the technical idea in the first embodiment is described. To do.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration example of the magnetic field measurement apparatus MMA according to the first embodiment.
  • the components of the magnetic field measurement apparatus MMA according to the first embodiment can be roughly divided into an optical system, a magnetic system, and a gas cell GC.
  • the optical system includes a semiconductor laser LD, an optical fiber OF1, a collimator lens LEN1, a polarizer PR, a wave plate WP, a condenser lens LEN2, an optical fiber OF2, and a photodetector PD.
  • the semiconductor laser LD functions as a light source for irradiating light (pumping light) to the gas cell GC, and is configured to irradiate laser light composed of monochromatic light.
  • the semiconductor laser LD has a structure in which an active layer is sandwiched between cladding layers. In this semiconductor laser LD, an inversion distribution is formed by injecting electrons and holes into the active layer, and laser light having a uniform phase is emitted by using stimulated emission from the conduction band to the valence band. It has become.
  • the optical fiber OF1 functions as an optical path of laser light emitted from the semiconductor laser LD.
  • a core layer having a high refractive index is formed in the center, and a cladding layer having a low refractive index is formed so as to cover the periphery of the core layer.
  • the laser light since the laser light is totally reflected at the boundary surface between the core layer and the cladding layer, the laser light travels efficiently through the core layer.
  • the collimating lens LEN1 has a function of converting laser light emitted from the semiconductor laser LD and passing through the optical fiber OF1 into parallel light.
  • the polarizer PR and the wave plate WP are configured to convert the parallel light emitted from the collimator lens LEN1 into circularly polarized laser light, and the circularly polarized light converted by the polarizer PR and the wave plate WP.
  • the laser beam is irradiated into the gas cell GC.
  • the condensing lens LEN2 is configured to condense the laser light that has passed through the gas cell GC, and the optical fiber OF2 forms an optical path through which the laser light collected by the condensing lens LEN2 travels.
  • the photodetector PD has a function of detecting the laser light that has traveled through the optical fiber OF2, and is composed of, for example, a photodiode.
  • the magnetic system includes, for example, a coil COL that functions as a magnetic field generator that generates a magnetic field.
  • the coil COL can generate a static magnetic field and an alternating magnetic field (oscillating magnetic field).
  • FIG. 3 shows an example in which two pairs of coils COL are disposed at orthogonal positions as the magnetic system, but the magnetic system may be configured so that a static magnetic field and an alternating magnetic field are applied to the gas cell GC.
  • the arrangement of COL may not be the arrangement shown in FIG.
  • the gas cell GC is filled with an alkali metal gas typified by, for example, cesium, potassium, and rubidium, and laser light is emitted from the semiconductor laser LD through the optical system to the filled alkali metal gas. Is arranged to be irradiated. A part of the laser light incident on the gas cell GC is emitted from the gas cell GC, and the emitted laser light is incident on the photodetector PD by the optical system. Further, the gas cell GC is arranged so that a static magnetic field or an alternating magnetic field generated by the coil COL is applied.
  • an alkali metal gas typified by, for example, cesium, potassium, and rubidium
  • laser light is emitted from the semiconductor laser LD through the optical system to the filled alkali metal gas. Is arranged to be irradiated. A part of the laser light incident on the gas cell GC is emitted from the gas cell GC, and the emitted laser light is incident on the photodetector
  • the semiconductor laser LD and the photodetector PD are arranged outside the coil COL via the optical fiber OF1 or the optical fiber OF2, the current and electric wiring for driving the semiconductor laser LD, and the photodetector PD It is possible to prevent the measurement error from occurring due to the loss of uniformity of the magnetic field applied from the coil COL due to the current and the electrical wiring.
  • the semiconductor laser LD may be directly disposed on the collimating lens LEN1 without using the optical fiber OF1.
  • the photodetector PD may be arranged directly on the condensing lens LEN2 without using the optical fiber OF2, or the condensing lens LEN2 may be omitted and the photodetector PD may be in direct contact with the gas cell GC. It can also be arranged. In this case, the magnetic measurement apparatus MMA in the first embodiment can be reduced in size.
  • the light incident on the gas cell GC may be circularly polarized light
  • the semiconductor laser LD, the collimator lens LEN1, the polarizer PR, and the optical system included in the optical system may be used as long as the circularly polarized light can be irradiated.
  • the wave plate WP, the optical fiber OF1, and the optical fiber OF2 any one of the components can be omitted, the arrangement position can be changed, or another component can be newly inserted.
  • the magnetic measurement device MMA can use a plurality of gas cells GC arranged in an array.
  • the semiconductor laser LD and the coil COL can be a common component for the plurality of gas cells GC.
  • the laser light from the semiconductor laser LD can be distributed to each of the plurality of gas cells GC, or a common magnetic field can be applied from the coil COL to the plurality of gas cells GC.
  • the magnetic field measurement apparatus MMA in the first embodiment is configured as described above, and the operation for measuring the external magnetic field ( ⁇ B) existing in the external environment will be described below.
  • the laser light emitted from the semiconductor laser LD passes through the optical fiber OF1, is converted into parallel light by the collimator lens LEN1, and then passes through the polarizer PR and the wave plate WP, thereby being circularly polarized. Converted to laser light. Then, this circularly polarized laser light is incident on the gas cell GC.
  • a static magnetic field (B) is applied from the coil COL to the gas cell GC. Due to the Zeeman effect caused by the static magnetic field (B), the energy levels of the alkali metal atoms constituting the gas in the gas cell GC are Zeeman split.
  • the circularly polarized laser light when circularly polarized laser light is incident on the gas cell GC, the circularly polarized laser light interacts with alkali metal atoms in the gas cell GC. Specifically, the circularly polarized laser light excites the alkali metal atoms between specific levels of Zeeman splitting, and the excited electrons fall into multiple Zeeman splitting ground levels with equal probability. . And by repeating this excitation and fall of electrons, the number of electrons existing in the ground level that contributes to excitation among a plurality of Zeeman-split ground levels decreases, and it exists in the ground level that does not contribute to excitation. The number of electrons to be increased.
  • a synthetic magnetic field (B + ⁇ B) combining a static magnetic field and an external magnetic field is applied to the gas cell GC, and the spin of the polarized alkali metal atom precesses around this synthetic magnetic field (Larmor age). Differential movement). At this time, the precession frequency of precession is proportional to the strength of the applied synthetic magnetic field.
  • an alternating magnetic field is further applied from the coil COL in addition to the static magnetic field (B).
  • the frequency of the alternating magnetic field is gradually changed, when the frequency of the alternating magnetic field coincides with the precession frequency of the precession described above, magneto-optical double resonance occurs, and the output light from the gas cell GC becomes , Modulated at precession frequency (resonance frequency).
  • the output light modulated at the precession frequency is detected by the photodetector PD via the condenser lens LEN2 and the optical fiber OF2.
  • the precession frequency can be known by detecting the modulation frequency of the output light with the photodetector PD.
  • This precession frequency is proportional to the synthetic magnetic field (B + ⁇ B) via a proportionality constant inherent to the alkali metal atom. Therefore, considering the fact that this proportionality constant is known, the applied static magnetic field (B) is also known, and the precession frequency is known from the modulation frequency of the output light, the external magnetic field ( ⁇ B) is It turns out that it can measure.
  • the precession frequency of the precession accompanying the spin polarization of the alkali metal atom sealed in the gas cell GC is obtained by magneto-optical double resonance.
  • the external magnetic field ( ⁇ B) can be measured by indirectly measuring with.
  • the gas cell GC filled with an alkali metal gas (alkali metal atom) plays an important role as a sensor portion. For this reason, in order to improve the measurement accuracy of the external magnetic field ( ⁇ B), it is important that the gas cell GC, which is a constituent element of the magnetic field measurement device MMA, functions as a highly sensitive sensor unit.
  • FIG. 4A is a plan view showing a schematic external configuration of the gas cell GC in the first embodiment.
  • the gas cell GC according to the first embodiment has a base material part SM having a rectangular shape, and the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2 are inside the base material part SM. Is formed.
  • the cavity CAV1 and the cavity CAV2 are formed so as to partially overlap in a plan view.
  • a gas atom generation source GS capable of spin polarization and a getter material GT that adsorbs an impurity gas are arranged inside the cavity CAV1.
  • sealing substrate is arrange
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the gas cell GC in the first embodiment includes a sealing substrate 1S having translucency with respect to laser light (pumping light) emitted from the semiconductor laser LD shown in FIG.
  • the sealing substrate 1S and the sealing substrate 2S are made of glass substrates.
  • the gas cell GC in the first embodiment is constituted by a glass / silicon / glass three-layer structure (laminated structure).
  • the base part SM is formed with a cavity part CAV1 and a cavity part CAV2.
  • the volume of the cavity CAV2 is larger than the volume of the cavity CAV1, and the laser light (pumping light) emitted from the semiconductor laser LD shown in FIG. It passes through the inside.
  • a separation part SPU is formed between the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2, and a communication part TH that connects the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2 is formed in the separation part SPU.
  • the cavity CAV2 is surrounded by the sealing substrate 1S, the base material SM, and the sealing substrate 2S, while the cavity CAV1 is surrounded by fewer components than the cavity CAV2. Specifically, the cavity CAV1 is surrounded by the sealing substrate 1S and the base material SM.
  • the cavity CAV1 and the cavity CAV2 have overlapping regions, and the communication part TH is included in the overlapping region. Further, the communication part TH is formed so as to communicate the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2 in the thickness direction of the base material part SM.
  • FIG.4 (b) which is sectional drawing here
  • Fig.4 (a) which is a top view
  • cavity part CAV1 and cavity part CAV2 overlap in planar view.
  • the communication portion TH is included in the overlapping area.
  • a gas atom generation source GS capable of spin polarization is arranged in the cavity CAV1, and cesium, potassium as examples of gas atoms capable of spin polarization are arranged.
  • alkali metal gas atoms represented by rubidium The generation source GS that generates alkali metal gas atoms is solid or liquid, and is composed of a simple alkali metal or a compound containing an alkali metal.
  • the cavity CAV1 is filled with alkali metal gas atoms released from the generation source GS. Since the cavity CAV1 is connected to the cavity CAV2 through the communication part TH, the cavity CAV2 is also filled with alkali metal gas atoms.
  • the cavity CAV1 and the cavity CAV2 may be filled with, for example, helium or nitrogen as a buffer gas for suppressing deactivation of the spin polarization state in addition to the alkali metal gas atoms. .
  • the getter material GT is also disposed inside the cavity CAV1.
  • the getter material GT is made of a material having a function of adsorbing an impurity gas on the surface or inside thereof but not adsorbing alkali metal gas atoms.
  • Examples of the getter material GT having such a function include an alloy getter made of a material such as zirconia, iron, titanium, or nickel.
  • a coating material CM is formed on the inner wall of the cavity portion CAV2 to suppress the spin polarization from being deactivated due to the collision of alkali metal gas atoms with the inner wall. That is, the coating material CM having a function of maintaining the spin polarization state of the alkali metal gas atoms is formed on the inner wall of the cavity CAV2.
  • the coating material CM having such a function include a hydrocarbon-based material typified by paraffin and a silane-based material typified by octadecyltrimethoxysilane.
  • the shape of the cavity CAV1 is a square shape, but is not limited to this, and the shape of the cavity CAV1 is not limited to other polygonal shapes or curved shapes. You may form from.
  • the shape of the cavity portion CAV2 is formed from a combination of square shapes, but is not limited thereto, and the shape of the cavity portion CAV2 is an arbitrary combination of a square shape, another polygonal shape, and a curved shape. You may form from.
  • the inner wall cross-sectional shape (processed cross-sectional shape) of the cavity portion CAV1 and the inner wall cross-sectional shape of the cavity portion CAV2 are vertical shapes. There may be.
  • the gas cell GC in the first embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.
  • a base part SM made of a silicon substrate is prepared, and a resist film PR1 is formed on the surface of the base part SM. Then, after the resist film PR1 is patterned by a photolithography technique, the substrate part SM is etched using the patterned resist film PR1 as a mask to form the trench DIT1.
  • a mask material is not restricted to this,
  • a silicon oxide film hard mask material
  • Etching of the base material portion SM made of a silicon substrate can be performed by, for example, dry etching using silicon tetrafluoride gas or wet etching using a potassium hydroxide solution.
  • a resist film PR2 is formed on the surface of the base material part SM, and a photolithography technique is used.
  • the resist film PR2 is patterned.
  • the substrate portion SM is etched using the patterned resist film PR2 as a mask, thereby increasing the depth of the groove DIT1 and forming the groove DIT2 having a depth smaller than that of the groove DIT1. In this way, the grooves DIT1 and DIT2 having different depths can be formed in the base material portion SM.
  • a resist film PR3 is formed on the back surface of the base material portion SM located on the side opposite to the surface of the base material portion SM in which the grooves DIT1 and DIT2 are formed, and a photolithography technique is used.
  • the resist film PR3 is patterned.
  • the patterned resist film PR3 is used as a mask to perform etching from the back surface side of the base material portion SM.
  • channel DIT2 formed in base-material part SM are formed. That is, in the first embodiment, the depth of the groove DIT1 and the depth of the groove DIT2 formed on the front surface side of the base material portion SM are different, so that the etching amount from the back surface side of the base material portion SM is controlled.
  • a generation source GS for generating alkali metal gas atoms and a getter material GT for adsorbing impurity gas are disposed on the bottom surface of the trench DIT2.
  • the base material part SM and the sealing substrate 1S are joined to seal the groove DIT2 (recessed part) to form the cavity part CAV1.
  • the bonding between the base material portion SM and the sealing substrate 1S is not limited to anodic bonding, and an adhesive can also be used. That is, the bonding method between the base material portion SM and the sealing substrate 1S may be any method that can hermetically seal the cavity portion CAV1.
  • the heat treatment when the heat treatment is included in the joining method of the base material portion SM and the sealing substrate 1S, the heat treatment is used to generate an alkali metal from the generation source GS disposed in the cavity portion CAV1. While generating gas atoms, the getter material GT can be activated so that the impurity gas can be adsorbed.
  • the heat treatment when the heat treatment is not included in the joining method of the base material portion SM and the sealing substrate 1S, a new heating process is added after joining the base material portion SM and the sealing substrate 1S.
  • the alkali metal gas atoms can be generated from the generation source GS arranged in the cavity CAV1, and the getter material GT can be activated so that the impurity gas can be adsorbed.
  • a coating material CM that suppresses the deactivation of the spin polarization state is disposed on the through-hole THU side of the sealing substrate 1S that closes one opening surface of the through-hole THU.
  • the base part SM and the sealing substrate 2S are joined so as to close the other opening surface of the through part THU, thereby sealing the through part THU and forming the cavity part CAV2.
  • the bonding between the base material portion SM and the sealing substrate 2S is not limited to anodic bonding, and an adhesive can also be used. That is, the joining method of the base material portion SM and the sealing substrate 2S may be any method that can hermetically seal the cavity portion CAV2.
  • the coating material CM disposed in the cavity portion CAV2 is vaporized using this heat treatment. be able to. Thereafter, by cooling the base material part SM, the vaporized coating material CM can be deposited on the inner wall of the cavity part CAV2. In this way, the inner wall of the cavity CAV2 can be coated with the coating material CM (see FIG. 14).
  • the heat treatment is not included in the joining method of the base material portion SM and the sealing substrate 2S
  • a new heating process is added.
  • the coating material CM disposed in the cavity CAV2 can be vaporized.
  • the vaporized coating material CM can be deposited on the inner wall of the cavity part CAV2. In this way, the inner wall of the cavity CAV2 can be coated with the coating material CM (see FIG. 14).
  • a form using a heat treatment at the joining stage of the base material part SM and the sealing substrate 2S, or a base material is used as means for vaporizing the coating material CM disposed in the cavity CAV2
  • a form using a new heat treatment added after joining the part SM and the sealing substrate 2S is conceivable.
  • new heat treatment is performed after joining the base material portion SM and the sealing substrate 2S.
  • the technical idea in the form 1 can be applied not only to this form but also to a form using heat treatment at the joining stage of the base material portion SM and the sealing substrate 2S.
  • the communication part TH is formed in the separation part SPU that separates the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2, thereby connecting the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2.
  • the communication part TH can be formed by irradiating the separation part SPU with laser light.
  • the gas cell GC according to Embodiment 1 can be manufactured.
  • a generation source GS for generating alkali metal gas atoms is arranged inside the cavity CAV1.
  • the coating material CM that suppresses the deactivation of the spin polarization state is formed on the inner wall of the cavity CAV2 different from the cavity CAV1. That is, the first feature point of the first embodiment is that the cavity CAV1 where the generation source GS is disposed and the cavity CAV2 where the coating material CM is formed are separated. Thereby, for example, as shown in FIG.
  • the cavity CAV1 in which the generation source GS is disposed can be hermetically sealed regardless of the coating material CM. This is because the cavity CAV1 in which the generation source GS is disposed is hermetically sealed without being affected by the vaporization of the coating material CM, and the heat generation is performed on the hermetically sealed cavity CAV1, thereby generating the source GS. This means that alkali metal gas atoms can be generated from the inside, and the inside of the cavity CAV1 can be filled with alkali metal gas atoms.
  • the coating material CM is not disposed in the cavity CAV1, the chemistry of the alkali metal gas atoms and the vaporized coating material CM when filling the cavity CAV1 with the alkali metal gas atoms.
  • the reaction can be prevented.
  • impurities (reaction products) other than the alkali metal gas atoms are generated due to the chemical reaction between the alkali metal gas atoms and the vaporized coating material CM. Therefore, a decrease in detection sensitivity of the gas cell GC due to the impurities can be suppressed.
  • the cavity CAV2 in which the coating material CM is arranged is provided regardless of the alkali metal gas electron generation source GS. It can be hermetically sealed. This means that the cavity CAV2 in which the coating material CM is disposed can be hermetically sealed without being affected by the generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS.
  • the coating material CM is vaporized by subjecting the hermetically sealed cavity portion CAV2 to heat treatment, and then the vaporized coating material CM is cooled to thereby obtain the cavity portion CAV2.
  • the coating material CM can be formed on the inner wall.
  • the alkali metal gas atom generation source GS is not arranged in the cavity CAV2, when the coating material CM is formed on the inner wall of the cavity CAV2, the vaporized coating material CM and the alkali metal gas are formed. A chemical reaction with atoms can be prevented.
  • impurities (reaction products) other than the alkali metal gas atoms are generated due to the chemical reaction between the alkali metal gas atoms and the vaporized coating material CM. Therefore, a decrease in magnetic field detection sensitivity in the gas cell GC due to the impurities can be suppressed. That is, the first feature point in the first embodiment is a contrivance point with respect to the first room for improvement existing in the related technology, and this contrivance point can eliminate the first room for improvement. .
  • the second feature point in the first embodiment is that, for example, as shown in FIG. 4B, a getter material GT having a function of adsorbing impurity gas is disposed in the cavity CAV1. is there.
  • the impurity gas generated when the cavity CAV1 is hermetically sealed can be adsorbed and removed by the getter material GT. That is, the cavity CAV1 is hermetically sealed, for example, by bonding a sealing substrate 1S made of a glass substrate and a base material portion SM made of silicon by anodic bonding.
  • oxygen gas is contained as impurity gas in the cavity CAV1.
  • the oxygen gas is desirably removed because it causes a chemical reaction with highly reactive alkali metal gas atoms. Therefore, in the first embodiment, the getter material GT that adsorbs the impurity gas is disposed in the cavity CAV1 together with the alkali metal gas atom generation source GS (second feature point). Thereby, according to this Embodiment 1, the impurity gas (oxygen gas, water vapor
  • the getter material GT is disposed in the cavity portion CAV1, as shown in FIG. 4B, the cavity portion CAV1 is connected to the cavity portion CAV2 via the communication portion TH provided in the separation portion SPU. It is connected with. Therefore, impurity gas is inevitably generated from the coating material CM in the cavity CAV2, but the impurity gas contained in the cavity CAV2 can also be adsorbed by the getter material GT and removed from the cavity CAV2. it can. That is, the impurity gas present in each of the cavity CAV1 and the cavity CAV2 can be removed by the getter material GT disposed in the cavity CAV1.
