光晶格钟用物理封装的制作方法

reports 9 11704,2019年
15.非专利文献4：s.origlia等著《towards an optical clock for space:compact,high-performance optical lattice clock based on bosonic atoms》physical review a 98,053443,2018年
16.非专利文献5：n.poli等著《prospect for a compact strontium optical lattice clock》proceedings of spie 6673,2007年


技术实现要素：

17.发明要解决的问题
18.通过比上述的非专利文献1～5所记载的光晶格钟进一步推进小型化或便携化，光晶格钟的搬运、设置等变得容易，可用性也会提高。
19.在以往的光晶格钟中，通过以实验室中使用的大规模的光晶格钟的结构为基础谋求装置或部件的小型化，推进了物理封装的小型化或便携化。因此，在物理封装中，在捕获原子的空间或促使原子进行时钟跃迁的时钟跃迁空间中复杂地配置有原子束、激光、磁场等的许多轴，难以将所需的装置或部件集成。
20.本发明的目的在于，实现一种具备能小型化或便携化的结构的光晶格钟的物理封装。
21.用于解决问题的方案
22.本发明的光晶格钟用物理封装具备：mot装置，其沿着原子束的射束轴配置，捕获原子集团；光晶格形成部，其使用入射的光晶格光来形成光晶格，将所述mot装置捕获到的原子集团封闭在所述光晶格中，并使所述原子集团沿着与所述射束轴垂直的移动轴移动到促使时钟跃迁的时钟跃迁空间；以及真空室，其具备包围所述mot装置和所述光晶格形成部的大致柱形状的主体部，所述真空室的中心轴设定为穿过所述时钟跃迁空间并且与所述射束轴大致平行。
23.在本发明的一个方案中，所述真空室具备沿着所述射束轴从所述主体部突起的突起部，在该物理封装中，还在所述射束轴上的所述mot装置的上游侧具备使所述原子集团减速的减速器，所述减速器横跨所述主体部和所述突起部而配置。
24.在本发明的一个方案中，在mot装置中，沿着由所述射束轴、以及与所述射束轴垂直并且与所述移动轴不同的2个轴构成的3个轴，从各个轴的两个方向照射mot光。
25.在本发明的一个方案中，在所述减速器中，沿着所述射束轴朝向上游照射减速光，所述主体部具备：1对第1耐真空光学窗口，其均使沿着所述射束轴的mot光和所述减速光透射过；以及1对第2耐真空光学窗口，其均使沿着所述2轴的mot光透射过。
26.在本发明的一个方案中，还具备使所述真空室真空化的真空泵筒，所述真空泵筒在所述主体部中与所述减速器并排，并且向与所述减速器不同的方向偏心配置。
27.在本发明的一个方案中，所述大致柱形状的主体部形成为大致四棱柱形状、大致六棱柱形状、大致八棱柱形状或大致圆柱形状。
28.发明效果
29.根据本发明，物理封装形成为能够将部件等集成化的结构，能实现物理的小型化或便携化。
附图说明
30.图1是示出实施方式的光晶格钟的整体构成的概略图。
31.图2是示出光晶格钟的物理封装的概略性构成的图。
32.图3是概略性示出物理封装的外观的图。
33.图4是将图3中的物理封装的内部局部透视示出的图。
34.图5是示出3轴磁场校正线圈的整体形状的图。
35.图6是示出x轴磁场校正线圈的第1线圈组的形状的图。
36.图7是示出x轴磁场校正线圈的第2线圈组的形状的图。
37.图8是示出y轴磁场校正线圈的第1线圈组的形状的图。
38.图9是示出y轴磁场校正线圈的第2线圈组的形状的图。
39.图10是示出z轴磁场校正线圈的第1线圈组的形状的图。
40.图11是示出z轴磁场校正线圈的第2线圈组的形状的图。
41.图12是示出3轴磁场校正线圈的保持件的形状的图。
42.图13是示出使用柔性印刷基板的校正线圈的例子的图。
43.图14是示出使用柔性印刷基板的圆筒形的校正线圈的图。
44.图15是示出流过校正线圈的电流的例子的图。
45.图16是示出与图15的校正线圈等效的电流的流动的图。
46.图17是示出流过校正线圈的电流的另一例子的图。
47.图18是示出与图17的校正线圈等效的电流的流动的图。
48.图19是示出使用柔性印刷基板的校正线圈的另一例子的图。
49.图20是示出具备球形的真空室的物理封装的图。
50.图21是示出3轴磁场校正线圈的另一设置例的图。
51.图22是说明图21的3轴磁场校正线圈的支撑方式的图。
52.图23a是示出磁场的校正方式的示意图。
53.图23b是示出磁场的校正方式的示意图。
54.图24是3轴磁场校正线圈的校准的流程图。
55.图25是示出3轴磁场校正线圈的校正步骤的流程图。
56.图26是示出磁场的校正方式的另一例子的示意图。
57.图27是示出冷冻机中的漏磁场的补偿的图。
58.图28是示出塞曼减速器和mot装置的结构的截面图。
59.图29是说明线圈的空隙的截面图。
60.图30是示出与图28的构成对应的磁场分布的图。
61.图31a是示出塞曼减速器和mot装置的结构的截面图。
62.图31b是示出塞曼减速器和mot装置的结构的截面图。
63.图32是示出与图31a、图31b的构成对应的磁场分布的图。
64.图33a是示出图31a、图31b的变形方式的结构的图。
65.图33b是示出图31a、图31b的变形方式的结构的图。
66.图34是线圈外径恒定的塞曼线圈的截面图。
67.图35a是示出塞曼减速器用线圈的封包化的截面图。
68.图35b是示出塞曼减速器用线圈的封包化的截面图。
具体实施方式
69.(1)物理封装(physics package)的概略性构成
70.图1是示出光晶格钟10的整体构成的概略图。光晶格钟(optical lattice clock)是将物理封装12、光学系统装置14、控制装置16、pc(personal computer；个人计算机)18组合而构成的。
71.物理封装12如下面详述的那样是捕获原子集团，将其封闭在光晶格中并引起时钟跃迁(clock transition)的装置。光学系统装置14是具备激光发光装置、激光接收装置、激光分光装置等光学设备的装置。光学系统装置14除了发出激光并将其发送到物理封装12以外，还进行接收在物理封装12中因时钟跃迁而由原子集团发出的光并将其转换为电信号且在频带中进行分波等的处理。控制装置16是控制物理封装12和光学系统装置14的装置。控制装置16是专门用于光晶格钟10的计算机，通过利用软件控制具备处理器和存储器的计算机硬件来进行动作。控制装置16除了进行例如物理封装12的动作控制、光学系统装置14的动作控制等以外，还进行通过计测而得到的时钟跃迁的频率解析等解析处理。物理封装12、光学系统装置14以及控制装置16相互密切协作，形成了光晶格钟10。
72.pc18是通用的计算机，通过利用软件控制具备处理器和存储器的计算机硬件来进行动作。在pc18中安装有控制光晶格钟10的应用程序。pc18连接到控制装置16，不仅仅对控制装置16进行控制，还对包含物理封装12和光学系统装置14在内的整个光晶格钟10进行控制。另外，pc18成为光晶格钟10的ui(user interface；用户接口)，用户能够通过pc18来进行光晶格钟10的启动、时间计测、结果确认等。在本实施方式中，以物理封装12为中心进行说明。此外，有时将包含物理封装12以及其控制所需的构成的系统称为物理封装系统。控制所需的构成有时包含在控制装置16或pc18中，但有时也内置在物理封装12自身当中。
73.图2是示意性地示出实施方式的光晶格钟的物理封装12的图。另外，图3是示出物理封装12的外观的例子的图，图4是将图3所示的物理封装12的内部结构局部透视示出的图。在图2～图4(以及之后的图)中图示出以后述的原子在时钟跃迁分光时可存在的对象空间(时钟跃迁空间52)为原点的xyz正交直线坐标系，明示了方向。
74.物理封装12具备：真空室20、原子炉(atomic oven)40、塞曼减速器(zeeman slower；zs)用线圈44、光学谐振器46、mot(magneto-optical trap(磁光阱))装置用线圈48、低温槽54、热联接构件56、冷冻机58、真空泵主体60以及真空泵筒(pump cartridge)62。
75.真空室20是将物理封装12的主要部分保持为真空的容器，形成为大致圆柱形。详细地说，真空室20具备：主体部22，其形成为大的大致圆柱形状；以及突起部30，其形成为从主体部22突起的小的大致圆柱形状。主体部22是内部容纳有后述的光学谐振器46等的部位。主体部22具备：圆筒壁24，其构成圆柱的侧面；以及前部圆形壁26和后部圆形壁28，其构成圆柱的圆形的面。前部圆形壁26是设置有突起部30的壁。后部圆形壁28是与突起部30相反的一侧的壁，形成为与圆筒壁24相比扩大了直径的形状。
76.突起部30具备：圆筒壁32，其构成圆柱的侧面；以及前部圆形壁34。前部圆形壁34是远离主体部22的一侧的圆形的面。突起部30的主体部22侧为大部分开口的形状，与主体部22连接，不具有壁部。
77.真空室20以主体部22的圆柱的中心轴(将该轴称为z轴)成为大致水平的方式配置。另外，突起部30的圆柱的中心轴(该轴为射束轴)在z轴的竖直方向上方与z轴平行延伸。
78.设想的是真空室20例如在z轴方向上形成为35cm的程度以下，在x轴方向和y轴方向上形成为20cm的程度以下。也可以想到进一步推进小型化，而将z轴方向的长度设为30cm的程度以下、25cm的程度以下或者20cm的程度以下的情况。另外可以想到，关于x轴方向和y方向，设为15cm的程度以下或者10cm的程度以下也是充分可能的。另外，射束轴与z轴的距离例如设定为10～20mm的程度。
79.在实施方式中，在真空室20的主体部22下部的四个角附近设置有4个腿38来支承真空室20。真空室20使用sus(不锈钢)等金属制成，并制作得足够坚固以能承受内部变为真空的情况下的气压差。真空室20的后部圆形壁28和前部圆形壁34以可拆卸的方式形成，在维护检查时等被拆卸。
80.原子炉40是设置在突起部30的前端附近的装置。原子炉40用加热器加热所设置的固体金属，从细孔中释放出由于热运动而从金属中迸发的原子，形成原子束42。原子束42所通过的射束轴设定为与z轴平行，并设定为在稍微离开原点的位置与x轴交叉。交叉的位置相当于后述的作为原子被捕获的微小的空间的捕获空间50。原子炉40基本上设置在真空室20的内部，但为了冷却，散热部延伸至真空室20的外部。在原子炉40中，例如金属被加热到750k的程度。作为金属，例如选择锶、汞、镉、镱等，但不特别限定于这些。
81.塞曼减速器用线圈44在原子炉40的射束轴的下游侧从真空室20的突起部30一直配置到主体部22。塞曼减速器用线圈44是将使原子束42的原子减速的塞曼减速器与捕获减速后的原子的mot装置融合而成的装置。塞曼减速器和mot装置都是基于原子激光冷却技术的装置。在图2所示的塞曼减速器用线圈44，设置有塞曼减速器中使用的塞曼线圈、以及mot装置中使用的1对mot线圈中的一方作为一系列线圈。虽然无法明确区分，但大致来说，从上游侧到下游侧的大部分相当于产生有助于塞曼减速法的磁场的塞曼线圈，最下游侧相当于生成有助于mot法的梯度磁场的mot线圈。
