JP2000155093A - 表面プラズモンセンサ― - Google Patents
表面プラズモンセンサ―Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定精度の高い表面プラズモンセンサーを得
る。 【解決手段】 誘電体ブロックと、その一面に形成され
て試料11に接触させられる金属膜12と、光ビーム13を発
生させる光源14と、光ビーム13を上記誘電体ブロックに
通し、該誘電体ブロックと金属膜12との界面で全反射条
件となり、かつ、表面プラズモンの発生条件を含む種々
の入射角が得られるように入射させる光学系15と、上記
界面で全反射した光ビーム13を検出する光検出手段とを
備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、光源14と
して、発振波長安定化手段30を備えたレーザを用いる。
る。 【解決手段】 誘電体ブロックと、その一面に形成され
て試料11に接触させられる金属膜12と、光ビーム13を発
生させる光源14と、光ビーム13を上記誘電体ブロックに
通し、該誘電体ブロックと金属膜12との界面で全反射条
件となり、かつ、表面プラズモンの発生条件を含む種々
の入射角が得られるように入射させる光学系15と、上記
界面で全反射した光ビーム13を検出する光検出手段とを
備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、光源14と
して、発振波長安定化手段30を備えたレーザを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンの
発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズ
モンセンサーに関し、特に詳細には、光源部を改良して
測定精度を向上させた表面プラズモンセンサーに関する
ものである。
発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズ
モンセンサーに関し、特に詳細には、光源部を改良して
測定精度を向上させた表面プラズモンセンサーに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】金属中においては、自由電子が集団的に
振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そし
て、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、
表面プラズモンと呼ばれている。
振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そし
て、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、
表面プラズモンと呼ばれている。
【０００３】従来より、この表面プラズモンが光波によ
って励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分
析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。
そして、それらの中で特に良く知られているものとし
て、 Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げ
られる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
って励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分
析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。
そして、それらの中で特に良く知られているものとし
て、 Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げ
られる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【０００４】上記の系を用いる表面プラズモンセンサー
は基本的に、例えばプリズム状に形成される誘電体ブロ
ックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に
接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源
と、上記光ビームを誘電体ブロックに導入し、該誘電体
ブロックと金属膜との界面で全反射条件となり、かつ、
表面プラズモンの発生条件を含む種々の入射角が得られ
るように入射させる光学系と、上記の界面で全反射した
光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手
段とを備えてなるものである。
は基本的に、例えばプリズム状に形成される誘電体ブロ
ックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に
接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源
と、上記光ビームを誘電体ブロックに導入し、該誘電体
ブロックと金属膜との界面で全反射条件となり、かつ、
表面プラズモンの発生条件を含む種々の入射角が得られ
るように入射させる光学系と、上記の界面で全反射した
光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手
段とを備えてなるものである。
【０００５】なお上述のように種々の入射角を得るため
には、比較的細い光ビームを偏向させて上記界面に入射
させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射
する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記
界面で集束するように入射させてもよい。前者の場合
は、光ビームの偏向にともなって反射角が変化する光ビ
ームを、光ビームの偏向に同期移動する小さな光検出器
によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びる
エリアセンサによって検出することができる。一方後者
の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受
光できる方向に延びるエリアセンサによって検出するこ
とができる。
には、比較的細い光ビームを偏向させて上記界面に入射
させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射
する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記
界面で集束するように入射させてもよい。前者の場合
は、光ビームの偏向にともなって反射角が変化する光ビ
ームを、光ビームの偏向に同期移動する小さな光検出器
によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びる
エリアセンサによって検出することができる。一方後者
の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受
光できる方向に延びるエリアセンサによって検出するこ
とができる。
【０００６】上記構成の表面プラズモンセンサーにおい
て、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射
角θSPで入射させると、該金属膜に接している試料中に
電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッ
セント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモ
ンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表
面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立している
とき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プ
ラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との
界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。
て、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射
角θSPで入射させると、該金属膜に接している試料中に
電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッ
