JP2001108612A - Surface plasmon resonance sensor - Google Patents

Surface plasmon resonance sensor

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JP2001108612A
JP2001108612A JP32590399A JP32590399A JP2001108612A JP 2001108612 A JP2001108612 A JP 2001108612A JP 32590399 A JP32590399 A JP 32590399A JP 32590399 A JP32590399 A JP 32590399A JP 2001108612 A JP2001108612 A JP 2001108612A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface plasmon resonance sensor that is compact, has improved sensitivity, at the same time, can be easily and optically connected to other optical elements, can be manufactured easily, and can improve sensitivity drastically. SOLUTION: The surface plasmon resonance sensor is provided with an optical waveguide that is formed by successively laminating a clad layer and a core layer on a substrate, and a sensor part that is formed by providing a metal thin film on the surface of the core layer of the optical waveguide. In the surface plasmon resonance sensor, the core layer and the clad layer of the optical waveguide have been formed by resin, a plurality of sensing parts of the sensor are arranged on one optical plane, light passes through the plurality of sensing parts optically and continuously, and the length of the sensing parts have been increased essentially.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光の波長または光
の入射角度を変化させることにより生じる表面プラズモ
ン共鳴現象を利用し、例えば、屈折率(または誘電率)
変化を監視して液体を識別する液体識別センサあるいは
抗原と反応する物質の濃度を測定すると共に物質を特定
するバイオセンサ等に用いられる表面プラズモン共鳴セ
ンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention utilizes the surface plasmon resonance phenomenon caused by changing the wavelength of light or the angle of incidence of light, for example, a refractive index (or dielectric constant).
The present invention relates to a surface plasmon resonance sensor used for a liquid identification sensor for identifying a liquid by monitoring a change or a biosensor for measuring the concentration of a substance reacting with an antigen and specifying the substance.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、生化学、分析化学等の分野におい
て、極めて微量の物質の物性を測定し、物質を特定する
技術開発がさかんに成されてきているが、その中でも表
面プラズモン共鳴現象を利用して、屈折率あるいは誘電
率等の物性を測定し、その結果、物質の濃度または物質
を識別する表面プラズモン共鳴センサが注目されてい
る。従来、このような表面プラズモン共鳴センサには、
プリズムを用いて表面プラズモン共鳴を得るようにした
プリズム型表面プラズモン共鳴センサおよび光ファイバ
を用いて表面プラズモン共鳴を得るようにした光ファイ
バ型表面プラズモン共鳴センサが提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, in the fields of biochemistry, analytical chemistry and the like, technology for measuring physical properties of very small amounts of substances and identifying the substances has been actively developed. A surface plasmon resonance sensor that measures physical properties such as a refractive index or a dielectric constant by using the same, and as a result, identifies a substance concentration or a substance has attracted attention. Conventionally, such surface plasmon resonance sensors include:
A prism type surface plasmon resonance sensor which obtains surface plasmon resonance using a prism and an optical fiber type surface plasmon resonance sensor which obtains surface plasmon resonance using an optical fiber have been proposed.

【0003】前者のものは、金などの金属薄膜を設けた
面を有するプリズムに測定されるべき物質を配置し、こ
のプリズムに全反射角以上の入射角度で光を入射させて
プリズムへの表面プラズモン共鳴の損失が大きい入射角
度から屈折率あるいは誘電率等を求めるものであるため
に、構造的にセンサ部の小型化が困難であると共に、そ
の際の入射角を変化させるための光源および検出器の駆
動機構が必要となってセンサ装置の大型化が避けられな
いという問題点がある。また、光源および検出器とプリ
ズムとの光結合においては,センサの感度の低下を招か
ないためにも高精度の位置合わせが必要とされる問題点
もある。
In the former, a substance to be measured is arranged on a prism having a surface provided with a metal thin film such as gold, and light is incident on the prism at an angle of incidence equal to or greater than the total reflection angle, and the surface of the prism is irradiated with light. Since the refractive index or the dielectric constant is determined from the incident angle where the loss of plasmon resonance is large, it is difficult to reduce the size of the sensor part structurally, and a light source and detection for changing the incident angle at that time are required. There is a problem that a drive mechanism of the container is required, and the size of the sensor device cannot be avoided. In addition, in the optical coupling between the light source and the detector and the prism, there is also a problem that high-precision alignment is required in order not to lower the sensitivity of the sensor.

【0004】これに対し、後者のものは、光ファイバの
端部部分のクラッドを除去してガラスからなるコアを露
出させ、この露出したコアに金などの金属薄膜を被覆す
ると共に、光ファイバの端部に銀などのミラーを反射面
として設け、多重波長の光を、この光ファイバに入射さ
せ、表面プラズモン共鳴の損失が起こる波長およびその
時の減衰量を計測する方法であるために、その測定感度
を上げるためにはかなり長い光ファイバ、例えば数セン
チメートルの長さの光ファイバが必要となり、この場合
においてもセンサ部の小型化が困難という問題点がある
と共に、光ファイバに入射する光源および反射光を検出
する受光装置、さらに入射波、反射波を分離するビーム
スプリッターで構成されなくてはならず、センサ装置の
大型化を招くものとなる。
On the other hand, in the latter, the cladding at the end portion of the optical fiber is removed to expose a core made of glass, and the exposed core is coated with a metal thin film such as gold, and at the same time, the core of the optical fiber is exposed. A mirror made of silver or the like is provided at the end as a reflection surface, and light of multiple wavelengths is made incident on this optical fiber to measure the wavelength at which loss of surface plasmon resonance occurs and the amount of attenuation at that time. In order to increase the sensitivity, a considerably long optical fiber, for example, an optical fiber having a length of several centimeters, is required.In this case, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the sensor unit. It must be composed of a light receiving device that detects reflected light, and a beam splitter that separates incident waves and reflected waves, resulting in an increase in the size of the sensor device. It made.

【0005】その上、このタイプのセンサを作製する場
合には、光ファイバの端部部分のクラッドを除去してガ
ラスからなるコアを露出させ、この露出したコアに金な
どの金属薄膜を被覆するが、クラッドを除去してコアに
金属薄膜を被覆する際、光ファイバを、その光軸中心に
回転させて加工するため、きわめて高い回転精度をもっ
て回転させなければ金属薄膜の厚さにむらが生じ、その
結果、分析されるべき物質の屈折率あるいは誘電率等を
求めるための共鳴損失ピークに対する波長測定に誤差が
生じるので、加工が容易ではない。さらに、上記した光
ファイバ型表面プラズモン共鳴センサにバイオセンサと
しての機能を持たせるためにセンサ部の金属薄膜表面に
有機物を付着させる場合には、光ファイバのセンサの円
柱状の表面に有機物を付着させなければならず、有機物
の膜厚の制御が困難であるという問題がある。
In addition, when manufacturing this type of sensor, the cladding at the end of the optical fiber is removed to expose a glass core, and the exposed core is coated with a thin metal film such as gold. However, when the cladding is removed and the core is coated with a metal thin film, the optical fiber is processed by rotating it around its optical axis. As a result, an error occurs in the wavelength measurement with respect to the resonance loss peak for obtaining the refractive index or the dielectric constant of the substance to be analyzed, so that the processing is not easy. Further, when an organic substance is attached to the metal thin film surface of the sensor section in order to provide the above-described optical fiber type surface plasmon resonance sensor with a function as a biosensor, the organic substance is attached to the cylindrical surface of the optical fiber sensor. Therefore, there is a problem that it is difficult to control the thickness of the organic material.

【0006】また、表面プラズモン共鳴センサの小型化
を図るという観点から光導波路型の表面プラズモン共鳴
センサが提案されているが、これまでの光導波路型表面
プラズモン共鳴センサでは、ガラスに不純物をイオン注
入して形成したクラッドに、コアを埋め込み、コアに金
のような金属薄膜を被覆してセンサ部を構成する埋め込
みタイプの光導波路型表面プラズモン共鳴センサであ
り、このようなセンサは、ガラスという無機系材料のク
ラッド、コアからなる光導波路を作製する際、ガラスの
処理温度等、製造上の面からも困難性を伴うと共に、ガ
ラスに不純物をイオン注入する方法ではコア径の大きい
マルチモードの光導波路を作製することが困難である。
したがって、上記したような光導波路型表面プラズモン
共鳴センサでは、小型化を図るために、ガラスで形成さ
れたセンサ部と他の光学素子との接続を考慮した場合、
例えばガラスで形成されたセンサ部の導波路部分と受発
光素子との位置合わせが困難であり、この接続精度が良
好でない場合には、接続部分に関わる光損失が増加し、
S/N比が悪くなるなどセンサ感度が低下するという問
題も生じる。
An optical waveguide type surface plasmon resonance sensor has been proposed from the viewpoint of miniaturization of the surface plasmon resonance sensor. However, in the conventional optical waveguide type surface plasmon resonance sensor, impurities are ion-implanted into glass. An embedded optical waveguide type surface plasmon resonance sensor in which a sensor is formed by embedding a core in a clad formed by covering the core with a metal thin film such as gold, and such a sensor is made of an inorganic material called glass. When manufacturing an optical waveguide consisting of a cladding and a core made of a system material, there are difficulties in terms of manufacturing such as the processing temperature of glass, and the method of ion-implanting impurities into glass has a multimode optical waveguide with a large core diameter. It is difficult to make a waveguide.
Therefore, in the optical waveguide surface plasmon resonance sensor as described above, in order to reduce the size, when considering the connection between the sensor unit formed of glass and other optical elements,
For example, it is difficult to align the waveguide portion of the sensor portion formed of glass with the light emitting and receiving elements, and if the connection accuracy is not good, light loss related to the connection portion increases,
There also arises a problem that the sensitivity of the sensor is lowered such as the S / N ratio is deteriorated.

