JP2010102228A - 光共振器、その製造方法及び流体用光学センサ - Google Patents

Abstract

【課題】透過光を利用可能とするとともに、光共振器内部への物質の出し入れを容易にすること。
【解決手段】複数の波長を含む入射光ＩＮから選択波長の光を共振させて出射光ＯＵＴを生じる光共振器１０において、第１主面１２ａと、第１主面に対向する第２主面１２ｂとを備えていて、厚みＤが出射光の波長の整数倍である基板１２と、第１及び第２主面にそれぞれ形成された第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂと、第１及び第２高反射膜を貫通して設けられた貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、流体の光学測定に好適な光共振器及びその製造方法、並びに流体用光学センサに関する。

リング型の光共振器は、非常に波長選択性が鋭いフィルタを実現するための手段として、盛んに研究されている（例えば、特許文献１参照）。リング共振器を構成する光導波路に光を入力するためには光ファイバ又は光導波路を近接配置し、リング共振器に光を結合する構成が一般的に採用されている。また、フォトニック結晶を用いた光共振器も盛んに研究されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、リング型の光共振器もフォトニック結晶を用いた光共振器も、光導波路への光の結合が必要であるために、厳密な位置合わせが必要とされ、使い勝手に劣っていた。

これに対して、ファブリペロ共振器は、空間光を直接、光共振器に入射することができる点で使い勝手に優れている。近年、ファブリペロ共振器の応用として、ウエハに細孔を作成して構成された光共振器が開示されている（例えば、特許文献３〜５）。

特許文献３〜５に開示された技術では、Ｓｉ製又はＡｌ製の基板に、陽極酸化法を用いて細孔を形成している。これらの技術では、（１）細孔を介して光共振器中に物質を導入できること、及び（２）細孔の体積比率を調整することにより細孔の等価屈折率を調整可能であること、を利用して、センサ及び可変波長フィルタへの応用が図られている。

また、細孔が形成された膜の表面にミラーを設けることで、基板主面とミラーとの間の光の反射を利用して波長特性をシャープにすることも行われている（例えば、非特許文献１参照）。
特開２００７−１８３６４４号公報 米国特許明細書第７３９１９４５号明細書 米国特許明細書第７３３５５１４号明細書 米国特許明細書第７２６７８５９号明細書 米国特許明細書第７０７４４８０号明細書 ２００６年春第５３回応用物理学関係連合講演会講演予稿集２６ａ−Ｉ−１１

しかし、これらの文献に開示されている光共振器は、いずれも反射光のみを利用するものであった。つまり、透過光を利用することができなかった。また、これらの光共振器は、物質の光共振器に対する導入方向も制限されており、表面側から裏面側へと限られていた。これらの結果、光学測定の自由度が制限されていた。

この発明は、上述したような問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の目的は、透過光を利用可能とするとともに、光共振器内部への物質の出し入れを容易にすることができる光共振器及びその製造方法並びに流体用光学センサを提供することにある。

この発明の発明者は、上述した目的の達成を図るために、基板を貫通する微細な多数の貫通孔を有する基板の表裏に高反射膜を形成することにより、両高反射膜の間でファブリペロ光共振器を構成することに想到した。

従って、この発明の光共振器は、複数の波長を含む入射光から選択波長の光を共振させて出射光を生じる。

この光共振器は、第１主面と、第１主面に対向する第２主面とを備えていて、厚みが出射光の波長の整数倍である基板と、第１及び第２主面にそれぞれ形成された第１及び第２高反射膜と、第１及び第２高反射膜を貫通して設けられた貫通孔とを備える。

この光共振器の好適な一実施態様として、貫通孔が、第１及び第２主面に対して垂直に形成されていることが好ましい。

この光共振器の好適な一実施態様として、貫通孔の第１及び第２高反射膜における開口部の最大寸法が、入射光の波長以下の長さであることが好ましい。

この光共振器の好適な一実施態様として、基板を開口から露出させて該基板を支持する支持体と、貫通孔が設けられた領域のうち開口から露出した領域としての素子領域とを備えることが好ましい。

この発明の流体用光学センサは、上述の光共振器を用いている。この流体用光学センサは、流路中を流れる光共振器が分散した被測定流体に光を照射する照射部と、被測定流体中の前記光共振器から出射する出射光を検出する検出部とを備える。

