JP2004163257A - Method for guiding light to optical waveguide and optical waveguide spectrometric apparatus using the same - Google Patents

Method for guiding light to optical waveguide and optical waveguide spectrometric apparatus using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2004163257A
JP2004163257A JP2002329306A JP2002329306A JP2004163257A JP 2004163257 A JP2004163257 A JP 2004163257A JP 2002329306 A JP2002329306 A JP 2002329306A JP 2002329306 A JP2002329306 A JP 2002329306A JP 2004163257 A JP2004163257 A JP 2004163257A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
light
waveguide core
droplet
introducing
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.)
Granted
Application number
JP2002329306A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3968425B2 (en
Inventor
Kenji Kato
健次 加藤
Shimi Ki
志美 祁
Naoki Matsuda
直樹 松田
Akiko Takatsu
章子 高津
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2002329306A priority Critical patent/JP3968425B2/en
Publication of JP2004163257A publication Critical patent/JP2004163257A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3968425B2 publication Critical patent/JP3968425B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for easily guiding light to an optical waveguide at low costs and to provide an optical waveguide spectrometric apparatus capable of easily performing measurement at low costs. <P>SOLUTION: In the method for guiding light to the optical waveguide, the tip (13a) of the optical waveguide (13) for light guidance for guiding light emitted from a light source into an optical waveguide core (11) is inserted in a droplet (12) provided in such a way as to be in contact with the optical waveguide core (11), and the light is guided into the optical waveguide core (11) via the droplet (12). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路への光導入方法及びそれを用いた光導波路分光測定装置に関する。詳しくは、小液滴を用いた光導波路への光導入方法及びそれを用いた光導波路分光測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光導波路を利用した分光装置では、非常に薄い光導波路のコアにプローブ光となる光を導入する必要がある。
従来、このような薄い層に光を導入するために、カップリングプリズムと呼ばれる屈折率の高いプリズムを用いるか、あるいはコア表面に回折格子(グレーティング)となる溝、模様等を加工したり、導波路コア端面を光入射が可能になるように研磨したりして、導波路自身に加工をすることにより光を導入する必要があった(例えば、特許文献1〜3参照。)。
【0003】
カップリングプリズムを用いた光導入方法について、図7を参照しながら説明する。図7は従来のカップリングプリズムを用いた光導入方法の模式図である。光導波路コア71に接するようにカップリングプリズム72が配置され、光導波路コア71とカップリングプリズム72との間にはカップリング液74が塗布される。光源から発射され光ファイバ73により伝搬された光を、集光レンズ75で集光し、入射光側カップリングプリズム72を介して光導波路コア71内に導入する。
【0004】
しかし、カップリングプリズムは高価であり、かつ壊れやすく、利用には注意を要した。また、カップリングプリズムと光導波路との間にカップリング液を使用する必要があり、カップリング液が蒸発した場合に問題があった。また、カップリングプリズムやカップリング液による光吸収があり、紫外域での測定が困難であるという問題があった。
【0005】
グレーティングを利用する場合は、予め表面にグレーティングの加工が必要であり、エッチング等の比較的高度な技術が必要となるため加工コストが高くついていた。また波長依存性が強く、分光の際に重要となる白色光の導入が困難であった。導波路端面から光入射する場合は、端面の精密加工が必要になるため加工コストが高くついていた。また端面まで光を通すため導波路全体を光が通る状態にする必要があり、利用の際の制限となることもあった。
以上のように、従来の技術では使いやすさ、コスト、波長依存性など何らかの問題があった。
【0006】
また、光源から発射された光を光導波路コア内に導入する光導入用光導波路として光ファイバを利用する系では、光ファイバからの光をレンズ等によってカッティングプリズムの入射ポイントに集光する必要があり、装置の小型化やコストの面で不利であった。
【0007】
【特許文献1】
特許第2802361号明細書
【特許文献2】
特許第2807777号明細書
【特許文献3】
特許第3041408号明細書
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、簡易かつ低コストで光導波路へ光を導入する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、簡易かつ低コストで測定することができる光導波路分光測定装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、光導波路コアに接するように設けられた液滴は、液と界面の濡れ性に応じてそれぞれの接触角を持っているが、接触角が特定の範囲にある場合は、液滴はカップリングプリズムと同様の働きをすることを見出した。本発明はこのような知見に基づきなされるに至ったものである。
【0010】
すなわち、本発明は、
(1)光導波路コアに接するように設けられた液滴に、光源から発射された光を光導波路コア内に導入する光導入用光導波路の先端を挿入し、液滴を介して光導波路コア内に光を導入することを特徴とする光導波路への光導入方法、
(2)前記の液滴と光導波路コアとの接触角が、20°以上180°未満又は180°であることを特徴とする(1)項に記載の光導波路への光導入方法、
(3)前記液滴が、グリセリン、高屈折率液、高濃度塩溶液、水、油の液滴であることを特徴とする(2)項に記載の光導波路への光導入方法、
(4)(1)〜(3)のいずれか1項に記載の光導波路への光導入方法を用いたことを特徴とする光導波路分光測定方法、
(5)(1)〜(3)のいずれか1項に記載の光導波路への光導入方法を用いたことを特徴とする顕微鏡の照明方法、および
(6)試料との接触表面を有する光導波路コア、該光導波路コアに接するように設けられた液滴、光源から発射された光を前記液滴を介して前記光導波路コア内に導入する光導入用光導波路、および前記光導波路コアの内部で全反射を繰り返した光を出射する光出射部からなる試料測定部を有することを特徴とする(4)項に記載の方法に使用される光導波路分光測定装置
を提供するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明では、光導波路コアへ光を導入する手段として、従来のカップリングプリズムを使用せずに液滴を使用することを特徴とする。本発明の液滴を介した光導入方法について、図1を参照しながら説明する。図1は本発明の液滴を介した光導入方法の模式図である。光導波路コア11に接するように液滴12が配置され、液滴12内に光ファイバ13の先端13aが挿入される。光源から発射された光を、光ファイバ13により伝搬し、光ファイバ13から液滴12を介して光導波路コア11内に導入する。
本発明では、高価で壊れやすいカップリングプリズムを使用したり、光導波路コアを加工したりする必要がない。また、液滴を利用することにより、液滴中に光源から発射された光を光導波路コア内に導入する光導入用光導波路(光ファイバ等)を直接挿入することが可能となり、特に集光系を使わずに導入点へ光を集めることが可能となる。したがって、簡易に低コストで光導波路コア内に光を導入することができ、装置の小型化も可能となる。
【0012】
図2及び図3に本発明の好ましい一実施態様を示す。図2は、光導波路を使用した分光測定装置の一実施例を示す斜視図である。図3は、光導波路を使用した分光測定装置の一実施例を示す模式図である。
装置は、光導波路コア21,31、液滴22,32、支持基板23,33、シリコンゴムシート24,34、光源35から発射された光を光導波路コア21,31内に導入する光導入用光導波路26,36、試料セル27,37、および光導波路コア21,31内で全反射を繰り返した光を出射する光出射部28,38からなる試料測定部を有する。
【0013】
図2を参照しながら本発明の光導波路分光測定装置の好ましい一実施態様を説明する。
装置は、まず支持基板23上にシリコンゴムシート24が配置され、シリコンゴムシート24上に光導波路コア21が配置される。光導波路コア21には試料セル27中の試料が接するように配置される。光導波路コア21に接するようには液滴22が配置され、液滴22には、光源から発射された光を光導波路コア21内に導入する光導入用光導波路26の先端26aが挿入される。
【0014】
光導波路コア21の厚さは1μm〜1mmが好ましく、2μm〜0.5mmがより好ましく、10μm〜0.2mmがさらに好ましい。光導波路コア21の材質は、ソーダガラス、石英、プラスチック、サファイヤなど透明で光学的に安定なものであればよい。光導波路コア21内に導入された光は光導波路コア21内を全反射しながら進む。
【0015】
光導波路コア21の端部には光出射部28が設けられている。なお、光はある反射角度の範囲で内部反射して反対側の端面に到達するが、そのときにたまたま上または下を向いている光があり、出射光は図2に描かれているように上下に分かれる。これは反射回数が2nのもの及び2n+1のものに相当する。
【0016】
支持基板23は、光導波路コア21自身に充分な強度がある場合には特に必要がないが、いわゆるクラッドの働きをするため、使用することが好ましい。使用する場合は、支持基板23の厚さは10mm以下が好ましく、0.1〜2mmがより好ましい。大きさに特に制限はないが例えば、外形が長さ5〜200mm、幅1〜30mm、好ましくは外形が長さ30〜75mm、幅10〜25mmのものを使用することができる。
また、シリコンゴムシート24を使用することが好ましい。シリコンゴムシート24は、光導波路コア21が直接支持基板23又はその他の物に密着して光が損失してしまうのを防止する役割を果たす。また、同時に、光導波路コア21が滑って位置が変動しないように固定する役割も果たす。
【0017】
液滴22は、光導波路コア21との接触角が180°未満をなすものが好ましく、150°以下をなすものがより好ましい。ここで、接触角の下限は特に制限はないが、液滴22を介して光導波路コア21内へ光を導入する目的の範囲で適宜定めることができる。好ましくは20°以上、より好ましくは30°以上である。
液滴22は、具体的には、グリセリン、高屈折率液、高濃度塩溶液、高濃度糖類溶液、水、油等の液滴であることが好ましい。高屈折率液としては例えば、ジクロロメタン、ジブロモナフタレン等が挙げられ、高濃度塩溶液としては例えば、炭酸カリウム50質量%溶液、ヨウ化カリウム40質量%溶液等が挙げられ、高濃度糖類溶液としては例えば、50質量%ショ糖溶液等が挙げられ、油としては例えば、シリコンオイル、パラフィン油等が挙げられる。
液滴22の直径は、好ましくは0.05〜10mm、より好ましくは0.2〜3mmである。
【0018】
試料セル27はガラス、石英、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などを使用することができる。厚さは特に制限はないが例えば1〜5mm程度である。試料セルの大きさは、小さいほど試料が少なくて済むので好ましいが、小さすぎるとセルの作製が困難になる。したがって大きさに特に制限はないが例えば、外形が長さ約5cm、幅約3cm、高さ約1.5cmで、内法が長さ約4cm、幅約2cm、深さ約1cmのものを使用することができる。ただし、内法の深さについては0.1mm以上が好ましい。
【0019】
本発明において、光源は白熱灯、発光ダイオード、レーザー、ダイオードレーザーなどが用いられる。スペクトルを測定する場合や色調の変化を見る場合には、白色光を使用することが好ましい。この場合、白色光とはある波長幅をもつ光ということであり、白い色の光という意味ではない。白色光を用いることにより高価なレーザーを使用する必要がなくなり、装置が簡便かつ安価になる。本発明では紫外光を使用することができ、紫外域における測定が可能である。