【0007】また、上記したガラスに不純物をイオン注
入する方法では、イオン注入をして屈折率を上げる部分
と、イオン注入をせずに屈折率を変化させない部分との
境界面の屈折率がなだらかに変化してしまうので、例え
ば入射光を全反射させるために光導波路のコア端面を斜
めにカットしてミラー構造にすることは困難であった
り、またコアとクラッド間の屈折率差が極端に小さいた
め、臨界角が大きくなってしまい、ミラー構造を構成す
ることができなかった。このような場合にはコア端面に
銀等を蒸着してミラー構造を形成しなければならないと
いう問題点がある。
In the above-described method of ion-implanting impurities into glass, the refractive index at the interface between the portion where the refractive index is increased by ion implantation and the portion where the refractive index is not changed without ion implantation is gentle. For example, it is difficult to make a mirror structure by diagonally cutting the core end face of the optical waveguide to totally reflect the incident light, or the refractive index difference between the core and the clad is extremely large. Because of the small size, the critical angle became large, and a mirror structure could not be constructed. In such a case, there is a problem that a mirror structure must be formed by depositing silver or the like on the end face of the core.

【0008】さらに、このようにして形成された上記光
導波路型の表面プラズモン共鳴センサは、上記したよう
に金属薄膜を被覆したセンサ部が単一の直線状部分から
なっているので、このセンサ部の表面積の増大に応じて
感度が向上するという上記センサの特性に鑑みて、感度
の向上を図ろうとすればセンサ部の長大化が避けられ
ず、換言すればセンサの大型化が避けられず、これと反
対にセンサの小型化、すなわちセンサのコンパクト化を
図ろうとしてセンサ部の短小化を行うと、センサ感度の
向上が期待できなくなるという問題点がある。
Further, in the optical waveguide type surface plasmon resonance sensor formed as described above, the sensor portion covered with the metal thin film is formed of a single linear portion as described above. In view of the characteristics of the sensor that the sensitivity is improved in accordance with the increase in the surface area of the sensor, if the sensitivity is to be improved, it is unavoidable to increase the length of the sensor portion, in other words, the sensor is inevitably increased in size, Conversely, if the sensor section is shortened in order to reduce the size of the sensor, that is, to reduce the size of the sensor, there is a problem that improvement in sensor sensitivity cannot be expected.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、上記の従来技術の問題点を解決するためになされた
もので、その目的は、コンパクトで、良好な感度を有す
ると共に、他の光学素子との光接続が容易にして、製造
も容易な表面プラズモン共鳴センサを提供することであ
る。本発明の他の目的は、コンパクトで、かつ大幅な感
度向上を図ることができると共に、他の光学素子との光
接続が容易にして、製造も容易な表面プラズモン共鳴セ
ンサを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to be compact, have good sensitivity, and have another optical element. The object is to provide a surface plasmon resonance sensor that can be easily optically connected to the device and is easy to manufacture. Another object of the present invention is to provide a surface plasmon resonance sensor that is compact, can achieve a significant improvement in sensitivity, facilitates optical connection with other optical elements, and is easy to manufacture. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明に係
わる表面プラズモン共鳴センサによって達成される。す
なわち、要約すれば、本発明は、基板上にクラッド層お
よびコア層を順次、積層して形成した光導波路を有し、
さらにこの光導波路のコア層の表面に金属薄膜を設けて
形成したセンサ部を備える表面プラズモン共鳴センサで
あって、前記光導波路のコア層およびクラッド層が樹脂
で形成されたことを特徴とする表面プラズモン共鳴セン
サ、および基板上にクラッド層およびコア層を順次、積
層して形成した光導波路を有し、さらにこの光導波路の
コア層の表面に金属薄膜を設けて形成したセンサ部を備
える表面プラズモン共鳴センサであって、前記光導波路
のコア層およびクラッド層が樹脂で形成され、かつ前記
センサ部を光学的な一平面上に複数個、配設し、これら
複数個のセンサ部を、光が光学的に連続して通過し、実
質的にセンサ部の長さを長くしたことを特徴とする表面
プラズモン共鳴センサである。
The above object is achieved by a surface plasmon resonance sensor according to the present invention. That is, in summary, the present invention has an optical waveguide formed by sequentially laminating a clad layer and a core layer on a substrate,
A surface plasmon resonance sensor further comprising a sensor portion formed by providing a metal thin film on a surface of a core layer of the optical waveguide, wherein the core layer and the cladding layer of the optical waveguide are formed of a resin. A surface plasmon having a plasmon resonance sensor and an optical waveguide formed by sequentially laminating a clad layer and a core layer on a substrate, and further including a sensor portion formed by providing a metal thin film on the surface of the core layer of the optical waveguide. In a resonance sensor, a core layer and a clad layer of the optical waveguide are formed of resin, and a plurality of the sensor units are provided on one optical plane, and the plurality of sensor units are provided with light. A surface plasmon resonance sensor characterized in that it passes optically continuously and the length of the sensor portion is substantially increased.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の表面プラズモン共鳴セン
サは、シリコン基板のような基板上に樹脂からなるクラ
ッド層およびコア層を順次、積層して光導波路を形成
し、さらにこの光導波路のコア層の表面に金のような金
属薄膜を設けて形成したセンサ部を備える表面プラズモ
ン共鳴センサであるので、樹脂による導波路のコア径を
容易に大きくでき、測定されるべき物質の屈折率等を測
定する場合に、このセンサのコア層と光源および検出器
等の他の光学素子とを光接続する際にも光接続の位置合
わせが非常に容易であり、光接続の位置合わせ精度不良
によって生じる光損失によるセンサ感度の低下を招くこ
ともない。また、本発明の表面プラズモン共鳴センサ
は、従来のプリズム型表面プラズモン共鳴センサあるい
は光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサに比べて、セ
ンサ部のコンパクト化が図れると共に、センサ装置全体
の小型化も図ることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A surface plasmon resonance sensor according to the present invention forms an optical waveguide by sequentially laminating a clad layer and a core layer made of a resin on a substrate such as a silicon substrate, and further forms a core of the optical waveguide. Since it is a surface plasmon resonance sensor having a sensor portion formed by providing a metal thin film such as gold on the surface of the layer, the core diameter of the waveguide made of resin can be easily increased, and the refractive index of the substance to be measured can be reduced. In the measurement, when optical connection is performed between the core layer of the sensor and other optical elements such as a light source and a detector, alignment of the optical connection is very easy, and is caused by poor alignment accuracy of the optical connection. There is no reduction in sensor sensitivity due to light loss. Further, the surface plasmon resonance sensor of the present invention can reduce the size of the sensor unit and the size of the entire sensor device as compared with a conventional prism type surface plasmon resonance sensor or optical fiber type surface plasmon resonance sensor. it can.

【0012】しかも本発明の表面プラズモン共鳴センサ
の光導波路のクラッド層およびコア層を樹脂で形成する
ので、容易に作製することができる。さらに、本発明の
表面プラズモン共鳴センサは、基板上に樹脂からなるク
ラッド層およびコア層を順次、積層して光導波路を形成
し、さらにこの光導波路のコア層の表面に金のような金
属薄膜を設けて形成したセンサ部を備える表面プラズモ
ン共鳴センサの、センサ部を光学的な一平面上に複数
個、配設し、これら複数個のセンサ部を、光が光学的に
連続して通過し、実質的にセンサ部の長さを長くしたの
で、換言するとセンサ部の表面積を実質的に大幅に増加
させたので、表面プラズモン共鳴センサの感度を大幅に
向上させることができる。
Moreover, since the cladding layer and the core layer of the optical waveguide of the surface plasmon resonance sensor of the present invention are formed of resin, it can be easily manufactured. Furthermore, the surface plasmon resonance sensor of the present invention forms an optical waveguide by sequentially laminating a clad layer and a core layer made of a resin on a substrate, and further forms a thin metal film such as gold on the surface of the core layer of the optical waveguide. A surface plasmon resonance sensor having a sensor unit formed by providing a plurality of sensor units on one optical plane, and light passes optically continuously through these plurality of sensor units. Since the length of the sensor section is substantially increased, in other words, the surface area of the sensor section is substantially increased substantially, so that the sensitivity of the surface plasmon resonance sensor can be greatly improved.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明を、その実施例に基づいて添付
図面を参照して説明する。図1は、本発明による表面プ
ラズモン共鳴センサの一実施例の斜視図であり、図2
(a)乃至(e)は、図1に示す表面プラズモン共鳴セ
ンサを作製する際の工程図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on embodiments with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of a surface plasmon resonance sensor according to the present invention, and FIG.
(A) thru | or (e) are process drawings at the time of producing the surface plasmon resonance sensor shown in FIG.