  • the impurity gas causes a chemical reaction between the alkali metal gas atom and the impurity gas, or causes deactivation of the spin polarization state.
  • this impurity gas is removed by the getter material GT, the chemical reaction between the alkali metal gas atom and the impurity gas and the deactivation of the spin polarization state are suppressed. can do.
  • the 2nd feature point in this Embodiment 1 is a device point with respect to the room for the 2nd improvement which exists in related technology, and the room for the 2nd improvement can be eliminated by this device point. .
  • the third feature point in the first embodiment is that the cavity CAV2 is surrounded by the sealing substrate 1S, the base material SM, and the sealing substrate 2S.
  • the cavity CAV1 is surrounded by fewer constituent members than the cavity CAV2.
  • the cavity CAV1 is surrounded by the sealing substrate 1S and the base material SM.
  • the cavity CAV1 and the cavity CAV2 can be hermetically sealed in separate steps.
  • the cavity CAV1 in which the alkali metal gas atom generation source GS and the getter material GT are disposed is hermetically sealed by the sealing substrate 1S and the base material SM.
  • the cavity CAV1 where the alkali metal gas atom generation source GS and the getter material GT are disposed is hermetically sealed, and then the coating material Regardless of the heating temperature of CM, the cavity CAV1 can be heated at a temperature suitable for generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS and activation of the getter material GT. That is, heating the cavity CAV1 at a temperature suitable for generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS and activation of the getter material GT in a temperature range below the softening point of the sealing substrate 1S that is a glass substrate. it can.
  • the getter material GT can be activated by performing heat treatment at about 450 ° C. to 500 ° C.
  • cesium chloride and a reducing material are used as the generation source GS of alkali metal gas atoms
  • cesium gas atoms can be generated from the generation source GS by an oxidation-reduction reaction by heat treatment at about 500 ° C.
  • the cavity CAV1 can be heated with the temperature. That is, according to the third feature point in the first embodiment, it is suitable for generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS and activation of the getter material GT regardless of the temperature limitation caused by the coating material CM.
  • the cavity CAV1 can be heated with the temperature. From this, according to the 3rd feature point in this Embodiment 1, the room for the 3rd improvement which arises because the restriction
  • the heating method for heating the entire gas cell GC can be adopted as a heating method for the generation source GS and the getter material GT without being limited to a local heating method such as laser heating. To do. From this, according to this Embodiment 1, the mass-productivity and uniformity in manufacture of the gas cell GC can be improved.
  • the coating material CM is arranged by the sealing substrate 1S, the base material portion SM, and the sealing substrate 2S.
  • the cavity CAV2 is hermetically sealed.
  • the cavity CAV1 where the alkali metal gas atom generation source GS and the getter material GT are arranged is already hermetically sealed, and the generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS and the getter material GT Heat treatment of the cavity CAV1 is performed at a temperature suitable for activation (first temperature).
  • the cavity CAV2 can be heated at a second temperature that is unlikely to cause decomposition or alteration of the coating material CM and is suitable for vaporization of the coating material CM. That is, in the temperature range below the softening point of the sealing substrate 1S, which is a glass substrate, the coating material CM is hardly decomposed or altered, and the cavity CAV2 is heated at a temperature suitable for vaporizing the coating material CM (second temperature). can do.
  • the generation and getter of alkali metal gas atoms from the generation source GS are used as the second temperature suitable for vaporization of the coating material CM, which is unlikely to cause decomposition or alteration of the coating material CM. It becomes possible to set the temperature lower than the first temperature suitable for the activation of the material GT, and the cavity CAV2 can be heated at the second temperature.
  • the generation source GS and the getter at the first temperature suitable for the generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS and the activation of the getter material GT.
  • the coating material CM After heating the cavity portion CAV1 in which the material GT is disposed, the coating material CM is disposed at a second temperature that is lower than the first temperature and within a limit temperature range in which the coating material CM is not easily decomposed or altered.
  • the hollow portion CAV2 can be heated. That is, the third feature point in the first embodiment is a contrivance point for the third room for improvement existing in the related art, and the third room for improvement can be eliminated by this contrivance point.
  • the synergistic effect with the second feature point in the first embodiment of introducing the getter material GT that adsorbs the impurity gas effectively reduces the detection sensitivity of the magnetic field in the gas cell GC caused by the impurity gas. Can be suppressed. That is, the third feature point in the first embodiment contributes to the elimination of the third room for improvement and also contributes to the elimination of the second room for improvement.
  • the first feature point, the second feature point, and the third feature point described above have room for the first improvement existing in the related art. And the second room for improvement and the third room for improvement can be solved simultaneously. From this, according to gas cell GC in this Embodiment 1, the function of gas cell GC can be improved also as a sensor part compared with related technology. Specifically, according to the gas cell GC in the first embodiment, an excellent effect that the detection sensitivity of the magnetic field can be improved can be obtained.
  • the processing temperature at the time of hermetically sealing the cavity CAV2 in which the coating material CM is disposed increases, so the saturated vapor pressure of the coating material CM increases, so the amount of the coating material CM to be vaporized and the coating material CM The amount of impurity gas generated from the gas increases.
  • the internal pressure of the cavity CAV2 where the coating material CM is disposed increases.
  • the internal pressure of cavity part CAV2 becomes large means that a possibility that the joint defect at the time of airtightly sealing cavity part CAV2 in which coating material CM is arrange
  • a leak path is generated in the cavity CAV2, and it becomes difficult to hermetically seal the cavity CAV2. As a result, the detection sensitivity of the magnetic field in the gas cell GC is lowered.
  • the coating material CM is disposed in a state where the external pressure of the cavity CAV2 (external pressure of the gas cell GC) is increased in response to the increase in the internal pressure of the cavity CAV2.
  • the hollow portion CAV2 is hermetically sealed.
  • a coating material CM having a high melting point is also effective to select a coating material CM having a high melting point as a device for suppressing poor bonding when the cavity CAV2 in which the coating material CM is disposed is hermetically sealed. This is because, if the coating material CM has a high melting point, the amount of the coating material CM to be vaporized can be reduced as compared with the coating material CM having a low melting point, and as a result, an increase in the internal pressure of the cavity CAV2 is suppressed. This is because it is considered that leakage of the coating material CM and the impurity gas when the cavity CAV2 in which the coating material CM is disposed is hermetically sealed is easily suppressed.
  • the coating material CM there are a hydrocarbon-based material typified by paraffin and a silane-based material typified by octadecyltrimethoxysilane, but the viewpoint of improving the reliability of hermetic sealing in the cavity CAV2. It is also effective to use a silane-based material having a higher melting point than paraffin as the coating material CM.
  • the fourth feature point in the first embodiment is, for example, as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, in the plan view, the cavity CAV1 and the cavity CAV2 overlap each other.
  • the communication part TH is included in the overlapping region, and the communication part TH communicates the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2 in the thickness direction of the base material part SM. is there.
  • the plane size of gas cell GC can be made small, providing two cavity part CAV1 and cavity part CAV2.
  • the plane size of the gas cell GC is basically the plane size of the cavity CAV1 and the plane of the cavity CAV2.
  • the size will increase to the size combined with the size.
  • the plane size of the gas cell GC is reduced to one cavity while having two cavities CAV1 and CAV2.
  • the size can be reduced to about the planar size of the part CAV2.
  • the first feature point, the second feature point, and the third feature point are realized on the premise that the cavity portion CAV1 and the cavity portion CAV2 are provided. These feature points can improve the detection sensitivity of the magnetic field in the gas cell GC.
  • the gas cell GC in the first embodiment it is assumed that the cavity CAV1 and the cavity CAV2 are provided, but the plane size of the gas cell GC is reduced to one cavity CAV2 by the fourth feature point. Miniaturization to about the plane size is realized.
  • the detection sensitivity of the magnetic field in the gas cell GC is improved. It is possible to achieve both improvement and downsizing of the gas cell GC. That is, it can be said that the technical idea in the first embodiment is excellent in that both the performance improvement of the gas cell GC as a sensor unit for measuring a magnetic field and the miniaturization of the sensor unit can be realized.
  • the gas cell GC according to the second embodiment has almost the same configuration as that of the gas cell GC according to the first embodiment, and therefore, differences will be mainly described.
  • FIG. 15A is a plan view showing a schematic external configuration of the gas cell GC according to the second embodiment
  • FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 15A. It is.
  • the getter material GT is disposed in the cavity CAV1 in that the getter material GT is disposed in the cavity CAV2. This is different from the gas cell GC in the first embodiment.
  • the other configuration of the gas cell GC in the second embodiment is the same as that of the gas cell GC in the first embodiment.
  • the gas cell GC according to the second embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.
  • the steps from FIG. 5 to FIG. 9 are the same as those in the first embodiment.
  • channel DIT2 and the penetration part THU as shown in FIG. 9 were formed can be prepared.
  • a generation source GS for generating alkali metal gas atoms is disposed on the bottom surface of the groove DIT2. And by joining the base material part SM and the sealing substrate 1S, the groove DIT2 (concave part) is sealed to form the cavity part CAV1.
  • the bonding between the base material portion SM and the sealing substrate 1S is not limited to anodic bonding, and an adhesive can also be used. That is, the bonding method between the base material portion SM and the sealing substrate 1S may be any method that can hermetically seal the cavity portion CAV1.
  • the cavity part CAV1 is added.
  • An alkali metal gas atom is generated from a generation source GS disposed in
  • the coating material CM that suppresses the deactivation of the spin polarization state is disposed on the through portion THU side of the sealing substrate 1S that closes one opening surface of the through portion THU, and
  • the getter material GT is disposed on the base material part SM located above the cavity part CAV1.
  • the base part SM and the sealing substrate 2S are joined so as to close the other opening surface of the through part THU, thereby sealing the through part THU and forming the cavity part CAV2.
  • the bonding between the base material portion SM and the sealing substrate 2S is not limited to anodic bonding, and an adhesive can also be used. That is, the joining method of the base material portion SM and the sealing substrate 2S may be any method that can hermetically seal the cavity portion CAV2.
  • a new heating process is performed at a temperature suitable for vaporizing the coating material CM and activating the getter material GT.
  • the getter material GT disposed in the cavity CAV2 can be activated and the coating material CM can be vaporized.
  • the vaporized coating material CM can be deposited on the inner wall of the cavity part CAV2. In this way, as shown in FIG. 19, the inner wall of the cavity CAV2 can be coated with the coating material CM.
  • the communication part TH is formed in the separation part SPU that separates the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2, thereby connecting the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2.
  • the communication part TH can be formed by irradiating the separation part SPU with laser light.
  • the gas cell GC according to the second embodiment can be manufactured.
  • the coating material CM is formed on the inner wall of the cavity CAV2, and the getter material GT is disposed inside the cavity CAV2.
  • the gas cell GC according to the second embodiment is different from the gas cell GC according to the first embodiment in which the getter material GT is disposed together with the generation source GS of the alkali metal gas atoms in the cavity CAV1.
  • the getter material GT is disposed inside the cavity CAV2, and therefore, the heat treatment performed after the cavity CAV2 is hermetically sealed is the getter material GT. Is carried out at such a temperature that it can be activated in as short a time as possible. That is, in the second embodiment, the heat treatment performed after the cavity CAV2 is hermetically sealed has a role of vaporizing the coating material CM and a role of activating the getter material GT. become. As a result, the temperature of the heat treatment according to the second embodiment performed after the cavity CAV2 is hermetically sealed is basically higher than the temperature of the heat treatment according to the first embodiment, which only serves to vaporize the coating material CM. Will become expensive.
  • the heat treatment in the second embodiment is performed beyond the temperature limitation due to the coating material CM, the spin polarization state is lost.
  • the function of the coating material CM for suppressing the activity may be somewhat impaired, the following advantages can also be obtained. That is, in this case, the temperature of the getter material GT is high. If the temperature of the getter material GT is high enough to be activated, not only on the surface of the getter material GT but also inside the getter material GT.
  • the impurity gas can be adsorbed. That is, when the temperature of the getter material GT is high, the adsorption capacity for adsorbing the impurity gas increases.
  • the adsorption capacity of the getter material GT with respect to the impurity gas generated along with the vaporization of the coating material CM is Will increase.
  • the amount of impurity gas adsorbed on the getter material GT is increased, there is an advantage that the amount of impurity gas present in the cavity CAV2 can be reduced.
  • the function of the coating material CM such that the time required for the activation of the getter material GT is within a reasonable range and the deactivation of the spin polarization state is suppressed. It is desirable that the heat treatment in the second embodiment be performed in a well-balanced temperature range.
  • FIGS. 15A and 15B the area of the contact region of the sealing substrate 2S in contact with the cavity CAV2 (FIG. 15).
  • the area of the cavity CAV2 indicated by the solid line (a) and the cavity CAV2 indicated by the broken line) is the area of the contact region of the sealing substrate 1S that is in contact with the cavity CAV2 (solid line in FIG. 15A). It is assumed that the area is larger than the area of the cavity CAV2 shown in FIG.
  • Another characteristic feature unique to the second embodiment is that, in plan view, the contact area of the sealing substrate 2S in contact with the cavity CAV2 overlaps with the contact area of the sealing substrate 1S in contact with the cavity CAV2. There is a non-overlapping region that cannot be obtained, and the getter material GT is arranged in this non-overlapping region.
  • another feature point peculiar to the second embodiment is that, as shown in FIG. 15 (b), the getter material GT is arranged in a portion of the bottom surface of the cavity portion CAV2 that overlaps the cavity portion CAV1 in plan view. It is in the point.
  • the getter material GT is arranged in a region outside the transmission path of the pumping light in the cavity CAV2. For this reason, according to the second embodiment, even if the getter material GT is disposed in the cavity CAV2, the pumping light is not blocked by the getter material GT. Decrease in the detection sensitivity of the magnetic field in the gas cell GC due to a part of the light being shielded from light can be suppressed.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing the gas cell GC in the second embodiment.
  • the area of the contact region CR2 of the sealing substrate 2S that contacts the cavity CAV2 is larger than the area of the contact region CR1 of the sealing substrate 1S that contacts the cavity CAV2.
  • the contact region CR2 has a non-overlapping region NDP that does not overlap the contact region CR1, and the getter material GT is disposed in the non-overlapping region NDP.
  • the getter material GT is disposed in a region outside the transmission path of the pumping light in the cavity portion CAV2.
  • the getter material GT is not fixed to the bottom surface of the cavity CAV2, for example, even if the getter material GT is disposed in the non-overlapping region NDP, the getter material GT is arranged in the direction indicated by the arrow in FIG. It is also conceivable that the getter material GT is shifted and disposed on the transmission path of the pumping light. In this case, since the getter material GT blocks a part of the pumping light, the detection sensitivity of the magnetic field in the gas cell GC may be lowered.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a gas cell GC that has been devised to prevent the getter material GT from being displaced on the transmission path of pumping light.
  • a further feature of the second embodiment is that a stopper SP that suppresses the getter material GT from shifting on the transmission path of the pumping light is provided on the bottom surface of the cavity CAV2. By providing the stopper SP, it is possible to prevent the getter material GT from being shifted on the transmission path of the pumping light.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing an example of the planar shape of the stopper SP.
  • the stopper SP can be composed of a continuous elongated structure such as a protective wall. In this case, there is an advantage that the structure constituting the stopper SP can be easily processed.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing another example of the planar shape of the stopper SP.
  • the stopper SP can also be composed of a plurality of block-shaped structures arranged at predetermined intervals. In this case, since there is a space between the plurality of block-shaped structures, it is possible to obtain an advantage that the impurity gas existing inside the cavity CAV2 can be easily removed with the getter material GT efficiently.
  • FIG. 24 is a schematic plan view showing the configuration of the gas cell GC in the third embodiment.
  • a cavity CAV1A and a cavity CAV1B are provided in the gas cell GC according to the third embodiment.
  • FIG. 24 shows an example in which two cavities CAV1A and CAV2 are provided.
  • the present invention is not limited to this, and the gas cell GC may be configured to provide three or more cavities CAV1. Good.
  • the plane size of the cavity portion CAV1A and the plane size of the cavity portion CAV1B are described as the same size.
  • the planar size of the cavity portion CAV1A is different from the plane size of the cavity portion CAV1B. It may be. Furthermore, the shape of the cavity CAV1A may be different from the shape of the cavity CAV1B. Note that the arrangement relationship among the cavity portion CAV1A, the cavity portion CAV1B, and the cavity portion CAV2 is not limited to the arrangement relationship illustrated in FIG. 24, and may be another arrangement relationship.
  • an alkali metal gas atom generation source GS1 and a getter material GT1 are disposed in the cavity CAV1A. Further, an alkali metal gas atom generation source GS2 is disposed inside the cavity CAV1B. On the other hand, a getter material GT2 is disposed inside the cavity CAV2.
  • the present invention is not limited to this, as long as an alkali metal gas atom generation source or getter material is disposed in any one of the cavity portions CAV1A and CAV1B, and there is a cavity portion in which nothing is disposed. Also good.
  • the generation source GS1 disposed in the cavity CAV1A and the generation source GS2 disposed in the cavity CAV1B may generate different types of alkali metal gas atoms.
  • a first alkali metal gas atom generated from the generation source GS1 and a second alkali metal gas atom generated from the generation source GS2 and having a spin exchange interaction with the first alkali metal gas atom are included.
  • Gas cell GC can be formed.
  • an application example in which a cesium generation source is employed as the generation source GS1 and a potassium generation source is employed as the generation source GS2 is conceivable.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • a coating material CM is formed on the inner wall of the cavity CAV2.
  • getter material GT2 can also be arrange
  • the coating material CM does not cover the getter material GT2, but the coating material CM may be formed so as to cover the getter material GT2.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • the cavity CAV1A is sealed by the base material SM and the sealing substrate 2S.
  • the cavity CAV1B is sealed by the base material SM and the sealing substrate 1S.
  • the structural member that seals the cavity CAV1A may be different from the structural member that seals the cavity CAV1B.
  • the configuration of the gas cell GC as shown in FIG. 27 is also possible, and the cavity part CAV1A, the cavity part CAV1B, and the cavity part CAV2 can be integrated and arranged in a smaller area. That is, according to the gas cell GC having a configuration in which the component member that seals the cavity portion CAV1A and the component member that seals the cavity portion CAV1B are different, there is an advantage that the gas cell GC can be reduced in size.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view showing the configuration of the gas cell GC in the fourth embodiment.
  • the depth of the cavity CAV1 is deeper than that in the gas cell GC in the first embodiment shown in FIG. That is, in the gas cell GC according to the fourth embodiment shown in FIG. 28, the bottom part of the cavity CAV1 where the alkali metal gas atom generation source GS and the getter material GT are arranged is formed in the separation part SPU. It exists in the position lower than the formation position.
  • the depth of the cavity CAV1 can be increased. As a result, it is possible to provide an allowance for the height of the alkali metal gas atom generation source GS and the getter material GT disposed on the bottom surface of the cavity CAV1.
  • the thickness (depth) of the cavity CAV ⁇ b> 1 is about 300 ⁇ m.
  • the thickness (depth) of the cavity CAV1 can be secured at 600 ⁇ m or more. For this reason, according to the fourth embodiment, it is possible to relax the restriction on the height of the generation source GS and the getter material GT that can be held in the cavity CAV1.