【0020】
光源から発射された光を光導波路コア21内に導入する光導入用光導波路26としては、例えば、光ファイバを用いることができる。
【0021】
本発明において測定される試料は、気体、液体又は固体のいかなる状態でもよい。ただし、測定試料は後述するように光導波路コアに接していることが必要である。
すなわち、本発明の光導入方法を応用して、光導波路コアに接した溶液やガスなどの流体の屈折率を測定することにより試料の特性、例えば物質濃度を測定することができる。
また、光導波路コア表面に特定の物質と結合しやすい物質を物理吸着又は化学結合によりコーティングさせて、特定の物質がその表面に結合したことによる微少な有効屈折率変化を検知することにより表面薄膜や吸着物質等の特性、例えば厚みや物質濃度を測定することもできる。
【0022】
図3を参照しながら本発明の光導波路分光測定方法の好ましい一実施態様を説明する。
まず、試料セル37内に測定試料を設置する。測定試料は光導波路コア31の表面と接している。
次に、光導波路コア31に接するように液滴32を設け、液滴32内に光ファイバ36の先端36aを挿入する。
白色光源35から発射された光を、光ファイバ36により伝搬し、液滴32を介して、光導波路コア31に導入する。光導波路コア31内に導入された光は全反射を繰り返して光導波路コア31の端部の光出射部38から出射し、出射した光を受光レンズ39を通じて検出器へ送り、光の強度を測定する。検出器により出射光の強度を測定し、レコーダにより記録する。光の強度の測定方法は常法により行うことができ、例えば、フォトダイオードを使った光パワーメーターを用いて測定することができる。
なお、白色光源35と液滴32との間および受光レンズ39と検出器との間には、光ファイバーを使用することが好ましい。この光ファイバーの使用により、光出射部とレンズとの距離や角度を容易かつ微妙に調整することができる。
出射光の強度から、光導波路コア31に接する試料の屈折率変化を高感度に測定することができる。
【0023】
本発明の光導入方法は、吸着等の界面における現象の観察、抗原抗体反応等を利用した高感度分析などを光導波路を用いて行う場合に利用することができる。すなわち、本発明の光導波路分光測定装置は、光導波路コア内を伝搬する光の吸収や蛍光作用を利用して、界面、コア近傍あるいはコアそのものの分析を行うことができ、高感度な界面計測装置、生体物質測定装置として利用することができる。
また、本発明の光導入方法は、薄膜評価、塗料・染料・発色剤等の色素研究、エッチングなどの表面改質技術の評価、太陽電池、触媒反応、医用分析、環境分析、ガスセンサー、表面センサーなどの分野において応用することができる。
【0024】
本発明の光導入方法は、顕微鏡の照明に適用することもできる。図4を参照しながら説明する。図4は、本発明の光導入方法を顕微鏡の照明に適用した一実施例を示す模式図である。
装置は、光導波路コア41、液滴42、支持基板43、シリコンゴムシート44、光源45から発射された光を光導波路コア41内に導入する光導入用光導波路46、試料セル47、および光導波路コア41の上部に配置された顕微鏡48からなる。
液滴42を用いて光導波路コア41内に光を導入し、光導波路コア41表面で生じるエバネッセント波が光導波路コア41表面に配置された試料により散乱した散乱光、あるいはエバネッセント波により励起された試料の蛍光(リン光)を、光導波路コア41の上部又は下部に配置された顕微鏡観察装置48により観察する。
この方法の利点は、蛍光照明装置が非常に簡便にできることや、暗視野照明が容易にできることである。
【0025】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1及び図2に模式図を示したように、厚さ50μmの薄膜ガラスを76mm×26mmに切ったものを光導波路として、その上に直径1mmのグリセリン滴を載せ、このグリセリン滴の内部に光源から光を導く光ファイバを差し込み、光導波路コア内に光を導入した。光導波路コア内を伝搬した光は光導波路端面の光出射部から出射し、受光レンズにより集光された後光検出器に導かれた。このときの光伝搬損失を図5に示す。図5は、TEモード及びTMモードの光伝播損失を示すグラフである。
図5に示した結果から、TEモード及びTMモードのどちらも光伝播損失が少なく、本発明を問題なく利用することができることが分かった。具体的には、液滴を用いたことによって反射角度が無駄に広がって光伝播損失が増加するというような懸念は生じないことが分かった。
【0026】
また、試料セルに20nmolヘモグロビン水溶液を入れて同様に光導波路コア内に光を導入した。このときの光吸収スペクトルを図6に示す。図6は、20nmolヘモグロビン水溶液の光吸収スペクトルの測定結果を示すグラフである。図6中、点線は実測データを表し、実線は実測データを平均化(スムージング)したものを表す。
図6に示した結果から、希薄なヘモグロビン溶液の光吸収スペクトルを問題なく測定することができることが分かった。このことにより、従来のプリズムを用いた場合や光導波路コアの端面から光入射させる場合と同様に、高感度測定が可能であることが分かった。
【0027】
【発明の効果】
本発明の光導波路への光導入方法は、簡易かつ低コストで光導波路へ光を導入することができる。また、本発明の光導波路分光測定装置は、高価で壊れやすいカップリングプリズムを必要としないばかりか、光導波路コアの精密な加工が不要となり、測定が非常に容易になると共に、光導波路コアとして安価な薄膜ガラスを長方形に切っただけのものを用いることができ、低コスト化を実現することができる。また、液滴を利用することにより、液滴中に光源から発射された光を光導波路コア内に導入する光導入用光導波路(光ファイバ等)を直接挿入することが可能となり、特に集光系を使わずに導入点へ光を集めることが可能となる。また、本発明は光導波路を利用した蛍光の励起にも利用可能であるため、従来のカップリングプリズムを用いる方法で困難であった紫外域での測定も可能である。
【0028】
本発明の光導入方法は、吸着等の界面における現象の観察、抗原抗体反応等を利用した高感度分析などを光導波路を用いて行う場合に利用することができ、薄膜評価、塗料・染料・発色剤等の色素研究、エッチングなどの表面改質技術の評価、太陽電池、触媒反応、医用分析、環境分析、ガスセンサー、表面センサーなどの分野において応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の液滴を介した光導入方法の模式図である。
【図2】図2は、光導波路を使用した分光測定装置の一実施例を示す斜視図である。
【図3】図3は、光導波路を使用した分光測定装置の一実施例を示す模式図である。
【図4】図4は、本発明の光導入方法を顕微鏡の照明に適用した一実施例を示す模式図である。
【図5】図5は、TEモード及びTMモードの光伝播損失を示すグラフである。
【図6】図6は、20nmolヘモグロビン水溶液の光吸収スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図7】図7は、従来のカップリングプリズムを用いた光導入方法の模式図である。
【符号の説明】
11、21、31、41、71 光導波路コア
12、22、32、42 液滴
13、26、36、43、73 光導入用光導波路(光ファイバ)
13a、26a、36a、46a 光導入用光導波路の先端
28、38 光出射部
48 顕微観察装置
72 カップリングプリズム
74 カップリング液
75 集光レンズ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for introducing light into an optical waveguide and an optical waveguide spectrometer using the same. More specifically, the present invention relates to a method for introducing light into an optical waveguide using small droplets and an optical waveguide spectrometer using the method.
[0002]
[Prior art]
In a spectrometer using an optical waveguide, it is necessary to introduce light serving as probe light into the core of an extremely thin optical waveguide.
Conventionally, in order to introduce light into such a thin layer, a prism having a high refractive index called a coupling prism has been used, or grooves or patterns serving as diffraction gratings (gratings) have been processed or guided on the core surface. It has been necessary to polish light by polishing the end face of the waveguide core so that light can be incident thereon and to process the waveguide itself (for example, see Patent Documents 1 to 3).
[0003]
A light introducing method using a coupling prism will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional light introducing method using a coupling prism. A coupling prism 72 is arranged so as to be in contact with the optical waveguide core 71, and a coupling liquid 74 is applied between the optical waveguide core 71 and the coupling prism 72. Light emitted from the light source and propagated by the optical fiber 73 is condensed by the condensing lens 75 and introduced into the optical waveguide core 71 via the incident light side coupling prism 72.
[0004]
However, coupling prisms are expensive and fragile, requiring careful use. Further, it is necessary to use a coupling liquid between the coupling prism and the optical waveguide, and there is a problem when the coupling liquid evaporates. In addition, there is a problem that light is absorbed by the coupling prism and the coupling liquid, and measurement in the ultraviolet region is difficult.
[0005]
In the case of using a grating, it is necessary to process the grating on the surface in advance, and a relatively sophisticated technique such as etching is required, so that the processing cost is high. In addition, it has a strong wavelength dependency, and it is difficult to introduce white light, which is important in spectral analysis. When light is incident from the end face of the waveguide, precision processing of the end face is required, so that the processing cost is high. Further, in order to allow light to pass through to the end face, it is necessary to make the light pass through the entire waveguide, which may limit the use of the waveguide.
As described above, the conventional technology has some problems such as ease of use, cost, and wavelength dependency.
[0006]
In a system using an optical fiber as an optical waveguide for introducing light emitted from a light source into an optical waveguide core, it is necessary to condense the light from the optical fiber to an incident point of a cutting prism by a lens or the like. This is disadvantageous in terms of miniaturization and cost of the apparatus.