【0014】図1を参照すると、本発明による第1の実
施例の表面プラズモン共鳴センサ1が示されており、こ
の表面プラズモン共鳴センサ1は、他の光学素子との光
接続を容易に行うことができ、モジュール化を容易にす
るために基板に、例えば一辺が25mmX25mmの半
導電性のシリコン基板2を備えている。このシリコン基
板2上には、非晶質フッ素樹脂であるテフロンAF16
00(屈折率1.31、デュポン社製)のクラッド層3
が、6μmの厚さで形成され、このシリコン基板2上に
形成されたクラッド層3上のほぼ中央部において、ポリ
メチルメタクリレート(以下、PMMAと称す)のコア
層4(屈折率1.49)が、高さ5μm、幅5μm、長
さ10mmの寸法を有して形成され、これらのクラッド
層3およびコア層4で装荷型光導波路5を構成してい
る。この光導波路5のコア層4の表面には、金を40n
m(ナノメートル)の厚さで蒸着、被覆した金属被膜6
が形成されており、光導波路5に金属被膜6を設けた部
分がセンサ部7として構成されている。
Referring to FIG. 1, there is shown a surface plasmon resonance sensor 1 according to a first embodiment of the present invention. This surface plasmon resonance sensor 1 facilitates optical connection with other optical elements. The substrate is provided with, for example, a semiconductive silicon substrate 2 having a side of 25 mm × 25 mm in order to facilitate modularization. On this silicon substrate 2, Teflon AF16, which is an amorphous fluororesin,
Cladding layer 3 of 00 (refractive index 1.31, manufactured by DuPont)
Is formed at a thickness of 6 μm, and a polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as PMMA) core layer 4 (refractive index: 1.49) is formed at a substantially central portion on the cladding layer 3 formed on the silicon substrate 2. Are formed with dimensions of 5 μm in height, 5 μm in width, and 10 mm in length, and the clad layer 3 and the core layer 4 constitute a loaded optical waveguide 5. The surface of the core layer 4 of the optical waveguide 5 is coated with 40n of gold.
Metal coating 6 deposited and coated to a thickness of m (nanometers)
Are formed, and a portion where the metal film 6 is provided on the optical waveguide 5 is configured as a sensor unit 7.

【0015】このようにして構成される上記光導波路型
の表面プラズモン共鳴センサ1の作製方法について、図
2(a)〜(e)を参照して以下に述べる。まず始め
に、例えば一辺が25mmX25mmのシリコン基板2
を準備し、このシリコン基板2上に、フロリナートFC
−75(スリーエム社製)で溶解した屈折率1.31の
テフロンAF1600(8%溶液)を滴下し、スピンナ
ー(図示せず)を用い、シリコン基板2を600rpm
(毎分回転数)の速度で20秒間回転させ、テフロンA
F1600の8%溶液をシリコン基板2上に塗布する。
このシリコン基板2を、温度180度Cに設定した温風
循環乾燥機(図示せず)内に挿入して1時間放置し、溶
媒のフロリナートを乾燥、除去して、厚さ6μmのテフ
ロンAF1600のクラッド層3を形成する(図2
(a)参照)。
A method of manufacturing the above-described optical waveguide type surface plasmon resonance sensor 1 will be described below with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (e). First, for example, a silicon substrate 2 having a side of 25 mm × 25 mm
Is prepared and Florinert FC is placed on the silicon substrate 2.
Teflon AF1600 (8% solution) having a refractive index of 1.31 dissolved in -75 (manufactured by 3M) was dropped, and the silicon substrate 2 was rotated at 600 rpm using a spinner (not shown).
(Rotation speed per minute) for 20 seconds, Teflon A
An 8% solution of F1600 is applied on the silicon substrate 2.
This silicon substrate 2 was inserted into a hot air circulating drier (not shown) set at a temperature of 180 ° C. and left for 1 hour to dry and remove florinert as a solvent to remove Teflon AF1600 having a thickness of 6 μm. Form clad layer 3 (FIG. 2)
(A)).

【0016】次に、このクラッド層3の表面をドライエ
ッチングにより表面改質し、親水性をもたせ、この表面
改質したクラッド層3の上に、屈折率1.49のPMM
Aとメチルメタクリレート(以下、MMAと称す)との
混合溶液(PMMAが10%、MMAが90%で構成さ
れる溶液)を滴下し、スピンナー(図示せず)で、この
混合溶液が滴下されたシリコン基板2を4000rpm
の速度で15秒間回転させ、PMMAとMMAとの混合
溶液をクラッド層3上に塗布する。このクラッド層3上
に混合溶液が塗布されたシリコン基板2を、温度180
度Cに設定した温風循環乾燥機内に挿入して1時間加熱
して乾燥させ、PMMAのコア層4を形成する(図2
(b)参照)。なお、上述したドライエッチングの条件
は、ドライエッチングのチャンバ圧力が30Pa(パス
カル)、酸素ガス流量200sccm(標準立法センチ
メートル毎分)、パワー200W、時間30秒とした。
Next, the surface of the clad layer 3 is surface-modified by dry etching to impart hydrophilicity, and a PMM having a refractive index of 1.49 is placed on the surface-modified clad layer 3.
A mixed solution of A and methyl methacrylate (hereinafter referred to as MMA) (a solution composed of 10% of PMMA and 90% of MMA) was dropped, and the mixed solution was dropped with a spinner (not shown). 4000 rpm for the silicon substrate 2
At a speed of 15 seconds, and apply a mixed solution of PMMA and MMA onto the cladding layer 3. The silicon substrate 2 coated with the mixed solution on the cladding layer 3 is heated at a temperature of 180 °.
Inserted into a hot air circulating dryer set at a temperature of C and dried by heating for 1 hour to form a PMMA core layer 4 (FIG. 2).
(B)). The dry etching conditions described above were a dry etching chamber pressure of 30 Pa (Pascal), an oxygen gas flow rate of 200 sccm (standard cubic centimeter per minute), a power of 200 W, and a time of 30 seconds.

【0017】次に、このPMMAのコア層4が所定の寸
法を有してシリコン基板2のほぼ中央部で残存、形成さ
れるように、コア層4の所定範囲において電子線描画装
置(図示せず)で電子線を照射し、以降、現像液による
現像、水洗いによる濯ぎ、ポストベークを経て、高さ5
μm、幅5μm、、長さ10mmの寸法のPMMAのコ
ア層4が形成され、これらクラッド層3およびコア層4
で装荷型光導波路5を構成している(図2(c)、
(d)参照)。なお、上記電子線照射の条件は、加速電
圧20KV、1平方センチメートル当りのドーズ量は1
00μC(マイクロクーロン)、電流値1X10のマイ
ナス8乗アンペアとし、上記ポストベークの条件は、温
度が170度Cで20分間のベーキングとした。
Next, an electron beam lithography apparatus (not shown) is provided in a predetermined range of the core layer 4 so that the PMMA core layer 4 has a predetermined size and is left and formed substantially at the center of the silicon substrate 2. Irradiate with an electron beam, and thereafter, after development with a developer, rinsing with water, post-baking, and
A PMMA core layer 4 having a size of 10 μm, a width of 5 μm, and a length of 10 mm is formed.
Constitute the loading type optical waveguide 5 (FIG. 2C,
(D)). The electron beam irradiation conditions were as follows: an acceleration voltage of 20 KV, and a dose amount per square centimeter of 1
The post-baking was performed at a temperature of 170 ° C. for 20 minutes, with 00 μC (microcoulomb) and a current value of 1 × 10 minus 8 amps.

【0018】その後、このようにして形成されたPMM
Aのコア層4の表面に、コア層4の両側から金を真空蒸
着装置(図示せず)により成膜して金属薄膜6を形成
し、センサ部7を作製した(図2(e)参照)。この成
膜は、抵抗加熱方式により行い、膜厚が40nmになる
まで堆積させた。
Thereafter, the PMM thus formed is formed.
On the surface of the core layer 4 of A, gold was deposited from both sides of the core layer 4 by a vacuum deposition apparatus (not shown) to form a metal thin film 6, thereby producing a sensor section 7 (see FIG. 2E). ). This film was formed by a resistance heating method, and was deposited until the film thickness became 40 nm.

