JP2005121565A

JP2005121565A - 光センサヘッド

Info

Publication number: JP2005121565A
Application number: JP2003358835A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fukuda; 浩福田; Koji Yamada; 浩治山田; Seiichi Itabashi; 聖一板橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】第一に媒質による強い吸収がある波長領域においても測定対象物質による光吸収スペクトルの測定が可能であり、第二に安価で信頼性の高い光センサヘッド。
【解決手段】一端に光入力端面を有し、他端が入力用光導波路に連結され、当該光入力端面に向けて縮径する入力用テーパ光導波路と、一端に光出力端面を有し、他端が出力用光導波路に連結され、当該光出力端面に向けて縮径する出力用テーパ光導波路と、前記入力用テーパ光導波路と前記出力用テーパ光導波路を被包するクラッド層とを備え、前記光入力端面と前記光出力端面は、間隙を挟んで対面している光センサヘッド。
【選択図】図１

Description

本発明は、光センサヘッドに関し、特に、媒質による光吸収が大きい波長領域でも、その媒質中に含まれる測定対象物質に由来する光吸収スペクトルの測定を可能とする光センサヘッドに関する。

物質の同定および定量に、分光分析が盛んに用いられている。これは、同様の計測が可能な質量分析や核磁気共鳴分析に比べて、装置が簡単な構造で製造にコストがかからないためであり、その応用範囲は現在も拡大しつつある。この分光分析は、使用する光の波長領域によって紫外−可視分光、近赤外分光および遠赤外−マイクロ波分光に大別できる。これらの中でも、近赤外分光分析は、紫外−可視分光または遠赤外−マイクロ波分光を用いる分析に比べて歴史が浅い。これは近赤外線の吸収スペクトルから有意な情報を引き出すことが困難であったためであるが、近年のスペクトル分析への計算化学的手法の導入により分析が可能となり、その有用性が大幅に見直されるようになってきている。そして、近赤外分光分析は、当初、農産物の糖度計測に適用され、その後、化学物質、薬品等の分析へと適用範囲が拡大している（特許文献１、非特許文献１）。

また、近赤外領域は従来から光通信で使用されている波長領域でもあり、安価で信頼性の高いレーザ光源、検出器等のデバイス作製に関して技術的蓄積がある領域でもあり、分光技術が発展する土壌が整っている。

しかし、光通信で使用される１．３〜１．６μｍの波長領域の近赤外線を利用して、物質の同定または定量が行なわれることはほとんどなかった。これは多くの測定対象物質が水溶液の形態で存在する一方で、１．４〜１．５μｍの波長領域に水（Ｈ₂Ｏ）による強い吸収が存在し、この水に由来する強い吸収が背景雑音となり、測定対象物質に由来する光吸収スペクトルの信号対雑音比（ＳＮ比）を充分に大きくすることが困難であるからである。従って、当該波長領域に現われる光吸収スペクトルの測定によって物質同定を行うためには、充分に高い信号強度で測定できる装置または方法が必要であった。

一方、１．３〜１．６μｍの波長領域に重要な情報を示す光吸収スペクトルが現われる物質もあり、この波長領域の吸収スペクトルを効率的に測定する方法および装置の開発が求められている。
特開２００３−１６１６９７号公報（請求項１）「近赤外分光法」,学会出版センター,1996年,p.101-p.108

ここで、従来の光吸収スペクトル測定用の光センサヘッドの例を図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。
図５（ａ）に示す光センサヘッド５０ａは、光源５１、レンズ５２ａ、セル５３、レンズ５２ｂ、分光光度計５４の順に配置して構成される。この光センサヘッド５０ａにおいて、セル５３は、測定波長域で透明な材質からなり、内部に対象物質を含む溶液を入れることができる構造を有する。
この光センサヘッド５０ａにおいて、光源５１から出射された光ＬＢは、レンズ５２ａによって平行光束となってセル５３の内部に入射される。セル５３を通過して出射された光ＬＢはレンズ５２ｂによって集束されて分光光度計５４に入射される。

また、図５（ｂ）に示す光センサヘッド５０ｂは、セル５３の一面が光ファイバ５５ａによって光源５１と連結され、セル５３の他面と分光光度計５４が光ファイバ５５ｂによって連結されている構造を有する。
この光センサヘッド５０ｂにおいて、光源５１から出射された光は、光ファイバ５５ａを通ってセル５３の内部に入射される。セル５３を通過して出射された光は、光ファイバ５５ｂを通って分光光度計５４に入射される。