この発明の光共振器の製造方法は、基板の前記素子領域に細孔を形成する工程と、開口から素子領域が露出するように、基板を支持体に貼着する工程と、細孔を、基板を貫通する前駆貫通孔とする工程と、基板の第１及び第２主面に高反射膜を形成することにより、貫通孔を形成する工程とを備える。

また、この発明の別の光共振器の製造方法は、基板の素子領域に、基板を貫通する前駆貫通孔を形成する工程と、基板の第１及び第２主面に高反射膜を形成することにより、貫通孔を形成する工程と、開口から素子領域が露出するように、基板を支持体に貼着する工程とを備える。

この発明は上述のように構成しているので、透過光を利用可能とするとともに、光共振器内部への物質の出し入れを容易にすることができる光共振器及びその製造方法並びに流体用光学センサが得られる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。

（実施の形態１）
図１〜図８を参照して、実施の形態１の光共振器について説明する。

（構造）
図１（Ａ）は、実施の形態１の光共振器１０の一部切欠斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。

この光共振器１０は、第１主面１２ａと、第１主面１２ａに対向する第２主面１２ｂとを備えていて、厚みＤが出射光の波長の整数倍である基板１２と、第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂにそれぞれ形成された第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂと、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂを貫通して設けられた貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・とを備えている。

以下、それぞれの構成要素について詳細に説明する。

基板１２は、好ましくは例えば、円盤状の平行平板とする。基板１２を構成する材料は、好ましくは例えばＡｌとする。基板１２は、第１主面１２ａと第２主面１２ｂとを備えている。第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂは、厚みＤの間隔を隔てて互いに対向して延在している。ここで、基板１２の厚みＤとは、第１主面１２ａと第２主面１２ｂとの間の距離である。

第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂは、それぞれ基板１２の第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂ上の全面に設けられている。第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂは、好ましくは、例えば従来公知の誘電体多層膜とする。この実施の形態に示す例では、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂの反射率は等しく設定されている。なお、ここで、「高反射膜」とは、光共振器１０で選択された波長の出射光ＯＵＴに対して９０％以上の反射率を有する膜のことを言う。

貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・は、第１高反射膜１４ａと第２高反射膜１４ｂとの間、つまり基板１２を厚み方向に貫通して設けられた複数の孔である。この実施の形態に示す例では、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・は、それぞれ形状が等しく、略円筒状である。また、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・は、基板１２の第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂに対して垂直に延在している。

図１（Ｂ）を参照すると、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・は、第１反射膜１４ａに設けられた第１開口部１６ａと、第２反射膜１４ｂに設けられた第２開口部１６ｂと、第１及び第２開口部１６ａ及び１６ｂとを接続する孔部１６ｃとに区画される。

第１及び第２開口部１６ａ及び１６ｂの最大寸法Ｍ、すなわち直径は、光共振器１０に入射する入射光の波長以下の長さに形成されている。これは、後述するようにファブリペロ光共振器として作用する第１及び第２反射膜１４ａ及び１４ｂが形成されている領域を広く確保し、光共振器１０からの出射光の強度を強めるためである。

ここで、図２を参照して、「最大寸法Ｍ」について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、最大寸法の説明に供する貫通孔の平面図である。

図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、貫通孔１６の開口部Ｈは、円形には限定されない。例えば、図２（Ａ）のように楕円形状であってもよいし、図２（Ｂ）のように正方形状であってもよい。

開口部Ｈの最大寸法Ｍとは、開口部Ｈが存在する面内で測った開口部の最大開口径のことを示す。つまり、図２（Ａ）の楕円状の開口部Ｈの場合には、楕円の長軸の長さが最大寸法Ｍとなり、図２（Ｂ）の正方形状の開口部Ｈの場合には、対角線が最大寸法Ｍとなる。

再び、図１を参照して、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・の説明を行う。貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・は、互いに離間して設けられている。ここで、任意の１個の貫通孔１６Ａと貫通孔１６Ａに隣接する別の貫通孔１６Ｂとの間の間隔Ｋについて考える。

この場合に、間隔Ｋは、０（ゼロ）より大きい間隔Ｋが設けられている。より詳細には、貫通孔１６Ａと１６Ｂとは０（ゼロ）より大きな間隔Ｋを有しているとは、貫通孔１６Ａ及び１６Ｂが結合していない、つまり、離間していることを示している。