【0019】上記の工程を経て形成される光導波路型の
表面プラズモン共鳴センサ1は、従来のガラスを用いた
ものに比して、樹脂による導波路5のコア径を容易に大
きくでき、測定されるべき物質の屈折率等を測定する場
合、このセンサ1のコア層4と光源および検出器等の他
の光学素子とを光接続する際にも光接続の位置合わせが
非常に容易であり、光接続の位置合わせ精度不良によっ
て生じる光損失によるセンサ感度の低下を招くこともな
い。また、この表面プラズモン共鳴センサ1は、従来の
プリズム型表面プラズモン共鳴センサあるいは光ファイ
バ型表面プラズモン共鳴センサに比べて、センサ部7の
コンパクト化が図れると共に、センサ装置全体の小型化
も図ることができる。しかも上記した表面プラズモン共
鳴センサ1の光導波路5のクラッド層3およびコア層4
を、上記したようなスピンコート等の工程を用いて成
膜、形成できる樹脂で成形するので、従来のガラスに不
純物をイオン注入して形成する光導波路に較べると、光
導波路5を作製する際、ガラスの処理温度等の製造上の
困難性を大幅に軽減でき、容易に作製することができ
る。
The optical waveguide type surface plasmon resonance sensor 1 formed through the above-described process can easily increase the core diameter of the waveguide 5 made of resin as compared with a conventional glass plasmon resonance sensor using glass. When measuring the refractive index of a substance to be measured, the alignment of the optical connection is very easy even when the core layer 4 of the sensor 1 is optically connected to another optical element such as a light source and a detector. There is no decrease in sensor sensitivity due to light loss caused by poor alignment accuracy of the optical connection. In addition, the surface plasmon resonance sensor 1 can reduce the size of the sensor unit 7 and the size of the entire sensor device as compared with a conventional prism type surface plasmon resonance sensor or optical fiber type surface plasmon resonance sensor. it can. Moreover, the cladding layer 3 and the core layer 4 of the optical waveguide 5 of the surface plasmon resonance sensor 1 described above.
Is formed using a resin that can be formed and formed by using a process such as spin coating as described above. Therefore, compared to a conventional optical waveguide formed by ion-implanting impurities into glass, In addition, manufacturing difficulties such as a glass processing temperature can be greatly reduced, and the glass can be easily manufactured.

【0020】次に本発明による第2の実施例を以下に述
べる。この第2実施例は、上述した第1実施例とほぼ同
様であるが、クラッド層3およびコア層4に非晶質フッ
素樹脂を用いた点が主に異なっている点であり、シリコ
ン基板2上のクラッド層3に有機高分子材料の樹脂とし
て非晶質フッ素樹脂であるテフロンAF1600(屈折
率1.31、デュポン社製)を用い、コア層4に有機高
分子材料の樹脂として非晶質フッ素樹脂であるサイトッ
プ(屈折率1.34、旭硝子社製)を用いているもので
ある。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described below. The second embodiment is substantially the same as the first embodiment described above, except that an amorphous fluororesin is used for the cladding layer 3 and the core layer 4. Teflon AF1600 (refractive index: 1.31, manufactured by DuPont), which is an amorphous fluororesin, is used as the resin of the organic polymer material for the upper cladding layer 3, and amorphous resin is used for the core layer 4 as the resin of the organic polymer material. CYTOP (refractive index: 1.34, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) which is a fluororesin is used.

【0021】この第2実施例の表面プラズモン共鳴セン
サ1の作製方法は、上述した第1実施例とほぼ同様であ
るので、同じく図2(a)〜(e)を参照して以下に述
べるが、同じ構成部分には同一の参照番号を付して説明
する。まず始めに、第1実施例と同様に、一辺が25m
mX25mmのシリコン基板2を準備し、このシリコン
基板2上に、フロリナートFC−75(スリーエム社
製)で溶解した屈折率1.31のテフロンAF1600
(8%溶液)を滴下し、スピンナーを用い、シリコン基
板2を600rpmの速度で20秒間回転させ、テフロ
ンAF1600の溶液をシリコン基板2上に塗布する。
このシリコン基板2を、温度300度Cに設定した温風
循環乾燥機内に挿入して1時間加熱し、溶媒のフロリナ
ートを乾燥、除去して、厚さ6μmのテフロンAF16
00のクラッド層3を形成する(図2(a)参照)。
The method of manufacturing the surface plasmon resonance sensor 1 of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and will be described below with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (e). The same components will be described with the same reference numerals. First, as in the first embodiment, one side is 25 m.
A silicon substrate 2 of mX25 mm was prepared, and Teflon AF1600 having a refractive index of 1.31 dissolved on this silicon substrate 2 with Fluorinert FC-75 (manufactured by 3M).
(8% solution) is dropped, the silicon substrate 2 is rotated at a speed of 600 rpm for 20 seconds using a spinner, and the solution of Teflon AF1600 is applied onto the silicon substrate 2.
The silicon substrate 2 was inserted into a hot air circulating drier set at a temperature of 300 ° C. and heated for 1 hour to dry and remove the solvent florinert.
A cladding layer 3 of No. 00 is formed (see FIG. 2A).

【0022】次に、このクラッド層3の上に、溶媒CT
−Solv.180(旭硝子社製)で溶解した屈折率
1.34のサイトップ(8%溶液)を滴下し、スピンナ
ーで、この溶液が滴下されたシリコン基板2を800r
pmの速度で20秒間回転させ、サイトップ溶液をクラ
ッド層3上に塗布する。このクラッド層3上にサイトッ
プ溶液が塗布されたシリコン基板2を、温度300度C
に設定した温風循環乾燥機内に挿入して1時間加熱し、
溶媒を乾燥、除去して、サイトップのコア層4を形成す
る(図2(b)参照)。
Next, a solvent CT is formed on the cladding layer 3.
-Solv. 180 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), a CYTOP (8% solution) having a refractive index of 1.34 was dropped, and the silicon substrate 2 on which the solution was dropped was spin-dried with a spinner for 800 r.
The CYTOP solution is applied onto the cladding layer 3 by rotating the CYTOP solution at a speed of pm for 20 seconds. The silicon substrate 2 coated with the CYTOP solution on the cladding layer 3 is heated at a temperature of 300 ° C.
Insert into the hot air circulating dryer set at and heat for 1 hour,
The solvent is dried and removed to form the CYTOP core layer 4 (see FIG. 2B).

【0023】次に、コア層4の表面をドライエッチング
により表面改質し、親水性をもたせ、この表面改質した
コア層4の上にポジ型フォトレジストOFPR8600
(東京応化工業社製)を滴下し、スピンナーを用いて4
000rpmの速度で20秒間回転させて塗布する。な
お、ドライエッチングの条件は、ドライエッチングのチ
ャンバ圧力が30Pa、酸素ガス流量200sccm、
パワー200W、時間30秒である。このようにしてコ
ア層4の上にフォトレジストを塗布したシリコン基板2
を温度80度Cに設定した温風循環乾燥機内に挿入して
40分間加熱し、乾燥する。
Next, the surface of the core layer 4 is surface-modified by dry etching to impart hydrophilicity, and a positive photoresist OFPR8600 is formed on the surface-modified core layer 4.
(Manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), and 4
Spin at a speed of 000 rpm for 20 seconds to apply. The conditions for the dry etching were as follows: the dry etching chamber pressure was 30 Pa; the oxygen gas flow rate was 200 sccm;
Power 200W, time 30 seconds. The silicon substrate 2 thus coated with the photoresist on the core layer 4
Into a hot air circulating dryer set at a temperature of 80 ° C., and heated for 40 minutes to dry.

【0024】その後、温風循環乾燥機からこのシリコン
基板2を取り出し、紫外線露光装置(図示せず)により
フォトレジストに紫外線を照射し、さらに専用現像液に
よる現像、水洗いによる濯ぎ、温度140度Cで20分
間のポストベークを経てフォトレジストのコアパターン
を形成する。このフォトレジストをエッチングマスクと
してコア層4のドライエッチングを行う。なお、このド
ライエッチングは、チャンバ内圧力45Pa、酸素ガ
ス、四フッ化炭素ガス、アルゴンガスの雰囲気下のもと
で、、パワー200W、時間20分で行った。フォトレ
ジストを専用剥離液で剥離し、所望の高さ10μm、幅
50μm、長さ10mmの寸法のサイトップのコア層4
を形成し、これらクラッド層3およびコア層4で装荷型
光導波路5を構成している(図2(c)、(d)参
照)。
Thereafter, the silicon substrate 2 is taken out from the hot air circulating drier, the photoresist is irradiated with ultraviolet rays by an ultraviolet exposure device (not shown), further developed with a dedicated developer, rinsed with water, and washed at a temperature of 140 ° C. And post-baking for 20 minutes to form a photoresist core pattern. Dry etching of the core layer 4 is performed using the photoresist as an etching mask. The dry etching was performed at a power of 200 W for 20 minutes under an atmosphere of a chamber pressure of 45 Pa, an oxygen gas, a carbon tetrafluoride gas, and an argon gas. The photoresist is stripped with a dedicated stripping solution, and the CYTOP core layer 4 has a desired height of 10 μm, a width of 50 μm, and a length of 10 mm.
Are formed, and the clad layer 3 and the core layer 4 constitute a loaded optical waveguide 5 (see FIGS. 2C and 2D).