[0007]
[Patent Document 1]
Patent No. 2802361 [Patent Document 2]
Patent No. 2807777 [Patent Document 3]
Patent No. 3041408 specification
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for introducing light into an optical waveguide simply and at low cost. Another object of the present invention is to provide an optical waveguide spectrometer that can perform measurement easily and at low cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies, and as a result, the droplet provided to be in contact with the optical waveguide core has a respective contact angle according to the wettability of the liquid and the interface, but the contact angle is a specific contact angle When in the range, the droplets have been found to work similarly to the coupling prism. The present invention has been made based on such findings.
[0010]
That is, the present invention
(1) The tip of a light introducing optical waveguide for introducing light emitted from a light source into the optical waveguide core is inserted into a droplet provided in contact with the optical waveguide core, and the optical waveguide core is inserted through the droplet. A method of introducing light into an optical waveguide, which comprises introducing light into the inside,
(2) The method for introducing light into an optical waveguide according to the above item (1), wherein the contact angle between the droplet and the optical waveguide core is 20 ° or more and less than 180 ° or 180 °.
(3) The method for introducing light into an optical waveguide according to item (2), wherein the droplet is a droplet of glycerin, a high-refractive-index liquid, a high-concentration salt solution, water, or oil.
(4) An optical waveguide spectral measurement method using the method for introducing light into an optical waveguide according to any one of (1) to (3),
(5) A method for illuminating a microscope using the method for introducing light into an optical waveguide according to any one of (1) to (3), and (6) a light guide having a contact surface with a sample. A waveguide core, a droplet provided so as to be in contact with the optical waveguide core, a light guiding optical waveguide for introducing light emitted from a light source into the optical waveguide core through the droplet, and the optical waveguide core. An object of the present invention is to provide an optical waveguide spectrometer for use in the method according to the above mode (4), further comprising a sample measuring section comprising a light emitting section for emitting light that has been subjected to total internal reflection.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
According to the present invention, as means for introducing light into the optical waveguide core, a droplet is used without using a conventional coupling prism. The method of introducing light via a droplet according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view of a method for introducing light through a droplet according to the present invention. The droplet 12 is arranged so as to be in contact with the optical waveguide core 11, and the tip 13 a of the optical fiber 13 is inserted into the droplet 12. The light emitted from the light source propagates through the optical fiber 13 and is introduced from the optical fiber 13 into the optical waveguide core 11 via the droplet 12.
According to the present invention, there is no need to use an expensive and fragile coupling prism or to process the optical waveguide core. In addition, the use of a liquid droplet makes it possible to directly insert a light introducing optical waveguide (such as an optical fiber) for introducing light emitted from a light source into the optical waveguide core into the liquid droplet, and in particular, to collect light. It is possible to collect light at the point of introduction without using a system. Therefore, light can be easily introduced into the optical waveguide core at low cost, and the size of the device can be reduced.
[0012]
2 and 3 show a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of a spectrometer using an optical waveguide. FIG. 3 is a schematic diagram showing one embodiment of a spectrometer using an optical waveguide.
The device is for introducing light emitted from the optical waveguide cores 21 and 31, the liquid droplets 22 and 32, the support substrates 23 and 33, the silicon rubber sheets 24 and 34, and the light source 35 into the optical waveguide cores 21 and 31. It has a sample measuring section composed of optical waveguides 26 and 36, sample cells 27 and 37, and light emitting sections 28 and 38 for emitting light that has been repeatedly subjected to total reflection in the optical waveguide cores 21 and 31.
[0013]
A preferred embodiment of the optical waveguide spectrometer of the present invention will be described with reference to FIG.
In the device, first, a silicon rubber sheet 24 is disposed on a support substrate 23, and the optical waveguide core 21 is disposed on the silicon rubber sheet 24. The sample in the sample cell 27 is placed in contact with the optical waveguide core 21. The droplet 22 is arranged so as to be in contact with the optical waveguide core 21, and the tip 22 a of the light introducing optical waveguide 26 for introducing the light emitted from the light source into the optical waveguide core 21 is inserted into the droplet 22. .
[0014]
The thickness of the optical waveguide core 21 is preferably 1 μm to 1 mm, more preferably 2 μm to 0.5 mm, and still more preferably 10 μm to 0.2 mm. The material of the optical waveguide core 21 may be any material that is transparent and optically stable, such as soda glass, quartz, plastic, and sapphire. The light introduced into the optical waveguide core 21 travels while being totally reflected in the optical waveguide core 21.
[0015]
A light emitting section 28 is provided at an end of the optical waveguide core 21. Note that light is internally reflected within a certain reflection angle range and reaches the opposite end face, and at that time there is light that happens to be facing upward or downward, and the emitted light is as shown in FIG. Divided up and down. This corresponds to those having the number of reflections of 2n and 2n + 1.
[0016]