また、基板１２の第１主面１２ａ（第２主面１２ｂ）の面積に対して、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・の第１開口部１６ａ（第２開口部１６ｂ）の面積の総和は約１／３〜約２／３の比率とすることが好ましい。貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・の開口部の占める基板の主面に対して占める割合をこの範囲とすることにより、実用上十分な強度の出射光ＯＵＴを得ることができる。

（動作）
続いて、図１（Ｂ）を参照して、光共振器１０の動作について説明する。第１開口部１６ａから孔部１６ｃに入射した入射光ＩＮは、回折により広がる。その結果、入射光ＩＮの一部は、基板１２の内部を、第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂに対して垂直に伝播する光Ｌへと変化する。

光Ｌは、基板１２の内部を伝播して、第２高反射膜１４ｂで反射され、伝播方向が逆転し、第１高反射膜１４ａに向かって伝播する。このようにして、光Ｌは、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂの間の基板１２を往復する。

つまり、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂと基板１２とからなるファブリペロ光共振器が形成される。その結果、光共振器１０での共振により、基板１２の厚みＤの（整数分の１）の波長を有する光Ｌのみが波長選択される。

このように、往復により波長選択された光Ｌは、徐々に強度を大きくしていき、ある程度以上の強度となると、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・の第１及び第２開口部１６ａ及び１６ｂから外部に漏れ出す。これが、外部への出射光ＯＵＴとなる。

次に、図３に示したシミュレーション結果から、より具体的に光共振器１０の動作について説明する。図３は、光共振器１０から出射される出射光ＯＵＴの波長と光強度との関係を示す図である。横軸は、出射光ＯＵＴの波長（μｍ）を表わし、縦軸は光強度（任意単位）を表わす。

シミュレーションは、従来公知のＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ）法を用いて行った。より詳細には、０．８〜１．２μｍの波長範囲で等しい光強度を有する入射光ＩＮを、基板１２の第１高反射膜１４ａ側から光共振器１０に入射させ、第２高反射膜１４ｂ側からの出射光ＯＵＴについて、波長と光強度とを計算した。

シミュレーションに当たり、基板１２は、屈折率１．７３の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と仮定した。また、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・は、円筒状とし、第１及び第２開口部１６ａ及び１６ｂの最大寸法Ｍすなわち直径を０．５μｍとした。また、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・の間隔は０．５μｍとした。また、基板１２の厚みＤは５μｍとした。さらに、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂの材料としては銀（Ａｇ）を仮定し、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂの厚みは２０ｎｍとした。

図３によると、０．８〜１．２μｍの範囲で、略等波長間隔に、鋭い波長ピークが得られており、光共振器１０が、ファブリペロ光共振器として動作することが確認できる。

なお、このシミュレーションにおいては、出射光ＯＵＴとして、第２高反射膜１４ｂ側から出射されるものを計算した。しかし、第１高反射膜１４ａ側からの出射光は、第２高反射膜１４ｂ側の出射光のピーク波長で低出力となるファブリペロ共振器型の出力をする。

（センサ応用の一例）
続いて、図４〜図６を参照して、光共振器１０のセンサ応用の一例について説明する。この例では、光共振器１０を流体用光学センサ、具体的には屈折率センサとして用いる場合について説明する。

まず、図４を参照して、この屈折率センサの測定原理について説明する。

図４に示すように、光共振器１０において、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂ間を往復する光Ｌのエバネッセント光Ｅは、僅かに、基板１２から貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・へと染み出している。

従って、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・に存在する物質の屈折率が変化すると、光Ｌが感じる等価屈折率が変化する。これに対応して、光共振器１０の共振条件が僅かに変化し、出射光ＯＵＴの波長が僅かにずれる。よって、出射光ＯＵＴの波長の変化Δλをモニタすることにより、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・に存在する物質の屈折率変化を評価することが可能となる。

以下、この点について、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示したシミュレーション結果を参照して、さらに詳細に説明する。

図５（Ａ）は、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・に、流体としての純水が満たされている場合の出射光ＯＵＴの波長と光強度とを示す図である。図５（Ｂ）は、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・に、不純物を添加することによって屈折率が変化した水が満たされている場合の出射光ＯＵＴの波長と光強度とを示す図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）とも、横軸は、出射光ＯＵＴの波長（μｍ）を表わし、縦軸は、出射光ＯＵＴの光強度（任意単位）を示す。