【0025】その後、このようにして形成されたサイト
ップのコア層4の表面に、コア層4の両側から金を真空
蒸着装置により成膜して金属薄膜6を形成し、センサ部
7を作製した(図2(e)参照)。この成膜は、抵抗加
熱方式により行い、膜厚が40nmになるまで堆積させ
た。
Thereafter, on the surface of the core layer 4 of the CYTOP thus formed, gold is formed from both sides of the core layer 4 by a vacuum evaporation apparatus to form a metal thin film 6, and the sensor section 7 is manufactured. (See FIG. 2E). This film was formed by a resistance heating method, and was deposited until the film thickness became 40 nm.

【0026】このようにして作製した第2実施例の光導
波路型の表面プラズモン共鳴センサ1も、第1実施例と
同様に、樹脂による導波路5のコア径を容易に大きくで
き、測定されるべき物質の屈折率等を測定する場合に、
このセンサ1のコア層4と光源および検出器等の他の光
学素子とを光接続する際にも光接続の位置合わせが非常
に容易であり、光接続の位置合わせ精度不良によって生
じる光損失によるセンサ感度の低下を招くこともない。
また、この表面プラズモン共鳴センサ1も、従来のプリ
ズム型表面プラズモン共鳴センサあるいは光ファイバ型
表面プラズモン共鳴センサに比べて、センサ部7のコン
パクト化が図れると共に、センサ装置全体の小型化も図
ることができる。しかも上述実施例と同様に、この表面
プラズモン共鳴センサ1の光導波路5のクラッド層3お
よびコア層4を、上記したようにスピンコート等の工程
を用いて成膜、形成できる樹脂で成形するので、従来の
ガラスに不純物をイオン注入して形成する光導波路に較
べると、光導波路5を作製する際、ガラスの処理温度等
の製造上の困難性を大幅に軽減でき、容易に作成するこ
とができると共に、これらの樹脂が全部フッ素樹脂であ
るので、耐薬品性および耐熱性に優れたものとなる。
The optical waveguide type surface plasmon resonance sensor 1 of the second embodiment manufactured in this manner can easily increase the core diameter of the waveguide 5 made of resin similarly to the first embodiment, and can be measured. When measuring the refractive index of the material to be
Even when the core layer 4 of the sensor 1 is optically connected to another optical element such as a light source and a detector, the alignment of the optical connection is very easy, and the light loss caused by the poor alignment accuracy of the optical connection causes the loss. There is no decrease in sensor sensitivity.
In addition, the surface plasmon resonance sensor 1 can also reduce the size of the sensor unit 7 and the size of the entire sensor device as compared with a conventional prism type surface plasmon resonance sensor or optical fiber type surface plasmon resonance sensor. it can. Moreover, as in the above-described embodiment, the cladding layer 3 and the core layer 4 of the optical waveguide 5 of the surface plasmon resonance sensor 1 are formed of a resin that can be formed and formed by using a process such as spin coating as described above. In comparison with a conventional optical waveguide formed by ion-implanting impurities into glass, when manufacturing the optical waveguide 5, it is possible to greatly reduce manufacturing difficulties such as a processing temperature of the glass, and to easily manufacture the optical waveguide. In addition, since these resins are all fluororesins, they have excellent chemical resistance and heat resistance.

【0027】次に本発明による第3の実施例を以下に述
べる。この第3実施例は、上述した第1実施例および第
2実施例とほぼ同様であるが、図3に示されるように、
シリコン基板2上に下部クラッド層3およびこの下部ク
ラッド層3上に2個の側部クラッド層33が設けられ、
これらの側部クラッド層33の間に形成される溝部32
の間にコア層4が形成され、このコア層4の表面に金属
薄膜6を形成してセンサ部7を作製したものであるが、
クラッド層3および33に有機高分子材料の樹脂として
SU−8(屈折率1.38、主にビスフェノール ノボ
ラック グリシジル エーテルからなる。マイクロケム
社製、マサチューセット州 アメリカ)の感光性樹脂を
用いた点、およびコア層4にPMMAを用いた点が主と
して異なる点である。
Next, a third embodiment according to the present invention will be described below. The third embodiment is almost the same as the first and second embodiments described above, but as shown in FIG.
A lower cladding layer 3 on the silicon substrate 2 and two side cladding layers 33 on the lower cladding layer 3;
Grooves 32 formed between these side cladding layers 33
A sensor layer 7 is formed by forming a metal thin film 6 on the surface of the core layer 4.
For the cladding layers 3 and 33, a photosensitive resin of SU-8 (refractive index: 1.38, mainly composed of bisphenol novolak glycidyl ether; manufactured by MicroChem Corp., USA) is used as a resin of an organic polymer material. And the core layer 4 is mainly made of PMMA.

【0028】この第3実施例の表面プラズモン共鳴セン
サ1の作製方法について、図4(a)〜(e)を参照し
て以下に述べるが、第1実施例および第2実施例と同じ
もしくは類似の構成部分には同一もしくは類似の参照番
号を付して説明する。まず始めに、第1実施例および第
2実施例と同様に、一辺が25mmX25mmのシリコ
ン基板2を準備し、このシリコン基板2上に、SU−8
を滴下し、スピンナーを用い、この溶液が滴下されたシ
リコン基板2を2000rpmの速度で15秒間回転さ
せ、SU−8の溶液をシリコン基板2上に塗布する。こ
のようにしてSU−8溶液が塗布されたシリコン基板2
を、温度70度Cに設定した温風循環乾燥機内に挿入し
て10分間加熱した後、さらに温度90度Cで1時間加
熱し、その後、紫外線露光装置(図示せず)で紫外線を
照射し、さらに温度100度Cで60分間加熱した後、
厚さ100μmのSU−8の下部クラッド層3を形成す
る(図4(a)参照)。
A method of manufacturing the surface plasmon resonance sensor 1 according to the third embodiment will be described below with reference to FIGS. 4A to 4E. The method is the same as or similar to the first and second embodiments. Will be described with the same or similar reference numbers. First, as in the first and second embodiments, a silicon substrate 2 having a side of 25 mm × 25 mm is prepared, and SU-8 is placed on the silicon substrate 2.
Is dropped, and the silicon substrate 2 on which the solution is dropped is rotated at a speed of 2000 rpm for 15 seconds using a spinner, and the SU-8 solution is applied onto the silicon substrate 2. The silicon substrate 2 thus coated with the SU-8 solution
Was inserted into a hot-air circulating dryer set at a temperature of 70 ° C., heated for 10 minutes, further heated at a temperature of 90 ° C. for 1 hour, and then irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet exposure device (not shown). After further heating at a temperature of 100 ° C. for 60 minutes,
A lower cladding layer 3 of SU-8 having a thickness of 100 μm is formed (see FIG. 4A).

【0029】次に、この下部クラッド層3が形成された
シリコン基板2上に、さらに、上記と同様に、SU−8
を滴下し、スピンナーを用い、この溶液が滴下されたシ
リコン基板2を2000rpmの速度で15秒間回転さ
せ、SU−8の溶液をシリコン基板2上に塗布する。こ
のようにして下部クラッド層3の上にさらにSU−8溶
液が塗布されたシリコン基板2を、温度70度Cに設定
した温風循環乾燥機内に挿入して10分間加熱した後、
さらに温度90度Cで1時間加熱し、その後、紫外線露
光装置で紫外線を照射し、さらに温度100度Cで60
分間加熱した後、厚さ100μmのSU−8の側部用ク
ラッド層31を形成する(図4(b)参照)。
Next, on the silicon substrate 2 on which the lower cladding layer 3 has been formed, SU-8
Is dropped, and the silicon substrate 2 on which the solution is dropped is rotated at a speed of 2000 rpm for 15 seconds using a spinner, and the SU-8 solution is applied onto the silicon substrate 2. The silicon substrate 2 on which the SU-8 solution was further applied on the lower clad layer 3 was inserted into a hot air circulating dryer set at a temperature of 70 ° C. and heated for 10 minutes.
After further heating at a temperature of 90 ° C. for 1 hour, irradiation with ultraviolet light was performed using an ultraviolet exposure apparatus.
After heating for one minute, a side cladding layer 31 of SU-8 having a thickness of 100 μm is formed (see FIG. 4B).

【0030】次に、このSU−8の側部用クラッド層3
1は、図4(c)に示すように、シリコン基板2上の側
部用クラッド層31のほぼ中央部に溝部32が形成され
ると共に、この溝部32の両側には突出部33が形成さ
れて所定の寸法を有して残存、形成されるように、所定
の範囲において紫外線露光装置(図示せず)で紫外線を
照射し、さらに温度90度Cで30分間加熱した後、現
像液による現像及び濯ぎを行うことにより、高さ100
μmで垂直壁を有するSU−8の突出部33、すなわち
側部クラッド層33が溝部32の両側に形成される(図
4(c)参照)。
Next, the side cladding layer 3 of the SU-8
1, as shown in FIG. 4C, a groove 32 is formed substantially at the center of the side cladding layer 31 on the silicon substrate 2, and protrusions 33 are formed on both sides of the groove 32. UV light is irradiated by an ultraviolet light exposure device (not shown) in a predetermined range so as to remain and have a predetermined size by heating and further heated at a temperature of 90 ° C. for 30 minutes, and then developed with a developing solution. And by rinsing, a height of 100
The protrusions 33 of SU-8 having a vertical wall of μm, that is, side cladding layers 33 are formed on both sides of the groove 32 (see FIG. 4C).