The support substrate 23 is not particularly necessary when the optical waveguide core 21 itself has sufficient strength, but is preferably used because it functions as a so-called clad. When used, the thickness of the support substrate 23 is preferably 10 mm or less, more preferably 0.1 to 2 mm. Although the size is not particularly limited, for example, an outer shape having a length of 5 to 200 mm and a width of 1 to 30 mm, preferably an outer shape of a length of 30 to 75 mm and a width of 10 to 25 mm can be used.
Further, it is preferable to use a silicon rubber sheet 24. The silicon rubber sheet 24 plays a role in preventing the optical waveguide core 21 from directly adhering to the support substrate 23 or another object, thereby preventing loss of light. At the same time, the optical waveguide core 21 also serves to fix the optical waveguide core 21 from slipping and changing its position.
[0017]
The droplet 22 preferably has a contact angle with the optical waveguide core 21 of less than 180 °, more preferably 150 ° or less. Here, the lower limit of the contact angle is not particularly limited, but can be appropriately determined within a range for the purpose of introducing light into the optical waveguide core 21 through the droplet 22. It is preferably at least 20 °, more preferably at least 30 °.
Specifically, the droplet 22 is preferably a droplet of glycerin, a high-refractive-index liquid, a high-concentration salt solution, a high-concentration saccharide solution, water, oil, or the like. Examples of the high-refractive index liquid include dichloromethane and dibromonaphthalene, and examples of the high-concentration salt solution include a 50% by mass solution of potassium carbonate and a 40% by mass solution of potassium iodide. For example, a 50% by mass sucrose solution and the like can be mentioned.
The diameter of the droplet 22 is preferably 0.05 to 10 mm, more preferably 0.2 to 3 mm.
[0018]
The sample cell 27 can use glass, quartz, polymethyl methacrylate (PMMA), or the like. The thickness is not particularly limited, but is, for example, about 1 to 5 mm. The smaller the sample cell, the smaller the size of the sample, which is preferable. Therefore, the size is not particularly limited. For example, the outer shape is about 5 cm in length, about 3 cm in width, about 1.5 cm in height, and the inner method is about 4 cm in length, about 2 cm in width, and about 1 cm in depth. can do. However, the depth of the inner method is preferably 0.1 mm or more.
[0019]
In the present invention, an incandescent lamp, a light emitting diode, a laser, a diode laser, or the like is used as a light source. When measuring a spectrum or observing a change in color tone, it is preferable to use white light. In this case, white light means light having a certain wavelength width, and does not mean light of white color. By using white light, it is not necessary to use an expensive laser, and the apparatus is simple and inexpensive. In the present invention, ultraviolet light can be used, and measurement in the ultraviolet region is possible.
[0020]
As the light introducing optical waveguide 26 for introducing the light emitted from the light source into the optical waveguide core 21, for example, an optical fiber can be used.
[0021]
The sample to be measured in the present invention may be in any state of gas, liquid or solid. However, the measurement sample needs to be in contact with the optical waveguide core as described later.
That is, by applying the light introduction method of the present invention, by measuring the refractive index of a fluid such as a solution or a gas in contact with the optical waveguide core, the characteristics of the sample, for example, the substance concentration can be measured.
In addition, the surface of the optical waveguide core is coated with a substance that easily binds to a specific substance by physical adsorption or chemical bonding, and a small effective refractive index change caused by the specific substance binding to the surface is detected to detect the surface thin film. It is also possible to measure the properties of the substance and the adsorbed substance, for example, the thickness and the substance concentration.
[0022]
A preferred embodiment of the optical waveguide spectroscopic measurement method of the present invention will be described with reference to FIG.
First, a measurement sample is set in the sample cell 37. The measurement sample is in contact with the surface of the optical waveguide core 31.
Next, the droplet 32 is provided so as to be in contact with the optical waveguide core 31, and the tip 36 a of the optical fiber 36 is inserted into the droplet 32.
Light emitted from the white light source 35 propagates through the optical fiber 36 and is introduced into the optical waveguide core 31 via the droplet 32. The light introduced into the optical waveguide core 31 repeats total reflection and is emitted from the light emitting portion 38 at the end of the optical waveguide core 31. The emitted light is sent to the detector through the light receiving lens 39, and the light intensity is measured. I do. The intensity of the emitted light is measured by a detector and recorded by a recorder. The light intensity can be measured by a conventional method, for example, by using an optical power meter using a photodiode.
Note that it is preferable to use an optical fiber between the white light source 35 and the droplet 32 and between the light receiving lens 39 and the detector. By using this optical fiber, the distance and angle between the light emitting portion and the lens can be easily and finely adjusted.
From the intensity of the emitted light, the change in the refractive index of the sample in contact with the optical waveguide core 31 can be measured with high sensitivity.
[0023]
The light introduction method of the present invention can be used when observing a phenomenon at an interface such as adsorption, performing high-sensitivity analysis using an antigen-antibody reaction or the like using an optical waveguide. That is, the optical waveguide spectrometer of the present invention can analyze the interface, the vicinity of the core, or the core itself by utilizing the absorption and the fluorescent action of light propagating in the optical waveguide core. It can be used as a device and a biological material measuring device.