この光センサヘッド５０ａ，５０ｂにおいて、光源５１の光強度をＩ₀、透過光の光強度をＩ、セル５３の内部の光路長をＬ（ｃｍ）（図５（ａ），（ｂ）に示すセルの幅Ｌ）、セル５３内に封入された溶液の吸収係数をμとすると、
Ｉ／Ｉ₀＝ｅｘｐ（−μＬ）（１）
の関係がある。ここで、Ｌは通常数ｃｍから数ｍｍである。

そして、多くの測定対象物質は水溶液の形態で存在するが、１．４〜１．５μｍの波長領域では、水の吸収係数をμ_H、測定対象物質の吸収係数をμ_Sとすると、（１）式は、
Ｉ／Ｉ₀＝ｅｘｐ（−μ_HＬ）×ｅｘｐ（−μ_SＬ）（２）
と変形できる。

（２）式より、Ｌが大きいと、ｅｘｐ（−μ_HＬ）の項によってＩ／Ｉ₀が小さくなりすぎて、分光光度計５４の測定限界以下になるおそれがあることが分かる。そのため、図５（ａ），５（ｂ）に図示するような、従来の光センサヘッド５０ａ，５０ｂでは、セル５３の幅Ｌが１ｍｍ以上での測定は困難であることが推測される。

またμ_Hとμ_Sの比率をＡとすると（μ_H＝Ａμ_S）、（２）式は
μ_S＝−（ｌｎ（Ｉ／Ｉ₀））／（Ａ＋１）／Ｌ（３）
と変形できる。
この（３）式より、μ_Sの計算値に対して、Ｌの持つ誤差は（Ａ＋１）倍される。よってＩ／Ｉ₀が分光光度計５４の測定限界以上であったとしても、Ａが大きい物質、すなわち、水に比べて吸収係数が極端に小さい物質を測定する場合には、充分な精度でＬの値が分かっている必要がある。ちなみにＡが１０⁴以上の場合、Ｌに要求される寸法精度は±０．０１％以下である。

従って、有意な測定信号を得るためには、光路長が数百μｍ以下であることが必要であり、さらに正確な吸収係数を計測するためには、その光路長の絶対値（寸法精度）が数十ｎｍのセンサヘッド構造とすることが必要である。しかし、従来のセルは一般的に射出成形等で作製されるため、光路長が数百μｍ以下のサイズで、光路長の絶対値が数ｎｍの精度で精密に作製されたセルを得ることは困難であった。そのため、媒質による強い吸収がある波長領域においても測定対象物質に由来する光吸収スペクトルを正確かつ有意に測定することを可能とし、その測定対象物質の同定または定量を可能にする光センサヘッドが求められている。

そこで、本発明の課題は、第一に媒質による強い吸収がある波長領域においても測定対象物質による光吸収スペクトルの測定が可能であり、第二に安価で信頼性の高い光センサヘッドを提供することにある。

本発明は、前記の第一の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一端に光入力端面を有し、他端が入力用光導波路に連結され、当該光入力端面に向けて縮径する入力用テーパ光導波路と、一端に光出力端面を有し、他端が出力用光導波路に連結され、当該光出力端面に向けて縮径する出力用テーパ光導波路と、前記入力用テーパ光導波路と前記出力用テーパ光導波路を被包するクラッド層とを備え、前記光入力端面と前記光出力端面は、間隙を挟んで対面していることを特徴とする光センサヘッドを提供する。

この光センサヘッドでは、入力用光導波路および入力用テーパ光導波路を伝搬した光は、光入力端面から間隙に入射され、間隙に入れられた試料中を透過する。そして、透過した光は、光出力端面から出力用テーパ光導波路および出力用光導波路を伝搬して、出力用光導波路から出射される。出力用導波路から出射された光は、分光光度計等に導入され吸光度、吸収スペクトル等の測定に供される。

前記間隙の幅が、１ｍｍ以下であり、０．１μｍ以下の精度で形成されていることが好ましい。また、前記光出力端面および前記光入力端面は、上下方向に垂直な方向の幅が１０ｎｍ以下の精度で制御されていることが好ましい。
これによって、媒質による強い吸収がある波長領域においても測定対象物質による光吸収スペクトルを充分な精度で測定することが可能となる。特に、１．４〜１．５μｍの波長領域に現われる吸収スペクトルを充分な精度で測定することが可能となる。