  • the possibility that the generation source GS and the getter material GT protrude from the cavity portion CAV1 and hinder the hermetic sealing of the cavity portion CAV1 can be reduced, and according to the fourth embodiment, the gas cell can be reduced.
  • GC reliability can be improved.
  • the risk of the generation source GS leaking out of the cavity CAV1 can be effectively reduced.
  • the other configuration of the gas cell GC in the fourth embodiment is the same as that of the gas cell GC in the first embodiment.
  • the gas cell GC in the present fourth embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.
  • a base part SM made of a silicon substrate is prepared, and a resist film PR4 is formed on the surface of the base part SM. Then, after patterning the resist film PR4 by the photolithography technique, as shown in FIG. 30, the substrate part SM is etched using the patterned resist film PR4 as a mask to form the grooves DIT3 and DIT4.
  • a mask material is not restricted to this,
  • a silicon oxide film hard mask material
  • Etching of the base material portion SM made of a silicon substrate can be performed by, for example, dry etching using silicon tetrafluoride gas or wet etching using a potassium hydroxide solution.
  • a resist film PR5 is formed on the surface of the base material portion SM, and a photolithography technique is used.
  • the resist film PR5 is patterned.
  • a resist film PR6 is formed on the back surface located on the side opposite to the surface of the base material portion SM, and this resist film PR6 is patterned by using a photolithography technique.
  • the base material portion SM is etched from both sides, so that the depth of the groove DIT4 is increased and more than the groove DIT4.
  • a shallow groove DIT5 is formed, and a through portion THU is formed.
  • This etching from both sides can be carried out, for example, by wet etching using a potassium hydroxide solution.
  • the resist film PR5 formed on the surface of the base material portion SM and the resist film PR6 formed on the back surface of the base material portion SM are removed.
  • channel DIT5, and the penetration part THU were formed can be prepared.
  • a generation source GS for generating alkali metal gas atoms and a getter material GT for adsorbing impurity gas are disposed on the bottom surface of the groove DIT4.
  • the depth of the trench DIT4 is deep, the height restrictions of the generation source GS and the getter material GT can be relaxed. Thereby, according to this Embodiment 4, it can suppress that the generation source GS and the getter material GT protrude from the groove
  • the base material part SM and the sealing substrate 1S are joined to seal the groove DIT4 (deep concave part) and the groove DIT5 (shallow concave part), thereby forming the cavity part CAV1.
  • the bonding between the base material portion SM and the sealing substrate 1S is not limited to anodic bonding, and an adhesive can also be used. That is, the bonding method between the base material portion SM and the sealing substrate 1S may be any method that can hermetically seal the cavity portion CAV1.
  • the generation source GS and the getter material GT are arranged at the bottom of the deep groove DIT4, the generation source GS and the getter material GT protrude from the cavity CAV1, and the cavity The possibility of hindering the hermetic sealing of CAV1 can be reduced.
  • the reliability of the gas cell GC can be improved.
  • the risk of the generation source GS leaking out of the cavity CAV1 can be effectively reduced.
  • a coating material CM that suppresses the deactivation of the spin polarization state is disposed on the through-hole THU side of the sealing substrate 1S that closes one opening surface of the through-hole THU.
  • the base part SM and the sealing substrate 2S are joined so as to close the other opening surface of the through part THU, thereby sealing the through part THU and forming the cavity part CAV2.
  • the bonding between the base material portion SM and the sealing substrate 2S is not limited to anodic bonding, and an adhesive can also be used. That is, the joining method of the base material portion SM and the sealing substrate 2S may be any method that can hermetically seal the cavity portion CAV2.
  • a new heating process is performed at a temperature for vaporizing the coating material CM.
  • positioned in the cavity part CAV2 can be vaporized.
  • the vaporized coating material CM can be deposited on the inner wall of the cavity part CAV2. In this way, as shown in FIG. 36, the inner wall of the cavity CAV2 can be coated with the coating material CM.
  • the communication portion TH is formed in the separation portion SPU that separates the cavity portion CAV1 and the cavity portion CAV2, thereby connecting the cavity portion CAV1 and the cavity portion CAV2.
  • the communication part TH can be formed by irradiating the separation part SPU with laser light.
  • the gas cell GC according to the fourth embodiment can be manufactured.
  • FIG. 37A is a plan view showing a schematic external configuration of the gas cell GC according to the fifth embodiment.
  • the gas cell GC according to the fifth embodiment has a base material portion SM having a rectangular shape, and a cavity portion CAV1 and a cavity portion CAV2 are formed inside the base material portion SM.
  • a cavity CAV3 is formed.
  • the cavity CAV1 and the cavity CAV2 are formed so as to partially overlap in a plan view.
  • the cavity CAV2 and the cavity CAV3 are formed so as to partially overlap in plan view.
  • the gas atom generation source GS capable of spin polarization is arranged inside the cavity CAV1, while the getter that adsorbs the impurity gas inside the cavity CAV3.
  • a material GT is arranged.
  • the getter material GT may be disposed inside the cavity CAV1
  • the alkali metal gas atom generation source GS may be disposed inside the cavity CAV3.
  • FIG. 37 (b) is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 37 (a).
  • the gas cell GC according to the fifth embodiment includes a sealing substrate 1S having translucency with respect to laser light (pumping light) emitted from the semiconductor laser LD shown in FIG.
  • the sealing substrate 1S and the sealing substrate 2S are made of glass substrates.
  • base material part SM1 and base material part SM2 are arrange
  • the base material part SM is composed of a laminated structure of the base material part SM1 and the base material part SM2, and the base material part SM1 is The base material part SM2 is joined to the sealing substrate 2S.
  • the cavity portion CAV1 is surrounded by the base material portion SM1 and the base material portion SM2.
  • the cavity portion CAV2 is surrounded by the sealing substrate 1S, the base material portion SM1, the base material portion SM2, and the sealing substrate 2S. Yes.
  • a separation part SPU1 is formed between the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2, and a communication part TH1 is formed in the separation part SPU1. Therefore, the cavity CAV1 and the cavity CAV2 are connected by the communication part TH1.
  • the gas cell GC in the present fifth embodiment is formed in the cavity CAV3 formed in the base member SM, the separation part SPU2 formed between the cavity CAV2 and the cavity CAV3, and the separation part SPU2. And a communication part TH2.
  • the cavity CAV3 is surrounded by the sealing substrate 1S, the base material part SM1, and the base material part SM2.
  • the cavity portion CAV2 and the cavity portion CAV3 are connected by a communication portion TH2.
  • an alkali metal gas atom generation source GS is arranged in the cavity CAV1.
  • the coating material CM that suppresses the deactivation of the spin polarization state is formed on the inner wall of the cavity CAV2, and the getter material GT that adsorbs the impurity gas is disposed in the cavity CAV3.
  • the gas cell GC according to the fifth embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.
  • a base material part SM1 in which the penetration part THU1 and the groove DIT6 are formed, and a base material part SM2 in which the groove DIT7, the groove DIT8, and the penetration part THU2 are formed are prepared.
  • the base material part SM1 and the base material part SM2 are joined.
  • the base material part SM1 and the base material part SM2 can be joined by thermal bonding.
  • the cavity CAV1 is hermetically sealed by the groove DIT6 formed in the base material part SM1 and the groove DIT8 formed in the base material part SM2.
  • the cavity part CAV1 is added. Alkali metal gas atoms are generated from the arranged source GS.
  • a getter material GT for adsorbing the impurity gas is disposed on the bottom surface of the groove DIT7.
  • cavity part CAV3 is airtightly sealed by joining base-material part SM1 and sealing substrate 1S.
  • the bonding between the base material part SM1 and the sealing substrate 1S is not limited to the anodic bonding, and an adhesive can also be used. That is, the bonding method between the base material portion SM1 and the sealing substrate 1S may be any method that can hermetically seal the cavity portion CAV3.
  • the base part SM1 is arranged in the cavity part CAV3.
  • the getter material GT is activated.
  • a coating material CM for suppressing the deactivation of the spin polarization state is disposed on the sealing substrate 2S. Thereafter, the base part SM2 and the sealing substrate 2S are joined to seal the through part THU2 to form the cavity part CAV2.
  • the bonding between the base material portion SM2 and the sealing substrate 2S is not limited to anodic bonding, and an adhesive can also be used. That is, the bonding method between the base member SM2 and the sealing substrate 2S may be any method that can hermetically seal the cavity CAV2.
  • a new heating process at a temperature suitable for vaporizing the coating material CM is performed. Thereby, the coating material CM arrange
  • the communication part TH1 can be formed by irradiating the separation part SPU1 with laser light.
  • the communication part TH2 in the separation part SPU2 that separates the cavity part CAV2 and the cavity part CAV3, the cavity part CAV2 and the cavity part CAV3 are connected.
  • the communication part TH2 can be formed by irradiating the separation part SPU2 with laser light.
  • the gas cell GC according to the fifth embodiment can be manufactured.
  • the feature point peculiar to the fifth embodiment is that the cavity portion CAV1 is surrounded by the base material portion SM1 and the base material portion SM2, and the cavity portion CAV2 is sealed.
  • a point surrounded by the substrate 1S, the base part SM1, the base part SM2, and the sealing substrate 2S, and the cavity CAV3 is surrounded by the sealing substrate 1S, the base part SM1, and the base part SM2. It is in.
  • the cavity CAV1, the cavity CAV2, and the cavity CAV3 can be hermetically sealed in separate steps.
  • the base part SM1 and the base part SM2 hermetically seal the cavity CAV1 in which the alkali metal gas atom generation source GS is arranged.
  • the cavity CAV2 in which the coating material CM is disposed and the cavity CAV3 in which the getter material GT is disposed are not formed. Therefore, after the cavity CAV1 is hermetically sealed, the heating temperature and getter of the coating material CM are determined. Regardless of the heating temperature of the material GT, the cavity CAV1 can be heated at a first temperature suitable for generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS. That is, the cavity CAV1 can be heated at a first temperature suitable for generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS in a temperature range below the softening point of silicon.
  • the cavity CAV3 in which the getter material GT is disposed is hermetically sealed by the sealing substrate 1S, the base part SM1, and the base part SM2.
  • the cavity CAV1 in which the alkali metal gas atom generation source GS is already arranged is hermetically sealed, and the cavity at the first temperature suitable for generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS.
  • the heat treatment of the part CAV1 is performed.
  • the cavity CAV3 at the second temperature suitable for the activation of the getter material GT. can be heated. That is, the cavity CAV3 can be heated at the second temperature suitable for the activation of the getter material GT in a temperature range below the softening point of the sealing substrate 1S that is a glass substrate.
  • the cavity CAV2 in which the coating material CM is disposed is hermetically sealed by the sealing substrate 1S, the base material part SM1, the base material part SM2, and the sealing substrate 2S.
  • the cavity CAV1 where the alkali metal gas atom generation source GS is arranged and the cavity CAV3 where the getter material GT is arranged are already hermetically sealed, and the alkali metal gas from the generation source GS is sealed.
  • Heat treatment of the cavity CAV1 is performed at a first temperature suitable for generation of atoms
  • heat treatment of the cavity CAV3 is performed at a second temperature suitable for activation of the getter material GT.
  • the coating material CM is independent of the first temperature suitable for generation of alkali metal gas atoms from the generation source GS and the second temperature suitable for activation of the getter material GT.
  • the cavity CAV2 can be heated at a third temperature suitable for vaporization. That is, in the temperature range below the softening point of the sealing substrate 1S that is a glass substrate, the cavity CAV2 can be heated at the third temperature suitable for vaporization of the coating material CM.
  • an alkali metal gas atom generation source GS is arranged inside the cavity CAV1, and the getter material is inside the cavity CAV3.
  • the getter material GT may be arranged in the cavity CAV1
  • the alkali metal gas atom generation source GS may be arranged in the cavity CAV3.
  • the gas cell GC may be configured such that the alkali metal gas atom generation source GS and the getter material GT are disposed inside the cavity CAV1 and the cavity CAV3 is not provided.
  • FIG. 43 is a cross-sectional view showing the configuration of the gas cell GC in the first modification. 43, the difference from the gas cell GC in the fifth embodiment shown in FIG. 37B is that the shape of the separation part SPU1 formed between the cavity part CAV1 and the cavity part CAV2 is different from the cavity part CAV1. The difference is that the shape of the separation part SPU2 formed between the CAV2 and the cavity part CAV3 is different.
  • the other configuration of the gas cell GC in the first modification is the same as the configuration of the gas cell GC in the fifth embodiment.
  • the technical idea in the fifth embodiment is that the cavity CAV1, the cavity CAV2, and the cavity CAV3 are surrounded by different constituent members, so that it is possible to hermetically seal at different timings. If the points are in common, the essential technical idea in the fifth embodiment is not affected by the slight difference in shape typified by the structures of the separation unit SPU1 and the separation unit SPU2. In other words, the technical idea of the fifth embodiment can be embodied in a wide variety of ways by subtle differences in shape while sharing the essential configuration.
  • FIG. 44 is a cross-sectional view showing the configuration of the gas cell GC in the second modification.
  • a cavity CAV1 surrounded by the base material part SM1 and the base material part SM2
  • a cavity CAV3 surrounded by the base material part SM1 and the sealing substrate 1S
  • a sealing It has a hollow portion CAV2 surrounded by the substrate 1S, the base material portion SM1, the base material portion SM2, and the sealing substrate 2S.
  • the cavity part CAV1 and the cavity part CAV3 are connected by the communication part TH3 provided in the separation part SPU2.
  • the cavity part CAV3 and the cavity part CAV2 are connected by a communication part TH2 provided in the separation part SPU2.
  • the cavity CAV1, the cavity CAV2, and the cavity CAV3 are surrounded by different components, and as a result, the embodiment can be hermetically sealed at different timings. This is essentially the same as the technical idea in No. 5. From this, the gas cell GC in the second modification can also obtain the same effect as that of the fifth embodiment.
  • the magnetic field measurement apparatus MMA2 in this application example 1 intersects the gas cell described in the first to fifth embodiments, the first light source that irradiates the gas cell with pumping light, and the probe light that is linearly polarized light on the gas cell.
  • a second light source that irradiates from a direction to be applied, a magnetic field generator that applies a static magnetic field to the gas cell, and a light detector that detects the rotation angle of the polarization plane of the probe light that has passed through the gas cell.
  • FIG. 45 is a diagram schematically showing a configuration of a magnetic field measurement apparatus MMA2 that measures a magnetic field using the Faraday effect.
  • the magnetic field measurement apparatus MMA2 includes the gas cell GC of the present invention, a probe optical system, a pumping optical system, and a magnetic system.
  • the pumping optical system has a semiconductor laser LD (PMP), a collimating lens LEN2, a polarizer PRB, and a wave plate WP2.
  • PMP semiconductor laser LD
  • LEN2 collimating lens
  • LEN2 collimating lens
  • PRB polarizer
  • WP2 wave plate
  • the probe optical system includes a semiconductor laser LD (PR), a collimating lens LEN1, a polarizer PRA, a wave plate WP1, and a photodetector PD.
  • the pumping light emitted from the semiconductor laser LD (PMP) of the pumping optical system and the probe light emitted from the semiconductor laser LD (PR) of the probe optical system are orthogonal to each other.
  • PMP semiconductor laser LD
  • PR probe light emitted from the semiconductor laser LD
  • the constituent elements of the gas cell GC have translucency with respect to the probe light and the pumping light. It is necessary to configure the member.
  • the sealing substrate of the gas cell GC needs to be composed of at least a member that is transparent to the probe light, and the base portion of the gas cell GC is at least for the pumping light. It needs to be comprised from the member which has translucency.
  • the sealing substrate and the base material part of the gas cell GC are made of a glass material.
  • the magnetic system is configured to include a static magnetic field applying coil (not shown), and the static magnetic field applying coil is arranged in the direction from the front to the back in FIG. 45 or the direction from the back to the front. It arrange
  • the pumping light irradiated to the gas cell GC is circularly polarized light having a wavelength corresponding to the absorption line of alkali metal gas atoms.
  • laser light emitted from the semiconductor laser LD (PMP) is first converted into parallel light by the collimator lens LEN2, and then converted into circularly polarized light by the polarizer PRB and the wave plate WP2.
  • PMP semiconductor laser LD
  • the pumping light is generated, and this pumping light is incident on the inside of the gas cell GC.
  • the pumping light also aligns the spins of alkali metal gas atoms that are hermetically sealed in the gas cell GC, thereby realizing a spin polarization state.
  • the probe light is linearly polarized light having a wavelength different from that of the absorption line of alkali metal gas atoms.
  • laser light emitted from the semiconductor laser LD (PR) is first converted into parallel light by the collimator lens LEN1, and then converted into linearly polarized light by the polarizer PRA and the wave plate WP1.
  • probe light is generated, and this probe light enters the gas cell GC.
  • the probe light enters a gas cell GC filled with alkali metal gas atoms whose spin is polarized, the plane of polarization is rotated by the Faraday effect. Since the rotation angle of the polarization plane is proportional to the magnetic field intensity in the direction perpendicular to the probe light, the magnetic field can be measured by detecting the rotation angle with the photodetector PD.
  • the magnetic field measuring apparatus MMA2 of the application example 1 configured as described above, when the gas cell GC of the present invention is used, the spin polarization state of alkali metal gas atoms filled in the gas cell GC is maintained. The measurement sensitivity of the magnetic field can be improved.
  • any of the semiconductor laser LD (PMP), the collimating lens LEN2, the polarizer PRB, and the wave plate WP2 may be omitted. It is possible to change the order or insert another part.
  • any of the semiconductor laser LD (PR), the collimating lens LEN1, the polarizer PRA, and the wave plate WP1 may be omitted.
  • the order can be changed, or another part can be inserted.
  • Application Example 2 An example in which the gas cell GC of the present invention is applied to an atomic gyroscope that measures angular velocity based on precession of gas atoms whose spin is polarized by pumping light will be described.
  • the gas cell GC of the present invention is filled with a rare gas atom composed of two types of isotopes in addition to the alkali metal gas atom.
  • the spin of alkali metal gas atoms is polarized by pumping light.
  • the spin of the rare gas atom is polarized by the spin exchange interaction between the alkali metal gas atom and the rare gas atom in which the spin is polarized.
  • the reason for using a rare gas atom composed of two types of isotopes is that, since the isotopes have similar relaxation time constants, the rotation rate of the angular velocity can be accurately extracted. is there.
  • a vertical magnetic field having a frequency close to the Larmor frequency of each of the two isotopes is applied, and the induced precession is measured magneto-optically.
  • the precession frequency changes according to the angular velocity, so that the angular velocity can be measured by tracking the precession motion of two types of isotopes.