In addition, the light introduction method of the present invention includes evaluation of thin films, study of pigments such as paints, dyes, and coloring agents, evaluation of surface modification techniques such as etching, solar cells, catalytic reactions, medical analysis, environmental analysis, gas sensors, and surface treatment. It can be applied in fields such as sensors.
[0024]
The light introduction method of the present invention can also be applied to illumination of a microscope. This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing one embodiment in which the light introduction method of the present invention is applied to illumination of a microscope.
The apparatus includes an optical waveguide core 41, a droplet 42, a support substrate 43, a silicon rubber sheet 44, a light introduction optical waveguide 46 for introducing light emitted from a light source 45 into the optical waveguide core 41, a sample cell 47, and an optical waveguide. It comprises a microscope 48 arranged above the waveguide core 41.
Light was introduced into the optical waveguide core 41 using the droplet 42, and the evanescent wave generated on the surface of the optical waveguide core 41 was excited by scattered light scattered by a sample disposed on the surface of the optical waveguide core 41 or by evanescent wave. The fluorescence (phosphorescence) of the sample is observed by a microscope observation device 48 arranged above or below the optical waveguide core 41.
The advantage of this method is that the fluorescent lighting device can be made very simple and dark field illumination can be made easily.
[0025]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.
As shown in the schematic diagrams of FIGS. 1 and 2, a thin film glass having a thickness of 50 μm cut into 76 mm × 26 mm is used as an optical waveguide, and a glycerin droplet having a diameter of 1 mm is placed thereon. An optical fiber for guiding light from a light source was inserted, and light was introduced into the optical waveguide core. The light propagating in the optical waveguide core was emitted from a light emitting portion on the end face of the optical waveguide, and was condensed by a light receiving lens and then guided to a photodetector. FIG. 5 shows the light propagation loss at this time. FIG. 5 is a graph showing light propagation loss in the TE mode and the TM mode.
From the results shown in FIG. 5, it was found that both the TE mode and the TM mode have a small light propagation loss, and the present invention can be used without any problem. Specifically, it has been found that there is no concern that the use of the droplets unnecessarily widens the reflection angle and increases the light propagation loss.
[0026]
Also, a 20 nmol aqueous solution of hemoglobin was put into the sample cell, and light was similarly introduced into the optical waveguide core. FIG. 6 shows the light absorption spectrum at this time. FIG. 6 is a graph showing a measurement result of a light absorption spectrum of a 20 nmol aqueous solution of hemoglobin. In FIG. 6, a dotted line represents actual measurement data, and a solid line represents an average (smoothing) of the actual measurement data.
From the results shown in FIG. 6, it was found that the light absorption spectrum of the diluted hemoglobin solution can be measured without any problem. Thus, it has been found that high-sensitivity measurement is possible as in the case where a conventional prism is used or light is incident from the end face of the optical waveguide core.
[0027]
【The invention's effect】
According to the method for introducing light into an optical waveguide of the present invention, light can be introduced into an optical waveguide simply and at low cost. In addition, the optical waveguide spectrometer of the present invention not only does not require an expensive and fragile coupling prism, but also eliminates the need for precise processing of the optical waveguide core, which greatly facilitates the measurement and makes the optical waveguide core as an optical waveguide core. Inexpensive thin-film glass obtained by cutting rectangular glass can be used, and cost reduction can be realized. In addition, the use of a liquid droplet makes it possible to directly insert a light introducing optical waveguide (such as an optical fiber) for introducing light emitted from a light source into the optical waveguide core into the liquid droplet. It is possible to collect light at the point of introduction without using a system. Further, since the present invention can be used for excitation of fluorescence using an optical waveguide, measurement in the ultraviolet region, which was difficult with a method using a conventional coupling prism, is also possible.
[0028]
The light introduction method of the present invention can be used when observing phenomena at an interface such as adsorption, performing high-sensitivity analysis using an antigen-antibody reaction or the like using an optical waveguide, and evaluating thin films, paints, dyes, and the like. It can be applied in the fields of research on dyes such as color formers, evaluation of surface modification technologies such as etching, solar cells, catalytic reactions, medical analysis, environmental analysis, gas sensors, surface sensors, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a method for introducing light through a droplet according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of a spectrometer using an optical waveguide.
FIG. 3 is a schematic view showing one embodiment of a spectrometer using an optical waveguide.
FIG. 4 is a schematic view showing an embodiment in which the light introducing method of the present invention is applied to illumination of a microscope.
FIG. 5 is a graph showing light propagation loss in a TE mode and a TM mode.
FIG. 6 is a graph showing a measurement result of a light absorption spectrum of a 20 nmol aqueous solution of hemoglobin.
FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional light introducing method using a coupling prism.
[Explanation of symbols]
11, 21, 31, 41, 71 Optical waveguide cores 12, 22, 32, 42 Droplets 13, 26, 36, 43, 73 Optical waveguide for optical introduction (optical fiber)
13a, 26a, 36a, 46a Tips 28, 38 of light guide for light introduction Light outgoing part 48 Microscopic observation device 72 Coupling prism 74 Coupling liquid 75 Condensing lens