82.在图示的例子中，塞曼线圈是越往上游侧则匝数越多、越往下游侧则匝数越少的减少型。塞曼减速器用线圈44轴对称地配置在射束轴的周围，以使原子束42在塞曼线圈和mot线圈的内侧通过。在塞曼线圈的内侧，形成在空间上带有梯度的磁场，并照射塞曼减速光束82，从而进行原子的减速。
83.光学谐振器46是绕z轴配置的圆筒形的部件，内侧形成有光晶格。在光学谐振器46设置有多个光学部件。通过具备x轴上的1对光学镜以及与其平行的另1对光学镜，在总计4枚镜(mirror)之间使光晶格光进行多重反射，来生成领结(bowtie)型的光晶格谐振器。捕获空间50中捕获到的原子集团被封闭在该光晶格的内部。另外，在光学谐振器46中，在使入射到谐振器的2个(右旋、左旋)光晶格光的相对频率进行了移位的情况下，形成光晶格的驻波发生移动的移动光晶格。通过移动光晶格，原子集团被移动到时钟跃迁空间52。在实施方式中，设定为在x轴上形成包含移动光晶格的光晶格。此外，作为光晶格，也能采用晶格不仅排列在x轴上，也排列在y轴和z轴中的一方或双方的二维或三维光晶格。这样，光学谐振器46能够被称为形成光晶格的光晶格形成部。光学谐振器46也是基于原子激光冷却技术的装置。
84.mot装置用线圈48对捕获空间50生成梯度磁场。在mot装置中，在形成有梯度磁场
的空间沿着xyz这3个轴照射mot光。从而，mot装置将原子捕获到捕获空间50。捕获空间50设定在x轴上。在图2所示的塞曼减速器用线圈44，设置有塞曼减速器中使用的塞曼线圈、以及mot装置中使用的1对mot线圈中的一方作为一系列线圈。在该图中，有助于mot法的梯度磁场是由mot装置用线圈48、以及塞曼减速器用线圈44的一部分一起生成的。
85.低温槽54以包围时钟跃迁空间52的方式形成，将内侧的空间保持为低温。从而，在内侧的空间，黑体辐射减少。在低温槽54装配有兼作支撑结构的热联接构件56。热联接构件56从低温槽54向冷冻机58传导热。冷冻机58是经由热联接构件56使低温槽54低温化的装置。冷冻机58具备珀耳帖元件，将低温槽54冷却到例如190k的程度。
86.真空泵主体60和真空泵筒62是用于使真空室20真空化的装置。真空泵主体60和真空泵筒62是之后进行真空室20的真空化的装置。真空泵主体60设置在真空室20的外部侧，真空泵筒62设置在真空室20的内侧。真空泵筒62在启动开始时由设置于真空泵主体60的加热器加热来进行活性化。由此，真空泵筒62被活性化，通过吸附原子来进行真空化。
87.真空泵筒62在主体部22中以与塞曼减速器用线圈44并排配置的方式设置。塞曼减速器用线圈44沿着相对于主体部22的圆柱的中心轴而向x轴方向偏心的射束轴配置。因此，在与塞曼减速器用线圈44偏心的方向相反的一侧有比较大的空间。真空泵筒62设置于该空间。
88.在物理封装12中，作为光学系统的部件，具备：光晶格光用耐真空光学窗口64、66；mot光用耐真空光学窗口68；塞曼减速光和mot光用耐真空光学窗口70、72；以及光学镜74、76。
89.光晶格光用耐真空光学窗口64、66是相对地设置在真空室20的主体部22中的相互面对的圆筒壁24的耐真空的光学窗口。光晶格光用耐真空光学窗口64、66是为了入射和出射光晶格光而设置的。
90.mot光用耐真空光学窗口68是为了使mot装置中使用的3个轴的mot光中的2个轴的mot光入射和出射而设置的。
91.塞曼减速光和mot光用耐真空光学窗口70、72是为了使塞曼减速光和1个轴的mot光入射和出射而设置的。
92.光学镜74、76是为了改变塞曼减速光和1个轴的mot光的方向而设置的。
93.另外，在物理封装中，作为冷却用的部件，具备：原子炉用冷却器90、塞曼减速器用冷却器92以及mot装置用冷却器94。
94.原子炉用冷却器90是冷却原子炉40的水冷装置。原子炉用冷却器90设置在真空室20的外部，对原子炉40中的延伸到真空室20的外部的散热部进行冷却。原子炉用冷却器90具备作为冷却用的管的金属制的水冷管，通过使作为液体制冷剂的冷却水在内部流通，对真空室20进行冷却。
95.塞曼减速器用冷却器92是设置在真空室20的壁部并对塞曼减速器用线圈44进行冷却的装置。塞曼减速器用冷却器92具备金属制的管道，通过使冷却水在内部流通，带走塞曼减速器用线圈44的线圈中产生的焦耳热。
96.mot装置用冷却器94是设置在真空室20的圆壁部的散热部。在mot装置用线圈48中，线圈会产生焦耳热，虽然其焦耳热比塞曼减速器用冷却器92中的小(例如是1/10的程度)。因此，mot装置用冷却器94的金属从mot装置用线圈48延伸至真空室20的外部，向大气
中释放热。
97.而且，在物理封装12中，作为用于校正磁场的部件，具备：3轴磁场校正线圈96、耐真空电连接器98、冷冻机用独立磁场补偿线圈102以及原子炉用独立磁场补偿线圈104。
98.3轴磁场校正线圈96是用于使时钟跃迁空间52中的磁场均匀地归零的线圈。3轴磁场校正线圈96形成为立体形状以校正xyz这3个轴的方向的磁场。在图4所示的例子中，3轴磁场校正线圈96整体上形成为大致圆筒形状。构成3轴磁场校正线圈96的各线圈在各个轴的方向上形成为以时钟跃迁空间52为中心而点对称的形状。
99.耐真空电连接器98是用于向真空室20内供应电力的连接器，设置在真空室20的圆壁部。从耐真空电连接器98向塞曼减速器用线圈44、mot装置用线圈48以及3轴磁场校正线圈96供应电力。
100.冷冻机用独立磁场补偿线圈102是用于补偿来自于对低温槽54进行冷却的冷冻机58的漏磁场的线圈。冷冻机58所具备的珀耳帖元件是被流通相对大的电流的大电流设备，产生大的磁场。珀耳帖元件的周围虽然被高导磁率材料遮蔽了磁场，但不能完全遮蔽，一部分磁场会泄漏。因此，冷冻机用独立磁场补偿线圈102被设定为补偿时钟跃迁空间52中的该漏磁场。
101.原子炉用独立磁场补偿线圈104是用于补偿来自于原子炉40的加热器的漏磁场的线圈。原子炉40的加热器也是大电流设备，尽管有高导磁率材料的遮蔽，漏磁场有时也无法忽略。例如，即使通过无感绕组布线来构成加热器电路，在经由布线终端或绝缘层的布线等当中，实际上有时也会残留感应成分。另外，例如，即使是在用高导磁率材料覆盖原子炉来实现磁遮蔽的情况下，有时也会存在原子束开口部等实际上无法覆盖的部分。因此，原子炉用独立磁场补偿线圈104被设定为补偿时钟跃迁空间52中的该漏磁场。
102.(2)物理封装的动作
103.对物理封装12的基本动作进行说明。在物理封装12中，真空室20的内部所具备的真空泵筒62吸附原子，从而真空室20的内部被真空化。由此，真空室20的内部例如成为10-8
pa的程度的真空状态，氮、氧等空气成分的影响被排除。根据要使用的真空泵的种类，预先实施预处理。例如，关于非蒸发型吸气剂泵(neg泵)或离子泵等，在使其运行之前需要事先从大气粗抽至某种程度的真空度。在这种情况下，事先使真空室具备粗抽端口，例如使用涡轮分子泵等事先从该端口充分地进行粗抽。另外，例如，在使用neg泵作为真空泵主体60的情况下，需要预先实施在真空中加热至高温的活性化这一工序。
104.在原子炉40中，金属由加热器加热而高温化，生成原子蒸气。在该过程中从金属中迸发的原子蒸气不断地穿过细孔，会聚并平移，形成原子束42。原子炉40以使原子束42形成在与z轴平行的射束轴上的方式设置。此外，在原子炉40中，原子炉主体由加热器加热，但原子炉主体与支撑它的接头通过热绝缘体而被隔热，而且，连接到物理封装的接头被原子炉用冷却器90冷却，防止或降低了高温化对物理封装12造成影响。
105.塞曼减速器用线圈44设置为相对于射束轴而轴对称。塞曼减速器用线圈44的内部被照射有塞曼减速光束82和1个轴的mot光束84。塞曼减速光束82从塞曼减速光和mot光用耐真空光学窗口70入射，并被与mot装置用线圈48相比设置在射束(beam)的下游的光学镜74反射。从而，塞曼减速光束82与原子束42重叠，并且与射束轴大致平行地去往射束轴的上游。在该过程中，由于与磁场的强度成比例的塞曼分裂效应以及多普勒频移效应，原子束42
中的原子吸收塞曼减速光，在减速方向上被赋予运动量而减速。塞曼减速光在塞曼减速器用线圈44的上游被放置在射束轴旁边的光学镜76反射，并从塞曼减速光和mot光用耐真空光学窗口72出射。此外，在塞曼减速器用线圈44中，虽然会产生焦耳热，但会被塞曼减速器用冷却器92冷却，因而防止了高温化。
106.充分减速后的原子束42到达由塞曼减速器用线圈44的最下游侧的mot线圈、以及mot装置用线圈48形成的mot装置。在mot装置内，以捕获空间50为中心形成有具有线性空间梯度的磁场。另外，对mot装置在3个轴的方向上从正侧和负侧照射有mot光。
107.z轴方向的mot光束84朝向z轴的负方向照射，进而在塞曼减速光和mot光用耐真空光学窗口72的外部被反射，从而也朝向z轴的正方向照射。剩余的2个轴的mot光束86a、86b利用mot光用耐真空光学窗口68以及省略了图示的光学镜而被照射到mot装置内。如图4所示，这2个轴是在与z轴垂直并且与x轴和y轴分别形成45度的2个方向上进行照射。通过将2个mot光束86a、86b设为与z轴垂直，能够缩窄塞曼减速器用线圈44与mot装置用线圈48的间隔，有助于真空室20的小型化。在将照射mot光束的方向设定为与z轴和y轴分别形成45度的角度的情况下，需要在射束轴方向上确保大的距离以使mot光束与塞曼减速器或低温槽不发生干扰。在这种情况下，与mot光的2个轴垂直于z轴的情况相比，装置的尺寸会变大。
108.在mot装置内，由于磁场梯度，原子束以捕获空间50为中心受到复原力而减速。从而，原子集团被捕获到捕获空间50。此外，捕获空间50的位置的微调能够通过调整3轴磁场校正线圈96的产生磁场的偏移值来进行。另外，mot装置用线圈48中产生的焦耳热通过mot装置用冷却器94排出到真空室20外。
109.光晶格光束80在x轴上从光晶格光用耐真空光学窗口64朝向光晶格光用耐真空光学窗口66入射。在x轴上设置有具备2个光学镜的光学谐振器46来引起反射。因此，在x轴上，在光学谐振器46的内部形成驻波在x轴方向上绵延而成的光晶格势。原子集团被光晶格势捕获。
110.通过使波长略微变化，能够使光晶格沿着x轴移动。通过由该移动光晶格形成的移动单元，原子集团被移动至时钟跃迁空间52。其结果是，时钟跃迁空间52从原子束42的射束轴偏离，因此，能够除去高温的原子炉40所发出的黑体辐射的影响。另外，时钟跃迁空间52被低温槽54包围，遮蔽其免受周围的常温的物质发出的黑体辐射。一般来说，由于黑体辐射与物质的绝对温度的4次方成比例，因此，低温槽54所带来的低温化对除去黑体辐射的影响有大的效果。
111.在时钟跃迁空间52中，对原子照射光频受控的激光，进行时钟跃迁(即成为时钟的基准的原子的共振跃迁)的高精度分光，计测原子固有且不变的频率。从而，实现准确的原子钟。要想提高原子钟的精度，需要排除围绕着原子的扰动，准确读出频率。特别重要的是，除去由原子的热运动导致的多普勒效应所引起的频移。在光晶格钟中，通过利用由激光的干涉产生的光晶格将原子封闭在远比时钟激光的波长小的空间内，来使原子的运动冻结。另一方面，在光晶格内，原子的频率会由于形成光晶格的激光而发生偏离。因此，作为光晶格光束80，通过选择被称为“魔法波长”或者“魔法频率”的特定的波长、频率，来除去光晶格对共振频率造成的影响。