【0031】このSU−8で作製された側部クラッド層
33の間に形成される溝部32に、屈折率1.49のP
MMAとMMAとの混合溶液を滴下し、塗布する。この
溝部32にPMMAの混合溶液が塗布されたシリコン基
板2を、温度180度Cに設定した温風循環乾燥機内に
挿入して1時間加熱して乾燥させ、PMMAのコア層4
を形成する。これら下部クラッド層3、側部クラッド層
33およびコア層4で光導波路5を構成している(図4
(d)参照)。
The groove 32 formed between the side cladding layers 33 made of SU-8 has a P of 1.49 in refractive index.
A mixed solution of MMA and MMA is dropped and applied. The silicon substrate 2 having the groove 32 coated with the mixed solution of PMMA is inserted into a hot-air circulating dryer set at a temperature of 180 ° C. and dried by heating for 1 hour.
To form The lower clad layer 3, the side clad layer 33 and the core layer 4 constitute an optical waveguide 5 (FIG. 4).
(D)).

【0032】その後、このようにして形成されたPMM
Aのコア層4の表面に、金を真空蒸着装置により成膜し
て金属薄膜6を形成し、センサ部7を作製した(図4
(e)参照)。この成膜は、抵抗加熱方式により行い、
膜厚が40nmになるまで堆積させた。
Thereafter, the PMM thus formed is formed.
A gold thin film was formed on the surface of the core layer 4 of A by a vacuum evaporation apparatus to form a metal thin film 6, and a sensor unit 7 was manufactured.
(E)). This film formation is performed by a resistance heating method,
Deposition was performed until the film thickness became 40 nm.

【0033】このようにして作製した第3実施例の光導
波路型の表面プラズモン共鳴センサ1も、第1実施例お
よび第2実施例と同様に、樹脂による導波路5のコア径
を容易に大きくでき、測定されるべき物質の屈折率等を
測定する場合、このセンサ1のコア層4と光源および検
出器等の他の光学素子とを光接続する際にも光接続の位
置合わせが非常に容易であり、光接続の位置合わせ精度
不良によって生じる光損失によるセンサ感度の低下を招
くこともない。また、この表面プラズモン共鳴センサ1
も、従来のプリズム型表面プラズモン共鳴センサあるい
は光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサに比べて、セ
ンサ部7のコンパクト化が図れると共に、センサ装置全
体の小型化も図ることができる。しかも上述実施例と同
様に、この表面プラズモン共鳴センサ1の光導波路5の
下部クラッド層3および側部クラッド層33等を、上記
したようにスピンコート等の工程を用いて成膜、形成で
きる樹脂で成形するので、従来のガラスに不純物をイオ
ン注入して形成する光導波路に較べると、光導波路5を
作製する際、ガラスの処理温度等の製造上の困難性を大
幅に軽減でき、容易に作製することができる。
The optical waveguide type surface plasmon resonance sensor 1 of the third embodiment manufactured in this manner can easily increase the core diameter of the waveguide 5 made of resin similarly to the first and second embodiments. When measuring the refractive index or the like of a substance to be measured, the alignment of the optical connection is very high even when the core layer 4 of the sensor 1 is optically connected to another optical element such as a light source and a detector. It is easy and does not cause a decrease in sensor sensitivity due to light loss caused by poor alignment accuracy of the optical connection. In addition, this surface plasmon resonance sensor 1
Also, as compared with the conventional prism type surface plasmon resonance sensor or optical fiber type surface plasmon resonance sensor, the sensor unit 7 can be made more compact and the entire sensor device can be made smaller. Moreover, similarly to the above-described embodiment, the resin capable of forming and forming the lower cladding layer 3 and the side cladding layer 33 of the optical waveguide 5 of the surface plasmon resonance sensor 1 by using the process such as the spin coating as described above. Therefore, compared to the conventional optical waveguide formed by ion-implanting impurities into glass, when manufacturing the optical waveguide 5, manufacturing difficulties such as the processing temperature of the glass can be greatly reduced, and the glass can be easily formed. Can be made.

【0034】さらに、本発明による上記実施例に加え
て、以下に本発明による第4の実施例を述べる。この第
4実施例の表面プラズモン共鳴センサ1においては、上
述した第1実施例乃至第3実施例と同じもしくは類似の
構成部分には同一もしくは類似の参照番号を付して説明
する。この第4実施例は、図5および図6に示すよう
に、上述した第1実施例乃至第2実施例において、クラ
ッド層3、コア層4およびこのコア層4の表面に金属薄
膜6が被覆されて成形されたセンサ部7を所望の長さに
形成し、この所望の長さに形成されたセンサ部7を光学
的な一平面上に2乃至3個以上の複数個(本実施例では
4個で、図5の上側からセンサ部7a、7b、7c、7
dとする)、例えば並設して表面プラズモン共鳴センサ
1を構成したものである。さらに具体的に述べると、シ
リコン基板2上に形成される所定範囲の領域を有するク
ラッド層3の上に、コア層4a、4b、4cおよび4d
が形成され、クラッド層3とこれらのコア層4a、4
b、4cおよび4dで、それぞれ、装荷型光導波路5
a、5b、5cおよび5dを形成している。
Further, in addition to the above-described embodiment according to the present invention, a fourth embodiment according to the present invention will be described below. In the surface plasmon resonance sensor 1 of the fourth embodiment, the same or similar components as those of the first to third embodiments described above are denoted by the same or similar reference numerals. As shown in FIGS. 5 and 6, the fourth embodiment differs from the first and second embodiments in that the metal thin film 6 covers the cladding layer 3, the core layer 4, and the surface of the core layer 4. Then, the formed sensor part 7 is formed to a desired length, and two or three or more (in this embodiment, a plurality of) sensor parts 7 formed to the desired length are formed on one optical plane. The four sensor units 7a, 7b, 7c, 7 from the upper side of FIG.
d), for example, the surface plasmon resonance sensor 1 is arranged side by side. More specifically, core layers 4a, 4b, 4c and 4d are formed on clad layer 3 having a predetermined range of area formed on silicon substrate 2.
Is formed, and the cladding layer 3 and these core layers 4a, 4a
b, 4c and 4d, respectively, the loaded optical waveguide 5
a, 5b, 5c and 5d.

【0035】その際、コア層4aの一方の端面部10
は、全反射する角度を持つて形成され、例えば45度の
角度を持つ斜面に形成され、このコア層4aの一方の端
面部10と光学的なミラー関係になるように、これと対
応するコア層4bの一方の端面部11も45度の斜面に
形成されると共に、コア層4bの他方の端面部12も4
5度の斜面に形成されている。同様にして、このコア層
4bの他方の端面部12と対応するコア層4cの他方の
端面部13も45度の斜面に形成されると共に、コア層
4cの一方の端面部14も45度の斜面に形成されると
共に、コア層4dの一方の端面部15も45度の斜面に
形成されている。なお、上記した光学的なミラー関係
は、本発明による樹脂で構成されたクラッド層3および
コア層4により、光導波路5の各端面部において、それ
ぞれ使用する樹脂の屈折率差が、クラッド層3およびコ
ア層4の境界面で明確に形成されることにより容易に成
される。
At this time, one end face 10 of the core layer 4a is formed.
Are formed on an inclined surface having an angle of total reflection, for example, at an angle of 45 degrees, and the corresponding core is formed so as to have an optical mirror relationship with one end face portion 10 of the core layer 4a. One end face 11 of the layer 4b is also formed with a 45-degree slope, and the other end face 12 of the core layer 4b is
It is formed on a slope of 5 degrees. Similarly, the other end surface portion 13 of the core layer 4c corresponding to the other end surface portion 12 of the core layer 4b is also formed with a 45-degree slope, and the one end surface portion 14 of the core layer 4c also has a 45-degree slope. While being formed on a slope, one end face 15 of the core layer 4d is also formed with a 45-degree slope. The optical mirror relationship described above is based on the fact that the clad layer 3 and the core layer 4 made of the resin according to the present invention cause the difference in the refractive index of the resin used at each end face of the optical waveguide 5 to be smaller than the clad layer 3. And it is easily achieved by being clearly formed at the boundary surface of the core layer 4.