このシミュレーションは、図３に示したシミュレーションと同様の寸法及び材質の光共振器１０を用いて実施されている。また、シミュレーションの手法も、図３と同様にＦＤＴＤ法を採用している。

また、図５（Ａ）の計算では、純水の屈折率を１．３３とし、及び図５（Ｂ）の計算では、不純物が添加されることにより、水の屈折率が１．３４に変化したとしている。

図５（Ａ）を参照すると、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・に純水が満たされている場合、出射光ＯＵＴのピーク波長は、約１．０８４μｍであることが分かる。

それに対し、不純物を含む水が貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・に満たされている場合には、上述したように、光Ｌが感じる等価屈折率が変化することで、共振波長が変化することにより、ピーク波長が１．０８６μｍへと変化していることが分かる。すなわち、出射光の波長変化Δλは２ｎｍである。

このシミュレーション結果から、光共振器１０を流体の屈折率センサとして応用できることが分かる。

続いて、図６を参照して、この屈折率センサの使用態様の具体例について説明する。

図６は、基板２０に形成されたマイクロ流路２２を被測定流体Ｌｉｑとともに矢印Ａ方向に流下する屈折率センサ２４を示したものである。マイクロ流路２２の下方には、屈折率センサ２４に入射光ＩＮを照射する照射部としての光源２６が設けられている。また、マイクロ流路２２の上方において、この光源２６に対向する位置には、屈折率センサ２４を透過して出射される出射光ＯＵＴを受光する検出部としての検出器２８が設けられている。

このように構成することにより、マイクロ流路２２を流れる被測定流体Ｌｉｑの屈折率の変化を上述した原理に基づいて測定することができる。

（効果）
以下、この実施の形態の光共振器１０の効果について説明する。

（１）この光共振器１０は、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・が、基板１２を貫通して設けられているので、基板１２の第１主面１２ａ側からも、第２主面１２ｂ側からも、物質を光共振器１０内部に導入することができる。これにより、従来の技術に比較して、より光共振器１０内部への物質の出し入れが容易に行える。

（２）この光共振器１０は、平行平板状の基板１２の第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂの双方に、それぞれ第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂを備えている。これにより、第１及び第２高反射膜間でファブリペロ光共振器を構成している。その結果、光共振器１０で選択された選択波長の出射光ＯＵＴは、反射側、すなわち基板１２の第１主面１２ａ方向及び透過側、すなわち基板１２の第２主面１２ｂ方向の両方向から出射される。つまり、この光共振器１０では、反射光のみでなく、透過光も利用することができる。

ここで、反射光とは、ファブリペロ共振器としての光共振器１０において、入射光ＩＮが入射した主面側から出射される波長選択光を示す。同様に、透過光とは、ファブリペロ共振器としての光共振器１０において、入射光ＩＮが入射した主面とは反対側の主面側から出射される波長選択光を示す。

（設計条件）
以下、この光共振器１０の設計条件について説明する。

（１）この実施の形態では、基板１２として酸化アルミニウムを用いた場合について説明した。しかし、基板１２の材料は、酸化アルミニウムには限定されない。例えば、Ａｌ、Ｓｉ、ガラス、石英及び樹脂等を、設計に応じて選択して用いることができる。

（２）この実施の形態では、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・は基板１２の第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂに対して垂直に延在している場合について説明した。しかし、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・は、第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂに対して傾斜して延在していてもよい。

以下、この点について、図７（Ａ）及び（Ｂ）を参照してより詳細に説明する。図７（Ａ）は、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・が第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂに対して傾斜して延在している場合における、基板１２の切断端面図である。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）における、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・の第１主面１２ａに対する正射影を示す平面図である。なお、図７（Ｂ）において、貫通孔の正射影に対応する領域には斜線を施して示してある。

ここで、図７（Ａ）及び（Ｂ）において、貫通孔の正射影に対応する領域（図７（Ｂ）において斜線を施した領域）を「貫通孔領域Ｈｏ」と称し、貫通孔領域Ｈｏ以外の基板１２の第１主面１２ａの領域、すなわち図７（Ｂ）において斜線が施されていない白地の領域を「共振器領域Ｓｕ」とする。

この場合、基板１２がファブリペロ共振器として機能するためには、共振器領域Ｓｕが存在する必要がある。つまり、貫通孔領域Ｈｏは、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・が存在する領域であるために、たとえ基板１２の第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂ上に第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂが存在していてもファブリペロ共振器として機能することはない。