112.时钟跃迁还受到磁场的影响。由于磁场中的原子会引起与磁场的强度相应的塞曼分裂，因此，无法准确地计测时钟跃迁。因此，在时钟跃迁空间52中，进行磁场的校正，以使
磁场均匀化并且使其为零。首先，冷冻机58的珀耳帖元件所致的漏磁场由产生与漏磁场的大小相应的补偿磁场的冷冻机用独立磁场补偿线圈102进行动态补偿。同样地，原子炉40的加热器所致的漏磁场被设定为能够由原子炉用独立磁场补偿线圈104进行动态补偿。此外，关于塞曼减速器用线圈44和mot装置用线圈48，在计测时钟跃迁的频率的定时，关断电流信号，不通电，使得免受磁场的影响。时钟跃迁空间52的磁场进一步被3轴磁场校正线圈96校正。3轴磁场校正线圈96在各个轴的方向上设置有多个，不仅能够除去磁场的一样的成分，还能够除去在空间上发生变化的成分。
113.这样一来，在除去了干扰的状态下，由激光促使原子集团进行时钟跃迁。作为时钟跃迁的结果而发出的光被光学系统装置接收，并由控制装置进行分光处理等，而求出频率。以下，详细说明物理封装12的实施方式。
114.(3)磁场校正线圈的形状以及设置方式
115.参照图5～图11来说明物理封装12中的3轴磁场校正线圈96。在此，设想的是3轴磁场校正线圈96在铜等导线的周围卷绕由聚酰亚胺树脂等进行了绝缘处理的包覆导线而形成为规定的形状。
116.图5是示出3轴磁场校正线圈96的全部线圈的立体图。另外，图6～图11是示出构成3轴磁场校正线圈的各个线圈的立体图。3轴磁场校正线圈96装配在真空室20的主体部22的内壁附近。因此，3轴磁场校正线圈96形成为以时钟跃迁空间52为中心的大致圆筒的形状。3轴磁场校正线圈96在x轴、y轴、z轴的各个轴的方向上分别由第1线圈组和第2线圈组形成。
117.图6是示出x轴方向(形成1个轴的光晶格的方向，移动光晶格的移动方向)上的第1线圈组120的图。第1线圈组120包括以时钟跃迁空间52为中心在x轴方向上分开距离c而设置的两个线圈122、124。线圈122、124均形成为y轴方向的边的长度设定为a、z轴方向的边的长度设定为b的长方形。另外，线圈122、124形成为相对于时钟跃迁空间52点对称的形状。
118.第1线圈组120将线圈122、124形成为正方形的亥姆霍兹型线圈以使得能够大致均匀地生成中心部的x轴方向的磁场。正方形的亥姆霍兹型线圈是指线圈122、124形成为a＝b的正方形且c/2a＝0.5445的程度的亥姆霍兹型线圈。线圈122、124是在相同方向上流通相同大小的电流时在x轴方向上形成均匀度高的磁场的亥姆霍兹线圈对。不过，在实施方式中，能够对线圈122、124流通大小和方向不同的电流。此外，线圈122、124在设为a≠b的情况下也能充分提高磁场的均匀性。在a＞b的情况下，y轴方向的磁场分布的偏差趋向于比z轴方向的磁场分布的偏差小，在a＜b的情况下，z轴方向的磁场分布的偏差趋向于比y轴方向的磁场分布的偏差小。在a≠b的情况下，将对c进行了优化的亥姆霍兹型线圈称为长方形的亥姆霍兹型线圈。也能将第1线圈组120设为长方形的亥姆霍兹型线圈。
119.第1线圈组120用于调整x轴方向的磁场成分的值以及x轴方向上的空间1阶微分项。首先，1)在对线圈122、124在相同方向上流通了相同大小的电流的情况下，对时钟跃迁空间52生成在x轴方向上几乎没有梯度的均匀的磁场。另一方面，2)在对线圈122、124在相反方向上流通了相同大小的电流的情况下，对时钟跃迁空间52形成在x轴方向上具有大致一样的梯度的磁场。并且，在适当地变更了流过线圈122、124的电流的大小和方向的情况下，形成由1)和2)的线性和组成的磁场。因此，第1线圈组120针对时钟跃迁空间52中的x轴方向的磁场成分bx能够进行常数项成分的校正以及x轴方向的空间1阶微分项的校正。
120.图7是示出x轴方向上的第2线圈组130的图。第2线圈组130包括以时钟跃迁空间52
为中心在x轴方向上分开设置的两个线圈132、134。线圈132、134形成为使方形的线圈以处于半径为e的同一圆筒面的方式具有曲率地进行了变形的形状，中心角设定为f，z轴方向的高度设定为g。该圆筒面形成为与固定图6的第1线圈组120的圆筒面大致相同的程度的半径，因此，是e2≈(a/2)2 (c/2)2的关系。另外，线圈132、134形成为相对于时钟跃迁空间52点对称的形状。
121.第2线圈组130是与亥姆霍兹线圈的形状不同的非亥姆霍兹型线圈。另外，第2线圈组的线圈132、134被电连接，在相同方向上被流通相同大小的电流。即，在线圈132、134中，均是向箭头136的方向流通电流，或者均是向箭头138的方向流通电流。由于第2线圈组130是非亥姆霍兹型线圈，因此，在作为中心的时钟跃迁空间52中，除了生成遵循亥姆霍兹线圈的一样的成分之外，也生成不一样的成分。不过，由于电流的大小和方向相同，因此，不一样的成分主要是空间2阶微分项的成分。即，第2线圈组130针对时钟跃迁空间52中的x轴方向的磁场成分bx能够进行常数项成分的校正以及x轴方向的空间2阶微分项的校正。
122.对3轴磁场校正线圈96中的x轴方向的磁场成分bx进行控制的基本上是x轴方向的第1线圈组120和第2线圈组130。因此，将它们合称为x轴磁场校正线圈。进行校正时，首先，通过第2线圈组130将x轴方向的空间2阶微分项的值归零。接着，通过第1线圈组120来进行将x轴方向的空间1阶微分项的值归零、并且使x轴方向的常数项的值为零的调整。
123.图8是示出y轴方向上的第1线圈组140的图。第1线圈组140是使方形的线圈以具有曲率的方式变形并处于以时钟跃迁空间52为中心的半径为h的圆筒面而形成的。在第1线圈组中，复合线圈142与复合线圈145在y轴方向上分开设置，复合线圈142包括线圈143和线圈144，复合线圈145包括线圈146和线圈147。线圈143、144、146、147的中心角设定为i，z轴方向的高度设定为j。线圈143、144形成为使彼此的端缘叠合或相邻。同样地，线圈146、147形成为使彼此的端缘叠合或相邻。复合线圈142与复合线圈145形成为以时钟跃迁空间52为中心而点对称。另外，线圈143与线圈146、以及线圈144与线圈147也分别形成为以时钟跃迁空间52为中心而点对称。
124.首先，3)考虑对线圈143、144在相同方向上流通了相同大小的电流的情况。在这种情况下，叠合或相邻的部分的电流互相抵消，复合线圈142整体像一个大的线圈那样进行动作。同样地，在对线圈146、147也在相同方向上流通了相同大小的电流的情况下，复合线圈145整体像一个大的线圈那样进行动作。第1线圈组140设定为使复合线圈142与复合线圈145为1对亥姆霍兹型线圈。图8所示的圆筒面上的亥姆霍兹型线圈(即，将2个方形的线圈弯曲并配置在同一圆筒面上而成的亥姆霍兹型线圈)是指中心角设定为约120度的亥姆霍兹型线圈。z轴方向的长度没有特别限定，但已知z轴方向的长度与圆筒的半径相比越长，则中心部的磁场均匀性越高。第1线圈组140通过调整流通的电流的方向和大小，能够在中心附近使磁场的y轴方向的成分均匀化。
125.接下来，4)从形成亥姆霍兹线圈的情况下的电流略微进行变更。具体来说，仅使线圈143和线圈147的电流在相同方向上略微增大。在这种情况下，磁场的y轴方向的成分会具有x轴方向的空间1阶微分项的值。此外，严格来说，线圈143和线圈147所产生的磁场也具有x轴方向的成分，在进行第1线圈组140的调整的情况下，也需要调整x轴磁场校正线圈。
126.图9是示出y轴方向上的第2线圈组150的图。图9所示的第2线圈组150包括在y轴方向上相互面对的1对线圈152、154。线圈152、154分别是形成为使半径为k的圆形线圈具有曲
率并处于以时钟跃迁空间52为中心的半径为l的圆筒面上而成的形状的非亥姆霍兹型线圈。在非亥姆霍兹型线圈中，也形成磁场的空间2阶微分项的成分。因此，第2线圈组150用于y轴方向的磁场成分by中的x轴方向的空间2阶微分项的控制。
127.图8所示的y轴方向的第1线圈组140和图9所示的y轴方向的第2线圈组150基本上形成对y轴方向的磁场成分by进行校正的y轴磁场校正线圈。y轴磁场校正线圈能够校正y轴方向的磁场成分by的常数项、x轴方向的空间1阶微分项、以及x轴方向的空间2阶微分项。
128.图10是示出z轴方向上的第1线圈组160的图。第1线圈组160配置使半径为m的圆形的复合线圈162、165隔开距离n相对。复合线圈162、165相对于中心处于点对称的关系。另外，复合线圈162是通过使半圆形的线圈163、164的彼此的弦叠合或相邻而形成的。半圆形的线圈163配置在x轴的正侧，半圆的线圈164配置在x轴的负侧。同样地，复合线圈165是通过将位于x轴的正侧的半圆形的线圈166与位于x轴的负侧的半圆的线圈167组合起来而形成的。
129.复合线圈162、165的尺寸等被设定为使其成为亥姆霍兹型线圈。圆形的亥姆霍兹线圈处于m＝n的关系。复合线圈162、165被设定于如下范围：当对两者以相同的朝向流通了相同大小的电流的情况下，中心附近的z方向的磁场的均匀度实质上与亥姆霍兹线圈等效。不过，在构成复合线圈162的线圈163、164中，能够自由变更电流的朝向和大小。因此，与图8所示的y方向的第1线圈组140同样地，第1线圈组160能够校正z方向的磁场成分bz的常数项以及x轴方向的空间1阶微分项。
130.图11是示出z轴方向的第2线圈组170的图。在第2线圈组170中，半径为p的圆形的线圈172、174在z轴方向上分开距离q而相对配置。第2线圈组170是非亥姆霍兹型线圈。在非亥姆霍兹型线圈中，具有不一样的成分。因此，能够校正z轴方向的磁场成分bz的x轴方向的空间2阶微分项。
131.图10所示的z轴方向的第1线圈组160和图11所示的z轴方向的第2线圈组170基本上形成对z轴方向的磁场成分bz进行校正的z轴磁场校正线圈。z轴磁场校正线圈能够校正z轴方向的磁场成分bz的常数项、x轴方向的空间1阶微分项、以及x轴方向的空间2阶微分项。
132.图5所示的3轴磁场校正线圈96是通过将x轴磁场校正线圈、y轴磁场校正线圈以及z轴磁场校正线圈组合起来进行控制而形成的。3轴磁场校正线圈96针对x轴方向的磁场成分bx能校正常数项、x轴方向的空间1阶微分项、x轴方向的空间2阶微分项。针对y轴方向的磁场成分by，能校正常数项、x轴方向的空间1阶微分项、x轴方向的空间2阶微分项。并且，针对z轴方向的磁场成分bz，能校正常数项、x轴方向的空间1阶微分项、x轴方向的空间2阶微分项。
133.在3轴磁场校正线圈96中，进行使时钟跃迁空间52的磁场的值均匀地变为零的校正。在一维光晶格中，时钟跃迁空间52例如被设定成在x轴方向(晶格的方向)上为10mm、在y轴和z轴的方向上为1～2mm的程度的大小。针对该空间将磁场控制为例如磁场的误差在3μg以内、1μg以内或0.3μg以内。3轴磁场校正线圈96中使用的亥姆霍兹型线圈和非亥姆霍兹型线圈的精度被设定为使得能够形成该磁场。
