JP2009250951A - Electric field enhancement optical device - Google Patents

Electric field enhancement optical device Download PDF

Info

Publication number
JP2009250951A
JP2009250951A JP2008103189A JP2008103189A JP2009250951A JP 2009250951 A JP2009250951 A JP 2009250951A JP 2008103189 A JP2008103189 A JP 2008103189A JP 2008103189 A JP2008103189 A JP 2008103189A JP 2009250951 A JP2009250951 A JP 2009250951A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electric field
optical device
layer
resonance
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008103189A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shizunami Ri
静波 李
Yuichi Tomaru
雄一 都丸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2008103189A priority Critical patent/JP2009250951A/en
Publication of JP2009250951A publication Critical patent/JP2009250951A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To extend resonance width so that a plurality of wavelengths can be resonated in an electric field enhancement optical device having a micro-resonator structure. <P>SOLUTION: The electric field enhancement optical device D3 is configured to have a micro-resonator structure including a semi-transmissive and semi-reflective first reflection layer, a translucent layer having permeability, and a reflective second reflection layer, and the micro-resonator structure is configured to include a plurality of resonating areas W-Z differed in optical path length so that a plurality of wavelengths can be resonated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、微小共振器構造の光閉じ込め現象による電場増強を利用した電場増強光デバイスに関するものである。   The present invention relates to an electric field-enhanced optical device using electric field enhancement due to an optical confinement phenomenon of a microresonator structure.

従来、生物発光、化学発光、蛍光およびラマン散乱光などは微弱であるため、より高感度に検出するために測定光を局所に閉じ込めプラズモンを誘起し、このプラズモンの電場増強効果を利用して上記のような微弱な光を増強する技術が良く使われる。このような電場増強光デバイスの一例としては、ラマン分光法で使用され、表面においてラマン散乱光を増強する表面増強ラマンデバイスが挙げられる。表面増強ラマンデバイスを用いることにより、測定光の強度およびラマン散乱光そのものの強度が増強されるため、光学測定を高感度に実施することができる。   Conventionally, bioluminescence, chemiluminescence, fluorescence, Raman scattering light, etc. are weak, so to detect with higher sensitivity, the measurement light is confined locally to induce plasmons, and the electric field enhancement effect of this plasmon is used to A technology that enhances weak light such as is often used. An example of such an electric field-enhanced optical device is a surface-enhanced Raman device that is used in Raman spectroscopy to enhance Raman scattered light at the surface. By using the surface-enhanced Raman device, the intensity of the measurement light and the intensity of the Raman scattered light itself are enhanced, so that optical measurement can be performed with high sensitivity.

一方、表面増強ラマンデバイスの他の形態の一つとして、局在プラズモン共鳴を利用するものがある。これは、金属体、特に表面にナノオーダの凹凸(金属微細凹凸構造)を有する金属体に物質を接触させた状態で光を照射すると、局在プラズモン共鳴による電場増強が生じ、金属体表面に接触された試料のラマン散乱光強度が増強されるというものであり、金属微細凹凸構造の規則性が高いほど、より均一性が高く効果的な電場増強が得られると言われている。このような表面に金属微細凹凸構造を作製する方法の一つとして、粒径均一性の高い金属微粒子を作製し、その金属微粒子を金属体の表面に固着させる方法が挙げられる。   On the other hand, as another form of the surface-enhanced Raman device, there is one using localized plasmon resonance. This is because when an object is in contact with a metal body, particularly a metal body with nano-order unevenness (metal fine concavo-convex structure) on the surface, the electric field is enhanced by localized plasmon resonance and contacts the surface of the metal body. It is said that the Raman scattered light intensity of the prepared sample is enhanced, and the higher the regularity of the metal fine concavo-convex structure, the more uniform and effective electric field enhancement can be obtained. As one of methods for producing such a metal fine concavo-convex structure on the surface, there is a method in which metal fine particles having high particle size uniformity are produced and the metal fine particles are fixed to the surface of the metal body.

さらに、特許文献1に示されている通り、金属微粒子を用いることによって得られる局在プラズモン共鳴と、微小共振器構造を用いることによって得られる光共振とを利用し、より大きな表面増強ラマン効果を実現しているという報告もある。
特表2004−530867号公報
Furthermore, as shown in Patent Document 1, a larger surface-enhanced Raman effect can be obtained by utilizing localized plasmon resonance obtained by using metal fine particles and optical resonance obtained by using a microresonator structure. There are also reports that it has been realized.
Japanese translation of PCT publication No. 2004-530867

しかしながら、微小共振器構造を用いる電場増強光デバイスにおいて、一般的には測定試料や測定方法等の測定条件により必要とされる測定光の波長が異なるため、測定条件ごとに測定光の波長を変えなければならないが、この測定光の波長の変更に伴って、電場増強光デバイスそのものも取り替えなければならないという問題がある。これは、通常微小共振器はその構造によって光共振する測定光の波長(共振波長)が決まっているため、測定光の波長に合わせて微小共振器構造を選択する必要があるためである。   However, in an electric field-enhanced optical device that uses a microresonator structure, the wavelength of measurement light required varies depending on the measurement conditions such as the measurement sample and measurement method. However, there is a problem that the electric field enhancing optical device itself must be replaced with the change of the wavelength of the measuring light. This is because the wavelength of the measurement light that resonates optically (resonance wavelength) is usually determined by the structure of the microresonator, and it is necessary to select the microresonator structure in accordance with the wavelength of the measurement light.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、1つの電場増強光デバイスで測定光の波長変更に対応するため、複数の波長に対して光共振が可能な微小共振器構造を有する電場増強光デバイスの提供を目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and in order to cope with a change in wavelength of measurement light with one electric field enhancing optical device, an electric field enhancement having a microresonator structure capable of optical resonance with respect to a plurality of wavelengths. The purpose is to provide an optical device.

上記目的を達成するために、本発明者は、微小共振器構造内に複数の共振領域を持たせることに注目して、本発明に至った。   In order to achieve the above object, the present inventor has reached the present invention by paying attention to providing a plurality of resonance regions in the microresonator structure.

すなわち、本発明による散乱光検出方法は、透過性を有する透光層と、透光層の片面に形成された半透過半反射性を有する第1の反射層と、透光層の他の面に形成された反射性を有する第2の反射層とからなる微小共振器構造を有する電場増強光デバイスであって、
微小共振器構造が、第1の反射層と第2の反射層との間の光路長が異なる複数の共振領域を有するものであり、
第1の反射層に対して透光層とは反対の側から、第1の反射層に測定光を照射することにより第1の反射層と第2の反射層との間で光共振を生じせしめることを特徴とするものである。
That is, the scattered light detection method according to the present invention includes a translucent layer having transparency, a first reflective layer having transflective properties formed on one side of the translucent layer, and another surface of the translucent layer. An electric field-enhanced optical device having a microresonator structure formed of a second reflective layer having reflectivity formed on
The microresonator structure has a plurality of resonance regions having different optical path lengths between the first reflection layer and the second reflection layer,
Optical resonance occurs between the first reflective layer and the second reflective layer by irradiating the first reflective layer with measurement light from the side opposite to the light transmissive layer with respect to the first reflective layer. It is characterized by damaging.

ここで、「半透過半反射性」とは、透過性と反射性を共に有する性質を意味するものとし、透過率と反射率は共に0%より大きく100%未満の範囲で任意である。   Here, “semi-transmissive / semi-reflective” means a property having both transparency and reflectivity, and both the transmittance and the reflectance are arbitrary in the range of more than 0% and less than 100%.

「微小共振器構造」とは、内部に取り込まれた測定光の多重反射による多重干渉によって光共振を生じる共振器構造であって、共振器長が測定光の波長程度に微小のものを意味するものとする。   “Microresonator structure” means a resonator structure that causes optical resonance due to multiple interference due to multiple reflection of measurement light taken inside, and that has a resonator length as small as the wavelength of the measurement light. Shall.

「光路長」とは、透光層の屈折率nと共振器長dを用いて表されるndを意味するものとする。なお、「共振器長」とは、第1の反射層と透光層との界面から第2の反射層と透光層との界面までの長さ(或いは、透光層の厚さ)を意味するものとする。   The “optical path length” means nd expressed using the refractive index n of the light transmitting layer and the resonator length d. The “resonator length” is the length from the interface between the first reflective layer and the light transmissive layer to the interface between the second reflective layer and the light transmissive layer (or the thickness of the light transmissive layer). Shall mean.

「共振領域」とは、微小共振器構造中の光路長が等しい部分の総称を意味するものとする。   The “resonance region” means a generic name of portions having the same optical path length in the microresonator structure.

そして、本発明による電場増強光デバイスにおいて、共振領域は、複数の微小共振領域から構成されるものであることが好ましく、微小共振領域は、微小共振器構造中に略均一に配置されたものであることが好ましい。   In the electric field enhanced optical device according to the present invention, the resonance region is preferably composed of a plurality of microresonance regions, and the microresonance regions are arranged substantially uniformly in the microresonator structure. Preferably there is.

ここで、「微小共振領域」とは、複数に分割された共振領域のそれぞれの部分であって、測定光の照射領域以下程度に微小のものを意味するものとする。   Here, the “microresonance region” means a portion of each of the resonance regions divided into a plurality of portions that is as small as the measurement light irradiation region or less.

さらに、光路長は、それぞれの共振領域の透光層の誘電率の差によって異なるものであることが好ましく、或いは、それぞれの共振領域の共振器長の差によって異なるものであることが好ましい。   Furthermore, the optical path length is preferably different depending on the difference in dielectric constant of the light transmitting layer in each resonance region, or preferably different depending on the difference in resonator length in each resonance region.

そして、第1の反射層は、透光層の表面にパターン形成された金属層からなるものであることが好ましく、或いは、透光層の表面に複数の非凝集金属微粒子が固着されて形成される金属層からなるものであることが好ましい。   The first reflective layer is preferably composed of a metal layer patterned on the surface of the light-transmitting layer, or formed by adhering a plurality of non-aggregated metal fine particles to the surface of the light-transmitting layer. It is preferable that it consists of a metal layer.

また、透光層は、第1の反射層側の面において開口した複数の微細孔を有する微細孔体からなるものであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that a translucent layer consists of a microporous body which has several micropores opened in the surface at the side of the 1st reflection layer.

さらに、可視領域〜近赤外領域の測定光に光共振することが好ましい。   Furthermore, it is preferable to optically resonate with measurement light in the visible region to the near infrared region.

本発明による電場増強光デバイスによれば、複数の波長に対して光共振が可能となるように微小共振器構造内に複数の共振領域を設けることにより、測定光の波長変更に伴って電場増強光デバイスを取り替える必要がなくなる。これにより、光学測定を低コスト化かつ簡素化することが可能となる。さらに、波長幅を持つ光に対しては、より広い波長領域の光を利用することができ、光学測定の効率を向上させることが可能となる。   According to the electric field-enhanced optical device according to the present invention, by providing a plurality of resonance regions in the microresonator structure so that optical resonance is possible for a plurality of wavelengths, the electric field is enhanced along with the change of the wavelength of the measurement light. There is no need to replace the optical device. This makes it possible to reduce the cost and simplify the optical measurement. Furthermore, for light having a wavelength width, light in a wider wavelength region can be used, and the efficiency of optical measurement can be improved.

以下、本発明における最良の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。   Hereinafter, although the best embodiment in the present invention is described using a drawing, the present invention is not limited to this.

「電場増強光デバイス」
まず、図を用いて本発明の基本となる電場増強光デバイスの原理を説明する。
"Electric field enhanced optical device"
First, the principle of the electric field-enhanced optical device as the basis of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1Aは基本的な電場増強光デバイスの概略斜視図であり、図1Bは図1AにおけるA−A’を通る厚み方向断面図である。   1A is a schematic perspective view of a basic electric field-enhanced optical device, and FIG. 1B is a cross-sectional view in the thickness direction through A-A ′ in FIG. 1A.

図1Aに示すように、この電場増強光デバイスD1は、測定光L1の入射側(図示上側)から、半透過半反射性を有し試料が供給される第1の反射層10と、透過性を有する透光層20と、反射性を有する第2の反射層30とを順次備えたデバイス構造を有する。測定光L1は、波長光或が波長幅を持つ光であり、波長は検出する物質に応じて選択される。   As shown in FIG. 1A, the electric field enhancing optical device D1 includes a first reflective layer 10 that is semi-transparent and semi-reflective and supplied with a sample from the incident side (upper side in the drawing) of the measurement light L1, and is transmissive. The device structure is provided with the light-transmitting layer 20 having the above and the second reflective layer 30 having reflectivity in order. The measurement light L1 is wavelength light or light having a wavelength width, and the wavelength is selected according to the substance to be detected.

例えば、透光層20は透光性平坦基板からなり、第1の反射層10は透光層20の一方の面に形成された、規則的な格子状パターンの金属細線11からなり、第2の反射層30は透光層20の他方の面に形成されたベタ金属膜からなる。   For example, the translucent layer 20 is made of a translucent flat substrate, the first reflective layer 10 is made of a metal wire 11 having a regular lattice pattern formed on one surface of the translucent layer 20, and the second The reflective layer 30 is made of a solid metal film formed on the other surface of the translucent layer 20.