さらに、前記の第二の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、前記請求項１ないし請求項３に記載に光センサヘッドにおいて、前記の入力用光導波路、入力用テーパ光導波路、出力用光導波路および出力用テーパ光導波路を構成するコア材が、シリコン、シリコン窒化物系化合物、シリコン酸窒化物系化合物およびゲルマニウム酸化物系化合物ドープのシリコン酸化物系化合物からなる群より選ばれる１種からなり、前記クラッド層が、シリコン酸窒化物系化合物およびシリコン酸化物系化合物からなる群から選ばれる１種であって、前記コア材よりも屈折率の小さい化合物で形成されていることを特徴とする。

これによって、リソグラフィ法等の半導体製造に用いられる微細加工技術を利用して、一体成形によって、安価で信頼性の高い前記構造の光センサヘッドの製造が可能となる。

さらにまた、本発明の光センサヘッドは、前記間隙に水性試料を供給し、供給された水性試料中の測定対象に由来して１．４〜１．５μｍの波長領域に現われる光吸収スペクトルを測定する光センサヘッドとして好適である。

請求項１の発明の光センサヘッドは、対面する光入力端面と光出力端面との間に形成される間隙の幅を高精度に制御することによって、その間隙中に存在する試料中の媒質による強い吸収がある波長領域においても測定対象物質に由来する光吸収スペクトルを正確かつ有意な測定を可能とし、その測定対象物質の同定または定量を可能にすることができる。特に、請求項２に記載の発明によれば、間隙の幅を１ｍｍ以下と狭く、かつその精度を０．１μｍ以下と精密に制御された構造とすることによって、その間隙中に光吸収が大きい物質がある場合でも、測定対象物質に由来する光吸収スペクトルの計測が可能であり、物質の同定および吸収係数を精密に定量することができる。

請求項３に記載の発明によれば、間隙内における光の減衰を抑制することができる。

請求項４の発明によれば、加工性と量産性に優れた材料を使用して半導体製造技術の利用によって各構成部材を一体成形できるため、構成部材の光軸アライメントが不要になり、安価で信頼性の高い光センサヘッドを提供することができる。

特に、本発明の光センサヘッドは、バイオ・ケミカルセンシングのための光検出部として好適であり、測定対象物質を含む媒質の光吸収が大きい波長領域でも、透過スペクトル計測による測定対象物質の同定および定量が可能となる。

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の光センサヘッドの構成例を示す図である。
図１に示す光センサヘッドＳＨは、入力用光ファイバ１、入力用光導波路２、入力用テーパ光導波路３、出力用テーパ光導波路５、出力用光導波路６および出力用光ファイバ７を備える。

入力用光ファイバ１は、光源（図示せず）と入力用光導波路２とを連結し、光源から出射された光が伝搬して入力用光導波路２に入射する光路を構成する。この入力用光ファイバ１としては、特に限定されず、コア材と、そのコア材の周囲を被覆する、コア材よりも屈折率が高いクラッド材とを含む、公知のものを用いることができる。

入力用光導波路２は、一端が入力用光ファイバ１に連結され、他端が入力用テーパ光導波路３に連結されている。この入力用光導波路２は、入力用光ファイバ１から入射する光が伝搬して入力用テーパ光導波路３に入射する光路を構成する。

入力用テーパ光導波路３は、一端が入力用光導波路２に連結され、他端側の先端に光入力端面８が設けられている。そして、この入力用テーパ光導波路３は、先端に設けられた光入力端面８に向けて縮径する形態（テーパ状）を有する。このようなテーパ状の形態を有することによって、入力用テーパ光導波路３内を伝搬する光は損失が少なく効率的に光入力端面８から間隙４に入射することができる。
この入力用テーパ光導波路３のテーパ角度は、コアがシリコンからなり、クラッドがシリコン酸化物からなるとき、長さ２００μｍ程度、テーパ角度０．０５程度に形成される。

出力用テーパ光導波路５は、一端に光出力端面９が設けられ、他端が出力用光導波路６に連結されている。この出力用テーパ光導波路５は、光出力端面９に向けて縮径する形態（テーパ状）を有する。このようなテーパ状の形態を有することによって、光出力端面９から入射して出力用テーパ光導波路５内を伝搬する光は損失が少なく効率的に出力用光導波路６に出射することができる。
この出力用テーパ光導波路５のテーパ角度は、コアがシリコンからなり、クラッドがシリコン酸化物からなるとき、長さ２００μｍ程度、テーパ角度０．０５程度に形成される。