134.如图4所示，3轴磁场校正线圈96形成为以时钟跃迁空间52为中心具有点对称性的形状，能精度良好地进行时钟跃迁空间52的磁场校正。但是，从宏观上来看，捕获空间50也存在于3轴磁场校正线圈的中心附近。因此，也能用来校正由mot装置产生的捕获空间50的
磁场。即，在启动mot装置从原子束42捕获原子的期间，控制电流以进行捕获空间50的磁场校正。并且，在捕获结束后，只要停止对塞曼减速器用线圈44和mot装置用线圈48供电并且进行时钟跃迁空间52的磁场校正即可。这样一来，能以高精度调整捕获空间50的位置，将原子集团高效地封闭在光晶格中。
135.图12是示出装配3轴磁场校正线圈96的圆筒形的保持件(holder)180的图。保持件180是用8个直线状的框架186将圆环状的框架182、184之间相连而形成的。3轴磁场校正线圈96装配在保持件180的内壁和外壁。并且，保持件180固定在真空室20的主体部22的后部圆形壁28。通过将3轴磁场校正线圈96装配于保持件180，物理封装12的组装和维护检查作业变得高效。
136.保持件180使用作为低导磁率材料的树脂、铝等形成，以不对3轴磁场校正线圈96所产生的磁场造成影响。另外，保持件180与主体部22的圆柱的中心轴同轴地设置在主体部22的内部。保持件180形成为与主体部22的内径相近的尺寸。因此，3轴磁场校正线圈96和保持件180几乎不占用主体部22的内部的空间。不过，作为x轴方向的第1线圈组120的线圈122、124以直线状横穿主体部22的内侧的方式装配。
137.保持件180使用框架形成为稀疏结构。稀疏结构是指在各面具有许多间隙的结构。通过将保持件180设为稀疏结构，除了会轻量化之外，也容易防止与入射到真空室20或者从真空室20出射的激光等的干扰。
138.3轴磁场校正线圈96例如也可以全部装配在保持件180的内壁，或是全部装配在保持件180的外壁，而不是分散地装配在保持件180的内壁和外壁。在这种情况下，例如，能使用将3轴磁场校正线圈96压靠于外壁的圆环形状的紧固件或者是将3轴磁场校正线圈96压靠于内壁的圆环形状的紧固件简单地进行固定。另外，3轴磁场校正线圈96也能不使用保持件180地固定到主体部22的内壁。
139.设想的是以上所示的3轴磁场校正线圈96是将包覆导线卷绕1周或多周而形成的。但是，3轴磁场校正线圈96的一部分或全部能由柔性印刷基板形成。
140.图13是示出在平面上展开的柔性印刷基板的图。在柔性印刷基板形成有校正线圈190。校正线圈190包括：电流通路192，其由所印刷的铜等电传导体构成，参与磁场形成；以及绝缘部194，其由片状的柔性树脂等形成，校正线圈190能够柔性弯曲。各电流通路192连接到集中设置在一端的布线通路196。布线通路196也是通过印刷电传导体而形成的。布线通路将供电流往返的一对相邻配置，抵消了形成在周围的磁场。布线通路196连接到终端连接器198。
141.图14是示出与真空室20的主体部22匹配地折弯成圆筒形状的校正线圈190的图。校正线圈190具备2个端缘连接或相邻配置而成的边界部199。此外，在图14中，省略了布线通路196和终端连接器198。
142.设想的是与上述的将包覆导线卷绕而成的3轴磁场校正线圈96同样地，由柔性印刷基板构成的3轴磁场校正线圈也装配在主体部22的圆筒形状的内壁或圆筒形状的保持件180。不过，在3轴磁场校正线圈96中，除了配置在圆筒面上的电流通路以外，还存在从圆筒面脱离开的电流通路。具体来说，图6所示的x轴方向上的第1线圈组120中的长度a的边以及图10所示的z轴方向上的第1线圈组160的直线部分是从圆筒面脱离开的。因此，以下，对构成3轴磁场校正线圈96的电流通路中的配置在圆筒面的电流通路由柔性印刷基板形成的例
子进行说明。
143.图15和图16是示出图10所示的z轴方向上的第1线圈组160的圆形部分的线圈由柔性印刷基板形成的例子的图。如图15所示，黑色线的电流通路202中流通逆时针方向的电流，灰色线的电流通路200中不流通电流。此时，若考虑到相邻且向相互相反方向流通的电流相互抵消这一点，则可以认为这与图16所示的假想的电流通路203中流通电流的情况等效。
144.图17和图18是示出图8所示的y轴方向上的第1线圈组140中的最外周的线圈由柔性印刷基板形成的例子的图。在图17中，黑色线的电流通路206中流通逆时针方向的电流，灰色线的电流通路204中不流通电流。此时，若考虑到相邻且向相互相反方向流通的电流相互抵消这一点，则可以认为这与图18所示的假想的电流通路208中流通电流的情况等效。
145.这样一来，在柔性印刷基板中能够形成各种电流通路，诸如沿圆筒面的外周绕圆筒中心轴一周而回流的电流通路、在圆筒面内不绕圆筒中心轴而回流的电流通路等。
146.在柔性印刷基板中，如图13那样，在展开图中，能够印刷由长方形的电流通路构成的图案。另外，也能够如图19所示的校正线圈210那样，印刷包含长方形的电流通路212和圆形的电流通路214的复合图案。在物理封装12中，由于会在真空室20的壁面附近设置激光的路径、耐真空光学窗口等，因此，设置圆形的电流通路214来防止干扰是有效的。另外，在柔性印刷基板中，也可以形成如图16、图18所示那样的线圈。另外，柔性印刷基板能重叠多张来使用，能够使用多张来形成3轴磁场校正线圈的一部分或全部。
147.在柔性印刷基板中，有时会从绝缘部194的树脂释放微量的气体。因此，绝缘部194选择聚酰亚胺系树脂等气体释放量少的材料。另外，在制造工序中，除了进行脱气处理、消泡处理、清洗处理等以外，可以考虑以适当的温度进行烘干处理。
148.由柔性印刷基板形成的3轴磁场校正线圈能以各种形式设置于真空室20。例如，可以考虑将3轴磁场校正线圈以弯曲成圆筒形状的状态在主体部22中设置在内壁面附近，通过将3轴磁场校正线圈压靠于主体部22的紧固件来固定。或者，也可以设置为装配于保持件180。也可以不使用稀疏结构的保持件180，而是使用面上的孔不多的密集结构的保持件，以能够对柔性印刷基板进行面支撑。
149.另一方面，从圆筒面脱离开的电流通路能够使用包覆导线另行形成。或者，通过变更保持件的结构，从圆筒面脱离开的电流通路也能使用柔性印刷基板来形成。
150.使用了柔性印刷基板的3轴磁场校正线圈与将包覆导线卷绕而成的3轴磁场校正线圈96相比，除了容易向真空室20装设以外，还具有制造再现性高、产品成品率提高等优点。
151.此外，3轴磁场校正线圈的线圈形状除此之外还能设定为各种各样。例如，通过在3个轴中的每一轴上在2个圆形线圈的中间排列尺寸大的圆形线圈，能够形成麦克斯韦型的3轴磁场校正线圈。麦克斯韦型的3轴磁场校正线圈能够校正磁场的常数项、空间1阶微分项以及空间2阶微分项的成分。
152.而且，通过在3个轴中的每一轴上在以规定的大小和间隔设置的1对大圆形线圈的外侧配置以规定的大小和间隔设置的小圆形线圈，能够形成四个一组(tetra)型的轴磁场校正线圈。在四个一组型的3轴磁场校正线圈中，能进行常数项、空间1阶微分项、空间2阶微分项以及空间3阶微分项的成分的校正。
153.以上所示的轴磁场校正线圈整体上具有球形或者是使球形略微变形的形状。因此，特别是通过装配在大致球形的真空室的内壁或内壁附近，能有效利用真空室的内部空间。
154.图20是与图4对应的图，是概略性示出物理封装218的外观和内部的图。对于与图4相同或对应的构成标注了相同的附图标记。物理封装218的真空室220由大致球形的主体部222和突起部30形成。
155.在主体部222的内部，以时钟跃迁空间52为中心设置有由圆形线圈形成的3轴磁场校正线圈224。为了附图的简洁化，在图20中，在各个轴的方向上只图示出了1对亥姆霍兹型线圈，但实际上，设想的是在各个轴上进一步设置1对以上的非亥姆霍兹型线圈。3轴磁场校正线圈224的外缘能够设定为大致球面。因此，通过设置在大致球形的主体部222的内壁附近，能防止与设置在主体部222的内部空间的其它部件的干扰，设计自由度也变高。
156.同样地，3轴磁场校正线圈也能使用正方形线圈来构建。与圆形线圈同样地，能够采用使用了1对正方形线圈的亥姆霍兹型的3轴磁场校正线圈、使用了3个正方形线圈的麦克斯韦型的3轴磁场校正线圈、使用了2对正方形线圈的四个一组型的3轴磁场校正线圈等。这些3轴磁场校正线圈整体上具有立方体形状或者是使立方体略微变形的形状。因此，通过装配在大致立方体形状或大致长方体形状的真空室的内壁或内壁面，能有效利用真空室的内部空间。
157.3轴磁场校正线圈也能装配在比主体部22的内壁离时钟跃迁空间52近的位置。图21是简略示出图1所示的光学谐振器46的内侧附近的图。不过，在图21中，在塞曼减速器用线圈44与mot装置用线圈48之间的空间设置了立方体型的3轴磁场校正线圈230来取代图1的3轴磁场校正线圈96。3轴磁场校正线圈230是以低温槽54的内部的时钟跃迁空间52为中心配置的。3轴磁场校正线圈230在3个轴的方向上均是由包括正方形线圈的2对线圈组形成。2对线圈组中的1对是亥姆霍兹型线圈，另1对是非亥姆霍兹型线圈。3轴磁场校正线圈230在不特别限制电流的大小和方向的情况下，能够对直到空间3阶微分项为止的磁场成分进行补偿。或者，在如图5～图11所示的3轴磁场校正线圈96的非亥姆霍兹型线圈那样在相同方向上流通相同大小的电流的情况下，能够简易地对直到空间2阶微分项为止的磁场成分进行补偿。
158.3轴磁场校正线圈230与图5～图11所示的3轴磁场校正线圈96相比是非常小型的，并且是靠近时钟跃迁空间52的。因此，在时钟跃迁空间52形成的磁场会以比较小的空间尺度(scale)发生变化。但是，3轴磁场校正线圈230能够通过亥姆霍兹型线圈在比较宽广的范围内补偿常数项成分和空间1阶微分项成分。另外，通过非亥姆霍兹型线圈，至少对空间2阶微分项的磁场成分也能够进行补偿。因此，时钟跃迁空间52的磁场以足够高的精度被一样地归零。另外，3轴磁场校正线圈230位于离时钟跃迁空间52近的位置，因此，能使为了形成磁场而流通的电流非常小，省电性优异。
159.图22是从图21的a的方向来看的侧视图。如图22所示，捕获空间50被照射有与z轴垂直并且与x轴和y轴分别形成45度的角度的2个mot光束86a、86b。另外，在与纸面垂直的方向上还照射有mot光束84。为了调整形成在该捕获空间50及其周围的梯度磁场，以捕获空间50为中心配置有偏置线圈(bias coil)234。偏置线圈234包括：沿着射束轴相互面对的1对亥姆霍兹型的圆形线圈234a、沿着x轴相互面对的1对亥姆霍兹型的正方形线圈234b、以及
沿着y轴相互面对的1对亥姆霍兹型的正方形线圈234c。偏置线圈234通过利用各个轴的线圈调整常数项成分或空间1阶微分项的成分，来将梯度磁场校正为期望的分布。
160.在穿过捕获空间50的x轴上照射有光晶格光束80。包含时钟跃迁空间52的低温槽54设置在该光晶格光束80上。并且，在低温槽54的周围，以时钟跃迁空间52为中心设置有3轴磁场校正线圈230。3轴磁场校正线圈230由线圈组230b以及2个线圈组230a、230c构成，其中，线圈组230b的面的法线与z轴平行，2个线圈组230a、230c的面的法线与z轴垂直并且与x轴和y轴形成45度的角度。即，3轴磁场校正线圈230配置为使沿着x轴、y轴、z轴的立方体形状绕着z轴旋转45度的状态。