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Abstract

　物理量計測装置の構成要素となるガスセルを高感度なセンサ部として機能させる技術を提供する。ガスセルは、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを有する。空洞部ＣＡＶ２は、封止基板１Ｓと基材部ＳＭと封止基板２Ｓにより囲まれ、空洞部ＣＡＶ１は、封止基板１Ｓと基材部ＳＭと封止部材２Ｓのうちの２つ以下の部材により囲まれている。そして、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とは、連通部ＴＨで繋がれている。ここで、空洞部ＣＡＶ１には、ガス原子の発生源ＧＳが配置され、空洞部ＣＡＶ２の内壁は、スピンの偏極状態の失活を抑制するコーティング材ＣＭが形成され、少なくとも、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２のいずれか一方には、不純物ガスを吸着するゲッタ材ＧＴが配置されている。

Description

ガスセルおよびその製造方法並びに物理量計測装置
　本発明は、例えば、磁場を計測する磁場計測装置に代表される物理量計測装置と、物理量計測装置のセンサ部として機能するガスセルおよびその製造方法に関する。
　特許文献１には、角速度を検出する原子ジャイロスコープに関する技術が記載されており、この原子ジャイロスコープのセンサ部として機能する蒸気セルが、１又は複数の貯蔵チャンバと蒸気キャビティから構成されている例が記載されている。さらに、原子ジャイロスコープの蒸気セル内にゲッタ材を含んでもよいことが記載されている。
　特許文献２には、互いに連結された複数のチャンバを有する光ポンピング磁力計セルに関する技術が記載されている。
特開２００７－３０９９１５号公報 米国特許第７，４００，２０７号明細書
　例えば、磁場を高感度に検出する磁場計測装置や高感度に角速度を検出する原子ジャイロスコープのセンサ部として、内部にスピン偏極可能なガス原子を充填させたガスセルを使用する物理量計測装置が提案されている。
　このような物理量計測装置に使用されるガスセルとしては、一般的にガラスセルが使用されるが、近年では、ガスセルの小型化を図る観点から、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を使用して小型のガスセルを製造する取り組みがなされている。例えば、ＭＥＭＳ技術を使用するガスセルは、ガラス基板／シリコン部材／ガラス基板からなる積層構造をしており、ガラスで挟まれたシリコン部材に空洞部が形成され、この空洞部の内部に、スピン偏極可能なガス原子が充填されている。
　このとき、物理量計測装置で物理量（例えば、磁場や角速度）を高感度で計測するためには、ガスセルの空洞部に充填されたガス原子のスピンの偏極状態を維持することが必要である。特に、ガス原子が空洞部の内壁に衝突すると、スピンの偏極状態が乱れるため、（失活するため、あるいは、緩和するため）、ガス原子が空洞部の内壁に衝突しても、スピンの偏極状態の失活をできるだけ抑制できる対策が必要である。
　この対策の一例として、空洞部の内壁に、スピンの偏極状態の失活（緩和）を抑制するコーティング材を形成することが有効である。
　ここで、例えば、空洞部にスピン偏極可能なガス原子を充填させるためには、ガス原子を発生させる発生源（固体や液体）を空洞部内に配置し、発生源を加熱したり、紫外線を照射することにより、ガス原子を発生させる。一方、空洞部の内壁にコーティング材を形成するためには、空洞部内に固体のコーティング材を配置し、このコーティング材を加熱することにより気化させた後、冷却する必要がある。
　したがって、空洞部の内部には、発生源とコーティング材を配置する必要があるが、この構成のガスセルを採用した場合、本発明者は、ガスセルを高感度なセンサ部として機能させる観点から、改善の余地が存在することを見出した。
　本発明の目的は、物理量計測装置の構成要素となるガスセルを高感度なセンサ部として機能させる技術を提供することにある。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　一実施の形態におけるガスセルは、ポンピング光によってスピンが偏極状態となるガス原子を含むガスセルであって、前記ガスセルは、前記ポンピング光に対して透光性を有する第１封止部材および第２封止部材と、前記第１封止部材と前記第２封止部材とで挟まれた基材部と、前記基材部に形成された第１空洞部および第２空洞部と、前記第１空洞部と前記第２空洞部との間に形成された第１分離部と、前記第１分離部に形成された第１連通部と、を備え、前記第２空洞部は、前記第１封止部材と前記基材部と前記第２封止部材とにより囲まれ、前記第１空洞部は、前記第１封止部材と前記基材部と前記第２封止部材のうちの２つ以下の部材により囲まれ、前記第１空洞部と前記第２空洞部とは、前記第１連通部で接続され、前記第１空洞部には、前記ガス原子の発生源が配置され、前記第２空洞部の内壁は、前記スピンの偏極状態を向上させるコーティング材が形成され、前記第１空洞部と前記第２空洞部の少なくともいずれか一方には、不純物ガスを吸着するゲッタ材が配置されている。
　一実施の形態におけるガスセルの製造方法は、ポンピング光によってスピンが偏極状態となるガス原子を含むガスセルの製造方法であって、（ａ）凹部および貫通部を有する基材部を用意する工程、（ｂ）前記凹部の内部に前記ガス原子の発生源を配置する工程、（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記基材部と第１封止部材とを接合することにより、前記凹部を密閉して、第１空洞部を形成する工程、（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記貫通部の一方の開口面を塞ぐ前記第１封止部材の前記貫通部側に、前記スピンの偏極状態を向上させるコーティング材を配置する工程、（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記貫通部の他方の開口面を塞ぐように、前記基材部と第２封止部材とを接合することにより、前記貫通部を密閉して、第２空洞部を形成する工程、（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記第１空洞部と前記第２空洞部とを分離する分離部に連通部を形成することにより、前記第１空洞部と前記第２空洞部とを接続する工程、を備え、前記（ｂ）工程において、前記発生源とともに、不純物ガスを吸着するゲッタ材を前記凹部の内部に配置するか、あるいは、前記（ｄ）工程において、前記コーティング材とともに、前記ゲッタ材を前記貫通部の一方の開口面を塞ぐ前記第１封止部材の前記貫通部側に配置する。
　一実施の形態における物理量計測装置は、ポンピング光によってスピンが偏極状態となるガス原子を含むガスセルを有する物理量計測装置であって、前記ガスセルに前記ポンピング光を照射する光源と、前記ガスセルに静磁場および交流磁場を印加する磁場発生部と、前記ガスセルを通過した前記ポンピング光を検出する光検出部と、を備え、前記ガスセルは、前記ポンピング光に対して透光性を有する第１封止部材および第２封止部材と、前記第１封止部材と前記第２封止部材とで挟まれた基材部と、前記基材部に形成された第１空洞部および第２空洞部と、前記第１空洞部と前記第２空洞部との間に形成された第１分離部と、前記第１分離部に形成された第１連通部と、を備え、前記第２空洞部は、前記第１封止部材と前記基材部と前記第２封止部材とにより囲まれ、前記第１空洞部は、前記第１封止部材と前記基材部と前記第２封止部材のうちの２つ以下の部材により囲まれ、前記第１空洞部と前記第２空洞部は、前記第１連通部で接続され、前記第１空洞部には、前記ガス原子の発生源が配置され、前記第２空洞部の内壁は、前記スピンの偏極状態を向上させるコーティング材が形成され、前記第１空洞部と前記第２空洞部の少なくともいずれか一方には、不純物ガスを吸着するゲッタ材が配置されている。
　本発明によれば、物理量計測装置の構成要素であるガスセルを高感度なセンサ部として機能させることができる。したがって、物理量を高感度に計測できる物理量計測装置を提供することができる。
関連技術におけるガスセルＧＣを封止する工程を示す模式図である。 （ａ）は、関連技術に存在する第１の改善の余地を説明する図であり、（ｂ）は、関連技術に存在する第２の改善の余地を説明する図であり、（ｃ）は、関連技術に存在する第３の改善の余地を説明する図である。 実施の形態１における磁場計測装置の模式的な構成例を示す図である。 （ａ）は、実施の形態１におけるガスセルの模式的な外観構成を示す平面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ線で切断した断面図である。 実施の形態１におけるガスセルの製造工程を示す断面図である。 図５に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図６に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図７に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図８に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図９に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図１０に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図１１に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図１２に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図１３に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 （ａ）は、実施の形態２におけるガスセルの模式的な外観構成を示す平面図であり、（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ－Ａ線で切断した断面図である。 実施の形態２におけるガスセルの製造工程を示す断面図である。 図１６に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図１７に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図１８に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 実施の形態２におけるガスセルを示す断面図である。 ゲッタ材がポンピング光の透過経路上にずれて配置されることを抑制する工夫を施したガスセルを示す断面図である。 ストッパの平面形状の一例を示す模式図である。 ストッパの平面形状の他の一例を示す模式図である。 実施の形態３におけるガスセルの構成を示す模式的な平面図である。 図２４のＡ－Ａ線で切断した断面図である。 図２４のＢ－Ｂ線で切断した断面図である。 実施の形態３におけるガスセルの変形例を示す断面図である。 実施の形態４におけるガスセルの構成を示す断面図である。 実施の形態４におけるガスセルの製造工程を示す断面図である。 図２９に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図３０に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図３１に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図３２に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図３３に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図３４に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図３５に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 （ａ）は、本実施の形態５におけるガスセルの模式的な外観構成を示す平面図であり、（ｂ）は、図３７（ａ）のＡ－Ａ線で切断した断面図である。 実施の形態５におけるガスセルの製造工程を示す断面図である。 図３８に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図３９に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図４０に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 図４１に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。 変形例１におけるガスセルの構成を示す断面図である。 変形例２におけるガスセルの構成を示す断面図である。 実施の形態６における磁場計測装置の構成を示す模式図である。
　以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
　また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
　さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
　同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
　また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
　（実施の形態１）
　＜改善の余地の詳細＞
　「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、スピンの偏極状態の失活を抑制する観点から、ガスセルの構成要素である空洞部の内壁に、コーティング材を形成することが有効である。この場合、関連技術におけるガスセルでは、空洞部の内部に、ガス原子の発生源とコーティング材の両方を配置する必要がある。ただし、本発明者が検討したところ、関連技術のガスセルを採用した場合、ガスセルを高感度なセンサ部として機能させる観点から改善の余地が存在することが明らかとなった。
　以下では、この改善の余地の詳細について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、関連技術におけるガスセルＧＣを封止する工程を示す模式図である。図１に示すように、空洞部ＣＡＶが形成された基材部ＳＭが封止基板２Ｓと接合しており、空洞部ＣＡＶの底部に、ガス原子を発生させる発生源ＧＳと、コーティング材ＣＭとが配置されている。そして、図１では、空洞部ＣＡＶを封止基板１Ｓで密閉する状態が示されている。
　次に、空洞部ＣＡＶを封止した後、図２（ａ）に示すように、例えば、ガスセルＧＣに加熱処理を施すことにより、コーティング材ＣＭを気化させる。このとき、気化したコーティング材ＣＭが、ガス原子の発生源ＧＳと接触する。このため、気化したコーティング材ＣＭとガス原子の発生源ＧＳとが化学反応するおそれがある。このような化学反応が生じると、空洞部ＣＡＶ内にガス原子以外の不純物（反応生成物）が生成されることになり、不純物に起因して、検出感度が低下することになる。この点が第１の改善の余地である。
　続いて、図２（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶの内壁に形成されたコーティング材ＣＭから不純物ガスが放出されるとともに、例えば、基材部（シリコン）と封止基板１Ｓ（ガラス基板）とを陽極接合すると、必然的に、空洞部ＣＡＶ内に不純物ガス（酸素ガスなど）が放出される。この結果、気密封止された空洞部ＣＡＶ内に不純物ガスＩＭＰが残留し、残留した不純物ガスに起因して、検出感度が低下する。この点が第２の改善の余地である。
　また、図２（ｃ）に示すように、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合する際、接合時の温度が高くなると、コーティング材ＣＭの飽和蒸気圧が高くなり、例えば、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶを気密封止する際の接合不良が引き起されることが懸念される。このような接合不良が発生すると、空洞部ＣＡＶ内にリークパスが生じることになり、空洞部ＣＡＶの気密封止が困難になる。この結果、検出感度の低下を招くことになる。
　さらに、接合時の温度が高くなる場合や接合後に実施される熱処理工程の温度が高くなる場合、コーティング材ＣＭの分解や変質が生じて、スピンの偏極状態の失活を抑制するというコーティング材ＣＭの機能が低下するおそれがある。
　したがって、コーティング材ＣＭを導入した後の工程（例えば、接合工程や接合工程以後の熱処理工程）の処理温度に制限が生じることになる。このような処理温度の制限が存在すると、関連技術においては、接合工程の後、ガス原子の発生源ＧＳを加熱してガス原子を発生させることが困難となる結果、ガス原子の発生源ＧＳからガス原子を発生させる手段がＵＶ照射（紫外線照射）などの非加熱処理に限定されてしまうことになる。また、不純物ガスの残留という上述した第２の改善の余地に対する対策として、不純物ガスを吸着するゲッタ材を使用することが考えられるが、ゲッタ材を短時間で迅速に活性化するためには、高温の加熱処理が必要である。このため、コーティング材ＣＭに起因する温度制限の範囲内に加熱処理の温度が制限されると、ゲッタ材の活性化に時間を要することになる。これらの点が、関連技術において、コーティング材ＣＭを導入した後の工程の処理温度に制限が生じることに起因して生じる第３の改善の余地である。
　以上のことから、空洞部ＣＡＶ内に充填されるガス原子のスピンの偏極状態の失活を抑制するためには、空洞部ＣＡＶの内壁にコーティング材ＣＭを形成することが望ましいが、関連技術におけるガスセルには、上述したように、検出感度を向上する観点から克服すべき第１の改善の余地と第２の改善の余地と第３の改善の余地とが存在することになる。
　そこで、本実施の形態１では、上述した第１の改善の余地と第２の改善の余地と第３の改善の余地とを同時に解決する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明する。
　本実施の形態１では、物理量計測装置の一例として、スピンの偏極状態での歳差運動に基づいて、磁場を計測する磁場計測装置を取り上げて、本実施の形態１における技術的思想を説明する。
　＜磁場計測装置の構成＞
　図３は、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡの模式的な構成例を示す図である。図３において、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡの構成要素は、光学系、磁気系、ガスセルＧＣに大別することができる。
　まず、光学系は、半導体レーザＬＤ、光ファイバＯＦ１、コリメートレンズＬＥＮ１、偏光子ＰＲ、波長板ＷＰ、集光レンズＬＥＮ２、光ファイバＯＦ２、および、光検出器ＰＤを有している。
　半導体レーザＬＤは、ガスセルＧＣに光（ポンピング光）を照射する光源として機能し、単色光からなるレーザ光を照射するように構成されている。例えば、半導体レーザＬＤは、活性層をクラッド層で挟む構造をしている。この半導体レーザＬＤでは、活性層に電子および正孔を注入することにより反転分布を形成し、伝導帯から価電子帯への誘導放出を利用することにより位相の揃ったレーザ光を射出するようになっている。
　光ファイバＯＦ１は、半導体レーザＬＤから射出されたレーザ光の光路として機能する。この光ファイバＯＦ１は、例えば、屈折率の高いコア層が中心部に形成され、このコア層の周囲を覆うように屈折率の低いクラッド層が形成されている。光ファイバＯＦ１では、コア層とクラッド層との境界面においてレーザ光が全反射するため、レーザ光は、効率良くコア層を進行するようになっている。
　次に、コリメートレンズＬＥＮ１は、半導体レーザＬＤから射出されて、光ファイバＯＦ１を通過したレーザ光を平行光に変換する機能を有する。続いて、偏光子ＰＲおよび波長板ＷＰは、コリメートレンズＬＥＮ１から射出された平行光を円偏光のレーザ光に変換するように構成されており、偏光子ＰＲおよび波長板ＷＰで変換された円偏光のレーザ光は、ガスセルＧＣ内に照射されるようになっている。
　そして、集光レンズＬＥＮ２は、ガスセルＧＣを通過したレーザ光を集光するように構成されており、光ファイバＯＦ２は、集光レンズＬＥＮ２で集光されたレーザ光が進行する光路を構成している。さらに、光検出器ＰＤは、光ファイバＯＦ２を進行してきたレーザ光を検出する機能を有し、例えば、フォトダイオードから構成される。
　続いて、磁気系は、例えば、磁場を発生する磁場発生部として機能するコイルＣＯＬから構成されている。このコイルＣＯＬは、静磁場と交流磁場（振動磁場）を発生できるようになっている。図３では、磁気系として、直交する位置に２対のコイルＣＯＬを配置する例を示しているが、磁気系は、静磁場と交流磁場がガスセルＧＣに印加される構成であればよく、コイルＣＯＬの配置は、図３に示す配置でなくてもよい。
　次に、ガスセルＧＣは、例えば、セシウム、カリウム、ルビジウムに代表されるアルカリ金属ガスが内部に充填されており、この充填されているアルカリ金属ガスに、半導体レーザＬＤから光学系を介してレーザ光が照射されるように配置されている。そして、ガスセルＧＣに入射したレーザ光の一部は、ガスセルＧＣから射出し、この射出したレーザ光が光学系によって光検出器ＰＤに入射されるようになっている。また、ガスセルＧＣは、コイルＣＯＬで発生した静磁場や交流磁場が印加されるように配置されている。
　なお、半導体レーザＬＤおよび光検出器ＰＤを光ファイバＯＦ１や光ファイバＯＦ２を介してコイルＣＯＬの外側に配置する場合、半導体レーザＬＤを駆動するための電流や電気配線と、光検出器ＰＤからの電流や電気配線によって、コイルＣＯＬから印加する磁場の均一性が損なわれて測定誤差を生じることを防ぐことができる。
　ただし、上述した電流や電気配線からの影響が小さい場合には、光ファイバＯＦ１を使用せずに半導体レーザＬＤをコリメートレンズＬＥＮ１上に直接配置してもよい。さらに、光ファイバＯＦ２を使用せずに光検出器ＰＤを集光レンズＬＥＮ２上に直接配置してもよいし、集光レンズＬＥＮ２を省略して光検出器ＰＤをガスセルＧＣに直接接触するように配置することもできる。この場合、本実施の形態１における磁気計測装置ＭＭＡを小型化することができる。
　また、ガスセルＧＣに入射する光は、円偏光の光であればよいため、円偏光の光が照射できるような構成であれば、光学系が備える半導体レーザＬＤ、コリメートレンズＬＥＮ１、偏光子ＰＲ、波長板ＷＰ、光ファイバＯＦ１、および、光ファイバＯＦ２のうち、いずれかの構成要素を省略したり、配置位置を入れ替えたり、新たに別の構成要素を挿入することもできる。
　さらに、本実施の形態１における磁気計測装置ＭＭＡは、複数のガスセルＧＣをアレイ状に配置して用いることができる。この場合、半導体レーザＬＤやコイルＣＯＬは、複数のガスセルＧＣに対して共通の構成要素とすることもできる。例えば、半導体レーザＬＤからのレーザ光を複数のガスセルＧＣのそれぞれに分配するように構成したり、コイルＣＯＬから共通磁場を複数のガスセルＧＣに印加するように構成することもできる。
　＜磁場計測装置の動作＞
　本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡは上記のように構成されており、以下に、外部環境に存在する外部磁場（ΔＢ）を計測する動作について説明する。
　図３において、半導体レーザＬＤから射出されたレーザ光は、光ファイバＯＦ１を通過した後、コリメートレンズＬＥＮ１で平行光に変換され、その後、偏光子ＰＲおよび波長板ＷＰを通過することによって円偏光のレーザ光に変換される。そして、この円偏光のレーザ光がガスセルＧＣに入射する。また、コイルＣＯＬからガスセルＧＣに対して静磁場（Ｂ）が印加される。この静磁場（Ｂ）に起因するゼーマン効果によって、ガスセルＧＣ内のガスを構成するアルカリ金属原子のエネルギー準位はゼーマン分裂する。
