JP2016038395A

JP2016038395A - 光導波路への光の入射方法

Info

Publication number: JP2016038395A
Application number: JP2014159282A
Authority: JP
Inventors: 友広紺谷; Tomohiro Konya; 真由尾▲崎▼; Mayu Ozaki
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2016-03-22
Also published as: CN105334571A; US9535214B2; US20160041353A1

Abstract

【課題】非常に優れた検出感度（例えば、Ｓ／Ｎ比）を有するＳＰＲセンサを提供する。【解決手段】アンダークラッド層１１と、少なくとも一部がアンダークラッド層１１に隣接するように設けられたコア層１２と、を備えるマルチモードの光導波路のコア層１２に光を入射させる方法であって、光導波路の入射口側端面における光のスポットが、コア層１２の入射口を完全に含み、光導波路１２の入射口側端面における光のスポット面積が、コア層１２の入射口の面積の２倍以上であり、コア層１２の入射口端面における光の入射角度範囲が、１０?〜３０?である、光の入射方法。【選択図】図３

Description

本発明は、光導波路への光の入射方法に関する。

近年、小型で高感度なセンサとして、平面型のポリマー光導波路と、必要に応じて所定の物質と反応するセンシング膜や金属薄膜等と、を含み、該光導波路表面に生じるエバネッセント波を利用して種々の化学分析および／または生物化学分析を行うセンサが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

しかしながら、少量のサンプルで、微細な変化および／または微量成分を検出することに対する要求が高まっており、上記のようなセンサを用いた分析においてもさらなる検出感度の向上が求められている。特に、シグナル／ノイズ比の観点からは、シグナルを大きくすることが重要である。

国際公開第２００８／７５５７８号特開２０００−１９１００号公報特開２００７−２６３７３６号公報

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、非常に優れた検出感度（例えば、Ｓ／Ｎ比）を有するＳＰＲセンサを提供することにある。

上記のようなセンサにおいて、光導波路のコアへ光を入射させる際には、通常、コリメータ、集光レンズ、光ファイバ等を介して、コア径とほぼ同じ径の光を入射させている。これに対し、本発明者らが検討したところ、光ファイバ等を介することで光源からの光を大幅に損失していること、および、以下の特定の条件で光を入射させることにより、コア内を導波する光量が増大して、大きなシグナルが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明によれば、アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、を備えるマルチモードの光導波路の該コア層に光を入射させる方法が提供される。該方法においては、該光導波路の入射口側端面における光のスポットが、該コア層の入射口を完全に含み、該光導波路の入射口側端面における光のスポット面積が、該コア層の入射口の面積の２倍以上であり、該コア層の入射口端面における光の入射角度範囲が、１０°〜３０°である。
１つの実施形態においては、上記光導波路の入射口側端面における光のスポット径が、１００μｍ以上である。
本発明の別の局面によれば、ＳＰＲセンサの測定方法が提供される。該方法は、アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、を備えるマルチモードの光導波路と；該コア層を被覆する金属層と；を備えるＳＰＲセンサセルの該コア層に、請求項１から３のいずれかに記載の光の入射方法を用いて光を入射させることを含む。
本発明のさらに別の局面によれば、ＳＰＲセンサが提供される。本発明のＳＰＲセンサは、アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、光源と、を備えるマルチモードの光導波路と；該コア層を被覆する金属層と；を備えるＳＰＲセンサセルと、を備えるＳＰＲセンサであって、該光源が、そこから出射された光が、該光導波路の入射口側端面において、該コア層の入射口を完全に含み、かつ、該コア層の入射口の２倍以上の面積を有するスポットを形成するとともに、該コア層の入射口端面に１０°〜３０°の入射角度範囲で入射するように配置されている。
別の実施形態によれば、本発明のＳＰＲセンサは、アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、を備えるマルチモードの光導波路と；該コア層を被覆する金属層と；を備えるＳＰＲセンサセルと、光源と、該光源から出射された光に、該光導波路の入射口側端面において、該コア層の入射口を完全に含み、かつ、該コア層の入射口の２倍以上の面積を有するスポットを形成させるとともに、該光を該コア層の入射口端面に１０°〜３０°の入射角度範囲で入射させるための手段と、を備える。