【0036】このように形成されたコア層4a、4b、
4cおよび4dの各端面部10乃至15を覆うと共に、
コア層4a、4b、4cおよび4dの各中央部を露出さ
せるように、クラッド層3およびコア層4a、4b、4
cおよび4dの上にさらに、例えば非晶質フッ素樹脂で
あるテフロンAF1600、PMMAあるいはSU−8
等の好適な樹脂の被覆層16がスピンコート法により所
定領域に設けられている。その際、コア層4a、4b、
4cおよび4dの各中央部を露出させる部分において
は、コア層4a、4b、4cおよび4dとクラッド層3
の各中央部分の露出させるべき部分に予めシール等(図
示せず)を施し、その後、クラッド層3およびコア層4
a、4b、4cおよび4dの上に被覆層16となる好適
な樹脂のスピンコートを行って被覆し、この被覆後、シ
ール等を除去することによって、シール等の除去部分に
窓17が形成される。
The core layers 4a, 4b,
4c and 4d, while covering the respective end faces 10 to 15;
The cladding layer 3 and the core layers 4a, 4b, 4c, 4d are exposed so as to expose the respective central portions of the core layers 4a, 4b, 4c and 4d.
Further, on top of c and 4d, for example, Teflon AF1600, PMMA or SU-8, which is an amorphous fluororesin,
A coating layer 16 of a suitable resin such as is provided on a predetermined region by a spin coating method. At that time, the core layers 4a, 4b,
The core layers 4a, 4b, 4c and 4d and the cladding layer 3
A seal or the like (not shown) is previously applied to a portion of each central portion to be exposed, and then the cladding layer 3 and the core layer 4 are exposed.
a, 4b, 4c, and 4d are coated by spin-coating a suitable resin to be the coating layer 16, and after this coating, the seals and the like are removed. You.

【0037】その結果、コア層4a、4b、4cおよび
4d、すなわち光導波路5a、5b、5cおよび5bの
各中央部が露出し、それらの周囲は被覆層16によって
覆われていることになり、コア層4a、4b、4cおよ
び4dの各端面部10乃至15においては、相互の光学
的なミラー状態に影響を与えることなく、光がこれらの
コア層を連続して通過することができるようになる。な
お、このスピンコートの条件は1000rpmで20秒
間行い、その後オーブンで300度、45分間の乾燥処
理を行った。また、このスピンコート法による被覆層1
6の形成は、所定の厚みに至るまで、必要に応じて、所
望回数、繰り返しても良い。その後、窓17の部分にお
いて露出しているコア層4a、4b、4cおよび4dの
表面には、金を真空蒸着装置(図示せず)により成膜し
て、それぞれ金属薄膜6a、6b、6cおよび6dを形
成し、センサ部7a、7b、7cおよび7dをそれぞれ
作製した。
As a result, the core layers 4a, 4b, 4c and 4d, that is, the respective central portions of the optical waveguides 5a, 5b, 5c and 5b are exposed, and the periphery thereof is covered by the covering layer 16. In each of the end faces 10 to 15 of the core layers 4a, 4b, 4c and 4d, light can be continuously passed through these core layers without affecting the mutual optical mirror state. Become. The spin coating was performed at 1000 rpm for 20 seconds, followed by drying in an oven at 300 ° C. for 45 minutes. The coating layer 1 formed by the spin coating method
The formation of 6 may be repeated a desired number of times, if necessary, up to a predetermined thickness. Thereafter, gold is formed on the surfaces of the core layers 4a, 4b, 4c, and 4d exposed at the window 17 by a vacuum evaporation apparatus (not shown), and the metal thin films 6a, 6b, 6c, and 6d was formed, and sensor portions 7a, 7b, 7c, and 7d were respectively manufactured.

【0038】このように構成した上記第4実施例の表面
プラズモン共鳴センサでは、測定されるべき物質の屈折
率等を測定する場合、表面プラズモン共鳴センサの光路
を説明する概略図である図7を参照すると容易に理解さ
れるように、センサ部7aの他方の端面部から光を入射
させると、その光路は、光学的なミラー関係により、セ
ンサ部7aを通過して、その一方の端面部10で反射し
てセンサ部7bの一方の端面部11によりセンサ部7b
を通過し、さらにセンサ部7bの他方の端面部12で反
射してセンサ部7cの他方の端面部13によりセンサ部
7cを通過し、さらにセンサ部7cの一方の端面部14
で反射してセンサ部7dの一方の端面部15によりセン
サ部7dを通過してセンサ部7dの他方の端面部へ向か
うことになる。
In the surface plasmon resonance sensor of the fourth embodiment configured as described above, when measuring the refractive index and the like of the substance to be measured, FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the optical path of the surface plasmon resonance sensor. As will be easily understood from the reference, when light is incident from the other end face of the sensor section 7a, the light path passes through the sensor section 7a due to an optical mirror relationship, and the optical path is changed to one end face section 10a. Is reflected by the sensor part 7b by one end face part 11 of the sensor part 7b.
, Further reflected by the other end surface 12 of the sensor portion 7b, passed through the sensor portion 7c by the other end surface portion 13 of the sensor portion 7c, and further passed through one end surface portion 14 of the sensor portion 7c.
Then, the light passes through the sensor portion 7d by one end surface portion 15 of the sensor portion 7d and travels toward the other end surface portion of the sensor portion 7d.

【0039】このことは、光路が長くなって、一平面上
でコンパクトに、しかも表面プラズモン共鳴センサのセ
ンサ部の表面積が実質的に大幅に増加することを意味
し、その結果、上記した第1実施例乃至第3実施例の効
果に加えて、コンパクトにして表面プラズモン共鳴セン
サの感度を大幅に向上させることができる。この場合に
おいて、従来のガラスに不純物をイオン注入する方法で
は、すでに述べたように、入射光を全反射させるために
光導波路のコア端面を斜めにカットしてミラー構造にす
ることが困難なゆえ、コア端面に銀等を蒸着してミラー
構造を形成する場合に較べて、非常に簡単な方法でミラ
ー構造を形成することができる。
This means that the optical path becomes longer, the surface area of the sensor portion of the surface plasmon resonance sensor is increased substantially, and the surface area of the sensor portion of the surface plasmon resonance sensor is substantially increased. In addition to the effects of the embodiments to the third embodiment, the sensitivity of the surface plasmon resonance sensor can be greatly improved by making it compact. In this case, in the conventional method of ion-implanting impurities into glass, as described above, it is difficult to cut the core end face of the optical waveguide obliquely to form a mirror structure in order to totally reflect incident light. The mirror structure can be formed by a very simple method as compared with the case where silver or the like is deposited on the core end surface to form the mirror structure.

【0040】なお、上記したことは、たとえ測定される
べき物質が非透光性のものであっても、被覆層16がコ
ア層4a、4b、4cおよび4dの各端面部を覆ってい
るので、コア層4a、4b、4cおよび4dの相互の光
学的なミラー状態に影響を与えることなく、換言すれば
センサ部7aから7dまでの光の通過には何ら影響を与
えることなく、光が通過することができ、その結果、こ
の場合にも表面プラズモン共鳴センサ部の表面積が実質
的に大幅に増加させることができる。なお、上記実施例
では、第1実施例乃至第2実施例の関連において述べた
が、第3実施例についても、表面プラズモン共鳴センサ
のセンサ部を複数個、設け、これらのセンサ部を、入射
した光が、光学的に連続して通過し、実質的にセンサ部
の長さを長くすることができるような構成とすることに
より同様な効果を得ることができるのは言うまでもない
ことである。
It should be noted that the above-described fact is that even if the substance to be measured is non-translucent, the coating layer 16 covers the end faces of the core layers 4a, 4b, 4c and 4d. The light passes without affecting the mutual optical mirror state of the core layers 4a, 4b, 4c and 4d, in other words, without affecting the light passing from the sensor sections 7a to 7d. As a result, also in this case, the surface area of the surface plasmon resonance sensor unit can be substantially increased substantially. Although the above embodiment has been described in relation to the first and second embodiments, also in the third embodiment, a plurality of sensor units of the surface plasmon resonance sensor are provided, and these sensor units are provided with incident light. Needless to say, a similar effect can be obtained by adopting a configuration in which the transmitted light passes optically continuously and the length of the sensor portion can be substantially increased.