セント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモ
ンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表
面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立している
とき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プ
ラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との
界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。
【０００７】この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角
θSPより表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘電
率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数を
ＫSP、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光
速、εm とεs をそれぞれ金属、試料の誘電率とする
と、以下の関係がある。
θSPより表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘電
率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数を
ＫSP、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光
速、εm とεs をそれぞれ金属、試料の誘電率とする
と、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】
【０００９】試料の誘電率εs が分かれば、所定の較正
曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるの
で、結局、上記反射光強度が低下する入射角θSPを知る
ことにより、試料中の特定物質を定量分析することがで
きる。
曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるの
で、結局、上記反射光強度が低下する入射角θSPを知る
ことにより、試料中の特定物質を定量分析することがで
きる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したタイプの
従来の表面プラズモンセンサーにおいては、光源とし
て、一般にレーザが用いられて来た。特に単一モードの
レーザを用いると、全反射減衰のカーブが鋭くなり、感
度の高い測定が可能になる。
従来の表面プラズモンセンサーにおいては、光源とし
て、一般にレーザが用いられて来た。特に単一モードの
レーザを用いると、全反射減衰のカーブが鋭くなり、感
度の高い測定が可能になる。
【００１１】しかし、このレーザを用いる従来の表面プ
ラズモンセンサーにあっても、十分高い測定精度が得ら
れるとは限らず、この点に改良の余地が残されている。
ラズモンセンサーにあっても、十分高い測定精度が得ら
れるとは限らず、この点に改良の余地が残されている。
【００１２】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、十分に高い測定精度を実現できる表面プラズモ
ンセンサーを提供することを目的とする。
であり、十分に高い測定精度を実現できる表面プラズモ
ンセンサーを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明による表面プラズ
モンセンサーは、前述したような誘電体ブロックと、金
属膜と、光ビームを発生させる光源と、光学系と、光検
出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおい
て、光源として、発振波長安定化手段を備えたレーザが
用いられたことを特徴とするものである。
モンセンサーは、前述したような誘電体ブロックと、金
属膜と、光ビームを発生させる光源と、光学系と、光検
出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおい
て、光源として、発振波長安定化手段を備えたレーザが
用いられたことを特徴とするものである。
【００１４】なお光源用のレーザとしては、装置を小型
軽量化する上で有利な半導体レーザを好適に用いること
ができる。そしてその場合、発振波長安定化手段として
は、例えば半導体レーザから射出されたレーザビームの
一部を該半導体レーザにフィードバックさせる光学系
と、このフィードバックされるレーザビームの波長を選
択する回折格子（グレーティング）やバンドパスフィル
タ等の波長選択手段とからなるものを用いることができ
る。
軽量化する上で有利な半導体レーザを好適に用いること
ができる。そしてその場合、発振波長安定化手段として
は、例えば半導体レーザから射出されたレーザビームの
一部を該半導体レーザにフィードバックさせる光学系
と、このフィードバックされるレーザビームの波長を選
択する回折格子（グレーティング）やバンドパスフィル
タ等の波長選択手段とからなるものを用いることができ
る。
【００１５】上記の波長選択手段を例えばバルクグレー
ティングから構成する場合は、上述の光フィードバック
を行なう光学系を、半導体レーザから誘電体ブロックに
向かうレーザビームの光路に配されて該レーザビームの
一部を分岐させる光分岐手段と、この光分岐手段で分岐
されたレーザビームを逆向きの光路を辿るように反射さ
せる反射型グレーティングとから構成し、この反射型グ
レーティングを波長選択手段として兼ねて用いることが
できる。
ティングから構成する場合は、上述の光フィードバック
を行なう光学系を、半導体レーザから誘電体ブロックに
向かうレーザビームの光路に配されて該レーザビームの
一部を分岐させる光分岐手段と、この光分岐手段で分岐
されたレーザビームを逆向きの光路を辿るように反射さ
せる反射型グレーティングとから構成し、この反射型グ
レーティングを波長選択手段として兼ねて用いることが
できる。
【００１６】また、上記光フィードバックを行なう光学
系および波長選択手段を、半導体レーザから誘電体ブロ
ックに向かうレーザビームの光路に配されて該レーザビ
ームの一部を反射させる部分反射型グレーティングによ
って構成することも可能である。
系および波長選択手段を、半導体レーザから誘電体ブロ
ックに向かうレーザビームの光路に配されて該レーザビ
ームの一部を反射させる部分反射型グレーティングによ
って構成することも可能である。
【００１７】さらに、上記光フィードバックを行なう光
学系および前記波長選択手段を、半導体レーザから誘電
体ブロックに向かうレーザビームとは反対方向に出射し
た後方出射光を反射させる反射型グレーティングによっ
て構成することも可能である。
学系および前記波長選択手段を、半導体レーザから誘電
体ブロックに向かうレーザビームとは反対方向に出射し
た後方出射光を反射させる反射型グレーティングによっ
て構成することも可能である。
【００１８】一方、上記の波長選択手段を例えば狭透過
帯域バンドパスフィルタから構成する場合は、光フィー
ドバックを行なう光学系を、半導体レーザから誘電体ブ
ロックに向かうレーザビームの光路に配されて該レーザ
ビームの一部を分岐させる光分岐手段と、この光分岐手
段で分岐されたレーザビームを逆向きの光路を辿るよう
に反射させるミラーとから構成し、このミラーと半導体
レーザとの間のレーザビームの光路に狭透過帯域バンド
パスフィルタを配して用いることができる。
帯域バンドパスフィルタから構成する場合は、光フィー
ドバックを行なう光学系を、半導体レーザから誘電体ブ
ロックに向かうレーザビームの光路に配されて該レーザ
ビームの一部を分岐させる光分岐手段と、この光分岐手
段で分岐されたレーザビームを逆向きの光路を辿るよう
に反射させるミラーとから構成し、このミラーと半導体
レーザとの間のレーザビームの光路に狭透過帯域バンド
パスフィルタを配して用いることができる。
【００１９】また、上記光フィードバックを行なう光学
系を、半導体レーザから誘電体ブロックに向かうレーザ
ビームの光路に配されて該レーザビームの一部を反射さ
せるハーフミラーから構成し、このハーフミラーと半導
体レーザとの間のレーザビームの光路に狭透過帯域バン
ドパスフィルタを配して用いることもできる。
系を、半導体レーザから誘電体ブロックに向かうレーザ
ビームの光路に配されて該レーザビームの一部を反射さ
せるハーフミラーから構成し、このハーフミラーと半導
体レーザとの間のレーザビームの光路に狭透過帯域バン
ドパスフィルタを配して用いることもできる。
【００２０】さらに、上記光フィードバックを行なう光