本発明によれば、特定の条件で光源からの光をコアに入射させることにより、効率よくコア内に光を導波させることができる。その結果、コアを透過した出射光の強度（すなわち、シグナル強度）が大きくなるので、精度の高い測定が可能となる。さらに、安価な光源の使用が可能になるという効果も得られ得る。

本発明で好ましく使用され得るＳＰＲセンサセルを説明する概略斜視図である。図１に示すＳＰＲセンサセルのＩａ−Ｉａ線概略断面図である。本発明の入射方法の第１の実施形態を説明する概略図である。本発明の入射方法の第１の実施形態におけるＳＰＲセンサセルを入射口側から見た概略図である。本発明の入射方法の第２の実施形態を説明する概略図である。

［Ａ．光の入射方法］
本発明の光の入射方法は、アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、を備えるマルチモードの光導波路の該コア層に光を入射させる方法である。本発明の光の入射方法においては、光導波路の入射口側端面における光のスポットが、コア層の入射口を完全に含み、光導波路の入射口側端面における光のスポット面積が、コア層の入射口の面積の２倍以上であり、コア層の入射口端面における光の入射角度範囲が、１０°〜３０°とされる。このような条件でコア層に光を入射させることにより、従来の光の入射方法に比べて接続損失等の光量損失を低減して、光源から出射された光を効率よくコア内に導波させることができる。その結果、コアを透過した出射光の強度（すなわち、シグナル強度）を大きくすることができるので、精度の高い分析や計測が可能となる。

上記光導波路としては、本発明の効果を好適に得る観点から、化学分析または生物化学分析用センサの検知部を構成するものが好ましい。図１は、光導波路が検知部の一部を構成しているＳＰＲセンサセルを説明する概略斜視図であり、図２はその概略断面図である。ＳＰＲセンサセル１００は、図１および図２に示すように、平面視略矩形の有底枠形状に形成されており、アンダークラッド層１１と上面が露出するようにアンダークラッド層１１に埋設されたコア層１２とを備える光導波路１０と；アンダークラッド層１１とコア層１２の一部を被覆する金属層１３と；を有する。光導波路１０および金属層１３は、サンプルの状態および／またはその変化を検知する検知部２０として機能する。図示した形態においては、ＳＰＲセンサセル１００は、検知部２０に隣接するように設けられたサンプル配置部３０を備える。サンプル配置部３０は、オーバークラッド層１４により規定されている。オーバークラッド層１４は、サンプル配置部３０を適切に設けることができる限りにおいて省略されてもよい。サンプル配置部３０には、分析されるサンプル（例えば、溶液、粉末）が検知部（実質的には金属層）に接触して配置される。

アンダークラッド層１１は、所定の厚みを有する平面視略矩形平板状に形成されている。アンダークラッド層の厚み（コア層上面からの厚み）は、例えば５μｍ〜４００μｍである。

アンダークラッド層１１は、後述するコア層の屈折率よりも低い屈折率を有する任意の適切な材料から形成され得る。具体例としては、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂およびこれらの変性体（例えば、フルオレン変性体、重水素変性体、フッ素樹脂以外の場合はフッ素変性体）が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらは、好ましくは感光剤を配合して、感光性材料として用いられ得る。

アンダークラッド層１１は、上記樹脂に加えて粒子を含んでいてもよい。アンダークラッド層中に粒子を分散させることにより、Ｓ／Ｎ比をより一層向上させ得る。当該粒子としては、アンダークラッド層表面の反射率を増大させるおよび／またはアンダークラッド層における光透過性を低減させ得る任意の適切な粒子が用いられ得る。アンダークラッド層中に粒子が分散している場合、アンダークラッド層の波長６５０ｎｍにおける光反射率は、例えば７％以上、好ましくは１０％以上であり得る。

上記粒子の形成材料としては、例えば、金属または無機酸化物が挙げられる。また、粒子の平均粒子径（φ）は、例えば１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは２００ｎｍ〜２．５μｍである。アンダークラッド層における粒子の充填率は、例えば１％〜５０％、好ましくは２％〜３０％である。