つまり、ファブリペロ共振器として機能するのは、第１高反射膜１４ａの第２主面１２ｂへの正射影と第２高反射膜１４ｂの第１主面１２ａへの正射影とが重複する領域、すなわち共振器領域Ｓｕのみである。

このように、共振器領域Ｓｕが存在するように光共振器１０を構成することにより、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂと、この第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂの間に介在する基板１２とで、ファブリペロ光共振器が形成される。つまり、光共振器１０をファブリペロ光共振器として機能させることができる。

（３）この実施の形態では、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・は、円筒形の場合について説明した。しかし、貫通孔の形状は円筒形には限定されない。第１主面１２ａ側から第２主面１２ｂ側に物質を流通することが可能であれば、上述したような四角柱状でもよいし、楕円柱状でもよい。

また、図８（Ａ）に示すように、貫通孔１６の断面寸法がテーパ状に拡径するような形状であってもよい。また、図８（Ｂ）に示すように、貫通孔１６の内部が紡錘状に広がっていてもよいし、逆に、図８（Ｃ）に示すように、貫通孔１６の内部が鼓状に狭まっていてもよい。

（４）この実施の形態では、基板１２が、平行平板である場合について説明した。しかし、基板１２は、必ずしも平行平板である必要はなく、第１主面１２ａに対して第２主面１２ｂが僅かに傾いていてもよい。

（５）この実施の形態では、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・の第１及び第２開口部１６ａ及び１６ｂの最大寸法を、入射光ＩＮの波長以下の寸法とする場合について説明した。しかし、第１及び第２開口部１６ａ及び１６ｂの最大寸法は、出射光ＯＵＴの強度が減少することを許容できるのであれば、入射光ＩＮの波長より大きな寸法としてもよい。このように構成することによっても、光共振器１０は、上述した効果を奏する。

（６）この実施の形態では、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂの反射率が等しい場合について説明した。しかし、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂの反射率は、等しくする必要はない。

この場合、第１主面１２ａから出射される出射光ＯＵＴの強度と、第２主面１２ｂから出射される出射光ＯＵＴの強度とに差が生じることとなる。この出射光ＯＵＴの強度差を許容できるのであれば、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂの反射率は、異なっていてもよい。

（７）この実施の形態では、第１主面１２ａ（第２主面１２ｂ）の面積に対して、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・の第１開口部１６ａ（第２開口部１６ｂ）の面積の総和は約１／３〜約２／３の比率とした場合について説明した。しかし、第１開口部１６ａ（第２開口部１６ｂ）の面積の総和の比率は、約１／３〜約２／３の範囲には限定されない。

出射光ＯＵＴの強度低下が許容できるならば、約１／３〜約２／３以外の比率であっても構わない。このようにすることによっても、光共振器１０は上述した効果を奏する。

（実施の形態２）
続いて、図９及び図１０を参照して、実施の形態２の光共振器について説明する。

（構造及び動作）
図９（Ａ）は、この実施の形態の光共振器の概略構成を示す斜視図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って取った断面図である。

この実施の形態の光共振器３０は、基板１２を支持する支持体３６が設けられている点が実施の形態１の光共振器１０と異なっている。従って、図９において、図１と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略することもある。

図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、光共振器３０は、基板１２を開口３４から露出させて基板１２を支持する支持体３６と、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・が設けられた領域のうち開口３４から露出した領域としての素子領域３８とを備えている。

以下、光共振器３０を構成する各構成要素について説明する。

支持体３６は、基板１２よりも厚みが厚い平行平板であり、第３主面３６ａと第４主面３６ｂとを備えている。支持体３６としては、好ましくは例えば、Ｓｉ基板を用いることができる。支持体３６には、第３主面３６ａから第４主面３６ｂを貫通して、開口３４が形成されている。

この開口３４は、この実施の形態に示す例では、円筒形とする。そして、開口３４の径は、少なくとも貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・の最大寸法Ｍよりも大きい長さとする。貫通孔の径をこの長さとすることにより、光共振器３０の外部と、開口３４の内部との間の流体の出入りを円滑にすることができる。

支持体３６の第３主面３６ａには、基板１２が貼着されている。これにより、支持体３６は、基板１２を開口３４から露出させながら、基板１２を支持している。基板１２は、支持体３６に貼着されて支持されることにより、機械的に補強されている。