この場合、透光層20の材質は特に制限なく、ガラスやアルミナ等の透光性セラミック、アクリル樹脂やカーボネート樹脂等の透光性樹脂等が挙げられる。透光層20の厚さdは、多重干渉による可視光領域の吸収ピーク波長が1つとなり容易に検出可能であることから300nm以下が好ましく、多重反射が効果的に起こりかつ多重干渉による吸収ピーク波長が可視光領域で容易に検出可能であることから100nm以上が好ましい。   In this case, the material of the translucent layer 20 is not particularly limited, and examples thereof include translucent ceramics such as glass and alumina, translucent resins such as acrylic resins and carbonate resins, and the like. The thickness d of the translucent layer 20 is preferably 300 nm or less because the absorption peak wavelength in the visible light region due to multiple interference is one and can be easily detected, and multiple reflection occurs effectively and the absorption peak due to multiple interference. The wavelength is preferably 100 nm or more because it can be easily detected in the visible light region.

第1の反射層10及び第2の反射層30の材質としては、任意の反射性金属を使用でき、Au、Ag、Cu、Al、Pt、Ni、Ti、及びこれらの合金等が挙げられる。第1の反射層10及び第2の反射層30はこれら反射性金属を2種以上含むものであってもよい。   As a material of the first reflective layer 10 and the second reflective layer 30, any reflective metal can be used, and examples thereof include Au, Ag, Cu, Al, Pt, Ni, Ti, and alloys thereof. The first reflective layer 10 and the second reflective layer 30 may include two or more of these reflective metals.

第1の反射層10は、例えば金属蒸着等によりベタ金属膜を成膜した後、公知のフォトリソグラフィー加工を実施することで形成でき、第2の反射層30は、例えば金属蒸着等により成膜できる。   The first reflective layer 10 can be formed by forming a solid metal film by, for example, metal vapor deposition, and then performing a known photolithography process, and the second reflective layer 30 is formed by, for example, metal vapor deposition. it can.

第1の反射層10は、金属細線11自体は反射性金属からなるが、複数存在するパターン空隙12が光を透過させるため、半透過半反射性を有する。金属細線11のピッチは、測定光L1の波長よりも小さい条件を充足すれば特に制限なく、測定条件、特に測定光L1の波長等によって適宜選択することができる。例えば、測定光L1として可視光を用いる場合には200nm以下が好ましい。金属細線11の線幅は、特に制限はないが、光によって金属中で振動する電子の平均自由行程以下であることが好ましく、具体的には50nm以下、特に30nm以下であることが好ましい。金属細線11の線幅及びピッチが測定光L1の波長よりも小さく設計された場合、すなわち第1の反射層10が測定光L1の波長よりも小さい凹凸構造を有する場合、第1の反射層10は、光に対して電磁メッシュシールド機能を有する半透過半反射性の薄膜となる。   The first reflective layer 10 has a semi-transmissive and semi-reflective property because the fine metal wires 11 themselves are made of a reflective metal but a plurality of pattern gaps 12 transmit light. The pitch of the thin metal wires 11 is not particularly limited as long as the condition smaller than the wavelength of the measurement light L1 is satisfied, and can be appropriately selected according to the measurement conditions, particularly the wavelength of the measurement light L1. For example, when visible light is used as the measurement light L1, it is preferably 200 nm or less. The line width of the fine metal wire 11 is not particularly limited, but is preferably equal to or less than the mean free path of electrons that vibrate in the metal by light, specifically 50 nm or less, and particularly preferably 30 nm or less. When the line width and pitch of the thin metal wires 11 are designed to be smaller than the wavelength of the measurement light L1, that is, when the first reflective layer 10 has an uneven structure smaller than the wavelength of the measurement light L1, the first reflective layer 10 Becomes a transflective thin film having an electromagnetic mesh shielding function against light.

この電場増強光デバイスD1は、透光層20の厚みと透光層20内の平均屈折率とに応じて共振波長を変化させることができる。透光層20の厚みと透光層20内の平均屈折率と共振波長とは下記式(1)を略充足している。従って、透光層20内の平均屈折率が同じものであれば、透光層20の厚みを変えるだけで共振波長を変化させることができる。
λ≒2nd/(m+1)・・・(1)
(式中、dは透光層20の厚み、λは共振波長、nは透光層20内の平均屈折率、mは整数である。)
The electric field enhanced optical device D1 can change the resonance wavelength according to the thickness of the light transmitting layer 20 and the average refractive index in the light transmitting layer 20. The thickness of the translucent layer 20, the average refractive index in the translucent layer 20, and the resonance wavelength substantially satisfy the following formula (1). Therefore, if the average refractive index in the translucent layer 20 is the same, the resonance wavelength can be changed only by changing the thickness of the translucent layer 20.
λ≈2nd / (m + 1) (1)
(In the formula, d is the thickness of the translucent layer 20, λ is the resonance wavelength, n is the average refractive index in the translucent layer 20, and m is an integer.)

なお、後述する透光層20が微細孔を有するような場合は、上記式(1)の「透光層20内の平均屈折率」とは、陽極酸化金属体の屈折率とその微細孔内の物質(微細孔内に特に充填物質がない場合には空気、微細孔内に充填物質がある場合には充填物質/又は充填物質と空気)の屈折率とを合わせて平均化した平均屈折率を意味する。   When the light-transmitting layer 20 described later has fine holes, the “average refractive index in the light-transmitting layer 20” in the above formula (1) means the refractive index of the anodized metal body and the inside of the fine holes. The average refractive index averaged by adding together the refractive indexes of the above materials (air if there is no filler in the micropores, and filler / or filler and air if there is a filler in the micropores) Means.

屈折率は、材料に吸収がある場合は複素屈折率で表すが、透光層20において複素部分はゼロであり、透光層20が微細孔を有する場合にも、微細孔内の充填物質による影響は小さいため、上記(1)式においては、複素部分を持たない屈折率表示とした。   The refractive index is expressed as a complex refractive index when the material has absorption, but the complex portion is zero in the light-transmitting layer 20, and even when the light-transmitting layer 20 has micropores, the refractive index depends on the filling material in the micropores. Since the influence is small, in the above formula (1), the refractive index is displayed without a complex part.

共振条件は、第1の反射層10及び第2の反射層30の物理特性や表面状態によっても変化するが、この変化の大きさは、透光層20の厚み及び透光層20内の平均屈折率による影響に比して小さいため、数nmオーダーの精度で上記式により共振波長を決定することができる。   The resonance condition also varies depending on the physical characteristics and the surface state of the first reflective layer 10 and the second reflective layer 30. The magnitude of this change depends on the thickness of the light transmissive layer 20 and the average in the light transmissive layer 20. Since it is smaller than the influence of the refractive index, the resonance wavelength can be determined by the above formula with an accuracy of several nm order.

以下、この電場増強光デバイスの作用を説明する。
図1Bに示すように、電場増強光デバイスD1に測定光L1が入射すると、第1の反射層10の透過率又は反射率に応じて、一部は第1の反射層10の表面で反射され(図示略)、一部は第1の反射層10を透過して透光層20に入射する。透光層20に入射した光は、第1の反射層10と第2の反射層30との間で反射を繰り返す。すなわち、電場増強光デバイスD1は、第1の反射層10と第2の反射層30との間で多重反射が起こる微小共振器構造を有している。従って、透光層20の中で多重反射光による多重干渉が起こり、共振条件を満たす共振波長において光共振し、共振波長の光を吸収する吸収特性を示す。そして吸収特性に応じた、測定光L1と異なる物理特性の出射光L2が出射される。さらに、微小共振器構造内の電場が増強されると共に、光散乱面である第1の反射層10表面においても効果的な電場増強効果を得ることができる。
The operation of this electric field enhanced optical device will be described below.
As shown in FIG. 1B, when the measurement light L1 is incident on the electric field enhancing optical device D1, a part is reflected on the surface of the first reflective layer 10 according to the transmittance or reflectance of the first reflective layer 10. (Not shown), a part of the light passes through the first reflective layer 10 and enters the light-transmitting layer 20. The light incident on the light transmissive layer 20 is repeatedly reflected between the first reflective layer 10 and the second reflective layer 30. That is, the electric field enhanced optical device D1 has a microresonator structure in which multiple reflection occurs between the first reflective layer 10 and the second reflective layer 30. Therefore, multiple interference due to multiple reflected light occurs in the light-transmitting layer 20, and optical resonance occurs at a resonance wavelength that satisfies the resonance condition, and absorption characteristics that absorb light at the resonance wavelength are exhibited. Then, emitted light L2 having physical characteristics different from the measurement light L1 according to the absorption characteristics is emitted. Furthermore, the electric field in the microresonator structure is enhanced, and an effective electric field enhancing effect can be obtained also on the surface of the first reflective layer 10 that is a light scattering surface.

またこの電場増強光デバイスでD1は、透光層20内における多重反射回数(フィネス)が最大となるよう、光インピーダンスマッチングをとったデバイス構造とすることが好ましい。かかる構成とすることで、吸収ピークがシャープになり、より効果的な表面増強効果が得られる。   In this electric field-enhanced optical device, it is preferable that D1 has a device structure with optical impedance matching so that the number of multiple reflections (finesse) in the light-transmitting layer 20 is maximized. By adopting such a configuration, the absorption peak becomes sharp and a more effective surface enhancement effect can be obtained.

さらに、この電場増強光デバイスD1では、第1の反射層10が自由電子を有する金属からなり、測定光L1の波長よりも小さい金属微細凹凸構造を有するので、第1の反射層10において局在プラズモン共鳴が誘起される。これにより、光散乱面の表面においてさらなる電場増強効果を得ることができる。   Further, in this electric field-enhanced optical device D1, since the first reflective layer 10 is made of a metal having free electrons and has a metal fine concavo-convex structure smaller than the wavelength of the measurement light L1, it is localized in the first reflective layer 10. Plasmon resonance is induced. Thereby, the further electric field enhancement effect can be acquired in the surface of a light-scattering surface.

局在プラズモン共鳴は、金属の自由電子が光の電場に共鳴して振動することで電場を生じる現象である。特に金属微細凹凸構造を有する金属層では、凸部の自由電子が光の電場に共鳴して振動することで凸部周辺に強い電場を生じ、局在プラズモン共鳴が効果的に起こるとされている。本実施形態では、上記のとおり第1の反射層10が測定光L1の波長より小さい金属微細凹凸構造を有するので、局在プラズモン共鳴が効果的に起こる。   Local plasmon resonance is a phenomenon in which a metal free electron resonates with an electric field of light and vibrates to generate an electric field. In particular, in a metal layer having a fine metal concavo-convex structure, it is said that a free electric field in a convex portion oscillates in resonance with an electric field of light, thereby generating a strong electric field around the convex portion and causing localized plasmon resonance effectively. . In the present embodiment, as described above, since the first reflective layer 10 has a metal fine concavo-convex structure that is smaller than the wavelength of the measurement light L1, localized plasmon resonance occurs effectively.

局在プラズモン共鳴が生じる波長においては、測定光L1の散乱や吸収が著しく増大し、上記多重干渉による光共振と同様、光散乱面において電場が増強される。この局在プラズモン共鳴が生じる波長(共鳴ピーク波長)、及び測定光L1の散乱や吸収の程度は、電場増強光デバイスD1の表面の凹凸のサイズ、金属の種類及び表面に接触された試料の屈折率等に依存する。   At the wavelength at which the local plasmon resonance occurs, the scattering and absorption of the measurement light L1 are remarkably increased, and the electric field is enhanced on the light scattering surface as in the optical resonance due to the multiple interference. The wavelength at which this localized plasmon resonance occurs (resonance peak wavelength) and the degree of scattering and absorption of the measurement light L1 are determined by the size of the irregularities on the surface of the electric field enhanced optical device D1, the type of metal, and the refraction of the sample in contact with the surface. Depends on rate etc.

例えば、この電場増強光デバイスD1は、第1の反射層10の光散乱面における電場増強効果を利用して、光散乱面に接触させた試料又は試料セルに測定光L1を照射してラマン散乱光を分析する、表面増強ラマン分光法等に用いることができる。   For example, the electric field enhancing optical device D1 uses the electric field enhancing effect on the light scattering surface of the first reflective layer 10 to irradiate the sample or sample cell brought into contact with the light scattering surface with the measurement light L1 and perform Raman scattering. It can be used for surface-enhanced Raman spectroscopy that analyzes light.

表面増強ラマン分光法においては、表面増強ラマン効果を得る共鳴波長(以下、ラマン増強波長という)にその測定光の波長を一致させることにより、より効果的な表面増強ラマン効果を得ることができる。従って、測定試料によって照射する測定光の波長を変化させる必要がある表面増強ラマン分光法において、電場増強光デバイスは測定光の波長に応じて設計されていることが好ましい。   In surface-enhanced Raman spectroscopy, a more effective surface-enhanced Raman effect can be obtained by making the wavelength of the measurement light coincide with the resonance wavelength (hereinafter referred to as Raman-enhanced wavelength) at which the surface-enhanced Raman effect is obtained. Therefore, in the surface-enhanced Raman spectroscopy in which the wavelength of the measurement light irradiated by the measurement sample needs to be changed, the electric field enhanced optical device is preferably designed according to the wavelength of the measurement light.

ただ、通常ラマン増強波長の制御は、例えば、局在プラズモン共鳴を用いたデバイスの場合は、金属微細凹凸構造のサイズの精密な制御が必要であり、複雑なプロセスを要することになる。   However, the control of the Raman enhancement wavelength usually requires precise control of the size of the metal fine concavo-convex structure in the case of a device using localized plasmon resonance, which requires a complicated process.