学系を、半導体レーザから誘電体ブロックに向かうレー
ザビームとは反対方向に出射した後方出射光を反射させ
るミラーから構成し、このミラーと半導体レーザとの間
のレーザビームの光路に狭透過帯域バンドパスフィルタ
を配して用いることもできる。
学系を、半導体レーザから誘電体ブロックに向かうレー
ザビームとは反対方向に出射した後方出射光を反射させ
るミラーから構成し、このミラーと半導体レーザとの間
のレーザビームの光路に狭透過帯域バンドパスフィルタ
を配して用いることもできる。
【００２１】また上記波長選択手段としては、コアに複
数の屈折率変化部が等間隔に形成された光ファイバーか
らなり、レーザビームを反射回折させるファイバーグレ
ーティングを適用することも可能である。
数の屈折率変化部が等間隔に形成された光ファイバーか
らなり、レーザビームを反射回折させるファイバーグレ
ーティングを適用することも可能である。
【００２２】このようなファイバーグレーティングを適
用する場合、例えば前記光フィードバックを行なう光学
系を、半導体レーザから誘電体ブロックに向かうレーザ
ビームの光路に配されて該レーザビームの一部を分岐さ
せる光分岐手段と、この光分岐手段で分岐されたレーザ
ビームを逆向きの光路を辿るように反射させるファイバ
ーグレーティングとから構成し、このファイバーグレー
ティングを波長選択手段として兼ねて用いることができ
る。
用する場合、例えば前記光フィードバックを行なう光学
系を、半導体レーザから誘電体ブロックに向かうレーザ
ビームの光路に配されて該レーザビームの一部を分岐さ
せる光分岐手段と、この光分岐手段で分岐されたレーザ
ビームを逆向きの光路を辿るように反射させるファイバ
ーグレーティングとから構成し、このファイバーグレー
ティングを波長選択手段として兼ねて用いることができ
る。
【００２３】また、上記の光フィードバックを行なう光
学系および波長選択手段を、半導体レーザから誘電体ブ
ロックに向かうレーザビームの光路に配されて該レーザ
ビームの一部を反射させる部分反射型ファイバーグレー
ティングによって構成することもできる。
学系および波長選択手段を、半導体レーザから誘電体ブ
ロックに向かうレーザビームの光路に配されて該レーザ
ビームの一部を反射させる部分反射型ファイバーグレー
ティングによって構成することもできる。
【００２４】さらに、上記光フィードバックを行なう光
学系および波長選択手段を、半導体レーザから誘電体ブ
ロックに向かうレーザビームとは反対方向に出射した後
方出射光を反射させるファイバーグレーティングによっ
て構成することもできる。
学系および波長選択手段を、半導体レーザから誘電体ブ
ロックに向かうレーザビームとは反対方向に出射した後
方出射光を反射させるファイバーグレーティングによっ
て構成することもできる。
【００２５】他方、上述のような光フィードバックは行
なわないで発振波長を安定化することもできる。例え
ば、光ビームを発生させる光源として、ＤＦＢ（distri
butedfeedback：分布帰還型）レーザや、ＤＢＲ（distr
ibuted Bragg reflector ：分布ブラッグ反射型）レー
ザを用いることにより、発振波長を安定化することがで
きる。
なわないで発振波長を安定化することもできる。例え
ば、光ビームを発生させる光源として、ＤＦＢ（distri
butedfeedback：分布帰還型）レーザや、ＤＢＲ（distr
ibuted Bragg reflector ：分布ブラッグ反射型）レー
ザを用いることにより、発振波長を安定化することがで
きる。
【００２６】さらに発振波長安定化手段は上述のものに
限らず、その他、レーザの駆動電流や温度を電気的に精
密に制御する手段等を用いることもできる。
限らず、その他、レーザの駆動電流や温度を電気的に精
密に制御する手段等を用いることもできる。
【００２７】
【発明の効果】本発明者の研究によると、光源にレーザ
を用いる従来の表面プラズモンセンサーにおいて高い測
定精度が得難いという問題は、レーザの発振波長変動に
起因していることが分かった。つまり、レーザの発振波
長が変動すると、それが表面プラズモンの発生条件に影
響して表面プラズモン検出信号（誘電体ブロックと金属
膜との界面で全反射した光の強度検出信号）にノイズを
発生させ、それが測定精度の低下につながっていた。
を用いる従来の表面プラズモンセンサーにおいて高い測
定精度が得難いという問題は、レーザの発振波長変動に
起因していることが分かった。つまり、レーザの発振波
長が変動すると、それが表面プラズモンの発生条件に影
響して表面プラズモン検出信号（誘電体ブロックと金属
膜との界面で全反射した光の強度検出信号）にノイズを
発生させ、それが測定精度の低下につながっていた。
【００２８】本発明の表面プラズモンセンサーにおいて
は、発振波長安定化手段を備えたことによりレーザの発
振波長変動が抑制され、上述のノイズ発生が抑えられる
ので、十分に高い測定精度が実現される。
は、発振波長安定化手段を備えたことによりレーザの発
振波長変動が抑制され、上述のノイズ発生が抑えられる
ので、十分に高い測定精度が実現される。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による表面プラズモンセンサーの平面形状を示す
ものであり、また図２はその表面プラズモン検出部の側
面形状を示すものである。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による表面プラズモンセンサーの平面形状を示す
ものであり、また図２はその表面プラズモン検出部の側
面形状を示すものである。
【００３０】図示されるようにこの表面プラズモンセン
サーは、誘電体であるガラスから形成されて、図２の紙
面に垂直な方向（図１中では上下方向）に長軸が延びる
三角柱形のプリズム10と、このプリズム10の一面に形成
されて、試料11に接触させられる例えば金、銀等からな
る金属膜12と、１本の光ビーム（レーザビーム）13を発
生させる半導体レーザ14と、上記光ビーム13をプリズム
10に通し、該プリズム10と金属膜12との界面10ａに対し
て、種々の入射角が得られるように入射させる光学系15
と、上記界面10ａで全反射した光ビーム13の光量を検出
する第１の光検出手段16および第２の光検出手段17と、
これらの光検出手段16、17に接続された比較器18とを備
えている。
サーは、誘電体であるガラスから形成されて、図２の紙
面に垂直な方向（図１中では上下方向）に長軸が延びる
三角柱形のプリズム10と、このプリズム10の一面に形成
されて、試料11に接触させられる例えば金、銀等からな
る金属膜12と、１本の光ビーム（レーザビーム）13を発
生させる半導体レーザ14と、上記光ビーム13をプリズム
10に通し、該プリズム10と金属膜12との界面10ａに対し
て、種々の入射角が得られるように入射させる光学系15
と、上記界面10ａで全反射した光ビーム13の光量を検出
する第１の光検出手段16および第２の光検出手段17と、
これらの光検出手段16、17に接続された比較器18とを備
えている。
【００３１】入射光学系15は、半導体レーザ14から発散
光状態で出射した光ビーム13を平行光化するコリメータ
ーレンズ20と、平行光化された光ビーム13の径を拡大さ
せるビームエキスパンダ21と、拡径された光ビーム13を
上記界面10ａ上で収束させる集光レンズ22とから構成さ
れている。
光状態で出射した光ビーム13を平行光化するコリメータ
ーレンズ20と、平行光化された光ビーム13の径を拡大さ
せるビームエキスパンダ21と、拡径された光ビーム13を
上記界面10ａ上で収束させる集光レンズ22とから構成さ
れている。
【００３２】なおコリメーターレンズ20とビームエキス
パンダ21との間には、発振波長安定化手段30が設けられ
ているが、それについては後述する。
パンダ21との間には、発振波長安定化手段30が設けられ
ているが、それについては後述する。
【００３３】光ビーム13は、集光レンズ22により上述の
ように集光されるので、図２中に最小入射角θ1 と最大
入射角θ2 とを例示するように、界面10ａに対して種々
の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの
入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光
ビーム13は界面10ａで全反射し、この反射した光ビーム
13には、種々の反射角で反射する成分が含まれることに
なる。
ように集光されるので、図２中に最小入射角θ1 と最大
入射角θ2 とを例示するように、界面10ａに対して種々
の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの
入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光
