TWI280359B - Target material sensor using photonic crystal and detection method for target material - Google Patents

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1280359 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用光子晶體之對象物質感應器及對象物質的 檢測方法。 【先前技術】 顯示先前技術之刊物(R.Wehrspohn編、「光子晶體(photonic • ❻他叫」、ISBN3-527_40432-5、Ρ·238-246)，揭示使用光子晶體之 ^感應為。該感應器係使用大容量型的3維光子晶體作為感應器要 素，從感應器要素的厚度方向的一面導入檢測對象氣體，同時， 入射與彳双測對象氣體之吸收波長一致之波長的光，利用類似光電 ，探測器的檢測器檢測從感應器要素的另一面出射的光，並基於檢 . 測出的光強度計算濃度。 一般，當將傳輸於光子晶體中的電磁波的群速度設為Vg，傳 輸常數設為/3，頻率設為⑺時，則群速度Vg由Vg=(d々/d〇)4所 籲定義。因此群速度Vg隨相對傳輸常數㈣變化的頻率ω的變化越 小而變得越慢’當頻率_傳輸常數㈣關係成為駐波條件(導波 模式的模式端的條件)時則成為零。 上述刊物所揭示之感應器中，利用將傳輪於3維光子晶體的 光的群速度Vg設計為真空中的光速的30%程度的值用以增長光 路長度’ 3維光子晶體的厚度(即、沿光入射方向上的尺寸)需要為 數cm。為此’需要於3維光子晶體全體均勻製作滿足可獲得期望 的群速度用的頻細與傳輸常數㈣條件的勘聰級的折射率週 1280359 期構造，若折射率週期構造有起伏的話，則其群速度Vg將偏離設 计值，而無法達成正確的濃度測定，因此在3維光子晶體之製造 上要求有非常高精度的製造技術。 更且，3維光子晶體之厚度尺寸較A，因此傳輸模式成為多元 模式，即使為相同波長其群速度慢之模式與快之模式仍將混合， • 一群速度疋的h況比較，恐有感應度下降的擔憂，有關進入3 維光子晶體的人射光也是—樣，若不將對各種模式的_合效率設 _為-定’賊應度將產生誤差，因此要求辆與3維光子晶體之 相對位置關係具有高的位置精度。 ，另外，依群速度Vg慢之光的空間的電場強度分布，與屬一般 之空間光的電場強度分布的高斯分布具有大的差異，因此具有在3 維光子晶體100的光入射面產生光的耦合損失而招致感應度的下 降的情況，因此需要有如變換電場強度分布的複雜的耦合構造。 【發明内容】 鲁 本發明係鑒於上述問題點而完成者，其目的在於提供一種對 檢測對象物質的感應度高且可小型化的使用光子晶體之對象物質 感應器及對象物質的檢測方法。 本發明之感應器，係由供給電磁波的電磁波產生源、光子感 應器要素、及檢測器所構成。光子感應器要素係具備感應器導波 路’具有光子晶體構造，用以導入電磁波；及感應器共振器，電 磁麵合於該感應器導波路，以特定波長使導入之電磁波共振；利 用將感應器共振器曝露於包含對象物質之大氣中，以使從感應器 1280359 共振器放出的電磁波的特性變化。檢測ϋ接收從感應器共振器放 :的電磁波，認識電磁波的強度變化，從該強度變化決定對象物 質的特性，輪出顯示該特性的信號。在如此構成之_器中，利 用由形成於光子晶體_錄器啦生㈣定波長的電磁波的共 辰’基於從共振器放出的電磁波強度可檢測對象物質的特性，因 1==11應器要素，即可利用配置有感應器導波路與感應器 j〜的2、、轉造喊子晶體，加上設為_化，絲高精密度 庫㈣體縣她’較細往之3 _造的光子晶體的感