しかしながら、この電場増強光デバイスD1は、式(1)に示されるように、共振波長が透光層20の平均屈折率と厚みとに応じて変わるので、これらのファクタを変化させるだけの簡易な設計変更によってラマン増強波長が変化する。したがって、この電場増強光デバイスD1によれば、用途に応じた所望の波長において表面増強ラマン効果を有する電場増強光デバイスD1を、複雑なデバイス設計を要さず、簡易に得ることができる。   However, the electric field-enhanced optical device D1, as shown in the equation (1), has a resonance wavelength that varies depending on the average refractive index and thickness of the light-transmitting layer 20, and thus can be simply changed by changing these factors. The Raman enhancement wavelength changes due to the design change. Therefore, according to this electric field enhancement optical device D1, the electric field enhancement optical device D1 which has the surface enhancement Raman effect in the desired wavelength according to a use can be obtained easily, without requiring complicated device design.

この電場増強光デバイスD1では、多重干渉が効果的に起こり、特定波長の光に対して強い吸収が起こるので、局在プラズモン共鳴のみを利用した電場増強光デバイスに比して表面増強ラマン効果が大きく(例えば、100倍以上の増強効果)、高精度分析を実施できる。   In this electric field-enhanced optical device D1, multiple interference occurs effectively and strong absorption occurs for light of a specific wavelength, so that the surface-enhanced Raman effect is higher than that of an electric field-enhanced optical device that uses only localized plasmon resonance. Large (for example, an enhancement effect of 100 times or more) and high-precision analysis can be performed.

なお、多重干渉による吸収ピークと局在プラズモン共鳴による吸収ピークは異なる波長に現れる場合もあるし、重なる場合もある。   The absorption peak due to multiple interference and the absorption peak due to localized plasmon resonance may appear at different wavelengths or may overlap.

第1の反射層10及び第2の反射層30の材質としては、金属以外の反射性材料を用いてもよいが、第1の反射層10は、上記の如く、局在プラズモン共鳴による表面増強ラマン効果も得られる金属が好ましい。   As the material of the first reflective layer 10 and the second reflective layer 30, a reflective material other than metal may be used, but the first reflective layer 10 has a surface enhancement by localized plasmon resonance as described above. A metal capable of obtaining a Raman effect is preferred.

上記のような場合には、多重干渉による共振と局在プラズモン共鳴が生じており、それぞれ独立の現象により生ずる表面増強ラマン効果が得られることを述べたが、これらの現象の相互作用または上記デバイス構成特有の現象により、表面増強ラマン効果が強められていることも考えられる。   In the case described above, resonance due to multiple interference and localized plasmon resonance have occurred, and it has been described that the surface enhanced Raman effect caused by independent phenomena can be obtained. It is also conceivable that the surface-enhanced Raman effect is intensified by a phenomenon specific to the configuration.

また、この電場増強光デバイスD1において、第1の反射層10が規則的な格子状パターンの場合について説明したが、第1の反射層10のパターン形状は任意であり、ランダムパターンでもよい。ただし、構造規則性が高い方が微小共振器構造の面内均一性が高く、特性が集約されるので好ましい。   Moreover, in this electric field enhancement optical device D1, although the case where the 1st reflection layer 10 was a regular lattice pattern was demonstrated, the pattern shape of the 1st reflection layer 10 is arbitrary and a random pattern may be sufficient. However, a higher structural regularity is preferable because the in-plane uniformity of the microresonator structure is higher and the characteristics are concentrated.

そして、上記では、透光層20および第2の反射層30において、それぞれ透光性平坦基板およびベタ金属膜の場合について説明したが、これらは金属体の一部を酸化させたもの等を用いてもよい。つまり、この場合、酸化させた金属体の一部が透光層20となり、残りの金属体が第2の反射層30となる。   In the above description, the translucent flat substrate and the solid metal film have been described in the translucent layer 20 and the second reflective layer 30, respectively, but these are obtained by oxidizing a part of the metal body. May be. That is, in this case, a part of the oxidized metal body becomes the translucent layer 20 and the remaining metal body becomes the second reflective layer 30.

一方、第1の反射層10は、規則的な格子状パターンの金属細線11に代えて、マトリクス状に略規則配列して固着された複数かつ非凝集の金属微粒子Bによって構成してもよい(図2)。   On the other hand, the first reflective layer 10 may be constituted by a plurality of non-aggregated metal fine particles B that are fixed in a regular array in a matrix instead of the fine metal wires 11 having a regular lattice pattern ( Figure 2).

この場合には、前述した金属細線11の場合と同様に、構造規則性が高い方が微小共振器構造の面内均一性が高く、特性が集約されるので好ましい。金属微粒子Bが凝集粒子を含む場合は、多数の金属微粒子Bが凝集してできた部分と、そうでない部分とが存在し、第1の反射層10の構造規則性が低くなりやすいが、本実施形態の金属微粒子Bは非凝集金属微粒子であるため、凝集粒子を含む場合に比して高い構造規則性を有する第1の反射層10を容易に形成することができる。   In this case, as in the case of the thin metal wire 11 described above, it is preferable that the structural regularity is high because the in-plane uniformity of the microresonator structure is high and the characteristics are concentrated. When the metal fine particles B include aggregated particles, there are a portion formed by aggregation of many metal fine particles B and a portion that is not, and the structural regularity of the first reflective layer 10 tends to be low. Since the metal fine particles B of the embodiment are non-aggregated metal fine particles, the first reflective layer 10 having a high structural regularity can be easily formed as compared with the case of including the aggregated particles.

金属微粒子Bの材料は制限なく、前述の第1の反射層10と同様の金属、すなわちAu、Ag、Cu、Al、Pt、Ni、Ti、及びこれらの合金等が例示できる。   The material of the metal fine particles B is not limited, and examples thereof include the same metals as the first reflective layer 10 described above, that is, Au, Ag, Cu, Al, Pt, Ni, Ti, and alloys thereof.

また、金属微粒子Bは非凝集金属微粒子であるので、(1)金属微粒子同士が会合せず、金属微粒子同士が離間されて存在しているもの、あるいは(2)金属微粒子が結合した後に一体の粒子となり、再びもとの状態には戻せないもの、の何れかに含まれる金属微粒子である。   Further, since the metal fine particles B are non-aggregated metal fine particles, (1) the metal fine particles are not associated with each other and the metal fine particles are separated from each other, or (2) the metal fine particles are integrated after the metal fine particles are bonded. It is a metal fine particle contained in any one of particles that cannot be restored to the original state.

(1)の金属微粒子Bが複数固着された第1の反射層10としては、金属微粒子B同士が会合しないように一定の距離以上離間されて配置された金属層が挙げられる。この金属層において、金属微粒子Bの配置は、ランダムでも略規則的な配列を有していてもよい。   As the first reflective layer 10 to which a plurality of metal fine particles B are fixed in (1), a metal layer that is spaced apart by a certain distance or more so that the metal fine particles B do not associate with each other can be mentioned. In this metal layer, the arrangement of the metal fine particles B may be random or substantially regular.

金属微粒子Bがランダムに配置された金属層としては、例えば斜め蒸着法等により得られる島状パターンの金属層等が挙げられる。   Examples of the metal layer in which the metal fine particles B are randomly arranged include a metal layer having an island pattern obtained by an oblique deposition method or the like.

また、金属微粒子Bが略規則配列された金属層としては、ドット状、メッシュ状、ボウタイ形状アレイ、針状の金属微粒子Bが略規則配列されるようにパターニングされたものなどが挙げられる。これらの場合のパターニングは、リソグラフィや集束イオンビーム法(FIB法)等による加工及び自己組織化を利用する方法等により実施することができる。   Examples of the metal layer in which the metal fine particles B are substantially regularly arranged include a dot shape, a mesh shape, a bow tie shape array, and a pattern in which the needle-like metal fine particles B are substantially regularly arranged. Patterning in these cases can be performed by a method using processing such as lithography or a focused ion beam method (FIB method) and self-organization.

(2)の金属微粒子Bが複数固着された第1の反射層10としては、融着やメッキ処理による金属成長の過程において一体化して形成され、再び一体化する前の状態には戻すことのできない金属微粒子Bが複数固着されたものが挙げられる。   The first reflective layer 10 to which a plurality of fine metal particles B of (2) are fixed is formed integrally in the process of metal growth by fusion or plating, and can be returned to the state before being integrated again. Examples include a plurality of metal fine particles B that cannot be fixed.

また第1の反射層10は、上記した以外に、透光層20の表面に金属微粒子Bの分散溶液をスピンコート法等により塗布し乾燥することによっても形成できる。分散溶液に樹脂や蛋白質等のバインダを含有させ、バインダを介して金属微粒子Bを透光層20の表面に固着させることが好ましい。バインダとして蛋白質を用いる場合には、蛋白質同士の結合反応を利用して、金属微粒子Bを透光層20の表面に固着させることも可能である。   In addition to the above, the first reflective layer 10 can also be formed by applying a dispersion of the metal fine particles B to the surface of the light transmitting layer 20 by a spin coat method or the like and drying. It is preferable that a binder such as resin or protein is contained in the dispersion solution, and the metal fine particles B are fixed to the surface of the translucent layer 20 through the binder. When a protein is used as the binder, the metal fine particles B can be fixed to the surface of the light-transmitting layer 20 by utilizing a binding reaction between the proteins.

複数の金属微粒子Bからなる第1の反射層10は、反射性金属からなるが、粒子間の空隙を複数有しているので光透過性を有し、半透過半反射性を有する。金属微粒子Bの径及びピッチは測定光L1の波長よりも小さく設計されており、第1の反射層10は測定光L1の波長よりも小さい金属微細凹凸構造を有するものとなっている。本実施形態においても、第1の反射層10は、金属微細凹凸構造が光の波長よりも小さいので、電磁メッシュシールド機能を有する半透過半反射性の薄膜となる。   The first reflective layer 10 made of a plurality of metal fine particles B is made of a reflective metal, and has a plurality of voids between the particles, so that it has light transmissivity and transflective properties. The diameter and pitch of the metal fine particles B are designed to be smaller than the wavelength of the measuring light L1, and the first reflective layer 10 has a metal fine concavo-convex structure smaller than the wavelength of the measuring light L1. Also in the present embodiment, the first reflective layer 10 is a semi-transmissive and semi-reflective thin film having an electromagnetic mesh shield function because the metal fine concavo-convex structure is smaller than the wavelength of light.

以上のように、複数の金属微粒子Bからなる第1の反射層10を有する電場増強光デバイスD2においても、電場増強光デバイスD1と同様の効果を得ることができる。   As described above, also in the electric field enhanced optical device D2 having the first reflective layer 10 made of the plurality of metal fine particles B, the same effect as the electric field enhanced optical device D1 can be obtained.

<第1の実施形態>
図3は、本実施形態による微小共振器構造を有する電場増強光デバイスを示す概略斜視図である。
<First Embodiment>
FIG. 3 is a schematic perspective view showing the electric field enhanced optical device having the microresonator structure according to the present embodiment.

本実施形態による電場増強光デバイスD3は、4つの共振領域W〜Zからなる微小共振器構造を有している。そして、4つの共振領域W〜Zは、すべて光路長が異なるように形成されており、それぞれが別々の共振波長を有するため、全体として共振波長の共振幅(共振波長スペクトルの半値幅)が拡大する。   The electric field enhancing optical device D3 according to the present embodiment has a microresonator structure composed of four resonance regions W to Z. The four resonance regions W to Z are all formed so as to have different optical path lengths, and each has a different resonance wavelength, so that the resonance width of the resonance wavelength (half-value width of the resonance wavelength spectrum) is expanded as a whole. To do.

これにより、測定光L1が単波長の場合には、測定光L1の照射領域をいずれかの共振領域W〜Zに合わせるように光学系を調整すれば、1つの電場増強光デバイスD3で4種類の共振波長に対応することができることになる。この結果、測定光L1の波長変更に伴って電場増強光デバイスを取り替える必要がなくなり、光学測定を低コスト化かつ簡素化することが可能となる。当然、共振領域の数が増えれば、より多くの共振波長に対応することができることになる。   As a result, when the measurement light L1 has a single wavelength, if the optical system is adjusted so that the irradiation region of the measurement light L1 matches any of the resonance regions W to Z, four types can be obtained with one electric field enhancement optical device D3. Therefore, it is possible to cope with the resonance wavelength. As a result, it is not necessary to replace the electric field enhancing optical device with a change in the wavelength of the measuring light L1, and the optical measurement can be reduced in cost and simplified. Naturally, if the number of resonance regions is increased, more resonance wavelengths can be handled.

一方、測定光L1が波長幅を持つ光の場合には、丁度図3に示すように、4つの共振領域W〜Zを均等に含むように光学系を調整すれば、1つの電場増強光デバイスD3で波長幅を持つ光L1のうちより広い波長領域の光を利用することができ、光学測定の効率を向上させることが可能となる。   On the other hand, when the measurement light L1 is light having a wavelength width, as shown in FIG. 3, if the optical system is adjusted so as to uniformly include the four resonance regions W to Z, one electric field enhancement optical device Light in a wider wavelength region can be used among the light L1 having a wavelength width at D3, and the efficiency of optical measurement can be improved.

さらに、1つの電場増強光デバイスD3で多くの共振波長に対応することができて、多種類の試料を測定の対象とすることができることから、この電場増強光デバイスD3の効率的な量産化を実現可能とする
<第2の実施形態>
図4は、本実施形態による微小共振器構造を有する電場増強光デバイスを示す概略斜視図である。
In addition, since one electric field-enhanced optical device D3 can cope with many resonance wavelengths, and various types of samples can be measured, this electric field-enhanced optical device D3 can be mass-produced efficiently. <Second embodiment>
FIG. 4 is a schematic perspective view showing the electric field enhanced optical device having the microresonator structure according to the present embodiment.