ビーム13は界面10ａで全反射し、この反射した光ビーム
13には、種々の反射角で反射する成分が含まれることに
なる。
【００３４】一方、第１の光検出手段16および第２の光
検出手段17は、一例として２分割フォトダイオード等か
らなる。第１の光検出手段16は上記界面10ａで全反射し
た光ビーム13のうち、第１の反射角範囲（比較的低角度
の範囲）にある成分の光量を検出するように配され、第
２の光検出手段17は上記界面10ａで全反射した光ビーム
13のうち、第２の反射角範囲（比較的高角度の範囲）に
ある成分の光量を検出するように配されている。
検出手段17は、一例として２分割フォトダイオード等か
らなる。第１の光検出手段16は上記界面10ａで全反射し
た光ビーム13のうち、第１の反射角範囲（比較的低角度
の範囲）にある成分の光量を検出するように配され、第
２の光検出手段17は上記界面10ａで全反射した光ビーム
13のうち、第２の反射角範囲（比較的高角度の範囲）に
ある成分の光量を検出するように配されている。
【００３５】以下、上記構成の表面プラズモンセンサー
による試料分析について説明する。分析対象の試料11は
金属膜12に接触する状態に保持される。そして上述のよ
うに集光された光ビーム13が、金属膜12に向けて照射さ
れる。この金属膜12とプリズム10との界面10ａで全反射
した光ビーム13は、第１の光検出手段16および第２の光
検出手段17によって検出される。
による試料分析について説明する。分析対象の試料11は
金属膜12に接触する状態に保持される。そして上述のよ
うに集光された光ビーム13が、金属膜12に向けて照射さ
れる。この金属膜12とプリズム10との界面10ａで全反射
した光ビーム13は、第１の光検出手段16および第２の光
検出手段17によって検出される。
【００３６】このとき第１の光検出手段16が出力する光
量検出信号Ｓ１と、第２の光検出手段17が出力する光量
検出信号Ｓ２は比較器18に入力され、比較器18はそれら
両信号Ｓ１、Ｓ２の差分を示す差分信号Ｓを出力する。
量検出信号Ｓ１と、第２の光検出手段17が出力する光量
検出信号Ｓ２は比較器18に入力され、比較器18はそれら
両信号Ｓ１、Ｓ２の差分を示す差分信号Ｓを出力する。
【００３７】ここで、界面10ａにある特定の入射角θSP
で入射した光は、金属膜12と試料11との界面に表面プラ
ズモンを励起させるので、この光については反射光強度
Ｉが鋭く低下する。つまり、全反射した光ビーム13の強
度Ｉと入射角θとの関係は概ね図３の（Ａ）、（Ｂ）に
それぞれ曲線ａ、ｂで示すようなものとなる。この全反
射減衰（ＡＴＲ）入射角θSPや、反射光強度Ｉと入射角
θとの関係曲線が分かれば、試料11中の特定物質を定量
分析することができる。以下、その理由を詳しく説明す
る。
で入射した光は、金属膜12と試料11との界面に表面プラ
ズモンを励起させるので、この光については反射光強度
Ｉが鋭く低下する。つまり、全反射した光ビーム13の強
度Ｉと入射角θとの関係は概ね図３の（Ａ）、（Ｂ）に
それぞれ曲線ａ、ｂで示すようなものとなる。この全反
射減衰（ＡＴＲ）入射角θSPや、反射光強度Ｉと入射角
θとの関係曲線が分かれば、試料11中の特定物質を定量
分析することができる。以下、その理由を詳しく説明す
る。
【００３８】上記第１の反射角範囲と第２の反射角範囲
とが例えば連続していて、それら両範囲の境界の反射角
がθM であるとすると、入射角θM よりも入射角が小さ
い範囲、大きい範囲の光が各々光検出手段16、17の一
方、他方によって検出される。
とが例えば連続していて、それら両範囲の境界の反射角
がθM であるとすると、入射角θM よりも入射角が小さ
い範囲、大きい範囲の光が各々光検出手段16、17の一
方、他方によって検出される。
【００３９】一例として、θM よりも入射角が小さい範
囲の光が第１の光検出手段16によって検出され、θM よ
りも入射角が大きい範囲の光ビームが第２の光検出手段
17によって検出されるものとすると、第１の光検出手段
16は図３の（Ａ）、（Ｂ）でそれぞれ斜線を付した範囲
の光を検出することになり、その検出光量は（Ａ）の場
合よりも（Ｂ）の場合の方が大きくなる。反対に、第２
の光検出手段17による検出光量は（Ａ）の場合よりも
（Ｂ）の場合の方が小さくなる。このように、第１の光
検出手段16の検出光量と第２の光検出手段17の検出光量
は、入射角θと反射光強度Ｉとの関係に応じた特有の差
異を生じることになる。
囲の光が第１の光検出手段16によって検出され、θM よ
りも入射角が大きい範囲の光ビームが第２の光検出手段
17によって検出されるものとすると、第１の光検出手段
16は図３の（Ａ）、（Ｂ）でそれぞれ斜線を付した範囲
の光を検出することになり、その検出光量は（Ａ）の場
合よりも（Ｂ）の場合の方が大きくなる。反対に、第２
の光検出手段17による検出光量は（Ａ）の場合よりも
（Ｂ）の場合の方が小さくなる。このように、第１の光
検出手段16の検出光量と第２の光検出手段17の検出光量
は、入射角θと反射光強度Ｉとの関係に応じた特有の差
異を生じることになる。
【００４０】したがって、予め求めてある各試料毎の検
量線等を参照すれば、第１の光検出手段16が出力する光
量検出信号Ｓ１と、第２の光検出手段17が出力する光量
検出信号Ｓ２との差を示す比較器18の出力、すなわち差
分信号Ｓに基づいて、分析試料11に関する全反射減衰
（ＡＴＲ）入射角θSPや、入射角θと反射光強度Ｉとの
関係曲線を推定可能となり、該試料11中の物質を定量分
析できるようになる。
量線等を参照すれば、第１の光検出手段16が出力する光
量検出信号Ｓ１と、第２の光検出手段17が出力する光量
検出信号Ｓ２との差を示す比較器18の出力、すなわち差
分信号Ｓに基づいて、分析試料11に関する全反射減衰
（ＡＴＲ）入射角θSPや、入射角θと反射光強度Ｉとの
関係曲線を推定可能となり、該試料11中の物質を定量分
析できるようになる。
【００４１】なお以上は、第１の反射角範囲と第２の反
射角範囲とが連続している場合について説明したが、そ
れら両範囲が連続していない場合でも、第１の光検出手
段16の検出光量と第２の光検出手段16の検出光量は、入
射角θと反射光強度Ｉとの関係に応じた特有の差異を生
じるから、同様にして試料11中の物質を定量分析するこ
とができる。
射角範囲とが連続している場合について説明したが、そ
れら両範囲が連続していない場合でも、第１の光検出手
段16の検出光量と第２の光検出手段16の検出光量は、入
射角θと反射光強度Ｉとの関係に応じた特有の差異を生
じるから、同様にして試料11中の物質を定量分析するこ
とができる。
【００４２】次に、発振波長安定化手段30について説明
する。この発振波長安定化手段30は、光ビーム13の偏光
を制御するλ／２板31と、このλ／２板31を通過した光
ビーム13を一部反射、分岐させるビームスプリッタ32
と、分岐された光ビーム13Ｒが入射する位置に配された
反射型グレーティング（回折格子）33とから構成されて
いる。
する。この発振波長安定化手段30は、光ビーム13の偏光
を制御するλ／２板31と、このλ／２板31を通過した光
ビーム13を一部反射、分岐させるビームスプリッタ32
と、分岐された光ビーム13Ｒが入射する位置に配された
反射型グレーティング（回折格子）33とから構成されて
いる。
【００４３】分岐されて反射型グレーティング33に入射
した光ビーム13Ｒは、このグレーティング33において極
めてスペクトルが狭い状態に波長選択されて、入射光路
を逆向きに辿るように反射する。この光ビーム13Ｒはビ
ームスプリッタ32およびλ／２板31を介して半導体レー
ザ14にフィードバックされる。このようにして、半導体
レーザ14の後方端面（図１中の左端面）と反射型グレー
ティング33とで外部共振器が構成される形となり、半導
体レーザ14の発振波長は反射型グレーティング33の選択
波長にロックされる。
した光ビーム13Ｒは、このグレーティング33において極
めてスペクトルが狭い状態に波長選択されて、入射光路
を逆向きに辿るように反射する。この光ビーム13Ｒはビ
ームスプリッタ32およびλ／２板31を介して半導体レー
ザ14にフィードバックされる。このようにして、半導体
レーザ14の後方端面（図１中の左端面）と反射型グレー
ティング33とで外部共振器が構成される形となり、半導
体レーザ14の発振波長は反射型グレーティング33の選択
波長にロックされる。
【００４４】以上のようにして半導体レーザ14の発振波
長が安定化すると、発振波長変動により差分信号Ｓにノ
イズが発生することが防止され、試料分析に関して高い
測定精度が実現される。
長が安定化すると、発振波長変動により差分信号Ｓにノ
イズが発生することが防止され、試料分析に関して高い
測定精度が実現される。
【００４５】次に、図４を参照して本発明の第２の実施
形態について説明する。なおこれ以降に説明する実施形
態の装置は全て、図１に示した装置と比べると、基本的