コア層１２は、アンダークラッド層１１の幅方向（図２の紙面の左右方向）および厚み方向の両方と直交する方向に延びる略角柱形状に形成され、アンダークラッド層１１の幅方向略中央部の上端部に埋設されている。コア層１２の延びる方向が、光導波路内を光が伝播する方向となる。

コア層１２は、その上面がアンダークラッド層１１の上面と面一となるように配置されている。コア層の上面がアンダークラッド層の上面と面一となるように配置することにより、金属層をコア層の上側のみに効率よく配置することができる。さらに、コア層は、その延びる方向の両端面がアンダークラッド層の当該方向の両端面と面一となるように配置されている。

コア層１２の屈折率（Ｎ_ＣＯ）は、アンダークラッド層１１の屈折率（Ｎ_ＣＬ）より高い。コア層の屈折率とアンダークラッド層の屈折率との差（Ｎ_ＣＯ−Ｎ_ＣＬ）は、好ましくは０．０１０以上であり、より好ましくは０．０２０以上、さらに好ましくは０．０２５以上である。コア層の屈折率とアンダークラッド層の屈折率との差がこのような範囲であれば、検出部の光導波路をいわゆるマルチモードとすることができる。また、コア層の屈折率とアンダークラッド層の屈折率との差は、好ましくは０．１５以下、より好ましくは０．１０以下、さらに好ましくは０．０５０以下である。コア層の屈折率とアンダークラッド層の屈折率との差がこのような範囲であれば、ＳＰＲ励起が生じる反射角の光がコア層内に存在することができる。

ＳＰＲセンサセル用途におけるコア層１２の屈折率（Ｎ_ＣＯ）は、好ましくは１．４３以下であり、より好ましくは１．４０未満であり、さらに好ましくは１．３８以下である。コア層の屈折率を１．４３以下とすることにより、検出感度を格段に向上させることができる。コア層の屈折率の下限は、好ましくは１．３４である。コア層の屈折率が１．３４以上であれば、水溶液系のサンプル（水の屈折率：１．３３）であってもＳＰＲを励起することができ、かつ、汎用の材料を使用することができる。

コア層１２の厚みは、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。また、コア層の幅は、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。このような厚みおよび／または幅であれば、光導波路をいわゆるマルチモードとすることができる。また、コア層１２の長さ（導波路長）は、例えば２ｍｍ〜５０ｍｍであり、好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍである。

コア層１２を形成する材料としては、本発明の効果が得られる限りにおいて任意の適切な材料を用いることができる。例えば、アンダークラッド層形成樹脂と同様の樹脂であって、屈折率がアンダークラッド層よりも高くなるように調整された樹脂から形成され得る。

金属層１３は、図１および図２に示すように、アンダークラッド層１１およびコア層１２の上面の少なくとも一部を均一に被覆するように形成されている。必要に応じて、アンダークラッド層およびコア層と金属層との間に易接着層（図示せず）が設けられ得る。易接着層を形成することにより、アンダークラッド層およびコア層と金属層とを強固に固着させることができる。

金属層１３を形成する材料としては、金、銀、白金、銅、アルミニウムおよびこれらの合金が挙げられる。金属層は、単一層であってもよく、２層以上の積層構造を有していてもよい。金属層の厚み（積層構造を有する場合はすべての層の合計厚み）は、好ましくは２０ｎｍ〜７０ｎｍであり、より好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍである。

易接着層を形成する材料としては、代表的にはクロムまたはチタンが挙げられる。易接着層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜５ｎｍである。

オーバークラッド層１４は、図１に示すように、アンダークラッド層１１およびコア層１２の上面において、その外周がアンダークラッド層１１の外周と平面視において略同一となるように、平面視矩形の枠形状に形成されている。アンダークラッド層１１およびコア層１２の上面とオーバークラッド層１４とで囲まれる部分が、サンプル配置部３０として区画されている。当該区画にサンプルを配置することにより、検知部１０の金属層とサンプルとが接触し、検出が可能となる。さらに、このような区画を形成することにより、サンプルを容易に金属層表面に配置することができるので、作業性の向上を図ることができる。

オーバークラッド層１４を形成する材料としては、例えば、上記コア層およびアンダークラッド層を形成する材料、ならびにシリコーンゴムが挙げられる。オーバークラッド層の厚みは、好ましくは５μｍ〜２０００μｍであり、さらに好ましくは２５μｍ〜２００μｍである。オーバークラッド層の屈折率は、好ましくは、コア層の屈折率よりも低い。１つの実施形態においては、オーバークラッド層の屈折率は、アンダークラッド層の屈折率と同等である。