本実施形態による電場増強光デバイスD4は、4つの共振領域W〜Zを有し、かつこれらの共振領域が複数の微小共振領域W’〜Z ’に分割され均一に配置された微小共振器構造を有している。4つの共振領域W〜Zは、第1の実施形態と同様に、すべて光路長が異なるように形成されており、それぞれが別々の共振波長を有するため、全体として共振波長の共振幅が拡大する。   The electric field enhancing optical device D4 according to the present embodiment has four resonance regions W to Z, and these resonance regions are divided into a plurality of micro resonance regions W ′ to Z ′ and arranged uniformly. have. As in the first embodiment, the four resonance regions W to Z are all formed so as to have different optical path lengths, and each has a different resonance wavelength, so that the resonance width of the resonance wavelength as a whole is expanded. .

微小共振領域W’〜Z ’のそれぞれの大きさは、特に制限はないが、測定光L1の照射領域よりも小さいことが好ましい。   The size of each of the minute resonance regions W ′ to Z ′ is not particularly limited, but is preferably smaller than the irradiation region of the measurement light L1.

これにより、電場増強光デバイスD4の光散乱面の任意の場所を測定光L1によって照射しても、照射領域内にすべての共振領域W〜Zが略均等に含まれるようにできるため、光学系の調整をする必要がなくなる。この結果、光学測定の工程を簡素化することが可能となる。   Thereby, even if an arbitrary place on the light scattering surface of the electric field enhancing optical device D4 is irradiated with the measurement light L1, all the resonance regions W to Z can be included substantially uniformly in the irradiation region. There is no need to make adjustments. As a result, the optical measurement process can be simplified.

そして、以下において微小共振器構造の例について、図面を用いて説明する。   In the following, an example of a microresonator structure will be described with reference to the drawings.

<第3の実施形態>
図5は、本実施形態による微小共振器構造を有する電場増強光デバイスを示す概略斜視図である。本実施形態において、前述した基本となる電場増強光デバイスD1およびD2の場合と同様の要素についての説明は、特に必要のない限り省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a schematic perspective view showing the electric field enhanced optical device having the microresonator structure according to the present embodiment. In the present embodiment, the description of the same elements as those of the basic electric field enhancing optical devices D1 and D2 described above will be omitted unless particularly necessary.

本実施形態による電場増強光デバイスD5は、第2の反射層30と、平坦な第2の反射層30上に形成された、厚さがd1およびd2の階段状構造を有する透光層20と、透光層20の階段状構造のそれぞれのステップ面上に形成された複数の金属微粒子Bからなる第1の反射層10とからなるものである。透光層20の厚さがd1およびd2である共振領域をそれぞれ共振領域Wおよび共振領域Xとする。   The electric field enhanced optical device D5 according to the present embodiment includes a second reflective layer 30, and a translucent layer 20 formed on the flat second reflective layer 30 and having a stepped structure with thicknesses d1 and d2. The first reflective layer 10 made of a plurality of metal fine particles B formed on the respective step surfaces of the step-like structure of the translucent layer 20. The resonance regions where the thickness of the light transmitting layer 20 is d1 and d2 are defined as a resonance region W and a resonance region X, respectively.

階段状構造を有する透光層20の厚さd1およびd2は、それぞれ特に制限されることなく、透光層20を構成する材料の誘電率および測定条件、特に測定光の波長によって適宜選択することができる。   The thicknesses d1 and d2 of the translucent layer 20 having a stepped structure are not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the dielectric constant of the material constituting the translucent layer 20 and measurement conditions, particularly the wavelength of the measurement light. Can do.

そして、本実施形態による電場増強光デバイスD5の製造方法は、例えば金属体40から出発し(図6A)、金属体40上に誘電体材料を堆積して厚さd2の誘電体膜41を形成し(図6B)、共振領域Xとしたい部分の誘電体膜41上にマスクMを形成し(図6C)、ドライ或はウェットエッチングによりマスクMのない部分の厚さがd1となるように誘電体膜41を成形した後マスクMを除去し(図6D)、その後複数の金属微粒子Bを誘電体膜41の階段状構造のそれぞれのステップ面上に固着する(図5)ものである。   Then, the manufacturing method of the electric field enhancing optical device D5 according to the present embodiment starts from the metal body 40 (FIG. 6A), for example, and deposits a dielectric material on the metal body 40 to form the dielectric film 41 having a thickness d2. (FIG. 6B), a mask M is formed on the dielectric film 41 where the resonance region X is to be formed (FIG. 6C), and the thickness of the portion without the mask M is d1 by dry or wet etching. After forming the body film 41, the mask M is removed (FIG. 6D), and then a plurality of metal fine particles B are fixed on the respective step surfaces of the step-like structure of the dielectric film 41 (FIG. 5).

ここで、上記の方法によって製造された電場増強光デバイスD5において、複数の金属微粒子B、誘電体膜41および金属体40が、それぞれ第1の反射層10、透光層20および第2の反射層30となる。   Here, in the electric field enhanced optical device D5 manufactured by the above-described method, the plurality of metal fine particles B, the dielectric film 41, and the metal body 40 are respectively the first reflective layer 10, the translucent layer 20, and the second reflective layer. Layer 30 is formed.

金属体40の材料は、特に制限されるものではないが、Al、Ti、W、Pt、Cr、Ni、Cu等であることが好ましい。   The material of the metal body 40 is not particularly limited, but is preferably Al, Ti, W, Pt, Cr, Ni, Cu or the like.

誘電体膜41の材料は、透光性誘電体層として、必要とする反射および透過波長帯、反射率等に応じて適宜選択することができ、特に、SiO、MgF、NaAlF、TiO、ZrO、Ta、ZnS、ZnSe、ZnTe、Si、Ge、Y、Alからなる群より選択される少なくとも1種の材料であることが好ましい。また、誘電体膜41の構造は、上記の材料を用いて形成される層によって積層された構造とすることもできる。さらに、誘電体膜41の成膜方法は、透光性誘電体層の形成方法については特に限定はなく、例えば真空蒸着法やIAD(Ion Assisted Deposition)法やIP(Ion Plating)法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリング法などの従来公知の方法を用いることができる。 The material of the dielectric film 41 can be appropriately selected as a translucent dielectric layer according to required reflection and transmission wavelength bands, reflectivity, and the like. In particular, SiO 2 , MgF 2 , Na 3 AlF 6 , TiO 2, ZrO 2, Ta 2 O 5, ZnS, ZnSe, ZnTe, Si, Ge, Y 2 O 3, is preferably at least one material selected from the group made of Al 2 O 3. The structure of the dielectric film 41 may be a structure in which layers are formed using layers formed using the above materials. Further, the method for forming the dielectric film 41 is not particularly limited with respect to the method for forming the translucent dielectric layer. For example, the vacuum evaporation method, the IAD (Ion Assisted Deposition) method, the IP (Ion Plating) method, the CVD ( A conventionally known method such as a chemical vapor deposition method or a sputtering method can be used.

なお、金属微粒子Bの材料、径の大きさおよび固着方法等は前述した通りである。   The material, the size of the diameter, the fixing method, etc. of the metal fine particles B are as described above.

一方、本実施形態による電場増強光デバイスD5は、金属体40の酸化を利用した方法を用いても製造することができる。すなわち、金属体40の酸化を利用した電場増強光デバイスD5の製造方法は、例えば金属体(Al)40から出発し(図6A)、金属体(Al)の一部を無孔質型の陽極酸化処理を施すことにより厚さd2の陽極酸化金属体(Al)41を形成し(図6B)、共振領域Xとしたい部分の陽極酸化金属体(Al)41上にマスクMを形成し(図6C)、ドライ或はウェットエッチングによりマスクMのない部分の厚さがd1となるように陽極酸化金属体(Al)41を成形した後マスクMを除去し(図6D)、その後複数の金属微粒子Bを陽極酸化金属体(Al)41の階段状構造のそれぞれのステップ面上に固着する(図5)ものである。 On the other hand, the electric field enhanced optical device D5 according to the present embodiment can also be manufactured using a method using oxidation of the metal body 40. That is, the method of manufacturing the electric field enhanced optical device D5 using the oxidation of the metal body 40 starts from, for example, the metal body (Al) 40 (FIG. 6A), and a part of the metal body (Al) is made into a nonporous anode. By performing an oxidation treatment, an anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 having a thickness of d2 is formed (FIG. 6B), and a mask is formed on the portion of the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 to be the resonance region X. M is formed (FIG. 6C), and the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 is formed by dry or wet etching so that the thickness of the portion without the mask M is d1, and then the mask M is removed ( 6D), and then a plurality of fine metal particles B are fixed on the respective step surfaces of the stepped structure of the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 (FIG. 5).

ここで、上記の方法によって製造された電場増強光デバイスD5において、複数の金属微粒子B、陽極酸化金属体(Al)41および金属体40が、それぞれ第1の反射層10、透光層20および第2の反射層30となる。 Here, in the electric field enhanced optical device D5 manufactured by the above method, the plurality of metal fine particles B, the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41, and the metal body 40 are the first reflective layer 10 and the translucent light, respectively. The layer 20 and the second reflective layer 30 are formed.

陽極酸化は、アルミニウムを陽極とし、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加することで実施できる。金属体(Al)40の形状は制限されず、板状等が好ましい。また、支持体の上に金属体(Al)40が層状に成膜されたものなど、支持体付きの形態で用いることも差し支えない。陰極としてはカーボンやアルミニウム等が使用される。   Anodization can be performed by using aluminum as an anode, immersing it in an electrolyte together with a cathode, and applying a voltage between the anode and the cathode. The shape of the metal body (Al) 40 is not limited, and a plate shape or the like is preferable. Further, it may be used in a form with a support such as a layered metal body (Al) 40 on the support. Carbon, aluminum, or the like is used as the cathode.

陽極酸化皮膜の皮膜構造は、電解液の種類、電流密度および液温等の条件により異なるため、通常電解液は、多孔質型(ポーラス型)の処理か、或いは無孔質型(バリヤー型)の処理かによって適宜選択される。一般的に、皮膜溶解性の高い電解液で処理を行うと多孔質型の皮膜が生成する。多孔質型の電解液としては、硫酸、シュウ酸、リン酸およびクロム酸等を挙げることができる。多孔質皮膜は、緻密で無孔質な下層と多孔質な上層からなっている。一方、無孔質型は、ホウ酸や酒石酸アンモニウム等主に中性溶液で処理を行うと生成する。   Since the film structure of the anodized film varies depending on conditions such as the type of electrolyte, current density, and temperature, the electrolyte is usually treated with a porous type (porous type) or non-porous type (barrier type). It is selected as appropriate depending on the processing. Generally, when a treatment is performed with an electrolytic solution having a high film solubility, a porous film is formed. Examples of the porous electrolyte include sulfuric acid, oxalic acid, phosphoric acid, and chromic acid. The porous film is composed of a dense and non-porous lower layer and a porous upper layer. On the other hand, the non-porous type is produced when treatment is carried out mainly with a neutral solution such as boric acid or ammonium tartrate.

なお、金属体40の主成分としてAlのみを挙げたが、陽極酸化可能で生成される金属酸化物が透光性を有するものであれば、任意の金属が使用できる。Al以外では、Ti、Ta、Hf、Zr、Si、In、Zn等が使用できる。金属体40は、陽極酸化可能な金属を2種以上含むものであってもよい。   In addition, although only Al was mentioned as a main component of the metal body 40, arbitrary metals can be used if the metal oxide produced | generated by anodization has translucency. Other than Al, Ti, Ta, Hf, Zr, Si, In, Zn, etc. can be used. The metal body 40 may include two or more types of metals that can be anodized.

以下、本実施形態による電場増強光デバイスD5の作用を説明する。   Hereinafter, the operation of the electric field enhancing optical device D5 according to the present embodiment will be described.

上記のような方法により、本実施形態による電場増強光デバイスD5は、厚さがd1およびd2の階段状構造を有する透光層20によって、それぞれ共振波長の異なる共振領域Wおよび共振領域Xにより構成され、全体として共振波長の共振幅が拡大する。   By the method as described above, the electric field enhanced optical device D5 according to the present embodiment is constituted by the resonance region W and the resonance region X having different resonance wavelengths by the light-transmitting layer 20 having a step-like structure with thicknesses d1 and d2, respectively. As a whole, the resonance width of the resonance wavelength is expanded.

したがって、第1の実施形態と同様に、単波長の測定光を用いた光学測定では、複数の共振波長に対応することができ、この結果、測定光L1の波長変更に伴って電場増強光デバイスD5を取り替える必要がなくなり、光学測定を低コスト化かつ簡素化することが可能となる。さらに、測定光L1が波長幅を持つ光の場合には、光学系を調整すれば、1つの電場増強光デバイスD5で波長幅を持つ光L1のうちより広い波長領域の光を利用することができ、光学測定の効率を向上させることが可能となる。   Therefore, as in the first embodiment, optical measurement using single-wavelength measurement light can support a plurality of resonance wavelengths, and as a result, the electric field-enhanced optical device with the wavelength change of the measurement light L1. It is not necessary to replace D5, and optical measurement can be reduced in cost and simplified. Further, in the case where the measurement light L1 is light having a wavelength width, if the optical system is adjusted, light in a wider wavelength region can be used in the light L1 having the wavelength width by one electric field enhancing optical device D5. It is possible to improve the efficiency of optical measurement.