また、入力用テーパ光導波路３および出力用テーパ光導波路５の断面形状は、特に制限されず、四角形、円形またはその他の形状のいずれの形状でもよいが、四角形であることが、リソグラフィ等の半導体製造に用いられる微細加工技術によって、高い加工性、加工精度、加工再現性等で入力用テーパ光導波路３を形成することができる点で有利である。

出力用光導波路６は、一端が出力用テーパ光導波路５に連結され、他端が出力用光ファイバ７に連結されている。この出力用光導波路６は、出力用テーパ光導波路５から入射する光が伝搬して出力用光ファイバ７に入射する光路を構成する。

出力用光ファイバ７は、一端が出力用光導波路６に連結され、他端が分光光度計等の分光分析装置（図示せず）に連結される。この出力用光ファイバ７は、出力用光導波路６から入射する光が伝搬して他端に連結された分光分析装置に光を導入するための光路を構成する。

また、これらの入力用テーパ光導波路３、出力用テーパ光導波路５、入力用光導波路２および出力用光導波路６は、これらの光導波路を構成するコア材よりも屈折率が高いクラッド層（図示せず）によって被包されている。これによって、光が、これらの光導波路を伝搬する。
ここで、間隙４に導入される試料は、測定対象物質が水、有機溶剤等の溶媒に溶解または分散した形態で提供されることが多い。そのため、これらの入力用テーパ光導波路３、出力用テーパ光導波路５、入力用光導波路２および出力用光導波路６は、溶媒に対して化学的、機械的、光学的に耐性があることが求められる。ここで、ポリイミド系高分子化合物、エポキシ系高分子化合物等の従来の試料用セルに用いられるポリマ材料は、加工性は高いが、化学的、機械的な長期信頼性はもとより、水を吸着しやすいため光学的耐性に劣る。そこで、これらの入力用テーパ光導波路３、出力用テーパ光導波路５、入力用光導波路２および出力用光導波路６は、溶媒に対して化学的、機械的、光学的に耐性があるとともに、半導体製造に利用される微細加工技術によって、高精度の加工成形が可能な材料であることが望ましく、具体的には、シリコン、シリコン窒化物系化合物、シリコン酸窒化物系化合物およびゲルマニウム酸化物系化合物ドープのシリコン酸化物系化合物からなる群より選ばれる１種からなるコア材で形成されることが好ましく、前記クラッド層は、シリコン酸窒化物系化合物およびシリコン酸化物系化合物からなる群から選ばれる１種であって、前記コア材よりも屈折率の小さい化合物で形成されていることが好ましい。中でも、コア材としてシリコンを、クラッド材としてシリコン酸化物系化合物を用いることが、光センサヘッド全体の耐久性と微細加工時の加工性が良好である点で、好ましい。なお、試料の溶媒等の性質に応じて、ポリマ材料を用いてもよいことはもちろんである。

この光センサヘッドＳＨにおいて、入力用テーパ光導波路３の光入力端面８と、出力用テーパ光導波路５の光出力端面９とは、間隙４を挟んで対面して配置される。この間隙４は、光入力端面８から入射し、光出力端面９に出射する光の光路を構成するとともに、測定対象物を含む試料を入れる試料セルの役割を有する。この間隙４を伝搬する光のうち、間隙４に入れた試料中に存在する測定対象物質固有の波長成分の光が吸収され、出力用テーパ光導波路５、出力用光導波路６および出力用光ファイバ７の順に伝搬した光は、分光光度計等の分析機器に導入され、吸光度（Ｉ／Ｉ₀）、吸収スペクトル等が測定される。

この間隙４の幅、すなわち、光入力端面８と光出力端面９との間の距離は１ｍｍ以下であり、この幅は誤差０．１μｍ以下の精度で精密に制御することが好ましく、特に間隙４の幅は０．５〜０．０１ｍｍの範囲で、その誤差が０．０５〜０．０１μｍの精度で制御されていることが好ましい。この間隙４の幅は、光入力端面８から入射し、光出力端面９から出射する光の光路長に該当する。このように、間隙の幅を高精度に制御することによって、間隙４に存在する試料中の媒質による強い吸収がある波長領域においても測定対象物質に由来する光吸収スペクトルを正確かつ有意に測定することを可能とし、その測定対象物質の同定または定量を可能にすることができる。例えば、水による強い吸収がある波長領域（１．４〜１．５μｍ）でも、測定対象物質に基づく光吸収ピーク強度を分析機器の測定限界以上にすることができ、測定対象物質に由来する吸収ピークを充分な信号対雑音比で測定できる。