161.3轴磁场校正线圈230被作为支撑mot装置的支撑构件的凸缘44a、48a支撑。因此，3轴磁场校正线圈230需要配置为靠近作为mot装置的中心的捕获空间50。另一方面，3轴磁场校正线圈230需要配置为避免与穿过捕获空间50的mot光束86a、86b的干扰。因此，3轴磁场校正线圈230以沿着z轴以及mot光束86a、86b的形状配置。
162.3轴磁场校正线圈230在各个轴的方向上均具备亥姆霍兹型线圈和非亥姆霍兹型线圈，能实现包含空间高阶微分项的校正的宽广空间的磁场均匀化。因此，在作为光晶格光束80的方向的x轴方向上也能高精度地校正磁场。
163.不过，由于3轴磁场校正线圈230没有包围捕获空间50，因此，无法进行捕获空间50的磁场校正。因此，如上所述，在捕获空间50设置有校正梯度磁场的偏置线圈234。
164.在图20和图21中，举出了由正方形线圈构成的3轴磁场校正线圈230作为例子。但是，例如也能不使用正方形线圈，而是使用圆形线圈等其它形状的线圈。另外，例如也可以采用图5～图11所示的圆筒形状的3轴磁场校正线圈96。
165.3轴磁场校正线圈也能设置在离时钟跃迁空间52近的位置以及主体部22的内壁附近这两个位置。例如，可以考虑在主体部22的内壁附近设置亥姆霍兹型线圈，在离时钟跃迁空间52近的位置设置非亥姆霍兹型线圈。通过在离时钟跃迁空间52近的位置设置非亥姆霍兹型线圈，能容易地进行具有大的曲率的磁场的校正。
166.(4)磁场校正线圈的调整
167.对3轴磁场校正线圈的磁场的调整进行说明。关于磁场的校正，观测时钟跃迁空间52的周边的定期磁场分布，当磁场分布不均匀时，操作3轴磁场校正线圈96的电流以将其抵消。磁场分布的观察通过利用移动光晶格使封闭在光晶格中的原子集团移动来进行。通过这些操作，原子群中包含的各个原子始终处于相同的零磁场下的状况得以体现出来。
168.图23a和图23b是示意性地示出3轴磁场校正线圈的调整过程的图。在图23a中示出了使封闭在移动光晶格中的原子集团240沿着x轴移动的状态。另外，图23b示出了荧光跃迁与时钟跃迁的关系。
169.如图23a所示，原子集团240以具有某种程度的空间扩展的方式被封闭在x轴方向上绵延的晶格中。在图中，原子集团240所移动的代表性的x坐标上的位置表示为位置x1、位置x2、位置x3、位置x4、位置x5，并以此类推。它们是设定在被设定为磁场的校正用的校正用空间242内的位置。校正用空间242被设定为将进行实际的计测的时钟跃迁空间52包含在内的宽广范围。在实施方式中，由于采用的是光晶格在x轴方向上延伸的一维晶格，原子集团240在x轴方向上扩展分布，因此，特别是将使x轴方向的磁场以高精度一样地归零作为目标。因此，校正用空间242被设定为在x轴方向具有扩展。此外，在将光晶格形成为二维的情
况下，希望设定使时钟跃迁空间52在二维方向上进行了扩展的校正用空间，在将光晶格形成为三维的情况下，希望设定使时钟跃迁空间52在三维方向上进行了扩展的校正用空间。
170.在移动后的校正用空间242内的各位置上，向原子集团240照射激发时钟跃迁的激光，激发时钟跃迁。对激光的频率进行扫描，计测各位置上的时钟跃迁的频率。时钟跃迁的激发率的观测使用电子搁置(electron shelving)法。在电子搁置法中，在激发时钟跃迁后，使原子移动到荧光观测空间243。如图23b所示，通过照射荧光跃迁的光，原子根据激发率而发出荧光244，通过光接收器246观测到荧光。时钟跃迁根据各位置的磁场的大小而进行塞曼分裂。因此，根据塞曼分裂的信息得以求出各位置的磁场分布。在图23a的下部示出了这样求出的x轴上的频率分布。通过该手法，即使是在无法观测到荧光的场所(低温头(cryo head)内等)，也能测定磁场。另外，时钟跃迁的激发率的测定除了能应用电子搁置法以外，也能应用使用了原子的相移测定的非破坏测定法等。
171.图24和图25是说明3轴磁场校正线圈对磁场的校正步骤的流程图。首先，根据图24所示的步骤进行校准(calibration)。在校准中，将构成3轴磁场校正线圈的所有线圈的电流停止(设置为0a)，计测3个轴的方向的磁场的分布(s 10)。在该磁场的计测中，例如使用小型线圈、霍尔元件等磁传感器来计测3个轴的方向的磁场。所计测的磁场表示不使用3轴磁场校正线圈的状态下的背景值。接下来，对全部线圈(设为n个)逐一流通相同大小的电流(在图24中设为1a)，通过磁场传感器等计测3个轴的方向的磁场分布(s12～s18)。通过从所得到的磁场的分布中减去背景磁场，能够求出各线圈以1a的电流形成的基本磁场。
172.在该校准中，也可以计测校正用空间242的磁场。但是，校正用空间242位于低温槽54之中，磁传感器的设置不一定容易。因此，也可以在校正用空间242的附近计测磁场，将其与电磁场模拟的结果结合，来推定磁场。磁场的计测也可以不是在真空下而是在大气下进行。从而，能掌握3轴磁场校正线圈的各线圈以1a的电流形成的基本磁场分布。原则上，该校准在创建物理封装12的阶段只要进行1次即可。
173.接下来，根据图25所示的步骤进行磁场的校正。首先，如上所述，利用移动光晶格使原子集团240移动，计测校正用空间242中的各位置上的时钟跃迁的频率(s20)。然后，通过预估塞曼分裂的效果，求出校正用空间242中的磁场分布(s22)。该磁场分布是作为磁场的绝对值来得到。
174.接着，使用最小二乘法等最优化手法来决定与各线圈校正的磁场对应的电流(s24)。即，求出在将各线圈形成的基本磁场叠加起来的情况下使得形成于校正用空间242的磁场一样地成为零这样的叠加系数。此外，如上所述，在使用亥姆霍兹型线圈和非亥姆霍兹型线圈这两种线圈的情况下，首先，对于非亥姆霍兹型线圈所生成的空间高阶微分项，通过最小二乘法等求出最佳的叠加系数。接下来，对于亥姆霍兹型线圈所生成的常数项和空间1阶微分项，通过最小二乘法等求出最佳的叠加。从而，计算得到简化，另外，计算精度也变高。求出的叠加系数成为流过各个线圈的电流的方向和大小。通过使求出的电流流过3轴磁场校正线圈，能够校正3个轴的磁场(s26)。
175.图25所示的校正在磁场不太变动的通常条件下也可以不必一定频繁进行。例如，在反复进行时钟跃迁空间52中的时钟跃迁的计测的情况下，只要按每规定次数进行图25所示的校正就够了。另外，也可以考虑在计测了时钟跃迁空间52中的时钟跃迁的情况下，始终确认塞曼分裂的大小，在变为了规定以上的大小的情况下，实施图25所示的校正。
integral differential：比例积分微分)控制来进行。所决定的电流通过电流通路266流到珀耳帖元件58a。
187.珀耳帖元件58a是根据流通的电流使热移动的热电元件。通过被流通电流，珀耳帖元件58a从低温侧的热联接构件56(以及连接到热联接构件56的低温槽54)带走热，向高温侧的坡莫合金磁场屏蔽件58e(以及连接到坡莫合金磁场屏蔽件58e的散热板58b)释放热。
188.珀耳帖元件58a中流通例如几安培的程度的大电流。因此，产生大的磁场。珀耳帖元件58a的大部分被作为高导磁率材料的坡莫合金磁场屏蔽件58d和坡莫合金磁场屏蔽件58e覆盖。因此，所产生的大部分磁场在这些构件的内部流通，不会漏出到外部。但是，从热传导的效率的观点来看，无法在热联接构件56与珀耳帖元件58a之间设置磁场屏蔽件。因此，产生了漏磁场270。漏磁场270会使低温槽54的内部的时钟跃迁空间52中的磁场发生紊乱。
189.因此，在实施方式中，在成为无法进行磁场屏蔽的开口部位的热联接构件56的周围设置了冷冻机用独立磁场补偿线圈102。冷冻机用独立磁场补偿线圈102在被流通电流的情况下生成补偿磁场272。
190.在冷冻机用独立磁场补偿线圈102中，通过从电流通路266分支的电流通路268而流通电流。即，珀耳帖元件58a与冷冻机用独立磁场补偿线圈102处于并联连接于同一电流通路的关系。珀耳帖元件58a的电阻和冷冻机用独立磁场补偿线圈102的电阻会根据温度而略微变化，但在进行计测的温度环境下两者都可以被视为大致恒定值。因此，从控制装置262流到电流通路266的电流以恒定的比例被分配到珀耳帖元件58a和冷冻机用独立磁场补偿线圈102。
191.在流过珀耳帖元件58a的电流增加的情况下，与该电流的增加量成比例地，流过冷冻机用独立磁场补偿线圈102的电流也增加。因此，在来自于珀耳帖元件58a的漏磁场270增大的情况下，冷冻机用独立磁场补偿线圈102所生成的补偿磁场272也增大相同的量。冷冻机用独立磁场补偿线圈102形成为：当在电流通路266中流通某种大小的电流的情况下，对低温槽54的内部的时钟跃迁空间52中的漏磁场270进行补偿(在相反方向上生成相同大小的磁场)。因此，在电流发生了变化的情况下也能够进行磁场的补偿。此外，虽然在电流通路266、268中也有电流流通，但在电流通路266、268中是往返的电流靠近地流动，因此生成的磁场小，不会成为问题。
192.电流通路266、268的配置能够称之为使流过冷冻机用独立磁场补偿线圈102的电流根据漏磁场270动态地变化的补偿电流控制单元。补偿电流控制单元也能以其它方式来构建，例如，可举出控制装置262使通过运算求出的所需电流流过冷冻机用独立磁场补偿线圈102的方式。
193.在图27所示的例子中，冷冻机用独立磁场补偿线圈102由卷绕在热联接构件56的周围的一个线圈形成。在该构成中，由于冷冻机用独立磁场补偿线圈102设置在真空室20的壁的附近，因此，能够防止低温槽54附近的构成复杂化。但是，冷冻机用独立磁场补偿线圈102的设置场所没有特别限定，例如，也能设置在低温槽54的附近。在将冷冻机用独立磁场补偿线圈102设置在低温槽54的附近的情况下，能实现冷冻机用独立磁场补偿线圈102的小型化和省电化。
194.冷冻机用独立磁场补偿线圈102也可以不是由一个线圈形成，而是由多个线圈形
成。在时钟跃迁空间52中的漏磁场的分布复杂的情况下，通过使用多个线圈，有可能能够比较简单地进行补偿。
195.电流设备、独立磁场补偿线圈以及补偿电流控制单元构成磁场补偿模块。由于磁场补偿模块能进行精密的磁场补偿，因此能够应用于以光晶格钟10为代表的各种设备。
196.(6)塞曼减速器
197.图28是塞曼减速器用线圈44和mot装置用线圈48的截面图。在图示的塞曼减速器用线圈44中，在与射束轴同轴配置的长圆筒形状的线轴(bobbin)280的周围卷绕有线圈282。线轴的中心附近的中空部分是原子束42沿着射束轴流过的空间。
198.从功能性观点来说，线圈282的大部分是匝数从射束轴的上游侧朝向下游大致逐渐减少的减少型的塞曼线圈部284。并且，线圈282的射束轴方向的最下游附近是匝数多的mot线圈部286。塞曼线圈部284和mot线圈部286的包覆导线是连续的，另外，塞曼线圈部284所产生的磁场扩展至mot线圈部286的附近，mot线圈部286所产生的磁场扩展至塞曼线圈部284的下游侧。因此，需要注意的是，塞曼线圈部284与mot线圈部286的边界无法明确定义。
199.在线轴280的射束轴上游侧设置有半径比塞曼线圈部284的最大半径部位大的圆盘形状的上游凸缘288。上游凸缘288装配在真空室20的突起部30处的圆筒壁32。另外，在上游凸缘288的前部装配有省略了图示的镜支撑部。在镜支撑部的前端装配有光学镜76。