そして、透光層20の中で多重反射光による多重干渉が起こり、共振条件を満たす特定波長において共振し、共振波長の光を吸収する吸収特性を示す。そして吸収特性に応じた、測定光L1と異なる物理特性の出射光L2が出射される。さらに、微小共振器構造内の電場が増強されると共に、光散乱面である第1の反射層10表面においても効果的な電場増強効果を得ることができる。   And the multiple interference by multiple reflected light occurs in the translucent layer 20, it resonates in the specific wavelength which satisfy | fills resonance conditions, and the absorption characteristic which absorbs the light of a resonant wavelength is shown. Then, emitted light L2 having physical characteristics different from the measurement light L1 according to the absorption characteristics is emitted. Furthermore, the electric field in the microresonator structure is enhanced, and an effective electric field enhancing effect can be obtained also on the surface of the first reflective layer 10 that is a light scattering surface.

さらに、この電場増強光デバイスでD5は、第1の反射層10が自由電子を有する金属からなり、測定光L1の波長よりも小さい金属微細凹凸構造を有するので、第1の反射層10において局在プラズモン共鳴が誘起される。これにより、光散乱面の表面においてさらなる電場増強効果を得ることができる。   Further, in this electric field-enhanced optical device, D5 has a metal fine concavo-convex structure in which the first reflective layer 10 is made of a metal having free electrons and is smaller than the wavelength of the measurement light L1, so In-plasmon resonance is induced. Thereby, the further electric field enhancement effect can be acquired in the surface of a light-scattering surface.

なお、本実施形態において、厚さがd1およびd2の階段状構造を有する透光層20によってそれぞれ共振波長の異なる領域を、共振領域Wおよび共振領域Xとして説明してきたが、これらは微小共振領域W’および微小共振領域X’としてもよい。つまりこの場合には、図5は、複数の微小共振領域W’および微小共振領域X’を有する電場増強光デバイスD5の一部を示す概略斜視図となり、この電場増強光デバイスD5によって第2の実施形態と同様の効果が得られる。   In the present embodiment, the regions having different resonance wavelengths by the light-transmitting layer 20 having the staircase structure having the thicknesses d1 and d2 have been described as the resonance region W and the resonance region X, respectively. W ′ and the minute resonance region X ′ may be used. In other words, in this case, FIG. 5 is a schematic perspective view showing a part of the electric field enhanced optical device D5 having a plurality of microresonant regions W ′ and microresonant regions X ′. The same effect as the embodiment can be obtained.

<第4の実施形態>
図7は、本実施形態による微小共振器構造を有する電場増強光デバイスを示す概略斜視図である。本実施形態は、電場増強光デバイスD7の階段状構造のステップ境界面が、透光層20と第2の反射層30との間にある点で第3の実施形態と異なる。よって、その他の第3の実施形態と同様の要素についての説明は特に必要のない限り省略する。
<Fourth Embodiment>
FIG. 7 is a schematic perspective view showing the electric field enhanced optical device having the microresonator structure according to the present embodiment. This embodiment is different from the third embodiment in that the step boundary surface of the step-like structure of the electric field enhancing optical device D7 is between the translucent layer 20 and the second reflective layer 30. Therefore, the description of the same elements as those of the third embodiment is omitted unless particularly necessary.

本実施形態による電場増強光デバイスD7は、階段状構造を有する第2の反射層30と、第2の反射層30の階段状構造の上に相補的に形成され、厚さがd1およびd2の逆階段状構造を有する透光層20と、透光層20上に形成された複数の金属微粒子Bからなる第1の反射層10とからなるものである。透光層20の厚さがd1およびd2である共振領域をそれぞれ共振領域Wおよび共振領域Xとする。   The electric field enhancing optical device D7 according to the present embodiment is formed in a complementary manner on the second reflective layer 30 having a stepped structure and the stepped structure of the second reflective layer 30, and has a thickness of d1 and d2. The light-transmitting layer 20 having an inverted stepped structure and the first reflective layer 10 made of a plurality of metal fine particles B formed on the light-transmitting layer 20 are included. The resonance regions where the thickness of the light transmitting layer 20 is d1 and d2 are defined as a resonance region W and a resonance region X, respectively.

そして、本実施形態による電場増強光デバイスD7の製造方法は、例えば金属体40から出発し(図8A)、共振領域Wとしたい部分の金属体40上にマスクMを形成し(図8B)、ドライ或はウェットエッチングによりマスクMのない部分の厚さがd2−d1(d2>d1)となるように金属体40を成形した後マスクMを除去し(図8C)、階段状構造となった金属体40上に誘電体材料を堆積して厚さd2の誘電体膜41を形成し(図8D)、誘電体膜41のうち厚さがd1となる部分を形成するように誘電体膜41を図中線Cの位置で表面を研磨し(図8E)、その後複数の金属微粒子Bを平坦となった誘電体膜41上に固着する(図7)ものである。   And the manufacturing method of the electric field enhancement optical device D7 by this embodiment starts from the metal body 40 (FIG. 8A), for example, forms the mask M on the metal body 40 of the part made into the resonance area W (FIG. 8B), After forming the metal body 40 by dry or wet etching so that the thickness of the portion without the mask M becomes d2-d1 (d2> d1), the mask M is removed (FIG. 8C), and a stepped structure is obtained. A dielectric material is deposited on the metal body 40 to form a dielectric film 41 having a thickness d2 (FIG. 8D), and the dielectric film 41 is formed so as to form a portion of the dielectric film 41 having a thickness d1. The surface is polished at the position of line C in the figure (FIG. 8E), and then a plurality of metal fine particles B are fixed onto the flattened dielectric film 41 (FIG. 7).

ここで、上記の方法によって製造された電場増強光デバイスD7において、複数の金属微粒子B、誘電体膜41および金属体40が、それぞれ第1の反射層10、透光層20および第2の反射層30となる。   Here, in the electric field-enhanced optical device D7 manufactured by the above method, the plurality of metal fine particles B, the dielectric film 41, and the metal body 40 are respectively the first reflective layer 10, the translucent layer 20, and the second reflective layer. Layer 30 is formed.

誘電体41の研磨の方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。例えば、化学機械研磨が挙げられる。化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)処理を行うことにより、誘電体膜の表面を平坦化することができる。CMP処理には、フジミインコーポレイテッド社製のPNANERLITE−7000、日立化成社製のGPXHSC800、旭硝子(セイミケミカル)社製のCL−1000等のCMPスラリーを用いることができる。   The method for polishing the dielectric 41 is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. An example is chemical mechanical polishing. By performing a chemical mechanical polishing (CMP) process, the surface of the dielectric film can be planarized. For the CMP treatment, a CMP slurry such as PANANERLITE-7000 manufactured by Fujimi Incorporated, GPXHSC800 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., CL-1000 manufactured by Asahi Glass (Seimi Chemical Co., Ltd.), or the like can be used.

一方、本実施形態による電場増強光デバイスD7は、金属体40の酸化を利用した方法を用いても製造することができる。すなわち、金属体40の酸化を利用した電場増強光デバイスD7の製造方法は、例えば金属体(Al)40から出発し(図8A)、共振領域Wとしたい部分の金属体(Al)40上にマスクMを形成し(図8B)、ドライ或はウェットエッチングによりマスクMのない部分の厚さがd2−d1(d2>d1)となるように金属体40を成形した後マスクMを除去し(図8C)、階段状構造となった金属体(Al)40の一部を陽極酸化することにより厚さd2の陽極酸化金属体(Al)41を形成し(図8D)、陽極酸化金属体(Al)41のうち厚さがd1となる部分を形成するように陽極酸化金属体(Al)41を図中線Cの位置で表面を研磨し(図8E)、その後複数の金属微粒子Bを平坦となった陽極酸化金属体(Al)41上に固着する(図7)ものである。 On the other hand, the electric field enhanced optical device D7 according to the present embodiment can also be manufactured using a method using oxidation of the metal body 40. That is, the manufacturing method of the electric field enhanced optical device D7 using the oxidation of the metal body 40 starts from, for example, the metal body (Al) 40 (FIG. 8A), and is formed on the metal body (Al) 40 of the portion to be the resonance region W. A mask M is formed (FIG. 8B), and after forming the metal body 40 by dry or wet etching so that the thickness of the portion without the mask M becomes d2-d1 (d2> d1), the mask M is removed ( 8C), a part of the metal body (Al) 40 having a stepped structure is anodized to form an anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 having a thickness d2 (FIG. 8D). metal body (Al 2 O 3) thickness of 41 to polish the surface at the position of FIG midline C anodic-oxidized metal (Al 2 O 3) 41 so as to form a portion serving as d1 (FIG. 8E) Then, the anodic acid in which the plurality of fine metal particles B are flattened Fixed on the metal member (Al 2 O 3) 41 (FIG. 7) is intended.

ここで、上記の方法によって製造された電場増強光デバイスD7において、複数の金属微粒子B、陽極酸化金属体(Al)41および金属体40が、それぞれ第1の反射層10、透光層20および第2の反射層30となる。 Here, in the electric field enhanced optical device D7 manufactured by the above method, the plurality of metal fine particles B, the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41, and the metal body 40 are the first reflective layer 10 and the translucent light, respectively. The layer 20 and the second reflective layer 30 are formed.

陽極酸化金属体(Al)41の研磨の方法は、エッチング除去法またはCMP法を用いる。製造の容易さの点では、エッチング法、具体的にはウェットエッチング法が好ましく、フッ酸、リン酸/塩酸混酸、水酸化ナトリウム等を用いることができる。 As a method for polishing the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41, an etching removal method or a CMP method is used. In terms of ease of production, an etching method, specifically, a wet etching method is preferable, and hydrofluoric acid, phosphoric acid / hydrochloric acid mixed acid, sodium hydroxide, or the like can be used.

以下、本実施形態による電場増強光デバイスD7の作用を説明する。   Hereinafter, the operation of the electric field enhanced optical device D7 according to the present embodiment will be described.

上記のような方法により、本実施形態による電場増強光デバイスD7は、厚さがd1およびd2の階段状構造を有する透光層20によって、それぞれ共振波長の異なる共振領域Wおよび共振領域Xにより構成され、全体として共振波長の共振幅が拡大する。   By the method as described above, the electric field enhanced optical device D7 according to the present embodiment is constituted by the resonance region W and the resonance region X having different resonance wavelengths, respectively, by the translucent layer 20 having the step-like structure having the thicknesses d1 and d2. As a whole, the resonance width of the resonance wavelength is expanded.

したがって、本実施形態においても、第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態においては、試料を供給する面(第1の反射層10の表面)が平坦な構造となるため、より試料の取り扱いが容易となる。   Therefore, also in this embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Furthermore, in the present embodiment, the sample supply surface (the surface of the first reflective layer 10) has a flat structure, so that the sample can be handled more easily.

<第5の実施形態>
図9は、金属体(Al)40に多孔質型の陽極酸化処理を行うことによって、金属体(Al)40の一部を陽極酸化金属体(Al)41にしたものを示す斜視図であり、陽極酸化金属体(Al)41中には微細孔41aが形成されている。
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 is a perspective view showing a part of the metal body (Al) 40 converted to an anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 by subjecting the metal body (Al) 40 to a porous type anodizing treatment. In the figure, fine holes 41 a are formed in the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41.

金属体40を陽極酸化すると、表面からこの面に対して略垂直方向に酸化反応が進行し、陽極酸化金属体(Al)41が生成される。陽極酸化により生成される陽極酸化金属体(Al)41は、多数の平面視的に略正六角形状の微細柱状体が隙間なく配列した構造を有するものとなる。各微細柱状体の略中心部には、表面から深さ方向に略ストレートに延びる微細孔41aが開孔され、各微細柱状体の底面は丸みを帯びた形状となる。 When the metal body 40 is anodized, an oxidation reaction proceeds from the surface in a direction substantially perpendicular to the surface, and an anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 is generated. The anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 generated by anodization has a structure in which a number of fine columnar bodies having a substantially regular hexagonal shape are arranged without gaps in plan view. A minute hole 41a extending substantially straight from the surface in the depth direction is opened at a substantially central portion of each fine columnar body, and the bottom surface of each fine columnar body has a rounded shape.

陽極酸化により生成される陽極酸化皮膜の構造は、益田秀樹、「陽極酸化法によるメソポーラスアルミナの調製と機能材料としての応用」、材料技術Vol.15,No.10、1997年、p.34等に詳細に記載されている。   The structure of the anodized film produced by anodization is shown by Hideki Masuda, “Preparation of mesoporous alumina by anodization and application as a functional material”, Material Technology Vol.15, No.10, 1997, p.34, etc. Are described in detail.

規則配列構造の陽極酸化金属体(Al)41を生成する場合の好適な陽極酸化条件例としては、電解液としてシュウ酸を用いる場合、電解液濃度0.5M、液温14〜16℃、印加電圧40〜40±0.5V等が挙げられる。この条件で生成される微細孔21は例えば、径が5〜200nm、ピッチが10〜400nmである。 As an example of suitable anodizing conditions for producing an anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 having an ordered arrangement structure, when oxalic acid is used as the electrolyte, the electrolyte concentration is 0.5 M, and the solution temperature is 14-16. And an applied voltage of 40 to 40 ± 0.5V. The fine holes 21 generated under these conditions have, for example, a diameter of 5 to 200 nm and a pitch of 10 to 400 nm.