ここで、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・が形成されている基板１２の領域の中で、特に、開口３４から外部に露出している領域を素子領域３８と称する。より詳細には、基板１２の領域の中で、第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂの双方ともが、光共振器３０の外部に露出している領域を素子領域３８とする。つまり、素子領域３８とは、流体が、貫通孔１６，１６Ａ，１６Ｂ，・・・を介して、第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂの間を通り抜け可能な、基板１２の領域を示す。

実施の形態２の光共振器３０の動作は、実施の形態１の光共振器１０と同様であるので、説明を省略する。

（製造方法）
続いて、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）を参照して光共振器３０の製造方法について説明する。

まず、図１０（Ａ）に示すように、基板１２に細孔４２，４２，・・・を形成する。

すなわち、前駆基板として、アルミニウム基板を準備し、従来公知の陽極酸化法により前駆基板を酸化するとともに、前駆基板に、細孔４２，４２，・・・を作成する。

より具体的には、希硫酸等の強酸溶液中において、前駆基板を陽極として電気分解を行うことにより、前駆基板を構成するアルミニウムを電気化学的に酸化させる。これにより、アルミニウムからなる前駆基板は酸化され、酸化アルミニウムからなる基板１２が形成される。

それと同時に、基板１２には、第２主面１２ｂに開口を有し、第１主面１２ａ側に向かって延在する微細な孔としての細孔４２，４２，・・・が形成される。なお、図１０（Ａ）より明らかなように、細孔４２，４２，・・・は、第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂの間を貫通していない。

続いて、図１０（Ｂ）に示すように、細孔４２，４２，・・・が形成された基板１２を支持体３６の第３主面３６ａに貼着する。

すなわち、従来公知の接着剤を用いる方法により、基板１２の第２主面１２ｂと支持体３６の第３主面３６ａとを貼り合わせる。これにより、図１０（Ｂ）に示した構造体４４が形成される。

続いて、図１０（Ｃ）に示すように、基板１２の第１主面１２ａを、半導体製造プロセスで周知のＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により研磨する。これにより、細孔４２，４２，・・・は、基板１２の第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂの間を貫通して、前駆貫通孔４６，４６，・・・が形成される。

最後に、基板１２の第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂの双方に、従来公知の蒸着法により、第１及び第２高反射膜１４ａ及び１４ｂとしてのＡｇ膜を形成する。すなわち、基板１２の第１主面１２ａについては、通常の蒸着法で、第１主面１２ａの全面にＡｇ膜を成膜する。

基板１２の第２主面１２ｂについては、支持体３６の開口３４を利用して、素子領域３８のみにＡｇ膜を成膜する。

これにより、図９に示したような光共振器３０が完成する。

（効果）
この光共振器３０は、実施の形態１の光共振器１０と同様の効果を奏する。さらに光共振器３０は、支持体３６により、基板１２が機械的に補強されていることから、光共振器１０よりも機械的応力に対する耐性が高い。

（設計条件）
（１）この実施の形態においては、図１０（Ｃ）に示すように、ＣＭＰ法を用いて、基板１２の第１主面１２ａを研磨して、前駆貫通孔４６，４６，・・・を作成する場合について説明した。しかし、前駆貫通孔４６，４６，・・・の作成法は、ＣＭＰ法には限定されない。

例えば、半導体製造プロセスで周知のドライエッチング法により、基板１２の第１主面１２ａをエッチングすることによっても前駆貫通孔４６，４６，・・・を形成することができる。

また、基板１２の第１主面１２ａ側から、注入エネルギーを調整した水素イオンを高ドーズ量でイオン注入することにより、所定の深さに高濃度水素層を作成し、この高濃度水素層よりも浅い基板１２の第１主面１２ａ側の領域をはぎ取るイオンスライシング法によっても前駆貫通孔４６，４６，・・・を形成することができる。

（２）この実施の形態では、細孔４２，４２・・・を前駆基板に形成した後の基板１２を、支持体３６に貼着する場合について説明した。しかし、前駆基板を支持体３６に貼着した後に、細孔４２，４２・・・を形成してもよい。

（３）この実施の形態では、細孔４２，４２・・・が形成された基板１２を支持体３６に貼着した後に、基板１２の第１及び第２主面１２ａ及び１２ｂにＡｇ膜を成膜する場合について説明した。しかし、Ａｇ膜の成膜は、基板１２を支持体３６に貼着する前に行ってもよい。