200.在线轴280的射束轴下游侧设置有形成为与mot线圈部286相同程度的半径的2个圆环形状的下游凸缘290、292。下游凸缘290形成为在射束轴方向上比较厚的圆环形状，设置在塞曼线圈部284与mot线圈部286的边界附近。下游凸缘292形成为在射束轴方向上比较薄的圆环形状，设置在mot线圈部286的下游侧。下游凸缘290、292的上部装配于上部支撑构件312，下部装配于下部支撑构件314。上部支撑构件312和下部支撑构件314分别装配在真空室20的主体部22中的后部圆形壁28。
201.mot装置用线圈48在塞曼减速器用线圈44的下游侧分开规定的距离配置。mot装置用线圈48在与射束轴同轴设置的短圆筒形状的线轴300的周围卷绕有mot线圈302。在线轴300的射束轴上游侧设置有具有与mot线圈302相同程度的半径的薄圆环形状的凸缘304。另外，在线轴300的射束轴方向下游侧设置有具有与mot线圈302相同程度的半径的比较厚的圆环形状的凸缘306。凸缘304、306的上部装配并固定于上部支撑构件312。
202.塞曼减速器用线圈44的线轴280、上游凸缘288以及下游凸缘290、292使用热传导性高、低导磁率的铜等形成。另外，线轴280、上游凸缘288以及下游凸缘290、292通过焊接而高强度且密合地结合。
203.在塞曼减速器用线圈44中，在射束轴的上游侧卷绕有较多的线圈，上游侧的重量比下游侧的重。因此，通过使上游凸缘288与真空室20的突起部30的圆筒壁32结合，塞曼减速器用线圈44被稳定地配置在真空室20内部。
204.另外，在塞曼减速器用线圈44中，由于流过线圈282的电流而发热。由于真空室20内为真空，因此与大气中不同，不会产生经由气体的热传导。因此，在塞曼减速器用线圈44中，虽然也会略微产生由黑体辐射带来的冷却作用，但主要需要通过经由固体的热传导来除去线圈282的热。线轴280是与线圈282接触的，有效地从线圈282传导热。另外，上游凸缘288、下游凸缘290、292与线圈282的接触面积大，带走来自于线圈282的热。如图2所示，上游凸缘288在突起部30的圆筒壁32连接到塞曼减速器用冷却器92。塞曼减速器用冷却器92通
过使冷却水在由铜等制成的水冷管中循环，对上游凸缘288进行冷却。这样一来，防止了塞曼减速器用线圈44的过度高温化。
205.mot装置用线圈48的线轴300、凸缘304、306也使用热传导性高、低导磁率的铜等形成。另外，线轴300、凸缘304、306通过焊接而高强度且密合地结合。mot装置用线圈48的mot线圈302与塞曼减速器用线圈44的线圈282相比是小型且轻量的，mot装置用线圈48整体也是轻量的。因此，mot装置用线圈48经由固定有凸缘304、306的上部支撑构件312稳定地装配于后部圆形壁28。
206.另外，在mot装置用线圈48的mot线圈302中，与塞曼减速器用线圈44的线圈282相比，流过的电流小，发热量也小。另外，在mot装置用线圈48中，mot线圈302的3个方向的周围被线轴300、凸缘304、306包围。因此，mot线圈302中产生的热经由上部支撑构件312传递到mot装置用冷却器94。设想的是mot装置用冷却器94采用水冷方式。但是，在要除去的热量小的情况下，也能设为空冷方式。
207.在图28的例子中，线圈282的匝数大致是单调减少，但详细地说，在射束轴方向上形成有凹凸。使其具有凹凸的理由之一是为了在射束轴上的特定的位置得到期望的磁场强度。例如，在捕获原子的捕获空间50中，需要使磁场为零。另外，作为其它理由，从省电的观点来看，可举出设为在不需要磁场的位置上不产生磁场的构成。在塞曼减速器用线圈44中，只要产生为了使原子减速或者约束原子所需的磁场即可。而且，作为使其具有凹凸的理由，可举出机械方面的支撑需求或者热方面的散热需求。当匝数变多时线圈的重量会增加，因此会变得难以支撑。另外，来自于线圈的散热量会增大。因此，可以考虑在有利于支撑的部位或者散热效率高的部位增加线圈的匝数。在图28所示的例子中，塞曼减速器用线圈44的线圈282在与上游凸缘288接触的部位形成为匝数多的相对凸的形状，其下游侧形成为匝数相对少的相对凹的形状。因此，塞曼减速器用线圈44的重心移动到上游凸缘288侧，由上游凸缘288进行的固定得以稳定化。另外，由于线圈282与上游凸缘288的接触面积也变大，因此，能够从线圈282向上游凸缘288高效地进行热传导。
208.在此，参照图29来说明线圈中的空隙(void)。图29是2个塞曼线圈320、330的上部的截面图。在塞曼线圈320中，包含部位322在内，线圈匝数是在射束轴方向上单调减少的。另一方面，在塞曼线圈330中，在被称为空隙的部位332，局部性地匝数少。但是，在塞曼线圈330中，在射束轴方向上的部位332的前后，局部性地匝数形成得多。因此，由整个塞曼线圈330产生出的磁场的分布与塞曼线圈320产生出的磁场的分布实质相等。
209.能够在理论上求出如何形成空隙及其周围的线圈形状。单位电流成分所产生的磁场分布遵循毕奥-萨伐尔(biot-savart)定律。另外，从磁场分布向电流分布的转换能够作为反卷积法或者广义上的逆问题来处理。通过逆问题来求出最小电流通路的解的手法例如记载在mansfield p,grannell pk.著《nmr diffraction in solids.》j phys c:solid state phys 6:l422-l427 1973年。但是，如果不拘泥于最小电流，显然存在多重解。在图29中，假设满足期望的磁场分布的最小电流通路的解是塞曼线圈320，则增大了空隙的周围的电流密度的塞曼线圈330另外也能形成期望的磁场分布。
210.在图28所示的线圈282中，在线圈282的中途设置有下游凸缘290。这相当于下游凸缘290设置在大的空隙的位置。并且，在下游凸缘290的射束方向前后，通过将匝数设定为比不设置下游凸缘290的情况下的匝数多，除去或降低了下游凸缘290的影响。
211.图30是示出塞曼减速器用线圈44和mot装置用线圈48中的磁场分布的图。横轴表示射束轴上的位置，原点相当于捕获空间50。纵轴表示射束轴上的磁场的大小。由于塞曼减速器用线圈44和mot装置用线圈48相对于射束轴对称形成，因此，射束轴上的磁场仅具有射束轴方向的成分。在射束轴上也示出了塞曼减速器用线圈44的线圈282的配置位置和mot装置用线圈48的mot线圈302的配置位置。坐标图中的点表示通过计算而求出的磁场的值，坐标图中的细线表示在通过塞曼减速使原子朝向捕获空间50减速方面的理想磁场的值。
212.磁场在比线圈282的上游侧的端部略微靠下游侧变为最大。在比取最大值的位置稍微靠上游侧，磁场的值急剧减小，在更靠上游侧平缓地接近零。理想磁场是磁场在线圈282的外侧为零且磁场不会漏出到外部的分布。但是，由于由电流生成的磁场在空间上具有扩展，因此，例如在不设置对外部磁场进行补偿(抵消)的相反方向的线圈的情况下，无法使线圈282的外侧的磁场全部为零。
213.在比磁场取最大值的位置靠下游侧，磁场单调减少。线圈的匝数如上所述具有一些凹凸，但周边的线圈的影响为进行塞曼减速创造了理想的单调减少的磁场。具有该梯度的磁场是与在进行塞曼减速方面的理想磁场分布大致一致的，表明能够使原子朝向捕获空间50稳步地减速。
214.磁场从线圈282的下游侧的端部跟前起急剧减小。虽然位于这附近的mot线圈部286的匝数多，但由于再往下游侧不存在线圈，因此，磁场的值迅速减小。
215.磁场以大致恒定的斜率减小，在捕获空间50处变为零。进而，磁场以相同的斜率减小，在mot装置用线圈48的mot线圈302的附近变为最小值(负值变为最大)。这是由于，mot线圈302向与线圈282相反的方向流通了电流。从线圈282的mot线圈部286附近到mot线圈302的附近近似地形成了亥姆霍兹型线圈。因此，通过在mot线圈302中流通相反方向的电流，能够形成斜率恒定的磁场。另外，虽省略了图示，但在与射束轴垂直的方向上也形成有斜率恒定的磁场。mot光束从3个轴中的每个轴照射到由mot装置形成的该梯度磁场中。从而，能将原子捕获到作为原点的捕获空间50。在比mot线圈302靠下游侧，磁场逐渐接近零。
216.这样，通过将塞曼减速器用线圈44与mot装置用线圈48组合设置，与将塞曼减速器和mot装置分别单独设置的情况相比，能缩短射束轴方向的长度。另外，也能够使整体的线圈长度变短，因此，能够实现省电化及发热量降低。
217.此外，在存在背景磁场的情况下，磁场变为零的位置会从捕获空间50偏离。因此，在捕获原子的过程中，通过调整3轴磁场校正线圈96或校正梯度磁场的偏置线圈，能够生成将捕获空间50附近的背景磁场抵消的补偿磁场。
218.接下来，参照图31a和图32b，示出增加型的塞曼减速器用线圈340的例子。图31a是示出将塞曼减速器用线圈340装配在真空室20的内部之前的状态的截面图，图31b是示出装配后的状态的截面图。图31a所示的塞曼减速器用线圈340的线圈342中的射束轴的上游侧的大部分是具有塞曼线圈的功能塞曼线圈部344。另外，线圈342的最下游侧是塞曼线圈的功能和mot线圈的功能混合存在的mot线圈部346。在塞曼线圈部344中，线圈的匝数从上游侧的端部朝向下游侧单调增加。并且，在下游侧的端部附近，在反复出现凹凸之后，匝数在最下游侧变为最大。为了方便，将匝数最大的附近称为mot线圈部346，但如上所述，功能上也起到塞曼线圈的作用。
219.塞曼减速器用线圈340在内侧具备线轴。另外，在上游侧的端部设置有凸缘350，在
下游侧的端部附近，在线圈342的中途设置有凸缘352，在下游的端部设置有凸缘354。凸缘350、352、354焊接于线轴。
220.在最上游的凸缘350装配有省略了图示的镜支撑部，在镜支撑部固定有光学镜76。
221.下游侧的凸缘352、354在线轴以外的部位也相互连结，提高了强度。凸缘352是薄且半径大的圆盘。凸缘352装配于制成圈状的圆环支撑部370。圆环支撑部370的圈具备在内部流通冷却水的水冷管372，通过凸缘352对线圈342进行冷却。在圆环支撑部370，在上部装配有左右2根梁374，在下部装配有兼作水冷管的左右2根梁376。梁374、376装配在真空室20的主体部22中的后部圆形壁28，支撑包含塞曼减速器用线圈340的整体。另外，梁374、376成为将线圈342的热传递到后部圆形壁28的排热路径。此外，流过梁376的冷却水也能够循环到冷冻机58中的散热板58b。
222.在该构成中，设想的是mot装置用线圈380通过另行设置的支撑构件装配于后部圆形壁28。另外，设想的是塞曼减速器用线圈340通过定位机构而与mot装置用线圈380被定位。
223.图32是与图30对应的图，示出了使用增加型的塞曼减速器用线圈340和mot装置用线圈380的情况下的磁性分布。磁性从比塞曼减速器用线圈340的线圈342靠下游侧起逐渐增加，在mot线圈部346的跟前附近变为最大值。该磁性的增加是与实现塞曼减速所需的目标曲线非常一致的。在比取最大值的位置靠下游侧，磁性迅速减小。并且，在作为原点的捕获空间50的前后以大致恒定的斜率由正向负减小，在捕获空间50变为零。磁场在mot装置用线圈380的附近变为最小，然后逐渐接近零。