微細孔41aのピッチは測定光L1の波長よりも小さい条件を充足すれば特に制限なく、測定光L1として可視光を用いる場合には例えば200nm以下が好ましい。   The pitch of the fine holes 41a is not particularly limited as long as the condition smaller than the wavelength of the measurement light L1 is satisfied. For example, when visible light is used as the measurement light L1, it is preferably 200 nm or less.

以下、本実施形態では、この微細孔41aを有する陽極酸化金属体(Al)41および処理されていない金属体(Al)40が、それぞれ透光層20および第2の反射層30となる。 Hereinafter, in the present embodiment, the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 having the fine holes 41a and the untreated metal body (Al) 40 are referred to as the translucent layer 20 and the second reflective layer 30, respectively. Become.

図10Fは、本実施形態による微小共振器構造を有する電場増強光デバイスを示す概略断面図である。本実施形態は、透光層20が微細孔41aを有している点で第4の実施形態と異なる。よって、その他の第4の実施形態と同様の要素についての説明は特に必要のない限り省略する。   FIG. 10F is a schematic cross-sectional view illustrating the electric field enhanced optical device having the microresonator structure according to the present embodiment. This embodiment is different from the fourth embodiment in that the translucent layer 20 has fine holes 41a. Therefore, the description of the same elements as those of the fourth embodiment is omitted unless particularly necessary.

本実施形態による電場増強光デバイスD10は、階段状構造を有する金属体(Al)40と、金属体(Al)40の階段状構造の上に相補的に形成され、厚さがd1およびd2の逆階段状構造を有しかつ微細孔41aを有する陽極酸化金属体(Al)41と、微細孔41aの中に充填された金属材料70と、陽極酸化金属体(Al)41上に形成された複数の金属微粒子Bからなる金属層とからなるものである。陽極酸化金属体(Al)41(透光層20)の厚さがd1およびd2である共振領域をそれぞれ共振領域Wおよび共振領域Xとする。 The electric field enhancing optical device D10 according to the present embodiment is formed in a complementary manner on a metal body (Al) 40 having a stepped structure and the stepped structure of the metal body (Al) 40, and has a thickness of d1 and d2. Anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 having a reverse staircase structure and having fine holes 41a, a metal material 70 filled in the fine holes 41a, and an anodized metal body (Al 2 O 3 ) And a metal layer made of a plurality of metal fine particles B formed on 41. The resonance regions where the thickness of the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 (translucent layer 20) is d1 and d2 are defined as a resonance region W and a resonance region X, respectively.

微細孔41aには、金属材料70が充填されており、充填される金属は金属であれば特に制限されず、Au、Ag、Cu、Al、Pt、NiおよびTi等が好ましく、AuおよびAgが特に好ましい。   The fine holes 41a are filled with a metal material 70, and the metal to be filled is not particularly limited as long as the metal is a metal, and Au, Ag, Cu, Al, Pt, Ni, Ti, and the like are preferable, and Au and Ag are preferable. Particularly preferred.

そして、本実施形態による電場増強光デバイスD10の製造方法は、例えば金属体40から出発し(図10A)、共振領域Wとしたい部分の金属体40上にマスクMを形成し(図10B)、ドライ或はウェットエッチングによりマスクMのない部分の厚さがd2−d1(d2>d1)となるように金属体40を成形した後マスクMを除去し(図10C)、階段状構造となった金属体(Al)40の一部に多孔質型の陽極酸化処理を施すことにより微細孔41aを有する厚さd2の陽極酸化金属体(Al)41を形成し(図10D)、陽極酸化金属体(Al)41のうち厚さがd1となる部分を形成するように陽極酸化金属体(Al)41を図中線Cの位置で表面を研磨し(図10E)、金属材料70によって微細孔41aを充填しその後複数の金属微粒子Bを平坦となった陽極酸化金属体(Al)41上に固着する(図10F)ものである。 And the manufacturing method of the electric field enhancement optical device D10 by this embodiment starts from the metal body 40 (FIG. 10A), for example, forms the mask M on the metal body 40 of the part made into the resonance area W (FIG. 10B), After forming the metal body 40 by dry or wet etching so that the thickness of the portion without the mask M becomes d2-d1 (d2> d1), the mask M is removed (FIG. 10C), and a stepped structure is obtained. A part of the metal body (Al) 40 is subjected to a porous type anodizing treatment to form an anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 having a fine hole 41a and having a thickness d2 (FIG. 10D). oxidized metal (Al 2 O 3) thickness of 41 to polish the surface at the position of FIG midline C anodic-oxidized metal (Al 2 O 3) 41 so as to form a portion serving as d1 (FIG. 10E ), Fine by metal material 70 Then filled with 41a in which a plurality of metal fine particles B anodized metal body a flat (Al 2 O 3) is fixed on the 41 (FIG. 10F).

微細孔41aに金属材料を充填する方法は、例えば電気メッキにより行うことができる。電気メッキにより行う場合には、微細孔41aの底の導通性を確保しておく必要がある。導通性を確保する方法としては、例えば陽極酸化処理を行う際に微細孔41aの底の陽極酸化金属体(Al)41が特に薄くなるように条件を制御する方法、陽極酸化処理を複数回繰り返すことにより上記底の陽極酸化金属体(Al)41を薄くする方法、或いは上記底の陽極酸化金属体(Al)41をエッチングにより除去する方法などが考えられる。電気メッキは、微細孔41aを有する金属体をメッキ液中で処理することにより行う。陽極酸化金属体(Al)41が非導電性であるのに対し、微細孔41aの底は上記処理により導通性が確保されている。このため、電場が強い微細孔41a内において優先的にメッキ金属材料が析出され、微細孔41aにメッキ金属材料が充填される。 A method of filling the fine holes 41a with a metal material can be performed, for example, by electroplating. When performing by electroplating, it is necessary to ensure the conductivity of the bottom of the fine hole 41a. As a method of ensuring conductivity, for example, a method of controlling the conditions so that the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 at the bottom of the fine hole 41a becomes particularly thin when anodizing is performed, or anodizing is performed. A method of thinning the bottom anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 by repeating a plurality of times, a method of removing the bottom anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 by etching, or the like can be considered. Electroplating is performed by treating a metal body having the fine holes 41a in a plating solution. While the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 is non-conductive, the bottom of the fine hole 41a is ensured to be conductive by the above treatment. For this reason, the plated metal material is preferentially deposited in the fine hole 41a having a strong electric field, and the fine hole 41a is filled with the plated metal material.

以下、本実施形態による電場増強光デバイスD10の作用を説明する。   Hereinafter, the operation of the electric field enhancing optical device D10 according to the present embodiment will be described.

上記のような方法により、本実施形態による電場増強光デバイスD10は、厚さがd1およびd2の階段状構造を有する透光層20によって、それぞれ共振波長の異なる共振領域Wおよび共振領域Xにより構成され、全体として共振波長の共振幅が拡大する。   By the method as described above, the electric field enhanced optical device D10 according to the present embodiment is constituted by the resonance region W and the resonance region X having different resonance wavelengths by the light-transmitting layer 20 having a step-like structure with thicknesses d1 and d2, respectively. As a whole, the resonance width of the resonance wavelength is expanded.

したがって、本実施形態においても、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Therefore, also in this embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained.

さらに、微細孔41aに金属材料70が充填されているため、第4の実施形態とは透光層20の誘電率が異なる。すなわち、透光層20中の誘電率を制御することにより、共振波長の微調整が可能となる。例えば、Au、Ag等の金属は、可視領域から近赤外線領域で屈折率が小さいので、金属充填することにより、微小共振器構造の共振波長が調整しやすくなる。   Furthermore, since the metal material 70 is filled in the fine holes 41a, the dielectric constant of the light transmitting layer 20 is different from that of the fourth embodiment. That is, the resonance wavelength can be finely adjusted by controlling the dielectric constant in the light transmitting layer 20. For example, metals such as Au and Ag have a small refractive index from the visible region to the near-infrared region, so that the resonance wavelength of the microresonator structure can be easily adjusted by filling the metal.

また、微細孔41aに充填された金属材料70に表面の金属微粒子Bを吸着させることにより、金属微粒子Bの配列の規則性を向上させると共に、陽極酸化金属体(Al2O3)41との密着性を向上させることができる。   Further, by adsorbing the metal fine particles B on the surface to the metal material 70 filled in the fine holes 41a, the regularity of the arrangement of the metal fine particles B is improved and the adhesion to the anodized metal body (Al2O3) 41 is improved. Can be improved.

<第6の実施形態>
図11Fは、本実施形態による微小共振器構造を有する電場増強光デバイスを示す概略断面図である。本実施形態は、各共振領域の光路長の差異をそれぞれの領域における透光層20の誘電率の差によって設けている点で第5の実施形態と異なる。よって、その他の第5の実施形態と同様の要素についての説明は特に必要のない限り省略する。
<Sixth Embodiment>
FIG. 11F is a schematic cross-sectional view illustrating the electric field enhanced optical device having the microresonator structure according to the present embodiment. This embodiment is different from the fifth embodiment in that a difference in optical path length of each resonance region is provided by a difference in dielectric constant of the light transmitting layer 20 in each region. Therefore, the description of the same elements as those of the fifth embodiment is omitted unless particularly necessary.

本実施形態による電場増強光デバイスD11は、金属体(Al)40と、金属体(Al)40上に形成された、微細孔41aを有する厚さdの陽極酸化金属体(Al)41と、微細孔41aの中に充填された第1の金属材料70および第2の金属材料80と、陽極酸化金属体(Al)41上に形成された複数の金属微粒子Bからなる金属層とからなるものである。陽極酸化金属体(Al)41の微細孔41aの中に充填された材料が、第1の金属材料70および第2の金属材料80である共振領域を、それぞれ共振領域Xおよび共振領域Wとする。 The electric field enhanced optical device D11 according to the present embodiment includes a metal body (Al) 40 and an anodized metal body (Al 2 O 3 ) having a fine hole 41a and formed on the metal body (Al) 40. 41, a first metal material 70 and a second metal material 80 filled in the fine holes 41a, and a plurality of metal fine particles B formed on the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41. It consists of a metal layer. The resonance regions in which the material filled in the fine holes 41a of the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 are the first metal material 70 and the second metal material 80 are designated as the resonance region X and the resonance region, respectively. W.

第1の金属材料70および第2の金属材料80については、第5の実施形態と同様である。ただし、本実施形態ではこれらの誘電率の差により各共振領域の光路長に差異を設けるため、少なくとも誘電率の異なる材料を用いる。   The first metal material 70 and the second metal material 80 are the same as in the fifth embodiment. However, in this embodiment, materials having different dielectric constants are used at least in order to provide a difference in the optical path length of each resonance region due to the difference between these dielectric constants.

そして、本実施形態による電場増強光デバイスD11の製造方法は、例えば金属体40から出発し(図11A)、金属体(Al)40の一部に多孔質型の陽極酸化処理を施すことにより微細孔41aを有する厚さdの陽極酸化金属体(Al)41を形成し(図11B)、共振領域Wとしたい部分の陽極酸化金属体(Al)41上にマスクMを形成し(図11C)、マスクMによって被覆されていない微細孔41aに第1の金属材料70を充填し(図11D)、マスクMを除去した後残りの微細孔41aに第2の金属材料80を充填し(図11E)、その後複数の金属微粒子Bを陽極酸化金属体(Al)41上に固着する(図11F)ものである。 And the manufacturing method of the electric field enhancement optical device D11 by this embodiment starts from the metal body 40 (FIG. 11A), for example, and performs a porous type anodic oxidation process to a part of metal body (Al) 40, and is fine. An anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 having a hole 41a and a thickness d is formed (FIG. 11B), and a mask M is formed on the portion of the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 to be the resonance region W. After forming (FIG. 11C), the first metal material 70 is filled in the fine holes 41a not covered with the mask M (FIG. 11D), and after removing the mask M, the remaining fine holes 41a are filled with the second metal material 80. (FIG. 11E), and then a plurality of metal fine particles B are fixed on the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 (FIG. 11F).

以下、本実施形態による電場増強光デバイスD11の作用を説明する。   Hereinafter, the operation of the electric field enhancing optical device D11 according to the present embodiment will be described.

上記のような方法により、本実施形態による電場増強光デバイスD11は、厚さはdであるが誘電率の異なる金属材料が微細孔41aに充填されている透光層20によって、それぞれ共振波長の異なる共振領域Wおよび共振領域Xにより構成され、全体として共振波長の共振幅が拡大する。   By the method as described above, the electric field enhanced optical device D11 according to the present embodiment has the resonance wavelength of each of the translucent layers 20 in which the fine holes 41a are filled with metal materials having a thickness of d but different dielectric constants. It is constituted by different resonance regions W and resonance regions X, and the resonance width of the resonance wavelength is expanded as a whole.

したがって、本実施形態においても、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Therefore, also in this embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained.

さらに本実施形態では、共振器長に段差を設ける必要がない。したがって、電気メッキ等において陽極酸化金属体(Al)41の導通性を確保する際の工程を容易にすることができる。例えば、微細孔41aの底の陽極酸化金属体(Al)41を薄くする工程の制御が容易となる。 Furthermore, in this embodiment, it is not necessary to provide a step in the resonator length. Therefore, it is possible to facilitate a process for ensuring the conductivity of the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 in electroplating or the like. For example, it becomes easy to control the process of thinning the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 at the bottom of the fine hole 41a.