上記ＳＰＲセンサセル１００は、例えば、特開２０１１−１７９９７８号公報、特開２０１２−２１５５４０号公報等に記載の製造方法によって製造することができる。

図１および図２では、光導波路の上に金属層が設けられたＳＰＲセンサセルを図示したが、本発明に好ましく使用される光導波路は、当該実施形態に限定されない。具体的には、コア層からの出射光の変化に基づいて分析を行うセンサの検知部を構成する限りにおいて、いかなる形態の光導波路であっても本発明の効果を得ることができる。例えば、金属層の代わりにサンプルとの接触によって光の吸収特性が変化するセンシング層が光導波路の上に設けられた形態や金属層の代わりに抗体または抗原が固定された誘電体層が光導波路の上に設けられた形態であってもよい。

上記のとおり、本発明においては、光導波路の入射口側端面における光のスポットが、コア層の入射口を完全に含み、光導波路の入射口側端面における光のスポット面積が、コア層の入射口の面積の２倍以上であり、コア層の入射口端面における光の入射角度範囲が、１０°〜３０°となるようにコア層に光源からの光を入射する。

図３は、図１および図２に示すＳＰＲセンサセルのコア層に本発明の光の入射方法を用いて光を入射する第１の実施形態を説明する概略図である。図４は、第１の実施形態において、ＳＰＲセンサセルを入射口側から見た概略図である。これらの図を参照しながら、本発明について以下により詳細に説明する。

図３に示すように、コア層１２の入射口側には、光源１１０と光コネクタ１１１を介して光源１１０と接続された光のスポット径および／または広がり角を調整するための装置１２０とが配置されている。一方、コア層の出射口側は、出射口と略同径の光ファイバ１３０を介して光計測器１４０に接続されている。第３の実施形態においては、光源１１０から出射された光が、装置１２０によって所定の入射角度範囲およびスポット径となるように調整されてコア層１２に入射している。

光源１１０としては、任意の適切な光源が採用され得る。光源の具体例としては、白色光源、単色光光源が挙げられる。光計測器１４０は、受光素子を含み、任意の適切な演算処理装置に接続されて、データの蓄積、表示および加工を可能としている。

光のスポット径および／または広がり角を調整するための装置１２０としては、限定空間励振光学系装置（例えば、シナジーオプトシステムズ社製、製品名「Ｍ−ＳｃｏｐｅｔｙｐｅＧ」）、ビームエキスパンダー、凹レンズ等が用いられ得る。

コア層１２の入射口端面における光の入射角度範囲（θ１）は、１０°〜３０°であり、好ましくは２０°〜３０°である。このような入射角度範囲であれば、入射した光がコア内を好適に導波し得る。図示例では、発散光を入射させているが、収束光を入射させてもよい。なお、コア層の入射口端面における光の入射角度とは、入射光の光軸方向とコア層の伸長方向とのなす角を意味する。入射角度範囲とは、コア層１２に入射される光の広がり角に相当するものであり、当該光の光軸上の光強度の５０％となる角度（半値角）を意味する。例えば、θ１＝１０°の入射角度範囲の光とは、入射角が０°〜１０°の光を意味する。

また、図４に示すように、ＳＰＲセンサセル１００の入射口側端面における光のスポットＡは、コア層１２の入射口を完全に含む。該スポットＡの面積は、コア層の入射口の面積の２倍以上であり、好ましくは４倍以上であり、より好ましくは６倍以上である。スポットＡの面積の上限としては、特に制限されず、上記入射角度範囲で光を入射可能な面積であることが好ましい。

スポットＡの径は、例えば８０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上、より好ましくは１５０μｍ以上である。スポット径がこのような範囲であれば、マルチモードのコア層の入射口全面に光を入射させることができる。スポット径の上限としては、特に制限されず、上記入射角度および広がり角で光を入射可能な径であることが好ましい。