　この状態で、ガスセルＧＣに円偏光のレーザ光が入射すると、この円偏光のレーザ光は、ガスセルＧＣ内のアルカリ金属原子と相互作用する。具体的には、円偏光のレーザ光によって、ゼーマン分裂した特定の準位間でアルカリ金属原子の電子が励起されるとともに、励起された電子が等確率でゼーマン分裂した複数の基底準位に落ちる。そして、この電子の励起と落下が繰り返されることにより、ゼーマン分裂した複数の基底準位のうち、励起に寄与する基底準位に存在する電子数が減少し、励起に寄与しない基底準位に存在する電子数が増加することになる。この結果、励起に寄与しない基底準位に電子が局在することになる（光ポンピング）。このことは、特定のスピン状態を有する準位に電子が局在することになり、アルカリ金属原子がスピン偏極することを意味する。このように光ポンピング技術を使用することにより、ガスセルＧＣ内のアルカリ金属原子のスピンを特定方向に揃えることができる。
　ここで、ガスセルＧＣには静磁場と外部磁場とを合わせた合成磁場（Ｂ＋ΔＢ）が印加されることになり、偏極したアルカリ金属原子のスピンがこの合成磁場の回りを歳差運動（ラーモア歳差運動）する。このとき、歳差運動の歳差周波数は、印加されている合成磁場の強度に比例することになる。
　そこで、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡでは、さらに、コイルＣＯＬから静磁場（Ｂ）に加えて交流磁場を印加する。ここで、交流磁場の周波数を徐々に変化させると、交流磁場の周波数が上述した歳差運動の歳差周波数に一致するとき、光磁気二重共鳴が発生して、ガスセルＧＣからの出力光は、歳差周波数（共鳴周波数）で変調される。そして、この歳差周波数で変調された出力光は、集光レンズＬＥＮ２および光ファイバＯＦ２を介して、光検出器ＰＤで検出される。このとき、出力光の変調周波数は歳差周波数と等しいことから、出力光の変調周波数を光検出器ＰＤで検出することにより、歳差周波数を知ることができる。この歳差周波数は、アルカリ金属原子に固有の比例定数を介して、合成磁場（Ｂ＋ΔＢ）に比例する。したがって、この比例定数が既知である点、印加した静磁場（Ｂ）も既知である点、および、出力光の変調周波数から歳差周波数が判明する点を考慮すれば、外部磁場（ΔＢ）を計測することができることがわかる。
　以上のようにして、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡによれば、ガスセルＧＣ内に封止されたアルカリ金属原子のスピン偏極に伴う歳差運動の歳差周波数を光磁気二重共鳴で間接的に測定することにより、外部磁場（ΔＢ）を測定することができることがわかる。特に、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡでは、内部にアルカリ金属ガス（アルカリ金属原子）を充填したガスセルＧＣがセンサ部分として重要な役割を果たしている。このことから、外部磁場（ΔＢ）の測定精度を向上するためには、磁場計測装置ＭＭＡの構成要素であるガスセルＧＣを高感度なセンサ部として機能させることが重要である。そこで、本実施の形態１では、磁場計測装置ＭＭＡを構成するガスセルＧＣに着目し、このガスセルＧＣを高感度なセンサ部として機能させる工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明する。
　＜ガスセルの構成＞
　図４（ａ）は、本実施の形態１におけるガスセルＧＣの模式的な外観構成を示す平面図である。図４（ａ）に示すように、本実施の形態１におけるガスセルＧＣは、矩形形状をした基材部ＳＭを有しており、この基材部ＳＭの内部に空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２が形成されている。図４（ａ）に示すように、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とは、平面視において、部分的に重なるように形成されている。そして、本実施の形態１におけるガスセルＧＣでは、空洞部ＣＡＶ１の内部に、スピン偏極可能なガス原子の発生源ＧＳと、不純物ガスを吸着するゲッタ材ＧＴとが配置されている。
　なお、基材部ＳＭの表面を覆うように封止基板が配置されているが、図４では、わかりやすさのため、封止基板の図示を省略している（以後に示す平面図において同じ）。
　次に、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ線で切断した断面図である。図４（ｂ）に示すように、本実施の形態１におけるガスセルＧＣは、図３に示す半導体レーザＬＤから射出されるレーザ光（ポンピング光）に対して透光性を有する封止基板１Ｓおよび封止基板２Ｓを有し、例えば、封止基板１Ｓと封止基板２Ｓは、ガラス基板から構成されている。
　そして、封止基板１Ｓと封止基板２Ｓとの挟まれるように基材部ＳＭが配置されており、基材部ＳＭは、例えば、シリコンから構成されている。したがって、本実施の形態１におけるガスセルＧＣは、ガラス／シリコン／ガラスの３層構造（積層構造）から構成されていることになる。
　次に、図４（ｂ）に示すように、この基材部ＳＭには、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とが形成されている。このとき、例えば、空洞部ＣＡＶ２の容積は、空洞部ＣＡＶ１の容積よりも大きくなっており、図３に示す半導体レーザＬＤから射出されるレーザ光（ポンピング光）は、容積の大きな空洞部ＣＡＶ２の内部を通過するようになっている。
　空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２との間には、分離部ＳＰＵが形成されており、分離部ＳＰＵには、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを繋ぐ連通部ＴＨが形成されている。
　ここで、空洞部ＣＡＶ２は、封止基板１Ｓと基材部ＳＭと封止基板２Ｓとにより囲まれている一方、空洞部ＣＡＶ１は、空洞部ＣＡＶ２よりも少ない構成部材により囲まれている。具体的に、空洞部ＣＡＶ１は、封止基板１Ｓと基材部ＳＭとにより囲まれている。
　続いて、図４（ｂ）に示すように、断面視において、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とは、重なる重複領域を有し、連通部ＴＨは、重複領域に内包されている。さらに、この連通部ＴＨは、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを基材部ＳＭの厚さ方向に連通するように形成されている。なお、ここでは、断面図である図４（ｂ）を用いて説明しているが、平面図である図４（ａ）においても、平面視において、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とは、重なる重複領域を有し、図４（ａ）では図示していないが、連通部ＴＨは、重複領域に内包されている。
　次に、図４（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶ１には、スピン偏極可能なガス原子の発生源ＧＳが配置されており、スピン偏極可能なガス原子の一例として、セシウム、カリウム、ルビジウムに代表されるアルカリ金属ガス原子を挙げることができる。アルカリ金属ガス原子を発生させる発生源ＧＳは、固体または液体であり、アルカリ金属単体や、アルカリ金属を含む化合物から構成される。ここで、空洞部ＣＡＶ１の内部には、発生源ＧＳから放出されたアルカリ金属ガス原子が充填されている。そして、空洞部ＣＡＶ１は、連通部ＴＨを介して、空洞部ＣＡＶ２と繋がっていることから、空洞部ＣＡＶ２にもアルカリ金属ガス原子が充填されている。なお、空洞部ＣＡＶ１や空洞部ＣＡＶ２の内部には、アルカリ金属ガス原子の他に、スピンの偏極状態の失活を抑制するバッファガスとして、例えば、ヘリウムや窒素などが封入されていてもよい。
　さらに、本実施の形態１におけるガスセルＧＣでは、空洞部ＣＡＶ１の内部にゲッタ材ＧＴも配置されている。このゲッタ材ＧＴは、その表面や内部に不純物ガスを吸着する一方、アルカリ金属ガス原子を吸着しない機能を有する材料から構成される。このような機能を有するゲッタ材ＧＴとしては、例えば、ジルコニア、鉄、チタン、ニッケルなどの材料から構成された合金ゲッタを挙げることができる。
　一方、空洞部ＣＡＶ２の内壁には、アルカリ金属ガス原子が内壁に衝突することに起因してスピンの偏極状態が失活することを抑制するコーティング材ＣＭが形成されている。すなわち、空洞部ＣＡＶ２の内壁には、アルカリ金属ガス原子のスピンの偏極状態を維持する機能を有するコーティング材ＣＭが形成されている。このような機能を有するコーティング材ＣＭとしては、例えば、パラフィンに代表される炭化水素系材料や、オクタデシルトリメトキシシランに代表されるシラン系材料を挙げることができる。
　なお、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶ１の形状は、四角形形状であるが、これに限らず、空洞部ＣＡＶ１の形状を他の多角形形状や曲線形状から形成してもよい。同様に、空洞部ＣＡＶ２の形状は、四角形形状を組み合わせた形状から形成されているが、これに限らず、空洞部ＣＡＶ２の形状を四角形形状と他の多角形形状と曲線形状との任意の組み合わせから形成してもよい。
　また、図４（ｂ）において、空洞部ＣＡＶ１の内壁断面形状（加工断面形状）や空洞部ＣＡＶ２の内壁断面形状は、垂直形状となっているが、これに限らず、斜め形状や曲線形状であってもよい。
　＜ガスセルの製造方法＞
　本実施の形態１におけるガスセルＧＣは、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
　まず、図５に示すように、例えば、シリコン基板からなる基材部ＳＭを用意し、この基材部ＳＭの表面にレジスト膜ＰＲ１を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によりレジスト膜ＰＲ１をパターニングした後、パターニングしたレジスト膜ＰＲ１をマスクとして、基材部ＳＭをエッチングすることにより溝ＤＩＴ１を形成する。
　なお、ここでは、マスク材として、レジスト膜ＰＲ１を使用する例について説明しているが、マスク材は、これに限らず、例えば、酸化シリコン膜（ハードマスク材）を使用することもできる。また、シリコン基板からなる基材部ＳＭのエッチングは、例えば、四フッ化珪素ガスを使用したドライエッチングや、水酸化カリウム溶液を使用したウェットエッチングで実施することができる。
　次に、図６に示すように、基材部ＳＭの表面に形成されたレジスト膜ＰＲ１を除去した後、基材部ＳＭの表面にレジスト膜ＰＲ２を形成し、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、このレジスト膜ＰＲ２をパターニングする。その後、パターニングしたレジスト膜ＰＲ２をマスクとして、基材部ＳＭをエッチングすることにより、溝ＤＩＴ１の深さを深くするとともに、溝ＤＩＴ１よりも深さの浅い溝ＤＩＴ２を形成する。このようにして、基材部ＳＭに深さの異なる溝ＤＩＴ１および溝ＤＩＴ２を形成することができる。
　続いて、図７に示すように、溝ＤＩＴ１および溝ＤＩＴ２を形成した基材部ＳＭの表面とは反対側に位置する基材部ＳＭの裏面にレジスト膜ＰＲ３を形成し、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、このレジスト膜ＰＲ３をパターニングする。
　そして、パターニングしたレジスト膜ＰＲ３をマスクとして、基材部ＳＭの裏面側からエッチングする。これにより、図８に示すように、基材部ＳＭを貫通する貫通部ＴＨＵと、基材部ＳＭに形成された溝ＤＩＴ２からなる凹部とが形成される。すなわち、本実施の形態１では、基材部ＳＭの表面側に形成された溝ＤＩＴ１の深さと溝ＤＩＴ２の深さとが異なるため、基材部ＳＭの裏面側からのエッチング量を制御することにより、図８に示すように、基材部ＳＭを貫通する貫通部ＴＨＵと、基材部ＳＭを貫通しない溝ＤＩＴ２（凹部）とを形成することができる。このとき、貫通部ＴＨＵと溝ＤＩＴ２との間に分離部ＳＰＵが形成されることになる。その後、図９に示すように、例えば、アッシング技術を使用することにより、基材部ＳＭの表面に形成されたレジスト膜ＰＲ２と基材部ＳＭの裏面に形成されたレジスト膜ＰＲ３とを除去する。以上の工程を経ることにより、溝ＤＩＴ２および貫通部ＴＨＵが形成された基材部ＳＭを準備することができる。
　次に、図１０に示すように、アルカリ金属ガス原子を発生させるための発生源ＧＳと、不純物ガスを吸着するためのゲッタ材ＧＴとを溝ＤＩＴ２の底面に配置する。
　その後、図１１に示すように、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合することにより、溝ＤＩＴ２（凹部）を密閉して、空洞部ＣＡＶ１を形成する。
　ここで、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板１Ｓとしてホウケイ酸ガラスを使用する場合には、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合に陽極接合を使用することができる。ただし、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合は、陽極接合に限らず、接着材を使用することもできる。すなわち、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合方法は、空洞部ＣＡＶ１を気密封止できる方法であればよい。
　このとき、例えば、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合方法に加熱処理が含まれる場合には、この加熱処理を利用して、空洞部ＣＡＶ１に配置されている発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させるとともに、不純物ガスを吸着可能な状態にゲッタ材ＧＴを活性化させることができる。一方、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合方法に加熱処理が含まれない場合には、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合した後、新たな加熱工程を追加することにより、空洞部ＣＡＶ１に配置されている発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させるとともに、不純物ガスを吸着可能な状態にゲッタ材ＧＴを活性化させることができる。なお、上述したように、空洞部ＣＡＶ１に配置されている発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させるとともに、不純物ガスを吸着可能な状態にゲッタ材ＧＴを活性化させる手段としては、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合段階での加熱処理を利用する形態や、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合した後に追加される新たな加熱処理を利用する形態が考えられる。ただし、以下の明細書の記載では、簡略化のために、特に、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合した後に、新たな加熱処理を施す形態を取り上げて説明するが、本実施の形態１における技術的思想は、この形態に限らず、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合段階での加熱処理を利用する形態にも適用することができる。
　続いて、図１２に示すように、貫通部ＴＨＵの一方の開口面を塞ぐ封止基板１Ｓの貫通部ＴＨＵ側に、スピンの偏極状態の失活を抑制するコーティング材ＣＭを配置する。その後、図１３に示すように、貫通部ＴＨＵの他方の開口面を塞ぐように、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合することにより、貫通部ＴＨＵを密閉して、空洞部ＣＡＶ２を形成する。
　ここで、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板２Ｓとしてホウケイ酸ガラスを使用する場合には、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合に陽極接合を使用することができる。ただし、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合は、陽極接合に限らず、接着材を使用することもできる。すなわち、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合方法は、空洞部ＣＡＶ２を気密封止できる方法であればよい。
　このとき、例えば、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合方法に加熱処理が含まれる場合には、この加熱処理を利用して、空洞部ＣＡＶ２に配置されているコーティング材ＣＭを気化させることができる。その後、基材部ＳＭを冷却することにより、気化したコーティング材ＣＭを空洞部ＣＡＶ２の内壁に析出させることができる。このようにして、空洞部ＣＡＶ２の内壁をコーティング材ＣＭでコーティングすることができる（図１４参照）。
　一方、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合方法に加熱処理が含まれない場合には、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合した後、新たな加熱工程を追加することにより、空洞部ＣＡＶ２に配置されているコーティング材ＣＭを気化させることができる。その後、基材部ＳＭを冷却することにより、気化したコーティング材ＣＭを空洞部ＣＡＶ２の内壁に析出させることができる。このようにして、空洞部ＣＡＶ２の内壁をコーティング材ＣＭでコーティングすることができる（図１４参照）。
　なお、上述したように、空洞部ＣＡＶ２に配置されているコーティング材ＣＭを気化させる手段としては、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合段階での加熱処理を利用する形態や、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合した後に追加される新たな加熱処理を利用する形態が考えられる。ただし、以下の明細書の記載では、簡略化のために、特に、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合した後に、新たな加熱処理を施す形態を取り上げて説明するが、本実施の形態１における技術的思想は、この形態に限らず、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合段階での加熱処理を利用する形態にも適用することができる。
　次に、図１４に示すように、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを分離する分離部ＳＰＵに連通部ＴＨを形成することにより、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを繋ぐ。具体的に、連通部ＴＨは、分離部ＳＰＵにレーザ光を照射することにより形成できる。以上のようにして、本実施の形態１におけるガスセルＧＣを製造することができる。
　＜実施の形態１における特徴＞
　次に、本実施の形態１における特徴点について説明する。まず、本実施の形態１における第１特徴点は、例えば、図４（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶ１の内部に、アルカリ金属ガス原子を発生させるための発生源ＧＳが配置されている一方、空洞部ＣＡＶ１とは別の空洞部ＣＡＶ２の内壁に、スピンの偏極状態の失活を抑制するコーティング材ＣＭが形成されている点にある。すなわち、本実施の形態１では、発生源ＧＳが配置されている空洞部ＣＡＶ１と、コーティング材ＣＭが形成されている空洞部ＣＡＶ２とが別になっている点に第１特徴点がある。これにより、例えば、図１１に示すように、コーティング材ＣＭとは関係なく、発生源ＧＳが配置されている空洞部ＣＡＶ１を気密封止することができる。このことは、コーティング材ＣＭの気化の影響を受けることなく、発生源ＧＳが配置された空洞部ＣＡＶ１を気密封止し、気密封止した空洞部ＣＡＶ１に加熱処理を施すことにより、発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させて、空洞部ＣＡＶ１の内部にアルカリ金属ガス原子を充填することができることを意味する。
　このように、空洞部ＣＡＶ１の内部には、コーティング材ＣＭが配置されていないため、空洞部ＣＡＶ１の内部にアルカリ金属ガス原子を充填する際、アルカリ金属ガス原子と気化したコーティング材ＣＭとの化学反応を防止することができることになる。このため、本実施の形態１における第１特徴点によれば、アルカリ金属ガス原子と気化したコーティング材ＣＭとの化学反応に起因して、アルカリ金属ガス原子以外の不純物（反応生成物）が生成されることがなく、この不純物に起因するガスセルＧＣの検出感度の低下を抑制することができる。
　さらに、本実施の形態１における第１特徴点によれば、例えば、図１３に示すように、アルカリ金属ガス電子の発生源ＧＳとは関係なく、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２を気密封止することができる。このことは、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生の影響を受けることなく、コーティング材ＣＭが配置された空洞部ＣＡＶ２を気密封止することができることを意味する。この結果、本実施の形態１によれば、気密封止した空洞部ＣＡＶ２に加熱処理を施すことにより、コーティング材ＣＭを気化させ、その後、気化したコーティング材ＣＭを冷却することにより、空洞部ＣＡＶ２の内壁にコーティング材ＣＭを形成することができる。
　このように、空洞部ＣＡＶ２の内部には、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳが配置されていないため、空洞部ＣＡＶ２の内壁にコーティング材ＣＭを形成する際、気化したコーティング材ＣＭとアルカリ金属ガス原子との化学反応を防止することができることになる。このため、本実施の形態１における第１特徴点によれば、アルカリ金属ガス原子と気化したコーティング材ＣＭとの化学反応に起因して、アルカリ金属ガス原子以外の不純物（反応生成物）が生成されることがなく、この不純物に起因するガスセルＧＣでの磁場の検出感度の低下を抑制することができる。すなわち、本実施の形態１における第１特徴点は、関連技術に存在する第１の改善の余地に対する工夫点であり、この工夫点によって、第１の改善の余地を解消することができることになる。
　次に、本実施の形態１における第２特徴点は、例えば、図４（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶ１に、不純物ガスを吸着する機能を有するゲッタ材ＧＴが配置されている点にある。これにより、空洞部ＣＡＶ１を気密封止する際に発生する不純物ガスをゲッタ材ＧＴで吸着して除去することができる。すなわち、空洞部ＣＡＶ１は、例えば、ガラス基板からなる封止基板１Ｓとシリコンからなる基材部ＳＭとを陽極接合によって接合することで、気密封止される。このとき、陽極接合では、必然的に酸素ガスが発生するため、空洞部ＣＡＶ１内に不純物ガスとして酸素ガスが含まれることになる。この酸素ガスは、反応性の高いアルカリ金属ガス原子と化学反応を引き起こすため除去することが望ましい。そこで、本実施の形態１では、空洞部ＣＡＶ１内に、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳとともに、不純物ガスを吸着するゲッタ材ＧＴを配置している（第２特徴点）。これにより、本実施の形態１によれば、空洞部ＣＡＶ１内に含まれる不純物ガス（酸素ガス、水蒸気、有機汚染物など）をゲッタ材ＧＴによって除去することができる。