（４）この実施の形態では、支持体３６と基板１２との貼着に接着剤を用いた場合について説明した。しかし、支持体３６と基板１２との貼着は、接着剤を用いる場合に限定されない。特に、（１）基板１２及び支持体３６の両者がともにＳｉを材料として形成されている場合や、（２）基板１２がＳｉを材料とし、及び支持体３６が石英を材料としている場合や、（３）基板１２が石英を材料とし、及び支持体３６がＳｉを材料としている場合には、半導体製造プロセスで周知のウエハ接合技術を用いて、基板１２と支持体３６とを貼着してもよい。

（５）この実施の形態では、支持体３６の材料としてＳｉを用いた場合について説明した。しかし、支持体３６の材料はＳｉには限定されない。支持体３６の材料としては、ガラス、石英、プラスチック等を使用することができる。

（６）この実施の形態では、基板１２と支持体３６とが別体である場合について説明した。しかし、基板１２と支持体３６とは同一材料から一体的に形成されていてもよい。

（Ａ）は、実施の形態１の光共振器の一部切欠斜視図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、最大寸法の説明に供する貫通孔の平面図である。 実施の形態１の光共振器から出射される出射光の波長と光強度との関係を示す図である。 実施の形態１の光共振器を用いた屈折率センサの測定原理についての説明に供する模式図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１の光共振器を用いた屈折率センサのシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態１の光共振器を用いた屈折率センサの使用態様の具体例を示す模式図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１の光共振器の設計条件の説明に供する模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１の光共振器の設計条件の説明に供する模式図である。 （Ａ）は、実施の形態２の光共振器の概略構成を示す一部切欠斜視図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って取った断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態２の光共振器の製造工程を示す模式図である。

符号の説明

１０，３０ 光共振器
１２，２０ 基板
１２ａ 第１主面
１２ｂ 第２主面
１４ａ 第１高反射膜
１４ｂ 第２高反射膜
１６ 貫通孔
１６ａ 第１開口部
１６ｂ 第２開口部
１６ｃ 孔部
２２ マイクロ流路
２４ 屈折率センサ
２６ 光源
２８ 検出器
３４ 開口
３６ 支持体
３６ａ 第３主面
３６ｂ 第４主面
３８ 素子領域
４２ 細孔
４６ 前駆貫通孔

Claims (7)

1. 複数の波長を含む入射光から選択波長の光を共振させて出射光を生じる光共振器において、
   第１主面と、該第１主面に対向する第２主面とを備えていて、厚みが出射光の波長の整数倍である基板と、
   前記第１及び第２主面にそれぞれ形成された第１及び第２高反射膜と、
   前記第１及び第２高反射膜を貫通して設けられた貫通孔とを備えることを特徴とする光共振器。
2. 前記貫通孔が、前記第１及び第２主面に対して垂直に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光共振器。
3. 前記貫通孔の前記第１及び第２高反射膜における開口部の最大寸法が、前記入射光の波長以下の長さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光共振器。
4. 前記基板を開口から露出させて該基板を支持する支持体と、
   前記貫通孔が設けられた領域のうち前記開口から露出した領域としての素子領域とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光共振器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光共振器を用いた流体用光学センサであって、
   流路中を流れる前記光共振器が分散した被測定流体に光を照射する照射部と、
   前記被測定流体中の前記光共振器から出射する出射光を検出する検出部とを備えることを特徴とする流体用光学センサ。
6. 請求項４に記載の光共振器の製造方法であって、
   前記基板の前記素子領域に細孔を形成する工程と、
   前記開口から前記素子領域が露出するように、前記基板を前記支持体に貼着する工程と、
   前記細孔を、前記基板を貫通する前駆貫通孔とする工程と、
   前記基板の第１及び第２主面に前記高反射膜を形成することにより、前記貫通孔を形成する工程とを備える光共振器の製造方法。
7. 請求項４に記載の光共振器の製造方法であって、
   前記基板の前記素子領域に、前記基板を貫通する前駆貫通孔を形成する工程と、
   前記基板の第１及び第２主面に前記高反射膜を形成することにより、前記貫通孔を形成する工程と、
   前記開口から前記素子領域が露出するように、前記基板を前記支持体に貼着する工程とを備える光共振器の製造方法。
   

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