コア層に有効に光を導入する観点から、入射光の光軸（スポットＡの中心）が、コア層１２の入射口の中心と略一致することが好ましい。

図５は、図１および図２に示すＳＰＲセンサセルのコア層に本発明の光の入射方法を用いて光を入射する第２の実施形態を説明する概略図である。第２の実施形態は、光源１１０’から出射された光が直接コア層１２に入射している点において、第１の実施形態と異なっている。当該実施形態によれば、光源から出射された光を直接コア層に導入することができることから、接続損失が無く、また、光接続等の作業が簡易化されるという利点がある。上記広がり角を得る観点からは指向性の高い光源（例えば、ＬＥＤ光源、レーザー光源）を用いることが好ましい。

本発明の別の局面によれば、ＳＰＲセンサが提供される。本発明のＳＰＲセンサは、上記ＳＰＲセンサの測定方法の実施に好適である。

本発明の１つの実施形態におけるＳＰＲセンサは、図５に例示されるとおり、（１）光源１１０’と、（２）アンダークラッド層１１と少なくとも一部が該アンダークラッド層１１に隣接するように設けられたコア層１２とを備えるマルチモードの光導波路１０と；該コア層１２を被覆する金属層１３と；を備えるＳＰＲセンサセル１００と、を備える。該ＳＰＲセンサ２００ｂにおいては、光源が、そこから出射された光が、光導波路の入射口側端面において、コア層の入射口を完全に含み、かつ、コア層の入射口の２倍以上の面積を有するスポットを形成するとともに、コア層の入射口端面に１０°〜３０°の入射角度範囲（広がり角）で入射するように配置されている。

本発明の別の実施形態におけるＳＰＲセンサは、図３に例示されるとおり、（１）光源１１０と、（２）アンダークラッド層１１と、少なくとも一部が該アンダークラッド層１１に隣接するように設けられたコア層１２と、を備えるマルチモードの光導波路１０と；該コア層１２を被覆する金属層１３と；を備えるＳＰＲセンサセル１００と、（３）該光源１１０から出射された光に、該光導波路の入射口側端面において、該コア層１２の入射口を完全に含み、かつ、該コア層１２の入射口の２倍以上の面積を有するスポットを形成させるとともに、該光を該コア層１２の入射口端面に１０°〜３０°の入射角度で入射させるための手段１２０と、を備える。図３に示されるＳＰＲセンサ２００ａにおいて、手段１２０は、例えば、限定空間励振光学系装置、ビームエキスパンダー、凹レンズ等であり得る。

以下、本発明のＳＰＲセンサを用いた測定方法の一例を説明する。

まず、サンプルをＳＰＲセンサセル１００のサンプル配置部３０に配置し、サンプルと金属層１３とを接触させる。次いで、光源１１０から出射された光を、所定の入射角度範囲（広がり角）およびスポット径でコア層１２に導入する。コア層１２に導入された光は、コア層１２内において全反射を繰り返しながら、コア層１２を透過するとともに、一部の光は、コア層１２の上面において金属層１３に入射し、表面プラズモン共鳴により減衰される。コア層１２を透過した光は、光ファイバ１３０を介して光計測器１４０に導入される。すなわち、このＳＰＲセンサにおいて、光計測器１４０に導入される光は、コア層１２において表面プラズモン共鳴を発生させた波長の光強度が減衰している。表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、金属層１３に接触したサンプルの屈折率などに依存するので、光計測器１４０に導入される光の光強度の減衰を検出することにより、サンプルの屈折率の変化を検出することができる。

例えば、光源１１０として白色光源を用いる場合には、光計測器１４０によって、コア層１２の透過後に光強度が減衰する波長（表面プラズモン共鳴を発生させる波長）を計測し、その減衰する波長が変化したことを検出すれば、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。また例えば、光源１１０として単色光光源を用いる場合には、光計測器１４０によって、コア層１２の透過後における単色光の光強度の変化（減衰の度合い）を計測し、その減衰の度合いが変化したことを検出すれば、表面プラズモン共鳴を発生させる波長が変化したことを確認でき、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。