また、光入力端面８および光出力端面９の上下方向に垂直な方向の幅（図１中、紙面前後方向の幅）、すなわち、間隙４を通過する光の光の減衰を抑制するために、１０ｎｍ以下の精度で制御されていることが好ましい。この幅によって間隙４を通過する光の広がり角が決定される。

この図１に示す光センサヘッドＳＨにおいて、光源から入力用光ファイバ１、入力用光導波路２、入力用テーパ光導波路３の順に伝搬した光は、光入力端面８から間隙４に入射される。そして、間隙４を通過した光は、光出力端面９から出力用テーパ光導波路５に入射して効率的に出力用光導波路６および出力用光ファイバ７を伝搬し、出力用光ファイバ７に連結された光スペクトラムアナライザ等の光測定器に導入される。
このとき、間隙４は光伝搬と同時に試料セルの役割を果たし、間隙４に満たされた試料を透過し、透過光は、試料の媒質および試料中の測定対象物質によって固有の吸収を受ける。したがって、透過光は、媒質に由来する吸収ピーク、測定対象物質に由来する吸収ピーク、およびその他の試料中の物質に由来する吸収ピークからなる吸収スペクトルを示す。

この光センサヘッドＳＨは、電子ビームリソグラフィ、光リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ等の半導体装置の製造工程で使用されるリソグラフィ技術によって、高精度で一体成形できる。例えば、クラッド材で形成された基板上に、入力用テーパ光導波路３、間隙４、出力用テーパ光導波路５、入力用光導波路２および出力用光導波路６をリソグラフィ技術によって順次形成し、さらに、それらの入力用テーパ光導波路３、出力用テーパ光導波路５、入力用光導波路２および出力用光導波路６をクラッド材で被包することによって、製造することができる。リソグラフィ技術を利用して各構成部材を一体的に形成することによって、各構成部材を数百ｎｍオーダで微小かつ精密に形成することができる。また、このように一体的に形成することによって、各構成部品間の光軸合わせなどの組立工程が不要であり、安価で信頼性の高いデバイスを得ることができる。

次に、本発明の実施形態に係る光センサヘッドについて説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る光センサヘッドＳＨ１の概略構成を示す斜視図である。
この光センサヘッドＳＨ１においては、クラッド材からなる基板（下部クラッド）１１の上に、入力用光導波路１２および入力用光導波路１２に接続された入力用テーパ光導波路１３、並びに試料流路（間隙）１４を挟んで出力用光導波路１６および出力用光導波路１６に接続された出力用テーパ光導波路１５が形成されている。また、入力用光導波路１２、入力用テーパ光導波路１３、出力用テーパ光導波路１５および入力用光導波路１６の上部は、上部クラッド材１７で被覆されている。

この光センサヘッドＳＨ１において、試料流路１４は、基板１１に垂直な方向（図２に示す矢印Ｂの方向）に、測定対象物質を含む試料が流れるように形成されている。このとき、入力用テーパ光導波路１３の先端（光入力端面）１３ａと、出力用テーパ光導波路１５の先端（光出力端面）１５ａとは、試料流路１４を挟んで対面するように配置されている。

そして、試料流路１４における光の減衰を抑えるために、試料流路１４の幅ＳＬ（光入力端面１３ａと光出力端面１５ａの間の距離）は１ｍｍ以下、好ましくは０．５〜０．０１ｍｍの範囲であり、その幅は０．１μｍ以下、好ましくは０．０５〜０．０１μｍの精度で精密に形成される。

コア材としてシリコンを用いた場合、入力用光導波路１２および入力用光導波路１２に接続された入力用テーパ光導波路１３、並びに出力用テーパ光導波路１５および出力用光導波路１６の形状は、例えば、少なくとも一辺が５００ｎｍ以下に形成される。
また、前記光入力端面１３ａおよび前記光出力端面１５ａの幅ＯＬは、上下方向に垂直な方向の幅が１０ｎｍ以下の精度で制御される。