Claims (6)

光導波路コアに接するように設けられた液滴に、光源から発射された光を光導波路コア内に導入する光導入用光導波路の先端を挿入し、液滴を介して光導波路コア内に光を導入することを特徴とする光導波路への光導入方法。The tip of a light-introducing optical waveguide that introduces light emitted from a light source into the optical waveguide core is inserted into a droplet provided in contact with the optical waveguide core, and light enters the optical waveguide core through the droplet. A method for introducing light into an optical waveguide, characterized by introducing light. 前記の液滴と光導波路コアとの接触角が、150°以下であることを特徴とする請求項1記載の光導波路への光導入方法。2. The method for introducing light into an optical waveguide according to claim 1, wherein the contact angle between the droplet and the optical waveguide core is 150 [deg.] Or less. 前記液滴が、グリセリン、高屈折率液、高濃度塩溶液、水、油の液滴であることを特徴とする請求項2記載の光導波路への光導入方法。The method for introducing light into an optical waveguide according to claim 2, wherein the droplet is a droplet of glycerin, a high refractive index liquid, a high concentration salt solution, water, or oil. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光導波路への光導入方法を用いたことを特徴とする光導波路分光測定方法。An optical waveguide spectral measurement method using the method for introducing light into an optical waveguide according to claim 1. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光導波路への光導入方法を用いたことを特徴とする顕微鏡の照明方法。A method for illuminating a microscope, comprising using the method for introducing light into an optical waveguide according to claim 1. 試料との接触表面を有する光導波路コア、該光導波路コアに接するように設けられた液滴、光源から発射された光を前記液滴を介して前記光導波路コア内に導入する光導入用光導波路、および前記光導波路コアの内部で全反射を繰り返した光を出射する光出射部からなる試料測定部を有することを特徴とする請求項4記載の方法に使用される光導波路分光測定装置。An optical waveguide core having a contact surface with a sample, a droplet provided so as to be in contact with the optical waveguide core, and a light guiding light guide for introducing light emitted from a light source into the optical waveguide core through the droplet. 5. An optical waveguide spectrometer for use in the method according to claim 4, further comprising a sample measuring section comprising a wave path and a light emitting section for emitting light that has been subjected to total reflection inside the optical waveguide core.
JP2002329306A 2002-11-13 2002-11-13 Method of introducing light into optical waveguide and optical waveguide spectrometer using the same Expired - Lifetime JP3968425B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002329306A JP3968425B2 (en) 2002-11-13 2002-11-13 Method of introducing light into optical waveguide and optical waveguide spectrometer using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002329306A JP3968425B2 (en) 2002-11-13 2002-11-13 Method of introducing light into optical waveguide and optical waveguide spectrometer using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004163257A true JP2004163257A (en) 2004-06-10
JP3968425B2 JP3968425B2 (en) 2007-08-29