　さらに、ゲッタ材ＧＴは、空洞部ＣＡＶ１に配置されているが、図４（ｂ）に示すように、この空洞部ＣＡＶ１は、分離部ＳＰＵに設けられた連通部ＴＨを介して、空洞部ＣＡＶ２と繋がっている。このため、空洞部ＣＡＶ２において、コーティング材ＣＭから必然的に不純物ガスも発生するが、この空洞部ＣＡＶ２内に含まれる不純物ガスも、ゲッタ材ＧＴで吸着して、空洞部ＣＡＶ２から除去することができる。つまり、空洞部ＣＡＶ１に配置されたゲッタ材ＧＴによって、空洞部ＣＡＶ１および空洞部ＣＡＶ２のそれぞれに存在する不純物ガスを除去することができる。したがって、本実施の形態１における第２特徴点によれば、空洞部ＣＡＶ１内および空洞部ＣＡＶ２内に存在する不純物ガスに起因するガスセルＧＣの検出感度の低下を抑制することができる。つまり、空洞部ＣＡＶ１内および空洞部ＣＡＶ２内に不純物ガスが存在すると、この不純物ガスによって、アルカリ金属ガス原子と不純物ガスとの間で化学反応が生じたり、スピンの偏極状態の失活を招くことになるが、本実施の形態１では、この不純物ガスをゲッタ材ＧＴで除去しているため、アルカリ金属ガス原子と不純物ガスとの間の化学反応やスピンの偏極状態の失活を抑制することができる。この結果、本実施の形態１によれば、ガスセルＧＣでの磁場の検出感度の低下を抑制することができる。このように、本実施の形態１における第２特徴点は、関連技術に存在する第２の改善の余地に対する工夫点であり、この工夫点によって、第２の改善の余地を解消することができる。
　続いて、本実施の形態１における第３特徴点は、例えば、図４（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶ２が、封止基板１Ｓと基材部ＳＭと封止基板２Ｓとにより囲まれている一方、空洞部ＣＡＶ１が、空洞部ＣＡＶ２よりも少ない構成部材により囲まれている点にある。具体的に、空洞部ＣＡＶ１は、封止基板１Ｓと基材部ＳＭとにより囲まれている。
　この結果、本実施の形態１における第３特徴点によれば、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを別々の工程で気密封止することができることになる。例えば、図１１に示すように、封止基板１Ｓと基材部ＳＭとによって、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴが配置されている空洞部ＣＡＶ１が気密封止される。この段階では、コーティング材ＣＭが配置される空洞部ＣＡＶ２が形成されていないため、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴが配置されている空洞部ＣＡＶ１を気密封止した後、コーティング材ＣＭの加熱温度とは無関係に、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生およびゲッタ材ＧＴの活性化に適した温度で空洞部ＣＡＶ１を加熱することができる。つまり、ガラス基板である封止基板１Ｓの軟化点以下の温度範囲において、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生およびゲッタ材ＧＴの活性化に適した温度で空洞部ＣＡＶ１を加熱することができる。例えば、４５０℃～５００℃程度の加熱処理を施すことにより、ゲッタ材ＧＴを活性化させることができる。同様に、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳとして、塩化セシウムと還元材料を使用した場合、５００℃程度の加熱処理による酸化還元反応によって、発生源ＧＳからセシウムガス原子を発生させることができる。
　このように、本実施の形態１における第３特徴点によれば、コーティング材ＣＭの加熱温度とは無関係に、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生およびゲッタ材ＧＴの活性化に適した温度で空洞部ＣＡＶ１を加熱することができる。つまり、本実施の形態１における第３特徴点によれば、コーティング材ＣＭに起因する温度制限とは無関係に、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生およびゲッタ材ＧＴの活性化に適した温度で空洞部ＣＡＶ１を加熱することができることになる。このことから、本実施の形態１における第３特徴点によれば、コーティング材ＣＭを導入した後の工程の処理温度に制限が生じることに起因して生じる第３の改善の余地を解決できることになる。
　このことは、発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴの加熱方法として、レーザ加熱などの局所的な加熱方法に限定されることなく、ガスセルＧＣ全体を一括で加熱する加熱方法も採用することができることを意味する。このことから、本実施の形態１によれば、ガスセルＧＣの製造における量産性や均一性を向上することができる。
　さらに、本実施の形態１における第３特徴点によれば、例えば、図１３に示すように、封止基板１Ｓと基材部ＳＭと封止基板２Ｓとによって、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２が気密封止される。この段階では、既に、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴが配置されている空洞部ＣＡＶ１が気密封止されており、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生およびゲッタ材ＧＴの活性化に適した温度（第1温度）での空洞部ＣＡＶ１の加熱処理が実施されている。この結果、本実施の形態１における第３特徴点によれば、空洞部ＣＡＶ２の内壁にコーティング材ＣＭを形成する際、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生およびゲッタ材ＧＴの活性化に適した第１温度とは無関係に、コーティング材ＣＭの分解や変質が生じにくく、かつ、コーティング材ＣＭの気化に適した第２温度で空洞部ＣＡＶ２を加熱することができる。つまり、ガラス基板である封止基板１Ｓの軟化点以下の温度範囲において、コーティング材ＣＭの分解や変質が生じにくく、コーティング材ＣＭの気化に適した温度（第２温度）で空洞部ＣＡＶ２を加熱することができる。
　したがって、本実施の形態１によれば、例えば、コーティング材ＣＭの分解や変質が生じにくく、コーティング材ＣＭの気化に適した第２温度として、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生およびゲッタ材ＧＴの活性化に適した第１温度よりも低い温度に設定することが可能となり、この第２温度で空洞部ＣＡＶ２を加熱することができる。この結果、本実施の形態１における第３特徴点によれば、まず、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生およびゲッタ材ＧＴの活性化に適した第１温度で、発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴが配置されている空洞部ＣＡＶ１を加熱した後、第１温度よりも低く、コーティング材ＣＭの分解や変質が生じにくいという制限温度の範囲内の第２温度で、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２を加熱することができる。すなわち、本実施の形態１における第３特徴点は、関連技術に存在する第３の改善の余地に対する工夫点であり、この工夫点によって、第３の改善の余地を解消することができる。
　さらには、本実施の形態１における第３特徴点によれば、コーティング材ＣＭの分解や変質が生じにくいという制限温度の範囲内の第２温度で、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２を加熱しているため、不純物ガスの発生を抑制することができる。
この結果、不純物ガスを吸着するゲッタ材ＧＴを導入するという本実施の形態１における第２特徴点との相乗効果によって、不純物ガスに起因するガスセルＧＣでの磁場の検出感度の低下を効果的に抑制できる。すなわち、本実施の形態１における第３特徴点は、第３の改善の余地の解消に寄与するとともに、第２の改善の余地の解消にも寄与するのである。
　以上のことから、本実施の形態１におけるガスセルＧＣによれば、上述した第１特徴点と第２特徴点と第３特徴点とを有することにより、関連技術に存在する第１の改善の余地と第２の改善の余地と第３の改善の余地とを同時に解決することができる。このことから、本実施の形態１におけるガスセルＧＣによれば、関連技術に比べて、センサ部としてもガスセルＧＣの機能を向上することができる。具体的に言えば、本実施の形態１におけるガスセルＧＣによれば、磁場の検出感度を向上できるという優れた効果を得ることができる。
　なお、本実施の形態１では、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２を気密封止する際、接合不良を抑制するさらなる工夫も施している。
　例えば、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２を気密封止する際の処理温度が高くなると、コーティング材ＣＭの飽和蒸気圧が大きくなることから、気化するコーティング材ＣＭの量およびコーティング材ＣＭから発生する不純物ガスの量が多くなる。このことは、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２の内部圧力が大きくなることを意味する。そして、空洞部ＣＡＶ２の内部圧力が大きくなるということは、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２を気密封止する際の接合不良が引き起こされるおそれが高まることを意味する。このような接合不良が発生すると、空洞部ＣＡＶ２内にリークパスが生じることになり、空洞部ＣＡＶ２の気密封止が困難になる。この結果，ガスセルＧＣでの磁場の検出感度が低下することになる。
　この点に関し、本実施の形態１では、空洞部ＣＡＶ２の内部圧力の上昇に対応して、空洞部ＣＡＶ２の外部圧力（ガスセルＧＣの外部圧力）を高くした状態で、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２を気密封止している。これにより、空洞部ＣＡＶ２の内部圧力と空洞部ＣＡＶ２の外部圧力との差が小さくなることから、コーティング材ＣＭおよび不純物ガスの漏洩を抑制することができる。
　さらには、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２を気密封止する際、接合不良を抑制する工夫として、高融点のコーティング材ＣＭを選択することも有効である。なぜなら、高融点のコーティング材ＣＭであれば、低融点のコーティング材ＣＭに比べて、気化するコーティング材ＣＭの量を低減することができる結果、空洞部ＣＡＶ２の内部圧力の上昇が抑制されることになり、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２を気密封止する際におけるコーティング材ＣＭおよび不純物ガスの漏洩が抑制されやすくなると考えられるからである。したがって、例えば、コーティング材ＣＭとしては、パラフィンに代表される炭化水素系材料や、オクタデシルトリメトキシシランに代表されるシラン系材料があるが、空洞部ＣＡＶ２における気密封止の信頼性を向上する観点からは、パラフィンに比べて融点が高いシラン系材料をコーティング材ＣＭとして使用することも有効である。
　次に、本実施の形態１における第４特徴点は、例えば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、平面視において、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とは、重なる重複領域を有し、平面視において、連通部ＴＨは、重複領域に内包され、かつ、連通部ＴＨは、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを基材部ＳＭの厚さ方向に連通している点にある。これにより、本実施の形態１におけるガスセルＧＣによれば、２つの空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを備えながら、ガスセルＧＣの平面サイズを小さくすることができる。
　例えば、平面視において、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とが重ならないように配置されている場合には、ガスセルＧＣの平面サイズは、基本的に、空洞部ＣＡＶ１の平面サイズと空洞部ＣＡＶ２の平面サイズとを合わせたサイズ程度に大きくなってしまう。これに対し、本実施の形態１におけるガスセルＧＣでは、上述した第４特徴点の構成を取ることにより、２つの空洞部ＣＡＶ１および空洞部ＣＡＶ２を備えながらも、ガスセルＧＣの平面サイズを１つの空洞部ＣＡＶ２の平面サイズ程度に小型化することができる。
　この結果、本実施の形態１におけるガスセルＧＣによれば、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを備えることを前提として、第１特徴点と第２特徴点と第３特徴点とが実現されており、これらの特徴点により、ガスセルＧＣでの磁場の検出感度を向上することができる。一方で、本実施の形態１におけるガスセルＧＣによれば、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを備えることを前提としながらも、第４特徴点により、ガスセルＧＣの平面サイズを１つの空洞部ＣＡＶ２の平面サイズ程度に小型化することが実現される。
　したがって、本実施の形態１におけるガスセルＧＣによれば、上述した第１特徴点と第２特徴点と第３特徴点と第４特徴点とを有することにより、ガスセルＧＣでの磁場の検出感度の向上とガスセルＧＣの小型化との両立を図ることができる。すなわち、本実施の形態１における技術的思想は、磁場を計測するセンサ部としてのガスセルＧＣの性能向上と、センサ部の小型化との両方を実現できる点で優れているということができる。
　（実施の形態２）
　＜ガスセルの構成＞
　本実施の形態２におけるガスセルＧＣは、前記実施の形態１におけるガスセルＧＣとほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。
　図１５（ａ）は、本実施の形態２におけるガスセルＧＣの模式的な外観構成を示す平面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ－Ａ線で切断した断面図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、本実施の形態２におけるガスセルＧＣでは、空洞部ＣＡＶ２にゲッタ材ＧＴが配置されている点で、空洞部ＣＡＶ１にゲッタ材ＧＴが配置されている前記実施の形態１におけるガスセルＧＣと相違する。本実施の形態２におけるガスセルＧＣのその他の構成は、前記実施の形態１におけるガスセルＧＣと同様である。
　＜ガスセルの製造方法＞
　本実施の形態２におけるガスセルＧＣは、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
　まず、図５～図９までの工程は、前記実施の形態１と同様である。以上の工程を経ることにより、図９に示すような溝ＤＩＴ２および貫通部ＴＨＵが形成された基材部ＳＭを準備することができる。
　その後、図１６に示すように、アルカリ金属ガス原子を発生させるための発生源ＧＳを溝ＤＩＴ２の底面に配置する。そして、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合することにより、溝ＤＩＴ２（凹部）を密閉して、空洞部ＣＡＶ１を形成する。
　ここで、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板１Ｓとしてホウケイ酸ガラスを使用する場合には、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合に陽極接合を使用することができる。ただし、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合は、陽極接合に限らず、接着材を使用することもできる。すなわち、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合方法は、空洞部ＣＡＶ１を気密封止できる方法であればよい。
　次に、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合した後、例えば、発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させるのに適した温度の新たな加熱工程を追加することにより、空洞部ＣＡＶ１に配置されている発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させる。
　続いて、図１７に示すように、貫通部ＴＨＵの一方の開口面を塞ぐ封止基板１Ｓの貫通部ＴＨＵ側に、スピンの偏極状態の失活を抑制するコーティング材ＣＭを配置するとともに、空洞部ＣＡＶ１の上方に位置する基材部ＳＭ上にゲッタ材ＧＴを配置する。その後、図１８に示すように、貫通部ＴＨＵの他方の開口面を塞ぐように、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合することにより、貫通部ＴＨＵを密閉して、空洞部ＣＡＶ２を形成する。
　ここで、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板２Ｓとしてホウケイ酸ガラスを使用する場合には、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合に陽極接合を使用することができる。ただし、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合は、陽極接合に限らず、接着材を使用することもできる。すなわち、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合方法は、空洞部ＣＡＶ２を気密封止できる方法であればよい。
　そして、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合した後、コーティング材ＣＭを気化させるとともにゲッタ材ＧＴを活性化させるのに適した温度の新たな加熱工程を実施する。これにより、空洞部ＣＡＶ２に配置されているゲッタ材ＧＴを活性化することができるとともに、コーティング材ＣＭを気化させることができる。その後、基材部ＳＭを冷却することにより、気化したコーティング材ＣＭを空洞部ＣＡＶ２の内壁に析出させることができる。このようにして、図１９に示すように、空洞部ＣＡＶ２の内壁をコーティング材ＣＭでコーティングすることができる。
　次に、図１９に示すように、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを分離する分離部ＳＰＵに連通部ＴＨを形成することにより、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを繋ぐ。具体的に、連通部ＴＨは、分離部ＳＰＵにレーザ光を照射することにより形成できる。以上のようにして、本実施の形態２におけるガスセルＧＣを製造することができる。
　＜実施の形態２に特有の特徴＞
　続いて、本実施の形態２に特有の特徴点について説明する。例えば、図１５（ｂ）に示すように、本実施の形態２におけるガスセルＧＣでは、空洞部ＣＡＶ２の内壁にコーティング材ＣＭが形成されているとともに、空洞部ＣＡＶ２の内部にゲッタ材ＧＴが配置されている。この点で、本実施の形態２におけるガスセルＧＣは、空洞部ＣＡＶ１の内部にアルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳとともにゲッタ材ＧＴが配置されている前記実施の形態１におけるガスセルＧＣと相違する。
　このように、本実施の形態２におけるガスセルＧＣにおいては、空洞部ＣＡＶ２の内部にゲッタ材ＧＴが配置されているため、空洞部ＣＡＶ２を気密封止した後に実施される加熱処理は、ゲッタ材ＧＴをなるべく短時間で活性化させる程度の温度で実施されることになる。つまり、本実施の形態２において、空洞部ＣＡＶ２を気密封止した後に実施される加熱処理は、コーティング材ＣＭを気化させる役割を有するとともに、ゲッタ材ＧＴを活性化させる役割も有していることになる。この結果、空洞部ＣＡＶ２を気密封止した後に実施される本実施の形態２の加熱処理の温度は、コーティング材ＣＭを気化させる役割だけを有する前記実施の形態１の加熱処理の温度よりも基本的に高くなることになる。
　ここで、ゲッタ材ＧＴに対する短時間での活性化を優先する観点から、コーティング材ＣＭに起因する温度制限を超えて、本実施の形態２における加熱処理を実施すると、スピンの偏極状態の失活を抑制するというコーティング材ＣＭの機能が多少損なわれるおそれがあるが、以下に示す利点も得ることができる。すなわち、この場合、ゲッタ材ＧＴの温度は高くなっており、ゲッタ材ＧＴの温度が活性化される程度に高くなっていると、ゲッタ材ＧＴの表面だけでなく、ゲッタ材ＧＴの内部にも不純物ガスを吸着することができることになる。つまり、ゲッタ材ＧＴの温度が高くなっている状態では、不純物ガスを吸着する吸着容量が増加するのである。したがって、空洞部ＣＡＶ２にコーティング材ＣＭとゲッタ材ＧＴが配置される状態で実施される本実施の形態２の加熱処理では、コーティング材ＣＭの気化とともに発生する不純物ガスに対するゲッタ材ＧＴの吸着容量が増加することになる。この結果、本実施の形態２によれば、ゲッタ材ＧＴに吸着される不純物ガスの量が増加することから、空洞部ＣＡＶ２内に存在する不純物ガスの量を低減できる利点が得られる。これにより、本実施の形態２によれば、空洞部ＣＡＶ２内に存在する不純物ガスに起因するガスセルＧＣの検出感度の低下を効果的に抑制することができる。
　これに対し、コーティング材ＣＭの分解や変質を効果的に抑制することを優先する観点から、コーティング材ＣＭに起因する温度制限の範囲内で、本実施の形態２における加熱処理を実施すると、ゲッタ材ＧＴの活性化に時間を要することになる一方、スピンの偏極状態の失活を抑制するというコーティング材ＣＭの機能を最大限に発揮できる。
　以上のことから、現実的な対応としては、ゲッタ材ＧＴの活性化に要する時間が妥当な範囲に収まり、かつ、スピンの偏極状態の失活を抑制するというコーティング材ＣＭの機能を実現できるというバランスの取れた温度範囲で、本実施の形態２における加熱処理が実施されることが望ましい。
　次に、本実施の形態２に特有の別の特徴点について説明する。本実施の形態２に特有の別の特徴点は、例えば、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶ２と接触する封止基板２Ｓの接触領域の面積（図１５（ａ）の実線で示される空洞部ＣＡＶ２と破線で示される空洞部ＣＡＶ２とを合わせた面積）は、空洞部ＣＡＶ２と接触する封止基板１Ｓの接触領域の面積（図１５（ａ）の実線で示される空洞部ＣＡＶ２の面積）よりも大きくなっていることを前提とする。そして、本実施の形態２に特有の別の特徴点は、平面視において、空洞部ＣＡＶ２と接触する封止基板２Ｓの接触領域が、空洞部ＣＡＶ２と接触する封止基板１Ｓの接触領域と重ならない非重複領域を有し、ゲッタ材ＧＴが、この非重複領域に配置されている点にある。言い換えれば、本実施の形態２に特有の別の特徴点は、図１５（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶ２の底面のうち、空洞部ＣＡＶ１と平面的に重なり合う部分にゲッタ材ＧＴが配置されている点にある。