【0041】なお、上記した光路は、センサ部7の端面
部を45度の斜面に形成して得た場合について述べた
が、本発明は、この実施例に限らず、これらのセンサ部
7a乃至7bを光学的に連続して通過し、実質的にセン
サ部の長さを長くすることができるような、例えば端面
部の斜面角度およびセンサ部7の配設を変化させて光路
を長くすることができるような手段を設けても良い。
Although the above-described optical path has been described with reference to the case where the end face of the sensor section 7 is formed with a 45-degree slope, the present invention is not limited to this embodiment. 7b, the optical path is made longer by changing the slope angle of the end face and the arrangement of the sensor section 7 so that the length of the sensor section can be substantially increased. Means may be provided.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の表面
プラズモン共鳴センサによれば、樹脂による導波路のコ
ア径を容易に大きくでき、測定されるべき物質の屈折率
等を測定する場合に、このセンサのコア層と光源および
検出器等の他の光学素子とを光接続する際にも光接続の
位置合わせが非常に容易であり、光接続の位置合わせ精
度不良によって生じる光損失によるセンサ感度の低下を
招くこともない。また、本発明の表面プラズモン共鳴セ
ンサは、従来のプリズム型表面プラズモン共鳴センサあ
るいは光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサに比べ
て、センサ部のコンパクト化が図れると共に、センサ装
置全体の小型化も図ることができる。しかも、本発明の
表面プラズモン共鳴センサの光導波路のクラッド層およ
びコア層を形成する場合にも、これらを樹脂で形成する
ので、容易に作製することができる。
As described above, according to the surface plasmon resonance sensor of the present invention, the core diameter of the waveguide made of resin can be easily increased, and the refractive index of the substance to be measured can be measured. In optical connection between the core layer of the sensor and other optical elements such as a light source and a detector, alignment of the optical connection is very easy, and the sensor due to light loss caused by poor alignment accuracy of the optical connection. There is no decrease in sensitivity. Further, the surface plasmon resonance sensor of the present invention can reduce the size of the sensor unit and the size of the entire sensor device as compared with a conventional prism type surface plasmon resonance sensor or optical fiber type surface plasmon resonance sensor. it can. In addition, when forming the clad layer and the core layer of the optical waveguide of the surface plasmon resonance sensor of the present invention, these can be easily manufactured because they are formed of resin.

【0043】さらに、上記したクラッド層およびコア層
により構成される光導波路のコア層の表面に金属薄膜を
設けて形成したセンサ部を光学的な一平面上に複数個、
配設した本発明の表面プラズモン共鳴センサでは、これ
らの複数個のセンサ部を、光が光学的に連続して通過
し、実質的にセンサ部の長さを長くしたので、表面プラ
ズモン共鳴センサの感度を大幅に向上させることができ
る。
Further, a plurality of sensor portions formed by providing a metal thin film on the surface of the core layer of the optical waveguide constituted by the clad layer and the core layer are formed on one optical plane.
In the disposed surface plasmon resonance sensor of the present invention, light passes optically and continuously through these plurality of sensor units, and the length of the sensor unit is substantially increased. Sensitivity can be greatly improved.

【0044】[0044]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による表面プラズモン共鳴センサの一実
施例の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of a surface plasmon resonance sensor according to the present invention.

【図2(a)】乃至FIG. 2 (a) to

【図2(e)】図1に示す表面プラズモン共鳴センサを
作成する際の工程図である。
FIG. 2 (e) is a view showing the step of producing the surface plasmon resonance sensor shown in FIG. 1;

【図3】本発明による表面プラズモン共鳴センサの他の
実施例の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of another embodiment of the surface plasmon resonance sensor according to the present invention.

【図4(a)】乃至FIG. 4A to FIG.

【図4(e)】図3に示す表面プラズモン共鳴センサを
作成する際の工程図である。
FIG. 4 (e) is a view showing the step of producing the surface plasmon resonance sensor shown in FIG. 3;

【図5】本発明による表面プラズモン共鳴センサのさら
に他の実施例の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of still another embodiment of the surface plasmon resonance sensor according to the present invention.

【図6】図5に示す表面プラズモン共鳴センサのA−A
線に沿う断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of the surface plasmon resonance sensor shown in FIG.
It is sectional drawing which follows a line.

【図7】図5に示す表面プラズモン共鳴センサの光路を
説明する概略図である。
7 is a schematic diagram illustrating an optical path of the surface plasmon resonance sensor shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:表面プラズモン共鳴センサ、 2:シリコン基板 3:クラッド層、 4、4a、4b、4c、4d:コア層 5、5a、5b、5c、5d:光導波路 6、6a、6b、6c、6d:金属薄膜、 7、7a、7b、7c、7d:センサ部 10、11、12、13、14、15:端面部 16:被覆層 17:窓 1: Surface plasmon resonance sensor, 2: Silicon substrate 3: Cladding layer, 4, 4a, 4b, 4c, 4d: Core layer 5, 5a, 5b, 5c, 5d: Optical waveguide 6, 6a, 6b, 6c, 6d: Metal thin film 7, 7a, 7b, 7c, 7d: sensor part 10, 11, 12, 13, 14, 15: end face part 16: coating layer 17: window

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年4月14日(2000.4.1
4)
[Submission date] April 14, 2000 (2004.1.
4)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Correction target item name] Brief description of drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による表面プラズモン共鳴センサの一実
施例の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of a surface plasmon resonance sensor according to the present invention.

【図2】図2の(a)乃至(e)は図1に示す表面プラ
ズモン共鳴センサを作成する際の工程図である。
FIGS. 2 (a) to 2 (e) are process diagrams for producing the surface plasmon resonance sensor shown in FIG.

【図3】本発明による表面プラズモン共鳴センサの他の
実施例の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of another embodiment of the surface plasmon resonance sensor according to the present invention.

【図4】図4の(a)乃至(e)は図3に示す表面プラ
ズモン共鳴センサを作成する際の工程図である。
4 (a) to 4 (e) are process diagrams for producing the surface plasmon resonance sensor shown in FIG. 3;

【図5】本発明による表面プラズモン共鳴センサのさら
に他の実施例の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of still another embodiment of the surface plasmon resonance sensor according to the present invention.

【図6】図5に示す表面プラズモン共鳴センサのA−A
線に沿う断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of the surface plasmon resonance sensor shown in FIG.
It is sectional drawing which follows a line.

【図7】図5に示す表面プラズモン共鳴センサの光路を
説明する概略図である。
7 is a schematic diagram illustrating an optical path of the surface plasmon resonance sensor shown in FIG.

【符号の説明】 1:表面プラズモン共鳴センサ、 2:シリコン基板、 3:クラッド層、 4、4a、4b、4c、4d:コア層、 5、5a、5b、5c、5d:光導波路、 6、6a、6b、6c、6d:金属薄膜、 7、7a、7b、7c、7d:センサ部、 10、11、12、13、14、15:端面部、 16:被覆層、 17:窓。[Description of Signs] 1: surface plasmon resonance sensor, 2: silicon substrate, 3: cladding layer, 4, 4a, 4b, 4c, 4d: core layer, 5, 5a, 5b, 5c, 5d: optical waveguide, 6, 6a, 6b, 6c, 6d: metal thin film, 7, 7a, 7b, 7c, 7d: sensor part, 10, 11, 12, 13, 14, 15: end face part, 16: coating layer, 17: window.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図4[Correction target item name] Fig. 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図4】 FIG. 4

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 智憲 東京都北区西が丘三丁目13番10号 東京都 立産業技術研究所内 (72)発明者 今泉 元郎 東京都世田谷区宮坂2丁目25番25号 株式 会社潤工社内 Fターム(参考) 2G059 AA01 AA05 BB04 BB12 CC20 DD13 EE02 GG00 JJ17 KK01 LL03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tomonori Sasaki 3-13-10 Nishigaoka, Kita-ku, Tokyo Inside the Tokyo Metropolitan Industrial Research Institute (72) Inventor Genro Imaizumi 25-25-25 Miyasaka, Setagaya-ku, Tokyo No. Stock Company Junko F-term (reference) 2G059 AA01 AA05 BB04 BB12 CC20 DD13 EE02 GG00 JJ17 KK01 LL03

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上にクラッド層およびコア層を順次、
積層して形成した光導波路を有し、さらにこの光導波路
のコア層の表面に金属薄膜を設けて形成したセンサ部を
備える表面プラズモン共鳴センサであって、前記光導波
路のコア層およびクラッド層が樹脂で形成されたことを
特徴とする表面プラズモン共鳴センサ。
A clad layer and a core layer are sequentially formed on a substrate.
A surface plasmon resonance sensor having an optical waveguide formed by lamination and further including a sensor portion formed by providing a metal thin film on the surface of a core layer of the optical waveguide, wherein the core layer and the cladding layer of the optical waveguide are A surface plasmon resonance sensor formed of a resin.
【請求項2】基板上にクラッド層およびコア層を順次、
積層して形成した光導波路を有し、さらにこの光導波路
のコア層の表面に金属薄膜を設けて形成したセンサ部を
備える表面プラズモン共鳴センサであって、前記光導波
路のコア層およびクラッド層が樹脂で形成され、かつ前
記センサ部を光学的な一平面上に複数個、配設し、これ
ら複数個の光導波路を、光が光学的に連続して通過し、
実質的にセンサ部の長さを長くしたことを特徴とする表
面プラズモン共鳴センサ。
2. A clad layer and a core layer are sequentially formed on a substrate.
A surface plasmon resonance sensor having an optical waveguide formed by lamination and further including a sensor portion formed by providing a metal thin film on the surface of a core layer of the optical waveguide, wherein the core layer and the cladding layer of the optical waveguide are A plurality of the sensor portions are formed on a single optical plane, and are formed of resin, and light passes optically continuously through the plurality of optical waveguides,
A surface plasmon resonance sensor, wherein the length of the sensor portion is substantially increased.
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