224.在构成捕获空间50的前后的mot装置的部位，与图30的减少型的情况相比，磁场的斜率变得急剧。这是由于，线圈342中的mot线圈部346的匝数大，相互面对的mot装置用线圈380的线圈匝数也大等。通过使磁场的斜率变陡，能够在射束轴方向上以短距离捕获原子。
225.另外，图32所示的增加型的塞曼减速器用线圈340与图30的减少型的塞曼减速器用线圈44相比，能够缩短射束轴方向的长度。这是由于，在增加型中，能够高效地使原子减速。在增加型中，与减少型相比，能够抑制原子减速所需的磁场，因此，具有能够省电的优点。
226.另一方面，在增加型的塞曼减速器用线圈340中，由于捕获空间50侧较重，因此，难以在真空室20的内部进行支撑。另外，在增加型中，由于捕获空间50侧的线圈匝数多，因此，有真空室20的中央附近的发热量变多、难以冷却的问题。但是，如上所述，塞曼减速器用线圈340由带有冷却功能的圆环支撑部370在真空室20的中央附近进行支撑，因此，不会产生这些问题。
227.图31a和图31b所示的增加型的塞曼减速器用线圈340的装配方式不过是一个例子，也能够采取其它方式。参照图33a和图33b来说明变形例。
228.图33a是示出将塞曼减速器用线圈390装配在真空室20的内部之前的状态的立体图，图33b是示出装配后的状态的立体图。塞曼减速器用线圈390的线圈392是与塞曼减速器用线圈340同样地卷绕的，具备线轴以及多个凸缘394、396、398的构成也大致是同样的。不过，在塞曼减速器用线圈390中，设置在射束方向的下端附近的凸缘396的形状为下半部分的程度的半圆形状。并且，支撑凸缘396的部位也成为将圆环分成两半而成的大致u字型的半圆环支撑部400。在半圆环支撑部400设置有水冷管402。
229.在图33a和图33b所示的方式中，通过使凸缘396变为半圆形状，冷却水的循环为相同程度的情况下的冷却性能略微下降。另一方面，在塞曼减速器用线圈390中，由于在凸缘396的上部具有空间，因此，在真空室20的内部，容易从光学谐振器46侧向原子炉40侧接近。另外，由于在半圆环支撑部400的上部形成有空间，光学谐振器46的拆卸等也变得容易。而且，由于水冷管的上下方向的距离变短，从而容易防止由于水冷管内的对流而引起的流动的紊乱。此外，在图33a、33b所示的凸缘396，能够在面内适当地设置孔部。在设置孔部的情况下，虽然热传导的效率下降，但能实现轻量化。同样地，在图31a、31b所示的凸缘352，也能在面内设置孔部。
230.图34是另一方式的增加型的塞曼减速器用线圈410的截面图。在塞曼减速器用线圈410中，使用了在射束方向上厚度不同的线轴412。圆筒形状的线轴412的内径恒定，但外径从射束方向的上游朝向下游以阶梯状逐渐减小。并且，卷绕在线轴412的周围的线圈414越往射束轴方向的下游侧卷绕得越多。因此，线圈414的外径在射束轴方向上大致恒定。
231.在图34所示的构成中，通过增大线轴412的外径，线轴412与线圈414的接触面积变大，因此，从线圈414向线轴412的热传导效率提高。另外，由于能够使用线轴412的台阶来卷绕包覆导线，因此，线圈414的设置变得容易。
232.此外，不限于本实施方式，构成线圈414的包覆导线若不是使用截面为圆形的圆线，而是使用截面为方形的扁线，则与线轴412等的热传导效率进一步提高。另外，在如下所示的那样线圈414的周围由热传导性的罩覆盖的情况下，由于线圈414的外径恒定，因此容易使罩与线圈414密合而通过罩来除去热。
233.以上，说明了将塞曼减速器设置在真空室20的内部的例子。通过设置除去线圈中产生的焦耳热的冷却机构，能够将塞曼减速器以热稳定的方式设置在真空室20内。以下，作为另一例子，对用罩将线圈的一部分或全部密封(即，封包化)的例子进行说明。
234.图35a和图35b是示出塞曼减速器用线圈420和罩440的侧截面图。图35a是示出将罩440装配于塞曼减速器用线圈420之前的状态的图，图35b是示出装配后的状态的图。塞曼减速器用线圈420是线圈的匝数在射束轴的方向上逐渐减小的减少型。
235.在塞曼减速器用线圈420的线轴422，在射束轴的上游侧的端部设置有凸缘424，在下游侧的中途位置也设置有凸缘426。线轴422以及凸缘424、426与上述的例子同样地由铜等形成，确保了高的热传导性。在凸缘424、426的外周均设置有由铟制成的密封构件428、430。密封构件428、430形成为环形(也称为圈形)的比较薄的片状或者形成为环形的比较厚壁的形状。铟具有如下特征：在出现大的温度变化的情况下，也能稳定地进行真空密封。另外，在凸缘426设置有作为耐真空连接器的气密连接器(hermetic connector)432。
236.在线轴422上，在凸缘424与凸缘426之间卷绕有线圈434，在凸缘426的下游侧卷绕有线圈436。线圈434、436均由用树脂将铜绝缘的包覆导线形成。线圈434和线圈436经由气密连接器432电连接。
237.罩440形成为圆筒形。罩440使用与线轴422、凸缘424、426以及线圈434、436相同的铜形成，抑制了由于热膨胀而产生的变形。
238.罩440以将从凸缘424到凸缘426覆盖的方式设置。即，罩440的上游侧端部的内周部的一部分包围着凸缘424的外周部的一部分，并由密封构件428密封。另外，罩440的下游侧端部的内周部的一部分包围着凸缘426的外周部的一部分，并由密封构件430密封。罩440
被制成相对于从凸缘424到凸缘426的长度具有正的公差，能够可靠地将两者包围。
239.罩440的内侧的气压可自由设定，只要密封构件428、430能够可靠地进行密封即可。例如，可以封入大气压的空气，也能够设为粗抽的真空。粗抽的真空是指使用涡轮泵等进行了稀薄化的状态，例如设定为1pa～0.1pa的程度。在将罩440的内侧设为粗抽的真空的情况下，由于在将真空室20设为真空的状态下罩440的内外的压力差变小，因此，能够强有力地防止由密封构件428、430形成的密封面的分离。
240.也能在罩440的内侧封入氮气、氦气等惰性气体。惰性气体选择在线圈434被高温化的情况下与线圈中使用的树脂的反应性低的气体。惰性气体的压力也没有特别限定，例如，可以是1个气压，也可以设为粗抽的真空状态。另外，也可以在罩440的内侧例如填充发泡氨基甲酸酯等轻量树脂。在这种情况下，能提高罩440的强度。
241.塞曼减速器用线圈420在通电时因焦耳热而高温化。与匝数少的线圈436相比，匝数多的线圈434中产生更多的焦耳热。因此，线圈434趋于高温化。在逐渐高温化的情况下，会从树脂中释放出包含在构成线圈434的包覆导线的树脂中的微量的气体(将该气体称为脱气)。但是，在塞曼减速器用线圈420中，线圈434被线轴422、凸缘424、426以及罩440密闭，脱气不会漏出到真空室20的内部。因此，会防止因脱气而导致的时钟跃迁的误差的发生。因此，被罩440密闭的塞曼减速器用线圈420作为在真空中设置时的便利性高的真空设置用线圈发挥功能。
242.罩440也是凸缘424与凸缘426之间的热传导介质。即，凸缘424与凸缘426之间不仅通过线轴422，也通过罩440进行热传导，因此，还有促进线圈434、436的冷却的效果。
243.在以上的说明中，设想的是罩440覆盖凸缘424、426的外周，并不接触线圈434。但是，也可以使罩440接触线圈434的外表面的一部分或全部。在这种情况下，来自于线圈434的热会直接热传导到罩440，因此，散热效率提高。特别是，如图34所示的线圈414那样，在线圈414的外径恒定的情况下，容易与罩440的内周密合。另外，在难以形成使罩440与线圈434的外表面接触的形状的情况下，也可以在罩440与线圈434之间插入具有热传导性的构件。
244.在图35a和图35b所示的实施方式中，罩440未覆盖线圈434。这是由于，线圈434的匝数少，对脱气的释放采取对策的必要性低。另外，线圈434是包含构成mot装置的mot线圈部的部分，附近配置有光学谐振器46等，因此，避免了用罩覆盖线圈434而导致大口径化。但是，只要能避免与周围的装置、部件的干扰，也可以用罩覆盖包含线圈434在内的整体来进行封包化。
245.另外，在图35a和图35b的例子中，举出了减少型的塞曼减速器用线圈420作为例子。但是，在增加型的情况下，也能将包含匝数多的部分的一部分或全部封包化。
246.此外，在以上的说明中，罩440使用铟的密封构件428、430而与凸缘424、426密合，将内部气密化。但是，也可以使用不是由铟而是由其它材质形成的密封构件。在使用密封构件的情况下，例如能使用固定螺钉将罩440安装至凸缘424、426或从凸缘424、426拆卸。但是，例如也可以利用焊接、真空钎焊等半永久的密闭手法使罩440与凸缘424、426密合，将内部气密化。
247.在以上的说明中，举出了光晶格钟作为例子。但是，本领域技术人员也能将本实施方式的各技术应用于光晶格钟以外。具体来说，也能应用于光晶格钟以外的原子钟或者是作为使用了原子的干涉仪的原子干涉仪(atom interferometer)。而且，本实施方式也能应
用于针对原子(包含离子化的原子)的各种量子信息处理设备。在此，量子信息处理设备是指使用原子或光的量子状态来进行计测、传感、信息处理的装置，除了原子钟、原子干涉仪以外，还能够例示出磁场仪、电场仪、量子计算机、量子模拟器、量子中继器等。在量子信息处理设备的物理封装中，通过使用本实施方式的技术，与光晶格钟的物理封装同样地，能够达成小型化或便携化。此外，需要注意的是，在这种设备中，时钟跃迁空间有时不是当作以时钟计测为目的的空间，而是仅仅当作引起时钟跃迁分光的空间。
248.在这些设备中，例如，通过设置本实施方式的3轴磁场校正线圈，有可能能够达成装置的精度提高。另外，通过将本实施方式的3个轴设置在真空室内，有可能能够实现物理封装的小型化、便携化或高精度化。而且，通过导入磁场补偿模块，能以高精度控制磁场分布。另外，在使用真空室的物理封装中，设置真空设置用线圈是有效的。
249.在以上的说明中，为了容易理解，示出了具体的方案。但是，这些只是例示出实施方式，除此之外也能采取各种实施方式。
250.以下，示出本实施方式的附记。
251.(附记1)
252.一种磁场补偿模块，其特征在于，具备：
253.电流设备，其设置在包围配置有原子的时钟跃迁空间的真空室的内部，其中被流通设备用的电流来产生漏磁场；
254.补偿线圈，其设置在所述电流设备的附近，其中被流通线圈用的电流；以及
255.控制单元，其使流过所述补偿线圈的所述线圈用的电流动态地变化，对相对于所述时钟跃迁空间的所述漏磁场进行补偿。
256.(附记2)
257.根据附记1所述的磁场补偿模块，其特征在于，
258.所述电流设备是对将所述时钟跃迁空间维持为规定的低温的低温恒温槽进行冷却的珀耳帖元件，
259.所述控制单元根据所述低温恒温槽的温度或流过所述珀耳帖元件的设备用的电流来使所述线圈用的电流变化。
260.(附记3)
261.根据附记1所述的磁场补偿模块，其特征在于，