Family

ID=32807338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002329306A Expired - Lifetime JP3968425B2 (en) 2002-11-13 2002-11-13 Method of introducing light into optical waveguide and optical waveguide spectrometer using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3968425B2 (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006208359A (en) * 2004-12-27 2006-08-10 Toshiba Corp Biochemical sensor chip of optical waveguide type and manufacturing method therefor
JP2009139781A (en) * 2007-12-10 2009-06-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and system of coupling optical waveguide and optical fiber
JP2009150908A (en) * 2004-12-27 2009-07-09 Toshiba Corp Optical waveguide type biochemical sensor chip, its design method, and method of measuring object to be measured
JP2010507796A (en) * 2006-10-24 2010-03-11 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Detection of target molecules in a sample
JP2011033631A (en) * 2009-08-05 2011-02-17 Emhart Glass Sa Glass container wall thickness measurement using fluorescence
WO2012042870A1 (en) * 2010-09-28 2012-04-05 有限会社ペプチドサポート Fluorescence measurement method and fluorescence measurement device
JP2012519311A (en) * 2009-03-02 2012-08-23 エムバイオ ダイアグノスティクス,インコーポレイティド Waveguide with integrated lens
JP2013524174A (en) * 2010-06-11 2013-06-17 インダストリアル テクノロジー リサーチ インスティテュート Single molecule detector
JP2016071162A (en) * 2014-09-30 2016-05-09 富士フイルム株式会社 Dark field microscope and illumination method
US9482615B2 (en) 2010-03-15 2016-11-01 Industrial Technology Research Institute Single-molecule detection system and methods
US9778188B2 (en) 2009-03-11 2017-10-03 Industrial Technology Research Institute Apparatus and method for detection and discrimination molecular object
US10580161B2 (en) 2015-10-27 2020-03-03 Fujifilm Corporation Imaging system, object detection device and method of operating same