<第7の実施形態>
図12は、本実施形態による微小共振器構造を有する電場増強光デバイスを示す概略断面図である。本実施形態は、各共振領域の光路長の差異を、それぞれの領域における透光層20の誘電率の差および共振器長の差によって設けている点で第5および第6の実施形態と異なる。よって、その他の第5および第6の実施形態と同様の要素についての説明は特に必要のない限り省略する。
<Seventh Embodiment>
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the electric field enhanced optical device having the microresonator structure according to the present embodiment. This embodiment is different from the fifth and sixth embodiments in that the difference in the optical path length of each resonance region is provided by the difference in the dielectric constant of the light transmitting layer 20 and the difference in the resonator length in each region. . Therefore, the description of the same elements as those of the fifth and sixth embodiments is omitted unless particularly necessary.

本実施形態による電場増強光デバイスD12は、階段状構造を有する金属体(Al)40と、金属体(Al)40の階段状構造の上に相補的に形成され、厚さがd1およびd2の逆階段状構造を有しかつ微細孔41aを有する陽極酸化金属体(Al)41と、共振領域W内の微細孔41aの中に充填された第2の金属材料80と、共振領域X内の微細孔41aの中に充填された第1の金属材料70と、陽極酸化金属体(Al)41上に形成された複数の金属微粒子Bからなる金属層とからなるものである。陽極酸化金属体(Al)41(透光層20)の厚さがd1およびd2である共振領域をそれぞれ共振領域Wおよび共振領域Xとする。 The electric field enhancing optical device D12 according to the present embodiment is formed in a complementary manner on a metal body (Al) 40 having a stepped structure and a stepped structure of the metal body (Al) 40, and has a thickness of d1 and d2. An anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 having a reverse staircase structure and having fine holes 41 a, a second metal material 80 filled in the fine holes 41 a in the resonance region W, and the resonance region The first metal material 70 filled in the micro holes 41a in X and a metal layer made of a plurality of metal fine particles B formed on the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 is there. The resonance regions where the thickness of the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 (translucent layer 20) is d1 and d2 are defined as a resonance region W and a resonance region X, respectively.

第1の金属材料70および第2の金属材料80の材料の種類と誘電率の関係については、第5および第6の実施形態と同様である。   The relationship between the material types of the first metal material 70 and the second metal material 80 and the dielectric constant is the same as in the fifth and sixth embodiments.

そして、本実施形態による電場増強光デバイスD12の製造方法は、金属体(Al)40に対して階段状構造となるように陽極酸化処理を行って、微細孔41aを形成し、陽極酸化金属体(Al)41の表面を研磨するまでは第5の実施形態と同様である。そして、その後共振領域Wおよび共振領域Xの微細孔41aの中に、それぞれ第2の金属材料80および第1の金属材料70を充填する方法は第6の実施例と同様である。 And the manufacturing method of the electric field enhancement optical device D12 by this embodiment performs the anodic oxidation process so that it may become a step-like structure with respect to the metal body (Al) 40, the micropore 41a is formed, and an anodized metal body The process until the surface of (Al 2 O 3 ) 41 is polished is the same as in the fifth embodiment. Then, the method of filling the second metal material 80 and the first metal material 70 into the fine holes 41a in the resonance region W and the resonance region X, respectively, is the same as in the sixth embodiment.

すなわち、例えば金属体40から出発し、共振領域Wとしたい部分の金属体40上にマスクを形成し、ドライ或はウェットエッチングによりマスクのない部分の厚さがd2−d1(d2>d1)となるように金属体40を成形した後マスクを除去し、階段状構造となった金属体(Al)40の一部に多孔質型の陽極酸化処理を施すことにより微細孔41aを有する厚さd2の陽極酸化金属体(Al)41を形成し、陽極酸化金属体(Al)41のうち厚さがd1となる部分を形成するように陽極酸化金属体(Al)41を研磨し、共振領域Wの陽極酸化金属体(Al)41上にマスクを形成し、マスクによって被覆されていない微細孔41aに第1の金属材料70を充填し、マスクを除去した後残りの微細孔41aに第2の金属材料80を充填し、その後複数の金属微粒子Bを平坦となった陽極酸化金属体(Al)41上に固着することにより本実施形態による電場増強光デバイスD12が得られる(図12)。 That is, for example, starting from the metal body 40, a mask is formed on the metal body 40 where the resonance region W is desired, and the thickness of the portion without the mask is d2-d1 (d2> d1) by dry or wet etching. After forming the metal body 40 so as to be thick, the mask is removed, and a part of the metal body (Al) 40 having a stepped structure is subjected to a porous type anodic oxidation treatment to obtain a thickness d2 having the fine holes 41a. anodized metal body (Al 2 O 3) 41 is formed, anodic-oxidized metal (Al 2 O 3) anodizing the metal body so as to form a portion where the thickness is d1 of 41 (Al 2 O 3 ) 41 is polished, a mask is formed on the anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41 in the resonance region W, the first metal material 70 is filled in the fine holes 41a not covered with the mask, and the mask is formed. Remaining fine after removal The electric field-enhanced optical device according to the present embodiment is obtained by filling the pores 41 a with the second metal material 80 and then fixing the plurality of metal fine particles B on the flat anodized metal body (Al 2 O 3 ) 41. D12 is obtained (FIG. 12).

以下、本実施形態による電場増強光デバイスD12の作用を説明する。   Hereinafter, the operation of the electric field enhancing optical device D12 according to the present embodiment will be described.

上記のような方法により、本実施形態による電場増強光デバイスD12は、厚さがd1およびd2の階段状構造を有し、かつ誘電率の異なる金属材料が微細孔41aに充填されている透光層20によって、それぞれ共振波長の異なる共振領域Wおよび共振領域Xにより構成され、全体として共振波長の共振幅が拡大する。   By the method as described above, the electric field-enhanced optical device D12 according to the present embodiment has a step-like structure with thicknesses d1 and d2, and a light-transmitting light filled with metal materials having different dielectric constants in the micro holes 41a. The layer 20 includes a resonance region W and a resonance region X having different resonance wavelengths, and the resonance width of the resonance wavelength is expanded as a whole.

したがって、本実施形態においても、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Therefore, also in this embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained.

さらに本実施形態では、各共振領域の光路長の差異を、それぞれの領域における透光層20の誘電率の差および共振器長の差によって設けることにより、より効率的で精度の高い共振波長の制御が可能となる。これは、共振器長に段差を設けることにより共振波長を大きく制御することが可能となり、微細孔41aをAu、Ag等の金属材料で充填し透光層20内の誘電率を変化させることにより共振波長の微調整が可能となるためである。   Furthermore, in this embodiment, the difference in the optical path length of each resonance region is provided by the difference in the dielectric constant of the light-transmitting layer 20 and the difference in the resonator length in each region, so that the resonance wavelength with higher efficiency and accuracy can be obtained. Control becomes possible. This is because it is possible to largely control the resonance wavelength by providing a step in the resonator length, and by filling the fine hole 41a with a metal material such as Au or Ag and changing the dielectric constant in the light transmitting layer 20. This is because the resonance wavelength can be finely adjusted.

<設計変更>
以上の実施形態において、第2の反射層は反射性を有するとして説明してきだが、第2の反射層は半透過半反射性を有するとしても本発明における課題は解決される。この場合測定光は、第1および第2の反射層のどちらから入射するかは任意であり、また複数の光源を用いて両側から同時に入射することも可能である。
<Design changes>
In the above embodiments, the second reflective layer has been described as having reflectivity, but the problem in the present invention is solved even if the second reflective layer has transflective properties. In this case, it is arbitrary whether the measurement light enters from the first reflection layer or the second reflection layer, and it is also possible to enter the measurement light from both sides simultaneously using a plurality of light sources.

図13Aは、本実施例における本発明による電場増強光デバイスおよび3つの比較用電場増強光デバイスの微小共振器構造を示す図であり、図13Bは、これら上記の電場増強光デバイスについて共振器構造と電場増強度の比較を示す図である。   FIG. 13A is a diagram showing a microresonator structure of an electric field-enhanced optical device according to the present invention and three comparative electric field-enhanced optical devices according to the present invention, and FIG. 13B shows a resonator structure of these electric field-enhanced optical devices. It is a figure which shows the comparison of an electric field enhancement intensity.

本発明による電場増強光デバイスは、ステップの高さが40nmの階段状構造を有する金属層と、この金属層の形状に相補的な逆階段状構造を有し、かつその厚さが220nmと260nmである誘電体層と、この誘電体層上に固着された複数の金属微粒子からなるものである。一方、比較用デバイスとして、同様な構成で誘電体層の厚さが220nmのもの、260nmのものおよび金属層がなく共振器構造を有さないものを用いた。   The electric field-enhanced optical device according to the present invention has a metal layer having a stepped structure with a step height of 40 nm, an inverse stepped structure complementary to the shape of the metal layer, and a thickness of 220 nm and 260 nm. And a plurality of fine metal particles fixed on the dielectric layer. On the other hand, as a comparative device, a dielectric layer having a thickness of 220 nm, a thickness of 260 nm, and a device without a metal layer and having a resonator structure with the same configuration were used.

この結果図13より、本発明による電場増強光デバイスは、電場増強度では同様な構成で誘電体層の厚さが220nmのもの、260nmのものには及ばなかったものの、共振幅は大幅に拡大したのがわかる。   As a result, as shown in FIG. 13, the electric field-enhanced optical device according to the present invention has the same configuration with the electric field enhancement strength, and the thickness of the dielectric layer is 220 nm or 260 nm. I understand that.

具体的な共振幅は、図14の電場増強度の規格値より求められ、同様な構成で誘電体層の厚さが220nmのもの、260nmのものの共振幅は、それぞれ87nm、126nmであり、本発明による電場増強光デバイスは194nmであった。   The specific resonance width is obtained from the standard value of the electric field enhancement in FIG. 14, and the resonance widths of the dielectric layer having a thickness of 220 nm and 260 nm with the same configuration are 87 nm and 126 nm, respectively. The electric field enhanced optical device according to the invention was 194 nm.

以上により、複数の波長に対して光共振が可能となるように微小共振器構造内に複数の共振領域を設けることにより、共振幅を拡大することが可能となった。そしてこれにより、光学測定において、測定光の波長変更に伴って電場増強光デバイスを取り替える必要がなくなり、光学測定を低コスト化かつ簡素化することが可能となる。さらに、波長幅を持つ光に対しては、より広い波長領域の光を利用することができ、光学測定の効率を向上させることが可能となる。   As described above, it is possible to expand the resonance width by providing a plurality of resonance regions in the microresonator structure so that optical resonance is possible for a plurality of wavelengths. Thus, in the optical measurement, it is not necessary to replace the electric field enhancing optical device with the change of the wavelength of the measurement light, and the optical measurement can be reduced in cost and simplified. Furthermore, for light having a wavelength width, light in a wider wavelength region can be used, and the efficiency of optical measurement can be improved.

従来の電場増強光デバイスD1を示す概略斜視図Schematic perspective view showing a conventional electric field enhancing optical device D1 従来の電場増強光デバイスD1を示す概略部分断面図Schematic partial cross-sectional view showing a conventional electric field enhanced optical device D1 従来の電場増強光デバイスD2を示す概略斜視図Schematic perspective view showing a conventional electric field enhanced optical device D2 第1の実施形態による電場増強光デバイスD3を示す概略斜視図Schematic perspective view showing an electric field enhancing optical device D3 according to the first embodiment 第2の実施形態による電場増強光デバイスD4を示す概略斜視図Schematic perspective view showing an electric field enhancing optical device D4 according to the second embodiment 第3の実施形態による電場増強光デバイスD5を示す概略斜視図Schematic perspective view showing an electric field enhancing optical device D5 according to the third embodiment 第3の実施形態による電場増強光デバイスD5の製造工程を示す概略部分断面図(その1)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D5 according to the third embodiment (Part 1) 第3の実施形態による電場増強光デバイスD5の製造工程を示す概略部分断面図(その2)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D5 according to the third embodiment (No. 2) 第3の実施形態による電場増強光デバイスD5の製造工程を示す概略部分断面図(その3)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D5 according to the third embodiment (No. 3) 第3の実施形態による電場増強光デバイスD5の製造工程を示す概略部分断面図(その4)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D5 according to the third embodiment (No. 4) 第4の実施形態による電場増強光デバイスD7を示す概略斜視図Schematic perspective view showing an electric field enhancing optical device D7 according to the fourth embodiment 第4の実施形態による電場増強光デバイスD7の製造工程を示す概略部分断面図(その1)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D7 according to the fourth embodiment (Part 1) 第4の実施形態による電場増強光デバイスD7の製造工程を示す概略部分断面図(その2)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D7 according to the fourth embodiment (Part 2) 第4の実施形態による電場増強光デバイスD7の製造工程を示す概略部分断面図(その3)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D7 according to the fourth embodiment (No. 3) 第4の実施形態による電場増強光デバイスD7の製造工程を示す概略部分断面図(その4)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D7 according to the fourth embodiment (Part 4) 第4の実施形態による電場増強光デバイスD7の製造工程を示す概略部分断面図(その5)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D7 according to the fourth embodiment (No. 5) 陽極酸化処理により微細孔が形成された金属体を示す概略斜視図Schematic perspective view showing a metal body having fine holes formed by anodization 第5の実施形態による電場増強光デバイスD10の製造工程を示す概略部分断面図(その1)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D10 according to the fifth embodiment (Part 1) 第5の実施形態による電場増強光デバイスD10の製造工程を示す概略部分断面図(その2)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D10 according to the fifth embodiment (Part 2) 第5の実施形態による電場増強光デバイスD10の製造工程を示す概略部分断面図(その3)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D10 according to the fifth embodiment (No. 3) 第5の実施形態による電場増強光デバイスD10の製造工程を示す概略部分断面図(その4)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D10 according to the fifth embodiment (Part 4) 第5の実施形態による電場増強光デバイスD10の製造工程を示す概略部分断面図(その5)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D10 according to the fifth embodiment (No. 5) 第5の実施形態による電場増強光デバイスD10の製造工程を示す概略部分断面図(その6)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D10 according to the fifth embodiment (No. 6) 第6の実施形態による電場増強光デバイスD11の製造工程を示す概略部分断面図(その1)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D11 according to the sixth embodiment (No. 1) 第6の実施形態による電場増強光デバイスD11の製造工程を示す概略部分断面図(その2)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D11 according to the sixth embodiment (No. 2) 第6の実施形態による電場増強光デバイスD11の製造工程を示す概略部分断面図(その3)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D11 according to the sixth embodiment (No. 3) 第6の実施形態による電場増強光デバイスD11の製造工程を示す概略部分断面図(その4)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D11 according to the sixth embodiment (No. 4) 第6の実施形態による電場増強光デバイスD11の製造工程を示す概略部分断面図(その5)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D11 according to the sixth embodiment (No. 5) 第6の実施形態による電場増強光デバイスD11の製造工程を示す概略部分断面図(その6)Schematic partial sectional view showing the manufacturing process of the electric field enhanced optical device D11 according to the sixth embodiment (No. 6) 第7の実施形態による電場増強光デバイスD12を示す概略断面図Schematic sectional view showing an electric field enhanced optical device D12 according to a seventh embodiment 実施例における本発明による電場増強光デバイスおよび比較用デバイスの微小共振器構造を示す概略部分断面図Schematic partial cross-sectional view showing a microresonator structure of an electric field enhanced optical device and a comparative device according to the present invention in an embodiment 実施例について共振器構造と電場増強度の比較を示す図The figure which shows the comparison of a resonator structure and an electric field enhancement intensity about an Example 実施例について共振器構造と共振幅の比較を示す図The figure which shows the comparison of a resonator structure and a resonance width about an Example