この光センサヘッドＳＨ１の製造方法について、図３（ａ）〜図３（ｅ）にしたがって説明する。
（ａ）はじめに下部クラッド層となる基板１１の上に導波路１２〜１６のコア材となる薄膜５１を形成する（図３（ａ））。
（ｂ）薄膜５１の上に、レジスト５２を塗布する（図３（ｂ））。
（ｃ）レジスト５２に、電子線リソグラフィ、光リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ等のリソグラフィプロセスによって、導波路パタン５３を形成する（図３（ｃ））。
（ｄ）形成された導波路パタン５３をマスクとして、プラズマエッチングによって薄膜５１をエッチングし、各導波路１２〜１６を形成し、導波路パタン５３は除去する（図３（ｄ））。
（ｅ）さらにその導波路１３〜１６の上に、上部クラッド層となる薄膜５４を形成する（図３（ｅ））。
なお、試料流路１４の形成は、薄膜５４の形成時にステンシルマスクを使用し、試料流路１４の部分をマスクしながら薄膜５４を形成する方法や膜形成時にエッチングによって試料流路１４を形成する方法等のいずれの方法にしたがって行ってもよい。

また、図４に別の実施形態に係る光センサヘッドＳＨ２の構成を示す。
この光センサヘッドＳＨ２においては、クラッド材からなる基板（下部クラッド層）１１の上に、入力用光導波路１２およびその入力用光導波路１２に接続された入力用テーパ光導波路１３、並びに試料流路（間隙）１４を挟んで出力用テーパ光導波路１５およびその出力用テーパ光導波路１５に接続された出力用光導波路１６が形成されている。また、入力用光導波路１２、入力用テーパ光導波路１３、出力用テーパ光導波路１５および出力用光導波路１６の上部は、上部クラッド層１７によって被覆されている。この光センサヘッドＳＨ２において、試料流路１４は、基板１１に垂直な方向（図４に示す矢印Ｂの方向）に、測定対象物質を含む試料が流れるように形成されている。このとき、入力用テーパ光導波路１３の先端（光入力端面）１３ａと、出力用テーパ光導波路１５の先端（光出力端面）１５ａとは、試料流路１４を挟んで対面するように配置されている。
この光センサヘッドＳＨ２の製造は、図４（ａ）〜図４（ｅ）で説明した方法とほぼ同様の方法にしたがって行うことができる。

以上に説明した実施形態は、本発明の光センサヘッドの構造の一例を示すものであり、入力用光導波路１２および入力用テーパ光導波路１３および出力用テーパ光導波路１５および出力用光導波路１６、試料流路の形状、寸法、材質等は、測定対象、光センサヘッドを組み込む装置の形態等に応じて適宜決定することができる。

本発明の光センサヘッドの構成を示す概念図である。本発明の光センサヘッドの実施形態を示す斜視図である。（ａ）〜（ｅ）は、図２に示す光センサヘッドの製造方法の工程を順を追って説明する図である。本発明の光センサヘッドの別の実施形態を示す斜視図である。従来の光センサヘッドの構成を示す概念図である。

符号の説明

１入力用光ファイバ
２入力用光導波路
３入力用テーパ光導波路
４間隙
５出力用テーパ光導波路
６出力用光導波路
７出力用光ファイバ
８光入力端面
９光出力端面
１１基板
１２入力用光導波路
１３入力テーパ光導波路
１４試料流路（間隙）
１５出力用テーパ光導波路
１６出力用光導波路
１７上部クラッド

Claims

一端に光入力端面を有し、他端が入力用光導波路に連結され、当該光入力端面に向けて縮径する入力用テーパ光導波路と、
一端に光出力端面を有し、他端が出力用光導波路に連結され、当該光出力端面に向けて縮径する出力用テーパ光導波路と、
前記入力用テーパ光導波路と前記出力用テーパ光導波路を被包するクラッド層とを備え、
前記光入力端面と前記光出力端面は、間隙を挟んで対面していることを特徴とする光センサヘッド。
前記間隙の幅が、１ｍｍ以下であり、０．１μｍ以下の精度で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光センサヘッド。
前記光出力端面および前記光入力端面は、上下方向に垂直な方向の幅が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサヘッド。
前記の入力用光導波路、入力用テーパ光導波路、出力用光導波路および出力用テーパ光導波路を構成するコア材が、シリコン、シリコン窒化物系化合物、シリコン酸窒化物系化合物およびゲルマニウム酸化物系化合物ドープのシリコン酸化物系化合物からなる群より選ばれる１種からなり、
前記クラッド層が、シリコン酸窒化物系化合物およびシリコン酸化物系化合物からなる群から選ばれる１種であって、前記コア材よりも屈折率の小さい化合物で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光センサヘッド。
前記間隙に水性試料を供給し、供給された水性試料中の測定対象に由来して１．４〜１．５μｍの波長帯域に現われる光吸収スペクトルを測定する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光センサヘッド。