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009150908A (en) * 2004-12-27 2009-07-09 Toshiba Corp Optical waveguide type biochemical sensor chip, its design method, and method of measuring object to be measured
JP4673714B2 (en) * 2004-12-27 2011-04-20 株式会社東芝 Optical waveguide type biochemical sensor chip and manufacturing method thereof
JP2006208359A (en) * 2004-12-27 2006-08-10 Toshiba Corp Biochemical sensor chip of optical waveguide type and manufacturing method therefor
JP2010507796A (en) * 2006-10-24 2010-03-11 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Detection of target molecules in a sample
US10670589B2 (en) 2006-10-24 2020-06-02 Koninklijke Philips N.V. Detecting target molecules in a sample
US10101321B2 (en) 2006-10-24 2018-10-16 Koninklijke Philips N.V. Detecting target molecules in a sample
JP2009139781A (en) * 2007-12-10 2009-06-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and system of coupling optical waveguide and optical fiber
JP2012519311A (en) * 2009-03-02 2012-08-23 エムバイオ ダイアグノスティクス,インコーポレイティド Waveguide with integrated lens
US9778188B2 (en) 2009-03-11 2017-10-03 Industrial Technology Research Institute Apparatus and method for detection and discrimination molecular object
US10996166B2 (en) 2009-03-11 2021-05-04 Industrial Technology Research Institute Apparatus and method for detection and discrimination molecular object
JP2011033631A (en) * 2009-08-05 2011-02-17 Emhart Glass Sa Glass container wall thickness measurement using fluorescence
US9482615B2 (en) 2010-03-15 2016-11-01 Industrial Technology Research Institute Single-molecule detection system and methods
US9777321B2 (en) 2010-03-15 2017-10-03 Industrial Technology Research Institute Single molecule detection system and methods
JP2013524174A (en) * 2010-06-11 2013-06-17 インダストリアル テクノロジー リサーチ インスティテュート Single molecule detector
JP2016065878A (en) * 2010-06-11 2016-04-28 インダストリアル テクノロジー リサーチ インスティテュートIndustrial Technology Research Institute Single-molecule detection apparatus
US9995683B2 (en) 2010-06-11 2018-06-12 Industrial Technology Research Institute Apparatus for single-molecule detection
US8848188B2 (en) 2010-09-28 2014-09-30 Peptide Support Ltd. Fluorescence measurement method and fluorescence measurement device
JP2012073109A (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Kyushu Institute Of Technology Fluorescence measuring method and fluorescence measuring apparatus
WO2012042870A1 (en) * 2010-09-28 2012-04-05 有限会社ペプチドサポート Fluorescence measurement method and fluorescence measurement device
JP2016071162A (en) * 2014-09-30 2016-05-09 富士フイルム株式会社 Dark field microscope and illumination method
US10580161B2 (en) 2015-10-27 2020-03-03 Fujifilm Corporation Imaging system, object detection device and method of operating same

Also Published As

Publication number Publication date
JP3968425B2 (en) 2007-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5814565A (en) Integrated optic waveguide immunosensor
AU2005208255B2 (en) A handheld device with a disposable element for chemical analysis of multiple analytes
CN101960293B (en) Optical sensor for measuring emission light from an analyte
KR20020015993A (en) Integrating multi-waveguide sensor
JP2002221485A (en) Micro chip
JP2002502967A (en) Method and apparatus for measuring luminescence
JP2011503536A (en) Microelectronic sensor
JP3968425B2 (en) Method of introducing light into optical waveguide and optical waveguide spectrometer using the same
US6188812B1 (en) Method and apparatus for enhanced evanescent fluorescence and color filtering using a high refractive index thin film coating
WO2009078511A1 (en) Fluorescence microscope using surface plasmon resonance
KR20120035749A (en) Simultaneous measuring sensor system of lspr and sers signal based on optical fiber
JP2008116314A (en) Device for measuring trace quantity liquid
US20110301066A1 (en) Adhesion layer enhancement of plasmonic fluorescence
Irawan et al. Compact fluorescence detection using in-fiber microchannels—its potential for lab-on-a-chip applications
CN1987425A (en) Surface plasma resonant sensing system and method
Gu et al. Ultra-sensitive compact fiber sensor based on nanoparticle surface enhanced Raman scattering
JP3903871B2 (en) Surface plasmon element and inspection apparatus using the same
US8749792B2 (en) Device for optical measurement of materials, using multiplexing of light
JP2005180964A (en) Optical analysis device
Goswami et al. Fiber optic chemical sensors (FOCS): An answer to the need for small, specific monitors
JP2008203216A (en) Biosensor
JP2003344323A (en) Photothermal conversion spectroscopic analysis method and photothermal conversion spectroscopic analyzer implementing the method
Beam et al. Planar fiber-optic chips for broadband spectroscopic interrogation of thin films
Korotcenkov et al. Optical and fiber optic chemical sensors
Resonators et al. Check for updates

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040818

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060720

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060801

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061002

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20061128

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070129

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20070319

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070508

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3968425

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term