　これにより、ゲッタ材ＧＴは、空洞部ＣＡＶ２のうち、ポンピング光の透過経路を外れた領域に配置されることになる。このため、本実施の形態２によれば、ゲッタ材ＧＴが空洞部ＣＡＶ２内に配置される場合であっても、ゲッタ材ＧＴによって、ポンピング光の一部が遮光されることはなく、ポンピング光の一部が遮光されることに起因するガスセルＧＣでの磁場の検出感度の低下を抑制することができる。
　具体的に、図２０は、本実施の形態２におけるガスセルＧＣを示す断面図である。図２０から明らかなように、空洞部ＣＡＶ２と接触する封止基板２Ｓの接触領域ＣＲ２の面積は、空洞部ＣＡＶ２と接触する封止基板１Ｓの接触領域ＣＲ１の面積よりも大きくなっている。そして、接触領域ＣＲ２が、接触領域ＣＲ１と重ならない非重複領域ＮＤＰを有し、ゲッタ材ＧＴが、この非重複領域ＮＤＰに配置されている。これにより、ゲッタ材ＧＴは、空洞部ＣＡＶ２のうち、ポンピング光の透過経路を外れた領域に配置されることになる。
　ただし、ゲッタ材ＧＴは、空洞部ＣＡＶ２の底面に固定されているわけではないので、例えば、ゲッタ材ＧＴが非重複領域ＮＤＰに配置されていても、図２０の矢印で示す方向にゲッタ材ＧＴが移動して、ゲッタ材ＧＴがポンピング光の透過経路上にずれて配置されることも考えられる。この場合、ゲッタ材ＧＴがポンピング光の一部を遮ることになるため、ガスセルＧＣでの磁場の検出感度が低下するおそれがある。
　そこで、本実施の形態２では、ゲッタ材ＧＴがポンピング光の透過経路上にずれて配置されること抑制する工夫を施している。以下に、この工夫点について説明する。図２１は、ゲッタ材ＧＴがポンピング光の透過経路上にずれて配置されること抑制する工夫を施したガスセルＧＣを示す断面図である。図２１において、本実施の形態２のさらなる特徴点は、空洞部ＣＡＶ２の底面に、ゲッタ材ＧＴがポンピング光の透過経路上にずれること抑制するストッパＳＰを設けている点にある。このストッパＳＰを設けることにより、ゲッタ材ＧＴがポンピング光の透過経路上にずれることを防止することができる。
　図２２は、ストッパＳＰの平面形状の一例を示す模式図である。図２２に示すように、ストッパＳＰを防護壁のような連続した細長い形状の構造体から構成することができる。この場合、ストッパＳＰを構成する構造体の加工が容易となる利点が得られる。
　また、図２３は、ストッパＳＰの平面形状の他の一例を示す模式図である。図２３に示すように、ストッパＳＰを所定間隔で配置された複数のブロック形状の構造体から構成することもできる。この場合、複数のブロック形状の構造体の間にスペースが存在するため、空洞部ＣＡＶ２の内部に存在する不純物ガスを効率良くゲッタ材ＧＴで除去しやすくなる利点を得ることができる。
　（実施の形態３）
　本実施の形態３では、複数の空洞部ＣＡＶ１を設ける例について説明する。図２４は、本実施の形態３におけるガスセルＧＣの構成を示す模式的な平面図である。図２４に示すように、本実施の形態３におけるガスセルＧＣでは、空洞部ＣＡＶ１Ａと空洞部ＣＡＶ１Ｂが設けられている。図２４では、２つの空洞部ＣＡＶ１Ａと空洞部ＣＡＶ２とが設けられている例が示されているが、これに限らず、３つ以上の空洞部ＣＡＶ１を設けるようにガスセルＧＣを構成してもよい。また、図２４では、空洞部ＣＡＶ１Ａの平面サイズと空洞部ＣＡＶ１Ｂの平面サイズが同一サイズで記載されているが、これに限らず、空洞部ＣＡＶ１Ａの平面サイズと空洞部ＣＡＶ１Ｂの平面サイズとが異なっていてもよい。さらには、空洞部ＣＡＶ１Ａの形状と空洞部ＣＡＶ１Ｂの形状とが相違していてもよい。なお、空洞部ＣＡＶ１Ａと空洞部ＣＡＶ１Ｂと空洞部ＣＡＶ２との配置関係は、図２４に示す配置関係に限らず、その他の配置関係であってもよい。
　例えば、空洞部ＣＡＶ１Ａの内部には、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳ１とゲッタ材ＧＴ１が配置されている。また、空洞部ＣＡＶ１Ｂの内部には、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳ２が配置されている。一方、空洞部ＣＡＶ２の内部には、ゲッタ材ＧＴ２が配置されている。ただし、これに限らず、空洞部ＣＡＶ１Ａと空洞部ＣＡＶ１Ｂのいずれかにアルカリ金属ガス原子の発生源やゲッタ材が配置されていればよく、内部に何も配置されていない空洞部が存在してもよい。
　さらには、空洞部ＣＡＶ１Ａに配置される発生源ＧＳ１と空洞部ＣＡＶ１Ｂに配置される発生源ＧＳ２とは、異なる種類のアルカリ金属ガス原子を発生させるものであってもよい。この場合、例えば、発生源ＧＳ１から発生する第１アルカリ金属ガス原子と、発生源ＧＳ２から発生し、かつ、第１アルカリ金属ガス原子とスピン交換相互作用をする第２アルカリ金属ガス原子とを内包するガスセルＧＣを形成することができる。具体的には、発生源ＧＳ１としてセシウム発生源を採用し、かつ、発生源ＧＳ２としてカリウム発生源を採用するという応用例が考えられる。
　図２５は、図２４のＡ－Ａ線で切断した断面図である。図２５に示すように、空洞部ＣＡＶ２の内壁には、コーティング材ＣＭが形成されている。そして、図２５に示すように、空洞部ＣＡＶ２の内部にゲッタ材ＧＴ２を配置することもできる。ここで、図２５では、コーティング材ＣＭがゲッタ材ＧＴ２を覆っていないが、ゲッタ材ＧＴ２を覆うようにコーティング材ＣＭが形成されていてもよい。
　続いて、図２６は、図２４のＢ－Ｂ線で切断した断面図である。図２６に示すように、空洞部ＣＡＶ１Ａは、基材部ＳＭと封止基板２Ｓによって封止されている。一方、空洞部ＣＡＶ１Ｂは、基材部ＳＭと封止基板１Ｓによって封止されている。このように、空洞部ＣＡＶ１Ａを封止する構成部材と、空洞部ＣＡＶ１Ｂを封止する構成部材とが相違していてもよい。この場合、例えば、図２７に示すようなガスセルＧＣの構成も可能であり、空洞部ＣＡＶ１Ａと空洞部ＣＡＶ１Ｂと空洞部ＣＡＶ２とをより小さな領域に集積して配置することができる。つまり、空洞部ＣＡＶ１Ａを封止する構成部材と、空洞部ＣＡＶ１Ｂを封止する構成部材とが相違する構成のガスセルＧＣによれば、ガスセルＧＣの小型化を図ることができる利点が得られる。
　（実施の形態４）
　＜ガスセルの構成＞
　本実施の形態４におけるガスセルＧＣは、前記実施の形態１におけるガスセルＧＣとほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。
　図２８は、本実施の形態４におけるガスセルＧＣの構成を示す断面図である。図２８において、本実施の形態４におけるガスセルＧＣでは、図４（ｂ）に示す前記実施の形態１におけるガスセルＧＣに比べて、空洞部ＣＡＶ１の深さが深くなっている。すなわち、図２８に示す本実施の形態４におけるガスセルＧＣにおいて、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴが配置される空洞部ＣＡＶ１の底面が、分離部ＳＰＵに形成されている連通部ＴＨの形成位置よりも低い位置に存在している。
　これにより、本実施の形態４によれば、空洞部ＣＡＶ１の深さを深くすることができる。この結果、空洞部ＣＡＶ１の底面に配置されるアルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴの高さに余裕を持たせることができる。
　例えば、基材部ＳＭに厚さが７２５μｍのシリコン基板を使用し、かつ、シリコン基板の厚さ方向の中心に１００μｍの分離部ＳＰＵを形成する場合、図４（ｂ）に示す前記実施の形態１におけるガスセルＧＣでは、空洞部ＣＡＶ１の厚さ（深さ）は、３００μｍ程度となる。これに対し、図２８に示す本実施の形態４におけるガスセルＧＣでは、空洞部ＣＡＶ１の厚さ（深さ）を６００μｍ以上確保することができる。このため、本実施の形態４によれば、空洞部ＣＡＶ１の内部に保持できる発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴの高さ制限を緩和することができる。このことは、発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴが空洞部ＣＡＶ１からはみ出して、空洞部ＣＡＶ１の気密封止を阻害するおそれを低減できることを意味し、これによって、本実施の形態４によれば、ガスセルＧＣの信頼性を向上できる。特に、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳとして、液体材料を使用する場合に、発生源ＧＳが空洞部ＣＡＶ１の外部に漏れ出すおそれを効果的に低減することができる。
　なお、本実施の形態４におけるガスセルＧＣのその他の構成は、前記実施の形態１におけるガスセルＧＣと同様である。
　＜ガスセルの製造方法＞
　本実施の形態４におけるガスセルＧＣは、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
　まず、図２９に示すように、例えば、シリコン基板からなる基材部ＳＭを用意し、この基材部ＳＭの表面にレジスト膜ＰＲ４を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によりレジスト膜ＰＲ４をパターニングした後、図３０に示すように、パターニングしたレジスト膜ＰＲ４をマスクとして、基材部ＳＭをエッチングすることにより溝ＤＩＴ３および溝ＤＩＴ４を形成する。
　なお、ここでは、マスク材として、レジスト膜ＰＲ４を使用する例について説明しているが、マスク材は、これに限らず、例えば、酸化シリコン膜（ハードマスク材）を使用することもできる。また、シリコン基板からなる基材部ＳＭのエッチングは、例えば、四フッ化珪素ガスを使用したドライエッチングや、水酸化カリウム溶液を使用したウェットエッチングで実施することができる。
　次に、図３１に示すように、基材部ＳＭの表面に形成されたレジスト膜ＰＲ４を除去した後、基材部ＳＭの表面にレジスト膜ＰＲ５を形成し、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、このレジスト膜ＰＲ５をパターニングする。さらに、基材部ＳＭの表面とは反対側に位置する裏面にレジスト膜ＰＲ６を形成し、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、このレジスト膜ＰＲ６をパターニングする。
　その後、図３２に示すように、パターニングしたレジスト膜ＰＲ５およびパターニングしたレジスト膜ＰＲ６をマスクとして、基材部ＳＭを両面からエッチングすることにより、溝ＤＩＴ４の深さを深くするとともに、溝ＤＩＴ４よりも深さの浅い溝ＤＩＴ５を形成し、かつ、貫通部ＴＨＵを形成する。この両面からのエッチングは、例えば、水酸化カリウム溶液を使用したウェットエッチングにより実施することができる。その後、図３３に示すように、基材部ＳＭの表面に形成されているレジスト膜ＰＲ５と基材部ＳＭの裏面に形成されているレジスト膜ＰＲ６とを除去する。以上の工程を経ることにより、溝ＤＩＴ４および溝ＤＩＴ５と貫通部ＴＨＵとが形成された基材部ＳＭを準備することができる。
　続いて、図３４に示すように、アルカリ金属ガス原子を発生させるための発生源ＧＳと、不純物ガスを吸着するためのゲッタ材ＧＴとを溝ＤＩＴ４の底面に配置する。このとき、本実施の形態４では、溝ＤＩＴ４の深さが深くなっているため、発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴの高さ制限を緩和することができる。これにより、本実施の形態４によれば、発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴが溝ＤＩＴ４からはみ出すことを抑制することができる。
　その後、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合することにより、溝ＤＩＴ４（深い凹部）および溝ＤＩＴ５(浅い凹部)を密閉して、空洞部ＣＡＶ１を形成する。
　ここで、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板１Ｓとしてホウケイ酸ガラスを使用する場合には、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合に陽極接合を使用することができる。ただし、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合は、陽極接合に限らず、接着材を使用することもできる。すなわち、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの接合方法は、空洞部ＣＡＶ１を気密封止できる方法であればよい。
　ここで、本実施の形態４では、深さの深い溝ＤＩＴ４の底部に発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴが配置されているため、発生源ＧＳおよびゲッタ材ＧＴが空洞部ＣＡＶ１からはみ出して、空洞部ＣＡＶ１の気密封止を阻害するおそれを低減することができる。この結果、本実施の形態４によれば、ガスセルＧＣの信頼性を向上できる。特に、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳとして、液体材料を使用する場合に、発生源ＧＳが空洞部ＣＡＶ１の外部に漏れ出すおそれを効果的に低減することができる。
　そして、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合した後、例えば、発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させるのに適した温度で、かつ、ゲッタ材ＧＴを活性化させる温度の新たな加熱工程を追加することにより、空洞部ＣＡＶ１に配置されている発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させるとともに、ゲッタ材ＧＴを活性化させる。
　次に、図３５に示すように、貫通部ＴＨＵの一方の開口面を塞ぐ封止基板１Ｓの貫通部ＴＨＵ側に、スピンの偏極状態の失活を抑制するコーティング材ＣＭを配置する。その後、貫通部ＴＨＵの他方の開口面を塞ぐように、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合することにより、貫通部ＴＨＵを密閉して、空洞部ＣＡＶ２を形成する。
　ここで、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板２Ｓとしてホウケイ酸ガラスを使用する場合には、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合に陽極接合を使用することができる。ただし、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合は、陽極接合に限らず、接着材を使用することもできる。すなわち、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの接合方法は、空洞部ＣＡＶ２を気密封止できる方法であればよい。
　そして、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合した後、コーティング材ＣＭを気化させる温度の新たな加熱工程を実施する。これにより、空洞部ＣＡＶ２に配置されているコーティング材ＣＭを気化させることができる。その後、基材部ＳＭを冷却することにより、気化したコーティング材ＣＭを空洞部ＣＡＶ２の内壁に析出させることができる。このようにして、図３６に示すように、空洞部ＣＡＶ２の内壁をコーティング材ＣＭでコーティングすることができる。
　続いて、図３６に示すように、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを分離する分離部ＳＰＵに連通部ＴＨを形成することにより、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを繋ぐ。具体的に、連通部ＴＨは、分離部ＳＰＵにレーザ光を照射することにより形成できる。以上のようにして、本実施の形態４におけるガスセルＧＣを製造することができる。
　（実施の形態５）
　＜ガスセルの構成＞
　図３７（ａ）は、本実施の形態５におけるガスセルＧＣの模式的な外観構成を示す平面図である。図３７（ａ）に示すように、本実施の形態５におけるガスセルＧＣは、矩形形状をした基材部ＳＭを有しており、この基材部ＳＭの内部に空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３とが形成されている。図３７（ａ）に示すように、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とは、平面視において、部分的に重なるように形成されている。同様に、空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３とは、平面視において、部分的に重なるように形成されている。そして、本実施の形態５におけるガスセルＧＣでは、空洞部ＣＡＶ１の内部に、スピン偏極可能なガス原子の発生源ＧＳが配置されている一方、空洞部ＣＡＶ３の内部に、不純物ガスを吸着するゲッタ材ＧＴが配置されている。なお、本実施の形態５におけるガスセルＧＣでは、例えば、空洞部ＣＡＶ１の内部に、ゲッタ材ＧＴを配置する一方、空洞部ＣＡＶ３の内部に、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳを配置してもよい。
　次に、図３７（ｂ）は、図３７（ａ）のＡ－Ａ線で切断した断面図である。図３７（ｂ）に示すように、本実施の形態５におけるガスセルＧＣは、図３に示す半導体レーザＬＤから射出されるレーザ光（ポンピング光）に対して透光性を有する封止基板１Ｓおよび封止基板２Ｓを有し、例えば、封止基板１Ｓと封止基板２Ｓは、ガラス基板から構成されている。そして、封止基板１Ｓと封止基板２Ｓとの挟まれるように基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とが配置されており、基材部ＳＭ１および基材部ＳＭ２は、例えば、シリコンから構成されている。したがって、本実施の形態５におけるガスセルＧＣは、ガラス／シリコン／シリコン／ガラスの４層構造（積層構造）から構成されていることになる。
　すなわち、図３７（ｂ）に示すように、本実施の形態５におけるガスセルＧＣでは、基材部ＳＭは、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２との積層構造から構成され、基材部ＳＭ１は、封止基板１Ｓと接合され、基材部ＳＭ２は、封止基板２Ｓと接合されている。そして、空洞部ＣＡＶ１は、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とにより囲まれ、空洞部ＣＡＶ２は、封止基板１Ｓと基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとにより囲まれている。このとき、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２の間には分離部ＳＰＵ１が形成され、かつ、この分離部ＳＰＵ１には、連通部ＴＨ１が形成されている。したがって、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とは、連通部ＴＨ１で繋がれていることになる。
　さらに、本実施の形態５におけるガスセルＧＣは、基材部ＳＭに形成された空洞部ＣＡＶ３と、空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３との間に形成された分離部ＳＰＵ２と、分離部ＳＰＵ２に形成された連通部ＴＨ２とを有する。このとき、空洞部ＣＡＶ３は、封止基板１Ｓと基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とにより囲まれている。そして、空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３とは、連通部ＴＨ２で繋がれている。
　続いて、図３７（ｂ）に示すように、本実施の形態５のガスセルＧＣにおいて、空洞部ＣＡＶ１には、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳが配置されている。一方、空洞部ＣＡＶ２の内壁には、スピンの偏極状態の失活を抑制するコーティング材ＣＭが形成され、空洞部ＣＡＶ３には、不純物ガスを吸着するゲッタ材ＧＴが配置されている。
　＜ガスセルの製造方法＞
　本実施の形態５におけるガスセルＧＣは、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
　まず、図３８に示すように、貫通部ＴＨＵ１および溝ＤＩＴ６が形成された基材部ＳＭ１と、溝ＤＩＴ７および溝ＤＩＴ８と貫通部ＴＨＵ２とが形成された基材部ＳＭ２とを準備する。そして、図３９に示すように、溝ＤＩＴ８の底部にアルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳを配置した後、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とを接合する。ここで、例えば、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とがシリコン基板から構成されている場合には、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とを熱接合で接合することができる。このとき、基材部ＳＭ１に形成されている溝ＤＩＴ６と基材部ＳＭ２に形成されている溝ＤＩＴ８とによって、空洞部ＣＡＶ１が気密封止されることになる。
　そして、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とを接合した後、例えば、発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させるのに適した温度の新たな加熱工程を追加することにより、空洞部ＣＡＶ１に配置されている発生源ＧＳからアルカリ金属ガス原子を発生させる。
　その後、図４０に示すように、不純物ガスを吸着するためのゲッタ材ＧＴを溝ＤＩＴ７の底面に配置する。そして、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとを接合することにより、空洞部ＣＡＶ３を気密封止する。
　ここで、例えば、基材部ＳＭ１としてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板１Ｓとしてホウケイ酸ガラスを使用する場合には、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとの接合に陽極接合を使用することができる。ただし、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとの接合は、陽極接合に限らず、接着材を使用することもできる。すなわち、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとの接合方法は、空洞部ＣＡＶ３を気密封止できる方法であればよい。
　次に、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとを接合した後、例えば、ゲッタ材ＧＴを活性化させるのに適した温度の新たな加熱工程を追加することにより、空洞部ＣＡＶ３に配置されているゲッタ材ＧＴを活性化させる。
　続いて、図４１に示すように、封止基板２Ｓ上にスピンの偏極状態の失活を抑制するコーティング材ＣＭを配置する。その後、基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとを接合することにより、貫通部ＴＨＵ２を密閉して、空洞部ＣＡＶ２を形成する。