＜実施例１＞
特開２０１２−２１５５４０号公報に記載の製造方法に従って、図１および図２に示すようなＳＰＲセンサセルを得た。具体的には、アンダークラッド層のコア層形成部分に対応する突起部を有する鋳型に、アンダークラッド層形成材料であるフッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ソルベイスペシャルティポリマージャパン社製、商品名「ＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋＭＤ７００」）を塗布し、紫外線硬化させてアンダークラッド層を形成した。得られたアンダークラッド層の屈折率は１．３４７であり、そのサイズは、長さ８０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚み１００μｍで、幅５０μｍおよび厚み（深さ）５０μｍのコア層形成用の溝部が形成されていた。鋳型からアンダークラッド層を剥離した後、上記溝部にコア層形成材料を充填し、紫外線硬化させてコア層を形成した。コア層形成材料は、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ３８Ｚ」）６０重量部とフッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ４０Ｚ」）４０重量部とを攪拌溶解させて調製した。形成されたコア層の屈折率は１．３８４であった。なお、屈折率は、シリコンウェハの上に１０μｍ厚の薄膜を形成し、プリズムカプラ式屈折率測定装置を用いて波長８３０ｎｍで測定した。以上のようにして、埋め込み型光導波路フィルムを作製した。

次いで、得られた光導波路フィルムの上面（コア層露出面）に、長さ６ｍｍ×幅１ｍｍの開口部を有するマスクを介して金をスパッタリングし、アンダークラッド層およびコア層の一部を覆うように金属層（厚み：３０ｎｍ）を形成した。最後に、アンダークラッド層形成材料と同じ材料を用い、アンダークラッド層を形成したのと類似の方法で、枠形状のオーバークラッド層を形成した。このようにして、図１および図２に示すようなＳＰＲセンサセルを作製した。

得られたＳＰＲセンサセルの入射口側にハロゲン光源(オーシャンオプティクス社製、製品名「ＨＬ−２０００−ＨＰ」)と限定空間励振光学系装置（シナジーオプトシステムズ社製、製品名「Ｍ−ＳｃｏｐｅｔｙｐｅＧ」）とを配置し、図３に示すように接続した。さらに、コア層の出射口を、略同径（５０μｍφ）の光ファイバを介して、パワーメータに接続して、ＳＰＲセンサを得た。

得られたＳＰＲセンサにおいて、光源から出射された白色光が、入射角度範囲（広がり角）１４°、スポット径８０μｍφでコア層に入射するように制御し、コア層の出射口から出射した光強度をパワーメータで計測した。結果を表１に示す。

［実施例２〜実施例９および比較例１〜比較例３］
入射角度範囲（広がり角）およびスポット径を表１に記載の値となるように制御したこと以外は実施例１と同様にして、コア層の出射口から出射した光強度をパワーメータで計測した。結果を表１に示す。

［実施例１０］
光源としてＬＥＤ光源（ソーラボ社製、製品名「Ｍ６６０Ｆ１」）を用いたこと、および、入射角、スポット径および広がり角を表２に記載の値となるように制御したこと以外は実施例１と同様にして、コア層の出射口から出射した光強度をパワーメータで計測した。結果を表２に示す。

［実施例１１］
実施例１と同様にして得られたＳＰＲセンサセルの入射口側にＬＥＤ光源（ソーラボ社製、製品名「Ｍ６６０Ｆ１」）を図５に示すように配置した。さらに、コア層の出射口を、略同径（５０μｍφ）の光ファイバを介して、パワーメータに接続して、ＳＰＲセンサを得た。得られたＳＰＲセンサにおいて、光源から出射されたＬＥＤ光を直接コア層に入射させ、コア層の出射口から出射した光強度をパワーメータで計測した。結果を表２に示す。

［比較例４］
実施例１と同様にして得られたＳＰＲセンサセルのコア層の入射口を、５０μｍφの光ファイバを介してＬＥＤ光源（ソーラボ社製、製品名「Ｍ６６０Ｆ１」）と接続した。さらに、コア層の出射口を、略同径（５０μｍφ）の光ファイバを介してパワーメータに接続して、ＳＰＲセンサを得た。光源から出射されたＬＥＤ光を５０μｍφの光ファイバを介して入射角度範囲（広がり角）８°でコア層に入射させ、コア層の出射口から出射した光強度をパワーメータで計測した。結果を表２に示す。