に発振波長安定化手段のみが異なるものであり、その他
の表面プラズモン検出部等は同様に形成されている。ま
た図４において、図１中のものと同等の要素については
同番号を付し、それらについての説明は特に必要の無い
限り省略する（以下、同様）。
形態について説明する。なおこれ以降に説明する実施形
態の装置は全て、図１に示した装置と比べると、基本的
に発振波長安定化手段のみが異なるものであり、その他
の表面プラズモン検出部等は同様に形成されている。ま
た図４において、図１中のものと同等の要素については
同番号を付し、それらについての説明は特に必要の無い
限り省略する（以下、同様）。
【００４６】この第２実施形態の装置の発振波長安定化
手段30Ａは、光フィードバックを行なう光学系および波
長選択手段を兼ねる部分反射型グレーティング34によっ
て構成されている。この部分反射型グレーティング34
は、半導体レーザ14からプリズム10（図２参照）に向か
う光ビーム（レーザビーム）13の光路に配されて、該光
ビーム13の一部を反射させる。
手段30Ａは、光フィードバックを行なう光学系および波
長選択手段を兼ねる部分反射型グレーティング34によっ
て構成されている。この部分反射型グレーティング34
は、半導体レーザ14からプリズム10（図２参照）に向か
う光ビーム（レーザビーム）13の光路に配されて、該光
ビーム13の一部を反射させる。
【００４７】この反射した光ビーム13は半導体レーザ14
にフィードバックされ、それにより半導体レーザ14の発
振波長は、部分反射型グレーティング34の選択波長にロ
ックされる。
にフィードバックされ、それにより半導体レーザ14の発
振波長は、部分反射型グレーティング34の選択波長にロ
ックされる。
【００４８】次に、図５を参照して本発明の第３の実施
形態について説明する。この第３実施形態の装置の発振
波長安定化手段30Ｂは、反射型グレーティング33および
コリメーターレンズ35によって構成されている。
形態について説明する。この第３実施形態の装置の発振
波長安定化手段30Ｂは、反射型グレーティング33および
コリメーターレンズ35によって構成されている。
【００４９】反射型グレーティング33は、コリメーター
レンズ35とともに光フィードバックを行なう光学系を構
成する一方、波長選択手段も兼ねている。すなわち、半
導体レーザ14からプリズム10（図２参照）とは反対方向
に出射した後方出射光13Ｑは、コリメーターレンズ35に
よって平行光化された後、反射型グレーティング33に入
射する。
レンズ35とともに光フィードバックを行なう光学系を構
成する一方、波長選択手段も兼ねている。すなわち、半
導体レーザ14からプリズム10（図２参照）とは反対方向
に出射した後方出射光13Ｑは、コリメーターレンズ35に
よって平行光化された後、反射型グレーティング33に入
射する。
【００５０】この反射型グレーティング33で反射した後
方出射光13Ｑは半導体レーザ14にフィードバックされ、
それにより半導体レーザ14の発振波長が、反射型グレー
ティング33の選択波長にロックされる。
方出射光13Ｑは半導体レーザ14にフィードバックされ、
それにより半導体レーザ14の発振波長が、反射型グレー
ティング33の選択波長にロックされる。
【００５１】次に、図６を参照して本発明の第４の実施
形態について説明する。この第４実施形態の装置の発振
波長安定化手段40は、ビームスプリッタ32により分岐さ
れた光ビーム13Ｒが入射する位置に配された狭透過帯域
バンドパスフィルタ41と、そこを透過した光ビーム13Ｒ
を集光する集光レンズ42と、この集光レンズ42による光
ビーム13Ｒの収束位置に配設されたミラー43とで構成さ
れている。
形態について説明する。この第４実施形態の装置の発振
波長安定化手段40は、ビームスプリッタ32により分岐さ
れた光ビーム13Ｒが入射する位置に配された狭透過帯域
バンドパスフィルタ41と、そこを透過した光ビーム13Ｒ
を集光する集光レンズ42と、この集光レンズ42による光
ビーム13Ｒの収束位置に配設されたミラー43とで構成さ
れている。
【００５２】光ビーム13Ｒは上記狭透過帯域バンドパス
フィルタ41により、極めてスペクトルが狭い状態に波長
選択された後、ミラー43で反射して入射光路を逆向きに
辿る。この光ビーム13Ｒはビームスプリッタ32およびλ
／２板31を介して半導体レーザ14にフィードバックされ
る。それにより、半導体レーザ14の発振波長が狭透過帯
域バンドパスフィルタ41の選択波長にロックされ、この
場合も高い測定精度が実現される。
フィルタ41により、極めてスペクトルが狭い状態に波長
選択された後、ミラー43で反射して入射光路を逆向きに
辿る。この光ビーム13Ｒはビームスプリッタ32およびλ
／２板31を介して半導体レーザ14にフィードバックされ
る。それにより、半導体レーザ14の発振波長が狭透過帯
域バンドパスフィルタ41の選択波長にロックされ、この
場合も高い測定精度が実現される。
【００５３】なお、上記ビームスプリッタ32の代わり
に、ハーフミラーを用いることも可能である。
に、ハーフミラーを用いることも可能である。
【００５４】次に、図７を参照して本発明の第５の実施
形態について説明する。この第５実施形態の装置の発振
波長安定化手段40Ａは、半導体レーザ14からプリズム10
（図２参照）に向かう光ビーム（レーザビーム）13の光
路に順次配された狭透過帯域バンドパスフィルタ41、集
光レンズ44、ハーフミラー45およびコリメーターレンズ
46から構成されている。
形態について説明する。この第５実施形態の装置の発振
波長安定化手段40Ａは、半導体レーザ14からプリズム10
（図２参照）に向かう光ビーム（レーザビーム）13の光
路に順次配された狭透過帯域バンドパスフィルタ41、集
光レンズ44、ハーフミラー45およびコリメーターレンズ
46から構成されている。
【００５５】集光レンズ44およびハーフミラー45は光フ
ィードバックを行なう光学系を構成している。つまり光
ビーム13の一部は、集光レンズ44による収束位置に配さ
れたハーフミラー45で反射して、半導体レーザ14にフィ
ードバックされる。
ィードバックを行なう光学系を構成している。つまり光
ビーム13の一部は、集光レンズ44による収束位置に配さ
れたハーフミラー45で反射して、半導体レーザ14にフィ
ードバックされる。
【００５６】その際光ビーム13は、狭透過帯域バンドパ
スフィルタ41により波長選択されて半導体レーザ14にフ
ィードバックされる。それにより、半導体レーザ14の発
振波長が狭透過帯域バンドパスフィルタ41の選択波長に
ロックされ、この場合も高い測定精度が実現される。
スフィルタ41により波長選択されて半導体レーザ14にフ
ィードバックされる。それにより、半導体レーザ14の発
振波長が狭透過帯域バンドパスフィルタ41の選択波長に
ロックされ、この場合も高い測定精度が実現される。
【００５７】次に、図８を参照して本発明の第６の実施
形態について説明する。この第６実施形態の装置の発振
波長安定化手段40Ｂは、半導体レーザ14から出射する後
方出射光13Ｑを平行光化するコリメーターレンズ47と、
コリメーターレンズ47を通過した後の後方出射光13Ｑの
光路に配された狭透過帯域バンドパスフィルタ41と、そ
こを透過した後方出射光13Ｑを集光する集光レンズ42
と、この集光レンズ42による後方出射光13Ｑの収束位置
に配設されたミラー43とで構成されている。
形態について説明する。この第６実施形態の装置の発振
波長安定化手段40Ｂは、半導体レーザ14から出射する後
方出射光13Ｑを平行光化するコリメーターレンズ47と、
コリメーターレンズ47を通過した後の後方出射光13Ｑの
光路に配された狭透過帯域バンドパスフィルタ41と、そ
こを透過した後方出射光13Ｑを集光する集光レンズ42
と、この集光レンズ42による後方出射光13Ｑの収束位置
に配設されたミラー43とで構成されている。
【００５８】上記集光レンズ42およびミラー43は、光フ
ィードバックを行なう光学系を構成し、狭透過帯域バン
ドパスフィルタ41は波長選択手段を構成している。すな
わち、後方出射光13Ｑは上記狭透過帯域バンドパスフィ
ルタ41により波長選択され、ミラー43で反射して入射光
路を逆向きに辿り、半導体レーザ14にフィードバックさ
れる。それによりこの場合も、半導体レーザ14の発振波
長が狭透過帯域バンドパスフィルタ41の選択波長にロッ
クされる。
ィードバックを行なう光学系を構成し、狭透過帯域バン
ドパスフィルタ41は波長選択手段を構成している。すな
わち、後方出射光13Ｑは上記狭透過帯域バンドパスフィ
ルタ41により波長選択され、ミラー43で反射して入射光
路を逆向きに辿り、半導体レーザ14にフィードバックさ
れる。それによりこの場合も、半導体レーザ14の発振波
長が狭透過帯域バンドパスフィルタ41の選択波長にロッ
クされる。
【００５９】次に、図９を参照して本発明の第７の実施
形態について説明する。この第７実施形態の装置の発振