　ここで、例えば、基材部ＳＭ２としてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板２Ｓとしてホウケイ酸ガラスを使用する場合には、基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとの接合に陽極接合を使用することができる。ただし、基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとの接合は、陽極接合に限らず、接着材を使用することもできる。すなわち、基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとの接合方法は、空洞部ＣＡＶ２を気密封止できる方法であればよい。
　そして、基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとを接合した後、コーティング材ＣＭを気化させるのに適した温度の新たな加熱工程を実施する。これにより、空洞部ＣＡＶ２に配置されているコーティング材ＣＭを気化させることができる。その後、空洞部ＣＡＶ２を冷却することにより、気化したコーティング材ＣＭを空洞部ＣＡＶ２の内壁に析出させることができる。このようにして、図４２に示すように、空洞部ＣＡＶ２の内壁をコーティング材ＣＭでコーティングすることができる。
　次に、図４２に示すように、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを分離する分離部ＳＰＵ１に連通部ＴＨ１を形成することにより、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２とを繋ぐ。具体的に、連通部ＴＨ１は、分離部ＳＰＵ１にレーザ光を照射することにより形成できる。同様に、空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３とを分離する分離部ＳＰＵ２に連通部ＴＨ２を形成することにより、空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３とを繋ぐ。具体的に、連通部ＴＨ２は、分離部ＳＰＵ２にレーザ光を照射することにより形成できる。以上のようにして、本実施の形態５におけるガスセルＧＣを製造することができる。
　＜実施の形態５に特有の特徴＞
　続いて、本実施の形態５に特有の特徴点について説明する。本実施の形態５に特有の特徴点は、図３７（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶ１が、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とにより囲まれ、かつ、空洞部ＣＡＶ２が、封止基板１Ｓと基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとにより囲まれ、かつ、空洞部ＣＡＶ３が、封止基板１Ｓと基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とにより囲まれている点にある。
　この結果、本実施の形態５によれば、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３とを別々の工程で気密封止することができることになる。
　例えば、図３９に示すように、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とによって、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳが配置されている空洞部ＣＡＶ１が気密封止される。この段階では、コーティング材ＣＭが配置される空洞部ＣＡＶ２やゲッタ材ＧＴが配置される空洞部ＣＡＶ３が形成されていないため、空洞部ＣＡＶ１を気密封止した後、コーティング材ＣＭの加熱温度やゲッタ材ＧＴの加熱温度とは無関係に、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生に適した第１温度で空洞部ＣＡＶ１を加熱することができる。つまり、シリコンの軟化点以下の温度範囲において、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生に適した第１温度で空洞部ＣＡＶ１を加熱することができる。
　次に、例えば、図４０に示すように、封止基板１Ｓと基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とによって、ゲッタ材ＧＴが配置されている空洞部ＣＡＶ３が気密封止される。この段階では、既に、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳが配置されている空洞部ＣＡＶ１が気密封止されており、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生に適した第１温度での空洞部ＣＡＶ１の加熱処理が実施されている。この結果、本実施の形態５によれば、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生に適した第１温度とは無関係に、ゲッタ材ＧＴの活性化に適した第２温度で空洞部ＣＡＶ３を加熱することができる。つまり、ガラス基板である封止基板１Ｓの軟化点以下の温度範囲において、ゲッタ材ＧＴの活性化に適した第２温度で空洞部ＣＡＶ３を加熱することができる。
　さらに、例えば、図４１に示すように、封止基板１Ｓと基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとによって、コーティング材ＣＭが配置されている空洞部ＣＡＶ２が気密封止される。この段階では、既に、アルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳが配置されている空洞部ＣＡＶ１およびゲッタ材ＧＴが配置されている空洞部ＣＡＶ３が気密封止されており、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生に適した第１温度で空洞部ＣＡＶ１の加熱処理が実施され、かつ、ゲッタ材ＧＴの活性化に適した第２温度での空洞部ＣＡＶ３の加熱処理が実施されている。この結果、本実施の形態５によれば、発生源ＧＳからのアルカリ金属ガス原子の発生に適した第１温度およびゲッタ材ＧＴの活性化に適した第２温度とは無関係に、コーティング材ＣＭの気化に適した第３温度で空洞部ＣＡＶ２を加熱することができる。つまり、ガラス基板である封止基板１Ｓの軟化点以下の温度範囲において、コーティング材ＣＭの気化に適した第３温度で空洞部ＣＡＶ２を加熱できる。
　なお、本実施の形態５におけるガスセルＧＣでは、例えば、図３７（ｂ）に示すように、空洞部ＣＡＶ１の内部にアルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳを配置し、空洞部ＣＡＶ３の内部にゲッタ材ＧＴを配置する例について説明しているが、これに限らず、空洞部ＣＡＶ１の内部にゲッタ材ＧＴを配置し、空洞部ＣＡＶ３の内部にアルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳを配置してもよい。また、例えば、空洞部ＣＡＶ１の内部にアルカリ金属ガス原子の発生源ＧＳとゲッタ材ＧＴを配置するとともに、空洞部ＣＡＶ３を設けないようにガスセルＧＣを構成してもよい。
　＜変形例１＞
　続いて、変形例１について説明する。図４３は、変形例１におけるガスセルＧＣの構成を示す断面図である。図４３において、図３７（ｂ）に示す実施の形態５におけるガスセルＧＣとの相違点は、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２との間に形成される分離部ＳＰＵ１の形状が異なる点と、空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３との間に形成される分離部ＳＰＵ２の形状が異なる点である。それ以外の本変形例１におけるガスセルＧＣの構成は、実施の形態５におけるガスセルＧＣの構成と同様である。
　このように構成されている本変形例１におけるガスセルＧＣにおいても、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。すなわち、実施の形態５における技術的思想は、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３とが異なる構成部材で囲まれる結果、異なるタイミングで気密封止できる点が重要であり、この本質的な点が共通していれば、分離部ＳＰＵ１および分離部ＳＰＵ２の構造に代表される細やかな形状の差異によって、実施の形態５における本質的な技術的思想が影響を受けることはない。つまり、実施の形態５における技術的思想は、本質的な構成を共通しながら、細やかな形状の微差によって、多種多様の具現化が可能である。
　＜変形例２＞
　次に、変形例２について説明する。図４４は、変形例２におけるガスセルＧＣの構成を示す断面図である。図４４に示す変形例２のガスセルＧＣでは、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とにより囲まれる空洞部ＣＡＶ１と、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとにより囲まれる空洞部ＣＡＶ３と、封止基板１Ｓと基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとにより囲まれる空洞部ＣＡＶ２とを有している。そして、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ３とが分離部ＳＰＵ２に設けられた連通部ＴＨ３で繋がれている。一方、空洞部ＣＡＶ３と空洞部ＣＡＶ２とが分離部ＳＰＵ２に設けられた連通部ＴＨ２で繋がれている。
　このように構成されている変形例２のガスセルＧＣにおいても、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２と空洞部ＣＡＶ３とが異なる構成部材で囲まれる結果、異なるタイミングで気密封止できる点で、実施の形態５における技術的思想と本質的に共通している。このことから、本変形例２におけるガスセルＧＣも実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
　（実施の形態６）
　前記実施の形態１～５では、ポンピング光によってスピンが偏極状態となるガス原子（アルカリ金属ガス原子）の歳差運動に基づいて、磁場を計測する磁場計測装置に適用されるガスセルＧＣを一例として取り上げて説明したが、本発明のガスセルＧＣは、これに限らず、様々な用途に応用することができる。そこで、以下では、本発明のガスセルＧＣを適用することができる応用例について説明する。
　＜応用例１＞
　応用例１では、ファラデー効果を利用して磁場を計測する磁場計測装置ＭＭＡ２に、本発明のガスセルＧＣを適用する例について説明する。
　本応用例１における磁場計測装置ＭＭＡ２は、前記実施の形態１～５で説明したガスセルと、ガスセルにポンピング光を照射する第１光源と、ガスセルに直線偏光光であるプローブ光をポンピング光と交差する方向から照射する第２光源と、ガスセルに静磁場を印加する磁場発生部と、ガスセルを通過したプローブ光の偏光面の回転角度を検出する光検出部とを備える。以下に、具体的な磁場計測装置ＭＭＡ２の構成について説明する。
　図４５は、ファラデー効果を利用して磁場を計測する磁場計測装置ＭＭＡ２の構成を模式的に示す図である。図４５に示すように、磁場計測装置ＭＭＡ２は、本発明のガスセルＧＣと、プローブ光学系と、ポンピング光学系と、磁気系とから構成されている。
　まず、ポンピング光学系は、半導体レーザＬＤ（ＰＭＰ）、コリメートレンズＬＥＮ２、偏光子ＰＲＢおよび波長板ＷＰ２を有している。
　一方、プローブ光学系は、半導体レーザＬＤ（ＰＲ）、コリメートレンズＬＥＮ１、偏光子ＰＲＡ、波長板ＷＰ１および光検出器ＰＤを有している。
　図４５に示す磁場計測装置ＭＭＡ２において、ポンピング光学系の半導体レーザＬＤ（ＰＭＰ）から射出されるポンピング光と、プローブ光学系の半導体レーザＬＤ（ＰＲ）から射出されるプローブ光が直交するように構成されているが、アルカリ金属ガス原子が充填されているガスセルＧＣ内で交差するように構成されていれば、必ずしも、直交するように構成されている必要はない。
　ここで、図４５の上下方向にプローブ光を照射し、かつ、図４５の左右方向にポンピング光を照射するため、ガスセルＧＣの構成要素は、プローブ光やポンピング光に対して透光性を有する部材から構成する必要がある。具体的には、ガスセルＧＣの封止基板は、少なくとも、プローブ光に対して透光性を有する部材から構成されている必要があり、ガスセルＧＣの基材部は、少なくとも、ポンピング光に対して透光性を有する部材から構成されている必要がある。例えば、ガスセルＧＣの封止基板および基材部は、ガラス材料から構成される。
　続いて、磁気系は、静磁場印加用コイル（図示せず）を含むように構成されており、この静磁場印加用コイルは、図４５の手前から奥の方向、あるいは、奥から手前の方向に静磁場を印加するように配置されている。
　ガスセルＧＣに照射されるポンピング光は、アルカリ金属ガス原子の吸収線に対応する波長の円偏光光である。具体的に、図４５において、半導体レーザＬＤ（ＰＭＰ）から射出されたレーザ光は、まず、コリメートレンズＬＥＮ２で平行光にされた後、偏光子ＰＲＢと波長板ＷＰ２により円偏光光に変換されることにより、ポンピング光が生成され、このポンピング光がガスセルＧＣの内部に入射することになる。そして、このポンピング光によって、ガスセルＧＣ内に気密封止されているアルカリ金属ガス原子のスピンも向きが揃えられて、スピンの偏極状態が実現される。
　一方、プローブ光は、アルカリ金属ガス原子の吸収線とは異なる波長の直線偏光光である。具体的に、図４５において、半導体レーザＬＤ（ＰＲ）から射出されたレーザ光は、まず、コリメートレンズＬＥＮ１で平行光にされた後、偏光子ＰＲＡと波長板ＷＰ１により直線偏光光に変換されることにより、プローブ光が生成され、このプローブ光がガスセルＧＣの内部に入射することになる。プローブ光は、スピンが偏極状態となっているアルカリ金属ガス原子の充填したガスセルＧＣに入射すると、ファラデー効果によって、偏光面が回転する。この偏光面の回転角度は、プローブ光と垂直な向きの磁場強度に比例するため、この回転角度を光検出器ＰＤで検出することにより、磁場を計測することができる。
　このように構成されている応用例１の磁場計測装置ＭＭＡ２においても、本発明のガスセルＧＣを使用する場合、ガスセルＧＣに充填されているアルカリ金属ガス原子のスピンの偏極状態が維持されるため、磁場の計測感度を向上することができる。
　なお、ポンピング光が円偏光光となるようなポンピング光学系が実現される構成であれば、半導体レーザＬＤ（ＰＭＰ）、コリメートレンズＬＥＮ２、偏光子ＰＲＢおよび波長板ＷＰ２のいずれかを省略したり、順番を入れ替えたり、新たに別部品を挿入することもできる。
　同様に、プローブ光が直線偏光光となるようなプローブ光学系が実現される構成であれば、半導体レーザＬＤ（ＰＲ）、コリメートレンズＬＥＮ１、偏光子ＰＲＡおよび波長板ＷＰ１のいずれかを省略したり、順番を入れ替えたり、新たに別部品を挿入することもできる。
　＜応用例２＞
　応用例２では、ポンピング光によってスピンが偏極状態となるガス原子の歳差運動に基づいて、角速度を計測する原子ジャイロスコープに、本発明のガスセルＧＣを適用する例について説明する。
　本発明のガスセルＧＣを原子ジャイロスコープとして利用する場合、ガスセルＧＣの内部に、アルカリ金属ガス原子の他に２種類の同位体からなる希ガス原子も充填する。この場合、まず、ポンピング光によって、アルカリ金属ガス原子のスピンを偏極状態にする。そして、スピンが偏極状態となっているアルカリ金属ガス原子と希ガス原子との間のスピン交換相互作用によって、希ガス原子のスピンを偏極状態とする。ここで、２種類の同位体からなる希ガス原子を使用する理由は、同位体が類似の緩和時間定数を有している結果、角速度の回転レートを正確に抽出することが可能となるためである。
　そして、原子ジャイロスコープでは、２種類の同位体のそれぞれのラーモア周波数に近い周波数を有する垂直磁場を印加し、誘発された歳差運動を磁気光学的に測定する。このとき、原子ジャイロスコープに角速度が印加されると、角速度に応じて歳差周波数が変化するため、２種類の同位体の歳差運動を追跡することにより、角速度を計測できる。
　このように構成されている応用例２の原子ジャイロスコープにおいても、本発明のガスセルＧＣを使用する場合、ガスセルＧＣに充填されているアルカリ金属ガス原子のスピンの偏極状態が維持されるため、角速度の計測感度を向上することができる。
　１Ｓ　封止基板
　２Ｓ　封止基板
　ＣＡＶ１　空洞部
　ＣＡＶ２　空洞部
　ＣＭ　コーティング材
　ＧＳ　発生源
　ＧＴ　ゲッタ材
　ＳＭ　基材部
　ＴＨ　連通部

Claims (15)

  1. 　ポンピング光によってスピンが偏極状態となるガス原子を含むガスセルであって、
    　前記ガスセルは、
    　前記ポンピング光に対して透光性を有する第１封止部材および第２封止部材と、
    　前記第１封止部材と前記第２封止部材とで挟まれた基材部と、
    　前記基材部に形成された第１空洞部および第２空洞部と、
    　前記第１空洞部と前記第２空洞部との間に形成された第１分離部と、
    　前記第１分離部に形成された第１連通部と、を備え、
    　前記第２空洞部は、前記第１封止部材と前記基材部と前記第２封止部材とにより囲まれ、
    　前記第１空洞部は、前記第１封止部材と前記基材部と前記第２封止部材のうちの２つ以下の部材により囲まれ、
    　前記第１空洞部と前記第２空洞部とは、前記第１連通部で接続され、
    　前記第１空洞部には、前記ガス原子の発生源が配置され、
    　前記第２空洞部の内壁は、前記スピンの偏極状態を向上させるコーティング材が形成され、
    　前記第１空洞部と前記第２空洞部の少なくともいずれか一方には、不純物ガスを吸着するゲッタ材が配置されている、ガスセル。
  2. 　請求項１に記載のガスセルにおいて、
    　前記第１空洞部は、前記第１封止部材と前記基材部とにより囲まれている、ガスセル。
  3. 　請求項１に記載のガスセルにおいて、
    　平面視において、前記第１空洞部と前記第２空洞部とは、重なる重複領域を有し、
    　平面視において、前記第１連通部は、前記重複領域に内包され、
    　前記第１連通部は、前記第１空洞部と前記第２空洞部とを前記基材部の厚さ方向に連通する、ガスセル。
  4. 　請求項３に記載のガスセルにおいて、
    　前記発生源が配置される前記第１空洞部の底面は、前記第１連通部の形成位置よりも低い位置に存在する、ガスセル。
  5. 　請求項１に記載のガスセルにおいて、
    　前記第２空洞部と接触する前記第２封止部材の第２接触領域の面積は、前記第２空洞部と接触する前記第１封止部材の第１接触領域の面積よりも大きく、かつ、平面視において、前記第２接触領域は、前記第１接触領域と重ならない非重複領域を有し、
    　前記ゲッタ材は、前記非重複領域に配置されている、ガスセル。
  6. 　請求項１に記載のガスセルにおいて、
    　前記第２空洞部の容積は、前記第１空洞部の容積よりも大きい、ガスセル。
  7. 　請求項１に記載のガスセルにおいて、
    　前記基材部は、第１基材部と第２基材部との積層構造から構成され、
    　前記第１基材部は、前記第１封止部材と接合され、
    　前記第２基材部は、前記第２封止部材と接合され、
    　前記第１空洞部は、前記第１基材部と前記第２基材部とにより囲まれ、
    　前記第２空洞部は、前記第１封止部材と前記第１基材部と前記第２基材部と前記第２封止部材により囲まれている、ガスセル。
  8. 　請求項７に記載のガスセルにおいて、
    　前記第１空洞部には、前記ゲッタ材が配置されている、ガスセル。
  9. 　ポンピング光によってスピンが偏極状態となるガス原子を含むガスセルの製造方法であって、
    　（ａ）凹部および貫通部を有する基材部を用意する工程、
    　（ｂ）前記凹部の内部に前記ガス原子の発生源を配置する工程、
    　（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記基材部と第１封止部材とを接合することにより、前記凹部を密閉して、第１空洞部を形成する工程、
    　（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記貫通部の一方の開口面を塞ぐ前記第１封止部材の前記貫通部側に、前記スピンの偏極状態を向上させるコーティング材を配置する工程、
    　（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記貫通部の他方の開口面を塞ぐように、前記基材部と第２封止部材とを接合することにより、前記貫通部を密閉して、第２空洞部を形成する工程、
    　（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記第１空洞部と前記第２空洞部とを分離する分離部に連通部を形成することにより、前記第１空洞部と前記第２空洞部とを接続する工程、を備え、
    　前記（ｂ）工程において、前記発生源とともに、不純物ガスを吸着するゲッタ材を前記凹部の内部に配置するか、あるいは、前記（ｄ）工程において、前記コーティング材とともに、前記ゲッタ材を前記貫通部の一方の開口面を塞ぐ前記第１封止部材の前記貫通部側に配置する、ガスセルの製造方法。
  10. 　請求項９に記載のガスセルの製造方法において、
    　前記（ｃ）工程での加熱温度は、前記（ｅ）工程での加熱温度よりも高い、ガスセルの製造方法。
  11. 　請求項９に記載のガスセルの製造方法において、
    　前記（ｃ）工程後、前記（ｄ）工程前に、前記第１封止部材と接合された前記基材部を第１温度で加熱する工程を有し、
    　前記（ｅ）工程後、前記（ｆ）工程前に、前記第１封止部材および前記第２封止部材と接合された前記基材部を第２温度で加熱する工程を有する、ガスセルの製造方法。
  12. 　請求項１１に記載のガスセルの製造方法において、
    　前記第１温度は、前記第２温度よりも高い、ガスセルの製造方法。
  13. 　請求項９に記載のガスセルの製造方法において、
    　前記（ｆ）工程は、前記分離部にレーザ光を照射することにより、前記分離部に前記連通部を形成する、ガスセルの製造方法。
  14. 　ポンピング光によってスピンが偏極状態となるガス原子を含むガスセルを有する物理量計測装置であって、
    　前記ガスセルに前記ポンピング光を照射する光源と、
    　前記ガスセルに静磁場および交流磁場を印加する磁場発生部と、
    　前記ガスセルを通過した前記ポンピング光を検出する光検出部と、を備え、
    　前記ガスセルは、
    　前記ポンピング光に対して透光性を有する第１封止部材および第２封止部材と、
    　前記第１封止部材と前記第２封止部材とで挟まれた基材部と、
    　前記基材部に形成された第１空洞部および第２空洞部と、
    　前記第１空洞部と前記第２空洞部との間に形成された第１分離部と、
    　前記第１分離部に形成された第１連通部と、を備え、
    　前記第２空洞部は、前記第１封止部材と前記基材部と前記第２封止部材とにより囲まれ、
    　前記第１空洞部は、前記第１封止部材と前記基材部と前記第２封止部材のうちの２つ以下の部材により囲まれ、
    　前記第１空洞部と前記第２空洞部は、前記第１連通部で接続され、
    　前記第１空洞部には、前記ガス原子の発生源が配置され、
    　前記第２空洞部の内壁は、前記スピンの偏極状態を向上させるコーティング材が形成され、
    　前記第１空洞部と前記第２空洞部の少なくともいずれか一方には、不純物ガスを吸着するゲッタ材が配置されている、物理量計測装置。
  15. 　請求項１４に記載の物理量計測装置において、
    　前記物理量計測装置は、磁場計測装置である、物理量計測装置。
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