［実施例１２］
実施例１と同様にして得られたＳＰＲセンサセルのコア層の入射口を、１０００μｍφの光ファイバを介してハロゲン光源(オーシャンオプティクス社製、製品名「ＨＬ−２０００−ＨＰ」)と接続した。さらに、コア層の出射口を、略同径（５０μｍφ）の光ファイバを介して、パワーメータに接続して、ＳＰＲセンサを得た。得られたＳＰＲセンサにおいて、光源から出射された白色光を１０００μｍφの光ファイバを介して入射角度範囲（広がり角）１９°でコア層に入射させ、コア層の出射口から出射した光強度をパワーメータで計測した。結果を表３に示す。

［比較例５］
光源としてハロゲン光源(オーシャンオプティクス社製、製品名「ＨＬ−２０００−ＨＰ」)を用いたこと以外は、比較例４と同様にして、コア層の出射口から出射した光強度をパワーメータで計測した。結果を表３に示す。

［参考例１：光導波路が無い条件での出力］
ハロゲン光源(オーシャンオプティクス社製、製品名「ＨＬ−２０００−ＨＰ」)を１０００μｍφ光ファイバ、次いで、５０μｍφ光ファイバを介してパワーメータに接続した状態で、光源から白色光を出射して、５０μｍφ光ファイバから出射された光強度をパワーメータで計測した。計測された光強度は、１２４６μＷであった。

［参考例２：光導波路が無い条件での出力］
<光導波路の無い条件での出力>
ＬＥＤ光源（ソーラボ社製、製品名「Ｍ６６０Ｆ１」）を１０００μｍφ光ファイバ、次いで、５０μｍφ光ファイバを介してパワーメータに接続した状態で、光源からＬＥＤ光を出射して、５０μｍφ光ファイバから出射された光強度をパワーメータで計測した。計測された光強度は、１１３２μＷであった。

＜評価＞
表１〜３に示されるとおり、特定の条件でコア層に光を入射した実施例においては、比較例よりも得られる出射光強度が増大されている。よって、このような入射方法を用いて光導波路を検知部に含むセンサの測定を行う場合、より大きなシグナルを得ることができる。

本発明の光の入射方法は、ＳＰＲセンサ等の光導波路を用いたセンサの測定において好適に利用され得る。

１０光導波路
１１アンダークラッド層
１２コア層
１３金属層
１４オーバークラッド層
２０検知部
３０サンプル配置部
１００ＳＰＲセンサセル
１１０光源
１２０光のスポット径および／または広がり角を調整するための装置
１３０光ファイバ
１４０光計測器
２００ＳＰＲセンサ

Claims

アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、を備えるマルチモードの光導波路の該コア層に光を入射させる方法であって、
該光導波路の入射口側端面における光のスポットが、該コア層の入射口を完全に含み、
該光導波路の入射口側端面における光のスポット面積が、該コア層の入射口の面積の２倍以上であり、
該コア層の入射口端面における光の入射角度範囲が、１０°〜３０°である、光の入射方法。
前記光導波路の入射口側端面における光のスポット径が、１００μｍ以上である、請求項１に記載の光の入射方法。
アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、を備えるマルチモードの光導波路と；該コア層を被覆する金属層と；を備えるＳＰＲセンサセルの該コア層に、請求項１または２に記載の光の入射方法を用いて光を入射させることを含む、ＳＰＲセンサの測定方法。
アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、を備えるマルチモードの光導波路と；該コア層を被覆する金属層と；を備えるＳＰＲセンサセルと、
光源と、
を備えるＳＰＲセンサであって、
該光源が、そこから出射された光が、該光導波路の入射口側端面において、該コア層の入射口を完全に含み、かつ、該コア層の入射口の２倍以上の面積を有するスポットを形成するとともに、該コア層の入射口端面に１０°〜３０°の入射角度範囲で入射するように配置されている、ＳＰＲセンサ。
アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、を備えるマルチモードの光導波路と；該コア層を被覆する金属層と；を備えるＳＰＲセンサセルと、
光源と、
該光源から出射された光に、該光導波路の入射口側端面において、該コア層の入射口を完全に含み、かつ、該コア層の入射口の２倍以上の面積を有するスポットを形成させるとともに、該光を該コア層の入射口端面に１０°〜３０°の入射角度範囲で入射させるための手段と、
を備えるＳＰＲセンサ。