應為要素減少，從而可降健造縣。 A t述檢測II最好為從電磁波的特性變化決定對象物質 度’亚輸A顯示該濃度之錢的構成。 、 、在檢測縣物質之濃度時，根據利用對象物質吸收特定波長 '磁波的現㈣情況，及姻依物_存 出的電磁波的波長位移的現象的情況，使用不_方式輸 在利用縣物質吸收狀波長的電磁波的現象的構成中，在 ^子晶體構造酸収加有基料波路與基料振器的光子感應 益要素。該基準導波路係從電磁波產生源導入上述電磁波。美準 共振器係细電_合於基料波路㈣上述特定波長使導入之 振。檢嶋綱崎，編轉自感應器共振 …，疋波·電磁波強度的檢測信號；基準強度計，輸示 從基準共振ϋ放th的電魏強度的基準錄：及濃度計，耻述 1280359 =龜賴基準信號比較，求得上述特定波長的電磁波 置，並從該衰減量算出對象物質的濃度。因此，利畴域庫哭 綱⑽爾崎紐，使對象物 、:=應術細___，g卩爾良好地進行 浪度彳欢測。 二Μ感應純素最好具有2維排列之光子晶體構造， 基料波路，最好分別在2縣子晶體構造内延 σ。錄W為可接收來 準強β Μ 波，各輪細相結合於輸崎計及基 $= ’输蝴馳㈣_陶的電磁波。 及某3、=鋪及鱗驗11，最好分聰胁絲器導波路 /内°更且’取好藉由將複數共振器串聯配置於各導 2度内。’以提高屬輸出電磁波之輪出效率的釋放效率，提高檢測 準於2由光子感應器要素可形成為具有感應器輸出導波路及基 ==7纽。_、雜轉魏妓輪料波 岸鲜導波路平行糾，且分職_-感 波輪出導波路及基準輸出導 合於上述輪出強度計與基準強度計。™出口’且該輸出口分别可結 1280359 另卜輪出強度计與基準強度計，也可分別配置為離開光子 感應器要素辭面’㈣結合於_碰_準共振 從此處放出的電磁波。 更且，可共用對感應器共振器及基準共振器輸入電磁波的輪 入路徑。雜況，使用橫向_有互異之第丨光子晶體構造及第2 晶體構造的光子感應器要素。導波路具備輸入導波路，從第^光 子晶體構造跨過第2光子晶體構造延出；第丨輸出導波路，由第丄 •光子晶體内延出；及第2輸出導波路，由第2晶體構造内延出。 感絲共振器係形成於第i光子晶體構内，而基準共振器係形成 於第2光子晶體構造内。基準共振器係設計為以與感應器共振哭 的特定波長⑴）不同的波長U 2)使電磁波共振。根據該構成， 利用將由感應器共振器進行共振的電磁波的第丨波長⑴）作為對 象物質吸收的電磁波波長，則由基準共振器進行共振的第2波長 (^)的電猶，*受對綠㈣影響’可齡需要將基準共振^ 遮蔽於包含對象物質的大氣外的情況。 本發明之其他之較佳形態中’细通過與對象物質接觸而使 共振部周圍的折射率變化的現象，以實現測定對象物質的漠度用 的構造。當共振部周圍的折射賴化時，位移由共振部所共振的 電磁波波長。該情況’折射率變化、亦即共振波長的位移量，係 由對象物質所固有決定，因此利用依據對象物質檢測所位移之波 長的電磁波強度’求得對象物質的濃度。為實現此，從電磁波產 1280359 生源將包♦不同波長 物質之種_特定波長=====導波路’而對應於對象 情況’檢測器係選擇從感應器共振續出ς共^器產生共振。該 對象物質存在之情況進 :出的特疋波長的電磁波(依 擇的特定_m_^T 波），並_分析所選 式中，該方式n 収對象物_敍。在該方 測有效，成i不需長的電磁波的吸收的對象物質的檢 小型的感絲基料絲及魏_的要素者，可實現更 需要t選波長的電磁波，需要有分光功能，但還可實現不 =物崎生源，使 入光子物ΐΓΓΐ 長咖—输的電磁波導 y ^ 長的掃贿_、奴為包含由對象物質所 =電磁波的夫2特=長’利用在從電磁波產生源導入特定波長 移的方4 - χ 、 这應1^、振為的共振波長的位 多數個L咸廡於進订複數種類的對象物質的檢測。