波長安定化手段50は、半導体レーザ14から出射した光ビ
ーム13を一部反射、分岐させるビームスプリッタ51と、
分岐された光ビーム13Ｒを反射させるミラー52と、そこ
で反射した光ビーム13Ｒを集光する集光レンズ53と、こ
の集光レンズ53による光ビーム13Ｒの収束位置に一端面
が位置するように配された反射型ファイバーグレーティ
ング54とから構成されている。
形態について説明する。この第７実施形態の装置の発振
波長安定化手段50は、半導体レーザ14から出射した光ビ
ーム13を一部反射、分岐させるビームスプリッタ51と、
分岐された光ビーム13Ｒを反射させるミラー52と、そこ
で反射した光ビーム13Ｒを集光する集光レンズ53と、こ
の集光レンズ53による光ビーム13Ｒの収束位置に一端面
が位置するように配された反射型ファイバーグレーティ
ング54とから構成されている。
【００６０】反射型ファイバーグレーティング54は、ク
ラッド内にそれよりも高屈折率のコアが埋め込まれてな
り、そしてコアには複数の屈折率変化部が等間隔に形成
された光ファイバーである。この反射型ファイバーグレ
ーティング54は、一例としてクラッド外径が125 μｍ、
コア径が約10μｍの光通信用光ファイバーのコアに、紫
外域のエキシマレーザ光を用いて二光束干渉露光により
干渉縞を形成させ、コアの光が照射された部分の屈折率
を変化（上昇）させることにより作成される。なおこの
屈折率変化は、コアにドープされている酸化ゲルマニウ
ムが紫外線照射により化学変化を起こすことによって生
じると考えられている。
ラッド内にそれよりも高屈折率のコアが埋め込まれてな
り、そしてコアには複数の屈折率変化部が等間隔に形成
された光ファイバーである。この反射型ファイバーグレ
ーティング54は、一例としてクラッド外径が125 μｍ、
コア径が約10μｍの光通信用光ファイバーのコアに、紫
外域のエキシマレーザ光を用いて二光束干渉露光により
干渉縞を形成させ、コアの光が照射された部分の屈折率
を変化（上昇）させることにより作成される。なおこの
屈折率変化は、コアにドープされている酸化ゲルマニウ
ムが紫外線照射により化学変化を起こすことによって生
じると考えられている。
【００６１】集光レンズ53により集光された光ビーム13
Ｒは、反射型ファイバーグレーティング54の端面からコ
ア内に入射し、そこを伝搬する。コアに形成された上記
屈折率変化部は、光ビーム13Ｒの伝搬方向に沿ったグレ
ーティング（回折格子）を構成している。このグレーテ
ィングは、コアを伝搬する光ビーム13Ｒのうち、その周
期に対応した特定波長の光のみを反射回折させ、半導体
レーザ14にフィードバックさせる。そこで、半導体レー
ザ14の発振波長が反射型ファイバーグレーティング54の
選択波長にロックされる。
Ｒは、反射型ファイバーグレーティング54の端面からコ
ア内に入射し、そこを伝搬する。コアに形成された上記
屈折率変化部は、光ビーム13Ｒの伝搬方向に沿ったグレ
ーティング（回折格子）を構成している。このグレーテ
ィングは、コアを伝搬する光ビーム13Ｒのうち、その周
期に対応した特定波長の光のみを反射回折させ、半導体
レーザ14にフィードバックさせる。そこで、半導体レー
ザ14の発振波長が反射型ファイバーグレーティング54の
選択波長にロックされる。
【００６２】次に、図１０を参照して本発明の第８の実
施形態について説明する。この第８実施形態の装置の発
振波長安定化手段50Ａは、半導体レーザ14から出射した
光ビーム13を集光する集光レンズ55と、ファイバーカッ
プラを構成する第１のファイバー56および第２のファイ
バー57とから構成されている。第１のファイバー56は前
述したような屈折率変化部を有するものであり、第２の
ファイバー57は第１のファイバー56に結合されている。
施形態について説明する。この第８実施形態の装置の発
振波長安定化手段50Ａは、半導体レーザ14から出射した
光ビーム13を集光する集光レンズ55と、ファイバーカッ
プラを構成する第１のファイバー56および第２のファイ
バー57とから構成されている。第１のファイバー56は前
述したような屈折率変化部を有するものであり、第２の
ファイバー57は第１のファイバー56に結合されている。
【００６３】上記第２のファイバー57に一端面側から入
射してそこを伝搬する光ビーム13は、一部が両ファイバ
ー56、57の結合部分において第１のファイバー56の方に
移って、二系統に分岐される。第２のファイバー57を伝
搬してその他端面から出射した光ビーム13は、表面プラ
ズモンによる試料分析に用いられる。
射してそこを伝搬する光ビーム13は、一部が両ファイバ
ー56、57の結合部分において第１のファイバー56の方に
移って、二系統に分岐される。第２のファイバー57を伝
搬してその他端面から出射した光ビーム13は、表面プラ
ズモンによる試料分析に用いられる。
【００６４】一方、第１のファイバー56に移った光ビー
ム13は、該第１のファイバー56を伝搬してその屈折率変
化部において反射回折する。反射回折した光ビーム13
は、集光レンズ55を介して半導体レーザ14にフィードバ
ックされ、半導体レーザ14の発振波長が第１のファイバ
ー56の選択波長にロックされる。
ム13は、該第１のファイバー56を伝搬してその屈折率変
化部において反射回折する。反射回折した光ビーム13
は、集光レンズ55を介して半導体レーザ14にフィードバ
ックされ、半導体レーザ14の発振波長が第１のファイバ
ー56の選択波長にロックされる。
【００６５】次に、図１１を参照して本発明の第９の実
施形態について説明する。この第９実施形態の装置の発
振波長安定化手段50Ｂは、半導体レーザ14から出射した
光ビーム13を集光する集光レンズ55と、この集光レンズ
55による光ビーム13の収束位置に一端面が位置するよう
に配された部分反射型ファイバーグレーティング58とか
ら構成されている。
施形態について説明する。この第９実施形態の装置の発
振波長安定化手段50Ｂは、半導体レーザ14から出射した
光ビーム13を集光する集光レンズ55と、この集光レンズ
55による光ビーム13の収束位置に一端面が位置するよう
に配された部分反射型ファイバーグレーティング58とか
ら構成されている。
【００６６】部分反射型ファイバーグレーティング58
は、基本的に前記反射型ファイバーグレーティング54と
同様のものであり、コアを伝搬する光ビーム13のうち、
その周期に対応した特定波長の光のみを一部反射回折さ
せ、半導体レーザ14にフィードバックさせる。そこで、
半導体レーザ14の発振波長が部分反射型ファイバーグレ
ーティング58の選択波長にロックされる。
は、基本的に前記反射型ファイバーグレーティング54と
同様のものであり、コアを伝搬する光ビーム13のうち、
その周期に対応した特定波長の光のみを一部反射回折さ
せ、半導体レーザ14にフィードバックさせる。そこで、
半導体レーザ14の発振波長が部分反射型ファイバーグレ
ーティング58の選択波長にロックされる。
【００６７】なおこの場合、部分反射型ファイバーグレ
ーティング58を透過した光ビーム13が、表面プラズモン
による試料分析に用いられる。
ーティング58を透過した光ビーム13が、表面プラズモン
による試料分析に用いられる。
【００６８】次に、図１２を参照して本発明の第１０の
実施形態について説明する。この第１０実施形態の装置
の発振波長安定化手段50Ｃは、半導体レーザ14から出射
した後方出射光13Ｑを収束させる集光レンズ59と、この
集光レンズ59による後方出射光13Ｑの収束位置に一端面
が位置するように配された反射型ファイバーグレーティ
ング54とから構成されている。
実施形態について説明する。この第１０実施形態の装置
の発振波長安定化手段50Ｃは、半導体レーザ14から出射
した後方出射光13Ｑを収束させる集光レンズ59と、この
集光レンズ59による後方出射光13Ｑの収束位置に一端面
が位置するように配された反射型ファイバーグレーティ
ング54とから構成されている。
【００６９】この反射型ファイバーグレーティング54で
反射した後方出射光13Ｑは半導体レーザ14にフィードバ
ックされ、それにより半導体レーザ14の発振波長が、反
射型ファイバーグレーティング54の選択波長にロックさ
れる。
反射した後方出射光13Ｑは半導体レーザ14にフィードバ
ックされ、それにより半導体レーザ14の発振波長が、反
射型ファイバーグレーティング54の選択波長にロックさ
れる。
【００７０】次に、図１３を参照して本発明の第１１の
実施形態について説明する。この第１１実施形態の装置
は、図２に示した装置と比べると、プリズム10に代えて
ガラスからなる概略直方体状の誘電体ブロック62が用い
られている点が基本的に異なる。この誘電体ブロック62
は、プリズム60の上面に屈折率マッチング液61を介して
結合されている。
実施形態について説明する。この第１１実施形態の装置
は、図２に示した装置と比べると、プリズム10に代えて