262.在所述电流设备的周围设置有由高导磁率材料形成的磁场遮蔽体，
263.所述补偿线圈对从所述磁场遮蔽体漏出的所述漏磁场进行补偿。
264.(附记4)
265.根据附记1所述的磁场补偿模块，其特征在于，
266.所述控制单元具备从所述设备用的电流分配所述线圈用的电流的分配电线，根据所述设备用的电流来分配所述线圈用的电流。
267.(附记5)
268.一种光晶格钟用物理封装系统，其特征在于，
269.具备附记1所述的磁场补偿模块。
270.(附记6)
271.一种原子钟用物理封装系统，其特征在于，
272.具备附记1所述的磁场补偿模块。
273.(附记7)
274.一种原子干涉仪用物理封装系统，其特征在于，
275.具备附记1所述的磁场补偿模块。
276.(附记8)
277.一种针对原子或离子化的原子的量子信息处理设备用物理封装系统，其特征在于，
278.具备附记1所述的磁场补偿模块。
279.(附记9)
280.一种物理封装系统，其特征在于，具备：
281.附记1所述的磁场补偿模块；以及
282.将所述原子引导到所述时钟跃迁空间的塞曼减速、磁光阱以及光晶格阱中的至少一个原子激光冷却技术装置。
283.(附记10)
284.一种物理封装，其特征在于，
285.具备：
286.真空室；以及
287.塞曼减速器，其具备：线轴，其形成为筒状，原子束沿着射束轴在筒内流过；以及一系列线圈，其卷绕在所述线轴的周围，所述塞曼减速器在所述筒内形成在空间上带有梯度的磁场，
288.在所述线轴上设置有使筒的外表面的直径在射束轴方向的中途位置扩大而成的凸缘，
289.所述一系列线圈跨越所述凸缘卷绕于所述线轴，
290.所述塞曼减速器将所述凸缘直接或间接地装配于所述真空室，而设置在所述真空室内。
291.(附记11)
292.根据附记10所述的物理封装，其特征在于，
293.所述一系列线圈是与所述原子束的上游侧相比下游侧的匝数多的增加型，
294.所述凸缘设置在所述线轴的下游侧。
295.(附记12)
296.根据附记11所述的物理封装，其特征在于，
297.所述真空室形成为中心轴与所述射束轴平行配置的大致圆筒形状，
298.所述凸缘使用支撑构件间接地装配于所述真空室中的所述原子束的下游侧的圆筒壁。
299.(附记13)
300.根据附记12所述的物理封装，其特征在于，
301.所述凸缘形成为大致圆形，
302.所述支撑构件具备支撑所述凸缘的外缘的大致圆环状的支撑部，
303.在所述大致圆环状的支撑部设置有在管中流通液体制冷剂来对所述凸缘进行冷
却的冷却机构。
304.(附记14)
305.根据附记12所述的物理封装，其特征在于，
306.所述凸缘形成为在包含竖直向下的方向上直径扩大而成的大致扇形，
307.所述支撑构件具备支撑所述凸缘的外缘的大致u字型的支撑部，
308.在所述大致u字型的支撑部设置有在管中流通液体制冷剂来对所述凸缘进行冷却的冷却机构。
309.(附记15)
310.根据附记10所述的物理封装，其特征在于，
311.所述线轴和所述凸缘由金属形成，
312.在该物理封装设置有对所述凸缘直接或间接地进行冷却的冷却机构。
313.(附记16)
314.根据附记10所述的物理封装，其特征在于，
315.还在从所述塞曼减速器向所述原子束的下游侧分开的位置具备卷绕在所述射束轴的周围的对方线圈，
316.所述一系列线圈与所述对方线圈在所述一系列线圈与所述对方线圈之间形成mot磁场。
317.(附记17)
318.一种光晶格钟用物理封装，其特征在于，
319.具备附记10所述的物理封装。
320.(附记18)
321.一种原子钟用物理封装，其特征在于，
322.具备附记10所述的物理封装。
323.(附记19)
324.一种原子干涉仪用物理封装，其特征在于，
325.具备附记10所述的物理封装。
326.(附记20)
327.一种针对原子或离子化的原子的量子信息处理设备用物理封装，其特征在于，
328.具备附记10所述的物理封装。
329.(附记21)
330.一种真空设置用线圈，其特征在于，具备：
331.线圈，其设置在真空室内，卷绕于供原子束流过的射束轴的周围，形成在空间上带有梯度的磁场；以及
332.密闭构件，其将所述线圈的一部分或全部气密地包围。
333.(附记22)
334.根据附记21所述的真空设置用线圈，其特征在于，
335.所述密闭构件由金属形成。
336.(附记23)
337.根据附记21所述的真空设置用线圈，其特征在于，
338.所述密闭构件具备：
339.筒状的线轴，其设置在所述线圈的内周侧，其上卷绕所述线圈；
340.2个凸缘，其是使所述线轴的筒的外表面的直径扩大而成的，包围所述线圈的所述射束轴的方向的侧面；以及
341.罩，其在所述2个凸缘之间包围所述线圈的外周侧。
342.(附记24)
343.根据附记23所述的真空设置用线圈，其特征在于，
344.所述罩包围所述2个凸缘的外周的至少一部分。
345.(附记25)
346.根据附记23所述的真空设置用线圈，其特征在于，
347.所述罩是与所述线圈的外周侧的一部分或全部直接相接触，或者是经由插入到被所述密闭构件包围的空间的热传导性构件间接相接触。
348.(附记26)
349.根据附记21所述的真空设置用线圈，其特征在于，
350.所述线圈在射束轴的方向上匝数不同，
351.在被所述密闭构件包围的范围中包含所述线圈中的匝数最大的部位。
352.(附记27)
353.根据附记21所述的真空设置用线圈，其特征在于，
354.被所述密闭构件包围的空间被保持为比大气中稀薄。
355.(附记28)
356.根据附记21所述的真空设置用线圈，其特征在于，
357.在被所述密闭构件包围的空间中封入有惰性气体。
358.(附记29)
359.根据附记21所述的真空设置用线圈，其特征在于，
360.在被所述密闭构件包围的空间中填充有发泡性的树脂。
361.(附记30)
362.根据附记21所述的光晶格钟的真空设置用线圈，其特征在于，
363.所述密闭构件具备耐真空连接器，
364.所述线圈中的被所述密闭构件气密地包围的部位与未被包围的部位通过所述耐真空连接器电连接。
365.(附记31)
366.一种物理封装，其特征在于，具备：
367.附记21所述的真空设置用线圈；以及
368.所述真空室。
369.(附记32)
370.根据附记31所述的物理封装，其特征在于，
371.所述线圈是所述原子束的下游侧的匝数相对少的减少型线圈，
372.该物理封装在从所述减少型线圈向所述原子束的下游侧分开的位置具备卷绕在所述射束轴的周围的对方线圈，
373.所述减少型线圈与所述对方线圈在所述减少型线圈与所述对方线圈之间形成mot装置用的梯度磁场，
374.所述密闭构件将所述线圈中的包含所述射束轴的最上游侧的部位气密地包围，而不包围包含最下游侧的部位。
375.(附记33)
376.根据附记31所述的物理封装，其特征在于，
377.所述线圈是所述原子束的下游侧的匝数相对多的增加型线圈，
378.该物理封装在从所述增加型线圈向所述原子束的下游侧分开的位置具备卷绕在所述射束轴的周围的对方线圈，
379.所述增加型线圈与所述对方线圈在所述增加型线圈与所述对方线圈之间形成mot装置用的梯度磁场，
380.所述密闭构件将所述线圈中的包含所述射束轴的最下游侧的部位气密地包围。
381.(附记34)
382.一种光晶格钟用物理封装，其特征在于，
383.具备附记31所述的物理封装。
384.(附记35)
385.一种原子钟用物理封装，其特征在于，
386.具备附记31所述的物理封装。
387.(附记36)
388.一种原子干涉仪用物理封装，其特征在于，
389.具备附记31所述的物理封装。
390.(附记37)
391.一种针对原子或离子化的原子的量子信息处理设备用物理封装，其特征在于，
392.具备附记31所述的物理封装。
393.(附记38)
394.一种密闭构件，对设置在真空室内并卷绕于供原子束流过的射束轴的周围来形成在空间上带有梯度的磁场的线圈进行密闭，
395.所述密闭构件的特征在于，
396.用形成为环形的片形状或厚壁形状的铟将所述密闭构件与所述线圈侧之间密封，将所述线圈的一部分或全部气密地包围。
397.附图标记说明
398.10光晶格钟，12物理封装，14光学系统装置，16控制装置，18pc，20真空室，22主体部，24圆筒壁，26前部圆形壁，28后部圆形壁，30突起部，32圆筒壁，34前部圆形壁，38腿，40原子炉，42原子束，44塞曼减速器用线圈，44a凸缘，46光学谐振器，48mot装置用线圈，48a凸缘，50捕获空间，52时钟跃迁空间，54低温槽，56热联接构件，58冷冻机，58a珀耳帖元件，58b散热板，58c隔热构件，58d、58e坡莫合金磁场屏蔽件，60真空泵主体，62真空泵筒，64、66光晶格光用耐真空光学窗口，68mot光用耐真空光学窗口，70、72mot光用耐真空光学窗口，74、76光学镜，80光晶格光束，82塞曼减速光束，84、86a、86b mot光束，90原子炉用冷却器，92塞曼减速器用冷却器，94mot装置用冷却器，96 3轴磁场校正线圈，98耐真空电连接器，102冷
冻机用独立磁场补偿线圈，104原子炉用独立磁场补偿线圈，120第1线圈组，122、124线圈，130第2线圈组，132、134线圈，136、138箭头，140第1线圈组，142复合线圈，143、144线圈，145复合线圈，146、147线圈，150第2线圈组，152、154线圈，160第1线圈组，162复合线圈，163、164线圈，165复合线圈，166、167线圈，170第2线圈组，172、174线圈，180保持件，182、184、186框架，190校正线圈，192电流通路，194绝缘部，196布线通路，198终端连接器，199边界部，200、202、203、204、206、208电流通路，210校正线圈，212、214电流通路，218物理封装，220真空室，222主体部，224、230 3轴磁场校正线圈，240原子集团，242校正用空间，243荧光观测空间，244荧光，246光接收器、250原子集团、252a、252b、252c、252d、252e荧光、254ccd相机，260温度传感器，262控制装置，264温度传感器，266电流通路，268电流通路，270漏磁场，272补偿磁场，280线轴，282线圈，284塞曼线圈部，286mot线圈部，288上游凸缘，290、292下游凸缘，300线轴，302mot线圈，304、306凸缘，312上部支撑构件，314下部支撑构件，320塞曼线圈，322部位，330塞曼线圈，332部位，340塞曼减速器用线圈，342线圈，344塞曼线圈部，346mot线圈部，350、352、354凸缘，370圆环支撑部，372水冷管，374、376梁，380mot装置用线圈，390塞曼减速器用线圈，392线圈，394、396、398凸缘，400半圆环支撑部，402水冷管，410塞曼减速器用线圈，412线轴，414线圈，420塞曼减速器用线圈，422线轴，424、426凸缘，428、430密封构件，432气密连接器，434、436线圈，440罩。