符号の説明Explanation of symbols

10 第1の反射層
11 金属細線
12
20 透光層
30 第2の反射層
40 金属体
41 陽極酸化金属体
41a 微細孔
70 第1の充填金属材料
80 第2の充填金属材料
B 金属微粒子
D1〜5・7・10・11 電場増強光デバイス
d・d1・d2 透光層の厚さ
L1 測定光
L2
M マスク
W〜Z 共振領域
W’〜Z’ 微小共振領域
10 first reflective layer 11 fine metal wire 12
20 translucent layer 30 second reflective layer 40 metal body 41 anodized metal body 41a microscopic hole 70 first filling metal material 80 second filling metal material B metal fine particles D1 to 5, 7, 10, 11 electric field enhanced light Device d · d1 · d2 Light transmission layer thickness L1 Measurement light L2
M mask W to Z resonance region W ′ to Z ′ micro resonance region

Claims (9)

透過性を有する透光層と、該透光層の片面に形成された半透過半反射性を有する第1の反射層と、前記透光層の他の面に形成された反射性を有する第2の反射層とからなる微小共振器構造を有する電場増強光デバイスであって、
前記微小共振器構造が、前記第1の反射層と前記第2の反射層との間の光路長が異なる複数の共振領域を有するものであり、
前記第1の反射層に対して前記透光層とは反対の側から、該第1の反射層に測定光を照射することにより該第1の反射層と前記第2の反射層との間で光共振を生じせしめることを特徴とする電場増強光デバイス。
A translucent layer having transparency, a first reflective layer having transflective properties formed on one surface of the translucent layer, and a reflective layer formed on the other surface of the translucent layer. An electric field-enhanced optical device having a microresonator structure composed of two reflective layers,
The microresonator structure has a plurality of resonance regions having different optical path lengths between the first reflective layer and the second reflective layer;
By irradiating the first reflective layer with measurement light from the side opposite to the light transmissive layer with respect to the first reflective layer, between the first reflective layer and the second reflective layer An electric field-enhanced optical device characterized by causing optical resonance in
前記共振領域が、複数の微小共振領域から構成されるものであることを特徴とする請求項1に記載の電場増強光デバイス。   The electric field-enhanced optical device according to claim 1, wherein the resonance region includes a plurality of minute resonance regions. 前記微小共振領域が、前記微小共振器構造中に略均一に配置されたものであることを特徴とする請求項2に記載の電場増強光デバイス。   The electric field-enhanced optical device according to claim 2, wherein the microresonance region is disposed substantially uniformly in the microresonator structure. 前記光路長が、それぞれの前記共振領域の前記透光層の誘電率の差によって異なるものであることを特徴とする請求項1から3に記載の電場増強光デバイス。   4. The electric field enhanced optical device according to claim 1, wherein the optical path length varies depending on a difference in dielectric constant of the light transmitting layer in each of the resonance regions. 5. 前記光路長が、それぞれの前記共振領域の共振器長の差によって異なるものであることを特徴とする請求項1から4に記載の電場増強光デバイス。   5. The electric field-enhanced optical device according to claim 1, wherein the optical path length is different depending on a difference in resonator length between the resonance regions. 前記第1の反射層が、前記透光層の表面にパターン形成された金属層からなるものであることを特徴とする請求項1から5に記載の電場増強光デバイス。   6. The electric field enhanced optical device according to claim 1, wherein the first reflective layer is made of a metal layer patterned on the surface of the translucent layer. 前記第1の反射層が、前記透光層の表面に複数の非凝集金属微粒子が固着されて形成される金属層からなるものであることを特徴とする請求項1から5に記載の電場増強光デバイス。   6. The electric field enhancement according to claim 1, wherein the first reflective layer is made of a metal layer formed by adhering a plurality of non-aggregated metal fine particles to the surface of the translucent layer. Optical device. 前記透光層が、前記第1の反射層側の面において開口した複数の微細孔を有する微細孔体からなるものであることを特徴とする請求項1から7に記載の電場増強光デバイス。   The electric field-enhanced optical device according to claim 1, wherein the translucent layer is composed of a microporous body having a plurality of micropores opened on the surface on the first reflective layer side. 可視領域〜近赤外領域の前記測定光に光共振することを特徴とする請求項1から8に記載の電場増強光デバイス。   The electric field-enhanced optical device according to claim 1, wherein the electric field-enhanced optical device resonates with the measurement light in a visible region to a near infrared region.
JP2008103189A 2008-04-11 2008-04-11 Electric field enhancement optical device Withdrawn JP2009250951A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008103189A JP2009250951A (en) 2008-04-11 2008-04-11 Electric field enhancement optical device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008103189A JP2009250951A (en) 2008-04-11 2008-04-11 Electric field enhancement optical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009250951A true JP2009250951A (en) 2009-10-29

Family

ID=41311806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008103189A Withdrawn JP2009250951A (en) 2008-04-11 2008-04-11 Electric field enhancement optical device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009250951A (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011128135A (en) * 2009-11-19 2011-06-30 Seiko Epson Corp Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus
JP2011141264A (en) * 2009-12-11 2011-07-21 Seiko Epson Corp Sensor chip, sensor cartridge, and analyzer
JP2011208993A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Toyo Univ Analyzing substrate, and method for manufacturing the same
EP2383565A1 (en) 2010-04-28 2011-11-02 Seiko Epson Corporation Optical device, analyzing apparatus and spectroscopic method
JP2013007614A (en) * 2011-06-23 2013-01-10 Seiko Epson Corp Optical device and detector
US8497987B2 (en) 2010-09-14 2013-07-30 Seiko Epson Corporation Optical device unit and detection apparatus
US8531661B2 (en) 2010-09-14 2013-09-10 Seiko Epson Corporation Optical device unit and detection apparatus
WO2013164910A1 (en) * 2012-05-01 2013-11-07 セイコーエプソン株式会社 Optical device and detection apparatus
US8710427B2 (en) 2009-11-19 2014-04-29 Seiko Epson Corporation Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus
US8902419B2 (en) 2010-09-14 2014-12-02 Seiko Epson Corporation Detection apparatus
JP2017116560A (en) * 2017-03-29 2017-06-29 セイコーエプソン株式会社 Detection device
JP2017215330A (en) * 2017-07-10 2017-12-07 三菱電機株式会社 Electromagnetic wave detector
CN111239079A (en) * 2020-03-09 2020-06-05 上海交通大学 Time-varying turbid field simulation device with fixed optical depth

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011128135A (en) * 2009-11-19 2011-06-30 Seiko Epson Corp Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus
JP2011128133A (en) * 2009-11-19 2011-06-30 Seiko Epson Corp Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus
US8710427B2 (en) 2009-11-19 2014-04-29 Seiko Epson Corporation Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus
US9151666B2 (en) 2009-11-19 2015-10-06 Seiko Epson Corporation Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus
JP2011141264A (en) * 2009-12-11 2011-07-21 Seiko Epson Corp Sensor chip, sensor cartridge, and analyzer
JP2011141265A (en) * 2009-12-11 2011-07-21 Seiko Epson Corp Sensor chip, sensor cartridge, and analyzer
JP2011208993A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Toyo Univ Analyzing substrate, and method for manufacturing the same
CN102608823A (en) * 2010-04-28 2012-07-25 精工爱普生株式会社 Optical device, analyzing apparatus and spectroscopic method
TWI567375B (en) * 2010-04-28 2017-01-21 精工愛普生股份有限公司 Optical device, analyzing apparatus and spectroscopic method
EP2383565A1 (en) 2010-04-28 2011-11-02 Seiko Epson Corporation Optical device, analyzing apparatus and spectroscopic method
US8848182B2 (en) 2010-04-28 2014-09-30 Seiko Epson Corporation Optical device, analyzing apparatus and spectroscopic method
US8497987B2 (en) 2010-09-14 2013-07-30 Seiko Epson Corporation Optical device unit and detection apparatus
US8531661B2 (en) 2010-09-14 2013-09-10 Seiko Epson Corporation Optical device unit and detection apparatus
US8902419B2 (en) 2010-09-14 2014-12-02 Seiko Epson Corporation Detection apparatus
JP2013007614A (en) * 2011-06-23 2013-01-10 Seiko Epson Corp Optical device and detector
WO2013164910A1 (en) * 2012-05-01 2013-11-07 セイコーエプソン株式会社 Optical device and detection apparatus
CN104508463A (en) * 2012-05-01 2015-04-08 精工爱普生株式会社 Optical device and detection apparatus
JP2013231682A (en) * 2012-05-01 2013-11-14 Seiko Epson Corp Optical device and detection apparatus
JP2017116560A (en) * 2017-03-29 2017-06-29 セイコーエプソン株式会社 Detection device
JP2017215330A (en) * 2017-07-10 2017-12-07 三菱電機株式会社 Electromagnetic wave detector
CN111239079A (en) * 2020-03-09 2020-06-05 上海交通大学 Time-varying turbid field simulation device with fixed optical depth
CN111239079B (en) * 2020-03-09 2022-11-11 上海交通大学 Time-varying turbid field simulation device with fixed optical depth

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009250951A (en) Electric field enhancement optical device
KR101355898B1 (en) Spectroscopic device and raman spectroscopic apparatus
Kasani et al. A review of 2D and 3D plasmonic nanostructure array patterns: fabrication, light management and sensing applications
US7643156B2 (en) Sensor, multichannel sensor, sensing apparatus, and sensing method
US8023115B2 (en) Sensor, sensing system and sensing method
Zhan et al. The anomalous infrared transmission of gold films on two‐dimensional colloidal crystals
US7307719B2 (en) Wavelength-tunable excitation radiation amplifying structure and method
US20120281957A1 (en) Plasmonic and photonic resonator structures and methods for large electromagnetic field enhancements
US8189980B2 (en) Electromagnetic wave resonator, method of manufacturing the same, and method of resonating electromagnetic wave
Thilsted et al. Lithography‐Free Fabrication of Silica Nanocylinders with Suspended Gold Nanorings for LSPR‐Based Sensing
Johnson et al. SERS from two-tier sphere segment void substrates
Cesaria et al. Gold nanoholes fabricated by colloidal lithography: novel insights into nanofabrication, short-range correlation and optical properties
Liu et al. Nanobowtie arrays with tunable materials and geometries fabricated by holographic lithography
JP2009222483A (en) Inspection chip producing method and specimen detecting method
JP2007024870A (en) Sensor, and sensing device and method
Malekian et al. Optical properties of plasmonic nanopore arrays prepared by electron beam and colloidal lithography
Nair et al. Tuning the chiro-plasmonic response using high refractive index-dielectric templates
KR101393200B1 (en) High sensitivity surface plasmon rosonance sensor using metallic nano particles and method for manufacturing thereof
Higashino et al. Photoluminescence coupled to electric and magnetic surface lattice resonance in periodic arrays of zirconia nanoparticles
JP4415756B2 (en) Optical element and method for manufacturing the same
JP2007024869A (en) Multichannel sensor, and sensing device and method
Bäuml et al. Polarized surface-enhanced Raman spectroscopy of suspended carbon nanotubes by Pt-Re nanoantennas
Guan et al. Surface-enhanced Raman scattering on dual-layer metallic grating structures
Xue et al. Gold nanoarray deposited using alternating current for emission rate-manipulating nanoantenna
US20090321712A1 (en) Plasmonic coupling devices

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20110705