ガラスからなる概略直方体状の誘電体ブロック62が用い
られている点が基本的に異なる。この誘電体ブロック62
は、プリズム60の上面に屈折率マッチング液61を介して
結合されている。
【００７１】この装置において光ビーム13は、誘電体ブ
ロック62と金属膜12との界面62ａにおいて全反射するよ
うに、プリズム60を介して導入される。そして、誘電体
ブロック62とプリズム60とは、互いに同材料から形成さ
れるとともに、それらと同じ屈折率を有する屈折率マッ
チング液61を介して結合されていることにより、光学的
には、一体のプリズムを用いる場合と同等の構造となっ
ている。
ロック62と金属膜12との界面62ａにおいて全反射するよ
うに、プリズム60を介して導入される。そして、誘電体
ブロック62とプリズム60とは、互いに同材料から形成さ
れるとともに、それらと同じ屈折率を有する屈折率マッ
チング液61を介して結合されていることにより、光学的
には、一体のプリズムを用いる場合と同等の構造となっ
ている。
【００７２】以上、光フィードバックにより光源の発振
波長を安定化する実施形態について説明したが、本発明
ではそのような光フィードバックの手法を用いずに、光
源としてＤＦＢ（distributed feedback：分布帰還型）
レーザや、あるいはＤＢＲ（distributed Bragg reflec
tor ：分布ブラッグ反射型）レーザ等、もとより発振波
長安定化手段を備えた光源を用いることも可能であり、
その場合も同様の効果を奏する。
波長を安定化する実施形態について説明したが、本発明
ではそのような光フィードバックの手法を用いずに、光
源としてＤＦＢ（distributed feedback：分布帰還型）
レーザや、あるいはＤＢＲ（distributed Bragg reflec
tor ：分布ブラッグ反射型）レーザ等、もとより発振波
長安定化手段を備えた光源を用いることも可能であり、
その場合も同様の効果を奏する。
【００７３】さらに発振波長安定化手段としては、その
他、レーザの駆動電流や温度を電気的に精密に制御する
ことによって発振波長を安定させる手段も適用すること
ができる。
他、レーザの駆動電流や温度を電気的に精密に制御する
ことによって発振波長を安定させる手段も適用すること
ができる。
【００７４】なお本発明は、以上説明したタイプの表面
プラズモンセンサーに限らず、その他例えば、金属膜上
に被測定物と特異結合する物質の層を設け、ある特定の
成分のみを検出するようにした表面プラズモンセンサ
ー、例えば抗原抗体反応を検出するセンサーや、金属膜
上に配した被測定物の物性の２次元分布を測定するよう
にした表面プラズモンセンサー等に対しても適用可能で
ある。
プラズモンセンサーに限らず、その他例えば、金属膜上
に被測定物と特異結合する物質の層を設け、ある特定の
成分のみを検出するようにした表面プラズモンセンサ
ー、例えば抗原抗体反応を検出するセンサーや、金属膜
上に配した被測定物の物性の２次元分布を測定するよう
にした表面プラズモンセンサー等に対しても適用可能で
ある。
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン
センサーの平面図
センサーの平面図
【図２】図１の表面プラズモンセンサーの一部を示す側
面図
面図
【図３】表面プラズモンセンサーにおける光ビーム入射
角と、光検出手段による検出光強度との概略関係を示す
グラフ
角と、光検出手段による検出光強度との概略関係を示す
グラフ
【図４】本発明の第２の実施形態による表面プラズモン
センサーの平面図
センサーの平面図
【図５】本発明の第３の実施形態による表面プラズモン
センサーの平面図
センサーの平面図
【図６】本発明の第４の実施形態による表面プラズモン
センサーの平面図
センサーの平面図
【図７】本発明の第５の実施形態による表面プラズモン
センサーの平面図
センサーの平面図
【図８】本発明の第６の実施形態による表面プラズモン
センサーの平面図
センサーの平面図
【図９】本発明の第７の実施形態による表面プラズモン
センサーの平面図
センサーの平面図
【図１０】本発明の第８の実施形態による表面プラズモ
ンセンサーの平面図
ンセンサーの平面図
【図１１】本発明の第９の実施形態による表面プラズモ
ンセンサーの平面図
ンセンサーの平面図
【図１２】本発明の第１０の実施形態による表面プラズ
モンセンサーの平面図
モンセンサーの平面図
【図１３】本発明の第１１の実施形態による表面プラズ
モンセンサーの一部を示す側面図
モンセンサーの一部を示す側面図
10 プリズム 10ａ プリズムと金属膜との界面 11 試料 12 金属膜 13 光ビーム 13Ｒ 分岐された光ビーム 13Ｑ 後方出射光 14 半導体レーザ 15 入射光学系 16 第１の光検出手段 17 第２の光検出手段 18 比較器 20 コリメーターレンズ 21 ビームエキスパンダ 22 集光レンズ 30、30Ａ、30Ｂ 発振波長安定化手段 31 λ／２板 32 ビームスプリッタ 33 反射型グレーティング 34 部分反射型グレーティング 35 コリメーターレンズ 40、40Ａ、40Ｂ 発振波長安定化手段 41 狭透過帯域バンドパスフィルタ 42 集光レンズ 43 ミラー 44 集光レンズ 45 ハーフミラー 46、47 コリメーターレンズ 50、50Ａ、50Ｂ、50Ｃ 発振波長安定化手段 51 ビームスプリッタ 52 ミラー 53、55、59 集光レンズ 54 反射型ファイバーグレーティング 56 第１のファイバー 57 第２のファイバー 58 部分反射型ファイバーグレーティング 60 プリズム 61 屈折率マッチング液 62 誘電体ブロック 62ａ 誘電体ブロックと金属膜との界面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB04 BB13 EE01 EE02 FF03 GG01 HH08 HH09 JJ02 JJ05 JJ11 JJ12 JJ13 JJ17 JJ20 JJ22 JJ30 KK01 KK10 MM05 NN05
Claims (19)
- 【請求項１】 誘電体ブロックと、 この誘電体ブロックの一面に形成されて、試料に接触さ
せられる金属膜と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに導入し、該誘電体
ブロックと金属膜との界面で全反射条件となり、かつ、
表面プラズモンの発生条件を含む種々の入射角が得られ
るように入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を、種々の入射角
毎に検出可能な光検出手段とを備えてなる表面プラズモ
ンセンサーにおいて、 前記光源として、発振波長安定化手段を備えたレーザが
用いられたことを特徴とする表面プラズモンセンサー。 - 【請求項２】 前記レーザが半導体レーザであり、 前記発振波長安定化手段が、この半導体レーザから射出
されたレーザビームの一部を該半導体レーザにフィード
バックさせる光学系と、このフィードバックされるレー
ザビームの波長を選択する波長選択手段とから構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の表面プラズモン
センサー。 - 【請求項３】 前記波長選択手段がバルクグレーティン
グからなることを特徴とする請求項２記載の表面プラズ
モンセンサー。 - 【請求項４】 前記フィードバックを行なう光学系が、
前記半導体レーザから前記誘電体ブロックに向かうレー
ザビームの光路に配されて該レーザビームの一部を分岐
させる光分岐手段と、この光分岐手段で分岐されたレー
ザビームを逆向きの光路を辿るように反射させる反射型
グレーティングとから構成され、 この反射型グレーティングが前記波長選択手段を兼ねて
いることを特徴とする請求項３記載の表面プラズモンセ
ンサー。 - 【請求項５】 前記フィードバックを行なう光学系およ
び前記波長選択手段が、前記半導体レーザから前記誘電
体ブロックに向かうレーザビームの光路に配されて該レ
ーザビームの一部を反射させる部分反射型グレーティン
グによって構成されていることを特徴とする請求項３記
載の表面プラズモンセンサー。 - 【請求項６】 前記フィードバックを行なう光学系およ
び前記波長選択手段が、前記半導体レーザから前記誘電
体ブロックに向かうレーザビームとは反対方向に出射し
た後方出射光を反射させる反射型グレーティングによっ
て構成されていることを特徴とする請求項３記載の表面
プラズモンセンサー。 - 【請求項７】 前記波長選択手段が狭透過帯域バンドパ
スフィルタからなることを特徴とする請求項２記載の表
面プラズモンセンサー。 - 【請求項８】 前記フィードバックを行なう光学系が、
前記半導体レーザから前記誘電体ブロックに向かうレー
ザビームの光路に配されて該レーザビームの一部を分岐
させる光分岐手段と、この光分岐手段で分岐されたレー
ザビームを逆向きの光路を辿るように反射させるミラー