亦即，配置 測單元，檢測器所構成的一個檢 的特定波長互1亦rjr中的感應器共振器所共振㈣磁波 波強衡曝物卩即可彳斷電磁 作為積極引起或強化在感應器共振器之依據對象物質的波長 1280359 私用的個手段，最好將與對象物質反應而將顯著變化供給感 應:共振器周圍的折射率而產生相同顯著的波長位移的感應體， 附著於感應器共振器。 在使用此_聽的情況，可於設於光子感㈣要素内的2 個感應器共振ϋ的-方附著該感應體。該情況 有感應體的繼_與設有繼的咖共振== 成電磁波的強度’求得域紐引歧應的對象物質的濃度。 利用感應器共振器中的共振波長的位移的方式中，利用2維 排列複數的感應ϋ共振器，即可容賴築面感應器。該情況，利 用與複數的感應器共振器一致的形式2維排列複數的對象檢測 益，由各對象檢測器決定各異的濃度，即可求得在2維平面的對 象物質的濃度分布。 更且，可與對祕賊度賴，檢測分散遍佈於某範圍内之 =:不_象物f的翻。該情況，複數的感應器共振器係 1、’、⑴斤配置’對應於此，複數的檢測器也以2維排列所配 置。複_感應H共綠係設定為由各㈣特定波長的電磁波進 盯共振’稷數的檢測器基於從感應器共振器放出的特定波長的電 磁波強度，可特定不同對象物質的存在，可求得在_ 同對象物質的分布。 ”个 又本表明中，揭不基於藉由在感應器共振器以外的部位配 置感應體所產生的電磁波強度的變化，決稍象物質的濃度的有 11 1280359 用構w例如，右在感應器導波路内配置感應體，則根據與對象 物反應，麵應n導波路的騎率發生變化，錢器導波路與感 應器共振ϋ間的實效導波路長度發生變化，其結果可對檢測器所 輸出的電磁波強度▼來變化。檢測器可基於該電磁波強度的變 化’求得對象物質的濃度。 另外右於配置於光子感應器要素内的2個感應器共振器間 的能量轉合部位配置感應體，顧樣根據與對象物f反應，能量 耗合部位的實效導祕長度發生變化，因此_分析伴隨此變化 所產生的電磁波強度’即可求得對象物質的濃度。 μ 將如上的感應體與特殊的光子晶體 構造組合，進行高感應度之濃度檢咖的光子感應元件的構成。 光子感應元件具有第1光子晶體構造及第2光子晶體構造，此等 弟1、第2光子晶體構造互異’且在2轉财橫向簡配置。感 應盗導波路勤輸人導鱗與輪出導波路所構成，鱗輸入導波 Ζ峨輪怖^，_，恤帛丨好晶體構造 王义出而到達弟2光子晶體構造内。感應器共振器係在第1光 子晶體構造内’配置於輸入導波路與輪出導波路間，且 ==入導波路之長度方向一端，在與第2光子晶體= 1處形成有接收來自電磁波產生_電磁波的輸人π。在輸出 =:!ΓΓ 一端，在與第2晶體構造分開處形成有將麵 應伽中以特定波長共振的電磁波放出的輸出口。在輸入2 1280359 將二二 構造及第2光子晶體構造的界面，形成有 外寸产長的電磁波反射於感應器共振器側的輪入反射部。另 =出導波路上’也在第i晶體構造及第2晶體構造的界面， 稀2將特定波長的電磁波反射於輪出口側的輪出反射部。在此 輸人導波轉輸料波路之各個，彻跨财1光子晶 光子晶體構造的部分，形成上述感應體。該感應體 係利用與對象物質反應以使反射 檢測器的電磁波強产嫩^ & —果使在上边對象 糾， 者，檢測器係將該對象物質之濃度作為 該強度的函數進行計算。如此般，設 路跨設^^之光子日㈣Α 輸入導波路與輸出導波 :又於各異之奸晶體構造，在其界面形成電磁波的反射部， 路ϋΓ讲嶋蝴m恤與輸出導波 此對象物質之存在而使電磁波的特性變化的感應體，因 =猎由·物質之存在以強調在反射部的折射率變化，即可發生 叙感應轉振H側之電磁波的她變化，其結果，可提高 罐1進行共振而從此處放出的特定波長的電磁波的釋放效 率，可以提向感應度測定對象物質的濃度。 夫本發狀感應財，最_監絲示環境狀 ==控制器。該控制器係基於環境參數補償感應器共振器之 旦=，以特定波長使電磁波共振者，其可補償溫度 1因素’進行正確的測定。