とから構成され、 このミラーと前記半導体レーザとの間のレーザビームの
光路に前記狭透過帯域バンドパスフィルタが配されてい
ることを特徴とする請求項７記載の表面プラズモンセン
サー。 - 【請求項９】 前記フィードバックを行なう光学系が、
前記半導体レーザから前記誘電体ブロックに向かうレー
ザビームの光路に配されて該レーザビームの一部を反射
させるハーフミラーから構成され、 このハーフミラーと半導体レーザとの間のレーザビーム
の光路に前記狭透過帯域バンドパスフィルタが配されて
いることを特徴とする請求項７記載の表面プラズモンセ
ンサー。 - 【請求項１０】 前記フィードバックを行なう光学系
が、前記半導体レーザから前記誘電体ブロックに向かう
レーザビームとは反対方向に出射した後方出射光を反射
させるミラーから構成され、 このミラーと半導体レーザとの間のレーザビームの光路
に前記狭透過帯域バンドパスフィルタが配されているこ
とを特徴とする請求項７記載の表面プラズモンセンサ
ー。 - 【請求項１１】 前記波長選択手段が、コアに複数の屈
折率変化部が等間隔に形成された光ファイバーであっ
て、前記レーザビームを反射回折させるファイバーグレ
ーティングからなることを特徴とする請求項２記載の表
面プラズモンセンサー。 - 【請求項１２】 前記フィードバックを行なう光学系
が、前記半導体レーザから前記誘電体ブロックに向かう
レーザビームの光路に配されて該レーザビームの一部を
分岐させる光分岐手段と、この光分岐手段で分岐された
レーザビームを逆向きの光路を辿るように反射させるフ
ァイバーグレーティングとから構成され、 このファイバーグレーティングが前記波長選択手段を兼
ねていることを特徴とする請求項１１記載の表面プラズ
モンセンサー。 - 【請求項１３】 前記フィードバックを行なう光学系お
よび前記波長選択手段が、前記半導体レーザから前記誘
電体ブロックに向かうレーザビームの光路に配されて該
レーザビームの一部を反射させる部分反射型ファイバー
グレーティングによって構成されていることを特徴とす
る請求項１１記載の表面プラズモンセンサー。 - 【請求項１４】 前記フィードバックを行なう光学系お
よび前記波長選択手段が、前記半導体レーザから前記誘
電体ブロックに向かうレーザビームとは反対方向に出射
した後方出射光を反射させるファイバーグレーティング
によって構成されていることを特徴とする請求項１１記
載の表面プラズモンセンサー。 - 【請求項１５】 前記発振波長安定化手段を備えたレー
ザとして、ＤＦＢ（distributed feedback：分布帰還
型）レーザが用いられていることを特徴とする請求項１
記載の表面プラズモンセンサー。 - 【請求項１６】 前記発振波長安定化手段を備えたレー
ザとして、ＤＢＲ（distributed Bragg reflector ：分
布ブラッグ反射型）レーザが用いられていることを特徴
とする請求項１記載の表面プラズモンセンサー。 - 【請求項１７】 前記発振波長安定化手段が、前記レー
ザの発振波長を電気的に制御する手段であることを特徴
とする請求項１記載の表面プラズモンセンサー。 - 【請求項１８】 前記誘電体ブロックが、プリズム状に
形成されたものであることを特徴とする請求項１から１
７いずれか１項記載の表面プラズモンセンサー。 - 【請求項１９】 前記誘電体ブロックが、それと等しい
屈折率を有する屈折率マッチング液を介して、該誘電体
ブロックと等しい屈折率を有するプリズムと一体化さ
れ、 このプリズムを通して前記光ビームが前記誘電体ブロッ
クの一面に導入されることを特徴とする請求項１から１
７いずれか１項記載の表面プラズモンセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02100099A JP3390355B2 (ja) | 1998-02-05 | 1999-01-29 | 表面プラズモンセンサー |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2414798 | 1998-02-05 | ||
| JP10-24147 | 1998-09-14 | ||
| JP10-259577 | 1998-09-14 | ||
| JP25957798 | 1998-09-14 | ||
| JP02100099A JP3390355B2 (ja) | 1998-02-05 | 1999-01-29 | 表面プラズモンセンサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000155093A true JP2000155093A (ja) | 2000-06-06 |
| JP3390355B2 JP3390355B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=27283252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02100099A Expired - Fee Related JP3390355B2 (ja) | 1998-02-05 | 1999-01-29 | 表面プラズモンセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3390355B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002181700A (ja) * | 2000-12-14 | 2002-06-26 | Fuji Photo Film Co Ltd | 表面プラズモン共鳴測定装置 |
| JP2004245638A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 測定装置 |
| CN113324954A (zh) * | 2021-05-29 | 2021-08-31 | 东北师范大学 | 一种基于光谱成像的棱镜耦合表面等离激元共振测试系统 |
Citations (8)
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| JPH04151546A (ja) * | 1990-10-15 | 1992-05-25 | Anritsu Corp | ガス検出装置 |
| JPH04196188A (ja) * | 1990-11-26 | 1992-07-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 波長安定化レーザ装置 |
| JPH0675261A (ja) * | 1992-03-03 | 1994-03-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 短波長光源 |
| JPH06167443A (ja) * | 1992-10-23 | 1994-06-14 | Olympus Optical Co Ltd | 表面プラズモン共鳴を利用した測定装置 |
| JPH06347848A (ja) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Hitachi Metals Ltd | 第二高調波発生装置 |
| JPH08505951A (ja) * | 1993-11-15 | 1996-06-25 | カール ツアイス イエーナ ゲゼルシャフト | 光学センサ表面に位置する物質を分析する装置 |
| JPH0997940A (ja) * | 1995-09-28 | 1997-04-08 | Mitsubishi Electric Corp | 光増幅装置 |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP02100099A patent/JP3390355B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
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| JPH08505951A (ja) * | 1993-11-15 | 1996-06-25 | カール ツアイス イエーナ ゲゼルシャフト | 光学センサ表面に位置する物質を分析する装置 |
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| CN113324954A (zh) * | 2021-05-29 | 2021-08-31 | 东北师范大学 | 一种基于光谱成像的棱镜耦合表面等离激元共振测试系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3390355B2 (ja) | 2003-03-24 |
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