作為_儀於光子感應器要辛設= 加熱器，细依據控彻的控制來管理_、共振器的溫度，補 1280359 償光子感應器要素之光學特性，可將感應器共廳的特性保持為 一定。 又’ 0子在本發明之感應器上設置除取補足於感應器共振器 上的對象物質乃至雜質的恢復手段。該手段可使用藉由熱將對象 物貝乃至雜貝從共振器放出的加熱器。 又，上述加絲可时為調稱波於導波路部的電磁波的波 長或強度_齡段。亦即，藉由以―定獅對加熱騎行通電， 週期性調槪共振跋出的電磁波強度或波長，在由檢測器檢測 的電磁波心由檢測器僅選擇被調制的電磁波，與從共振器外到 達檢測器的嗓音電磁波進行辨識，即可提高測定精度。 、本發明更提供利用光子晶體的對象物質的濃度檢測方法。該 方法中，使用具備導入電磁波的感應器導波路及與此電磁搞合而 使特定波㈣電顧的感剌共㈣的光預絲要素，將 感應器共顧曝露於包含縣㈣的械巾，將包含蚊波長的 電磁波導人上賊應n導波路，檢測錢器共振时進行共振的 電磁波強度，即可分_強度並計算物質的濃度。、 【實施方式】 本發狀感應祕朗具有2轉狀光子晶體構造的光子 感應器要素20。光子晶體構造伽微少職排列母材中具有與母 材各異的折射率的物質者，具備任意變更人射之電磁波的方向或 傳輸速度的光學特性。本發明中，作為一例使用折射率為3. 4的 石夕半導體(厚度=25〇nm)作為母材，使用在該母材中以42〇nm的間 14 1280359 距且2維排列微細圓孔（^仙⑽）的光子晶體。其結果，存在於 微細孔内之折射率為1的空氣，週雕分散於基材(折射率3.4) 而供給光子晶體的特性。該辨導體係由屬氧化砍層之观基板 (折射率1.5)上所擔負支持。亦即，光子晶體係使用s〇I基板，蝕 刻表面的;^轉體層，彻形成多數微小_孔，在⑭半導體層 内實現光子晶體構造。 在該光子缝H要素20形成有使輸人之電磁波的導波路22 及導入導波路之f磁波内的特定波長者共振的絲^ 24。此等導 波路及共振器係通過設置將缺陷供給光子晶體構造中㈣期構造 的、亦即不存在孔的部分所形成。 電磁波係在使用頻帶為c帶（153〇nm〜1565111〇)及L帶（臟η 〜1625nm)等的光通信波長帶者的情況，將2維光子晶體構造之這 形孔的排列週期（為2維光子晶體之折射率週期構造的週期，且》 2維三角晶格關的距離)a設為Q鳥m，圓形孔的半獲設j 0· 29a ’感應裔要素厚度設為〇· 6a。藉此，形成不傳輸從與光子曰e 體之厚度方向垂錢2、__任意方向人射社物帶的動 則光）的波㈣的光子帶_，叫波路22與共顧、24可俩 稭由適宜數量的圓形孔而形成電磁波。又，圓形孔的排列方向白 週期a及圓形孔半徑的各數值無酬的限定，聊&只要為上交 頻帶之電磁波的波長程度(例如，電磁波之波長的1/2程度^ 期即可。 1280359 本备明係利用在此種光子晶體内的共振器的電磁波的共振現 象，進行縣物質之濃度檢測者，根制定之對象物質的種類， 以不同的機械方式進行濃度檢測。對象物質大致可分為以下的2 種分類。 1)吸收特定波長之電磁波的性質顯著者。 , 2)使大氣之折射率變化的性質顯著者。 本务明中，為依據測定對象物質利用以上的2種性質者，首 •先，說明實現利用丨）之性質的濃度檢測的第1實施形態。 <第1實施形態> 本實施形態巾，由錄H使對象物質魏之特定波長的電磁 波共振，從其輸出的衰減率測定對象物質的濃度。對象物質可應 用及收特疋波長之電磁波的性質顯著者，例如，碳酸氣體或氮氣 等的氣體。 第-圖及第二_示本實施形態之感應器，在光子感應器要 #素20形成有導入包含特定波長之電磁波，例如包含2//H1〜l3//m 的波長之紅外線的感應器導波路22 ;基準導波路32 ;與此等導波 路電磁|馬合之感應器共振器、24 ;及基準共振器、34，各共振器係設 計為使上述特定波長（由對象物質所吸收)的電磁波共振。感應器 共振裔24及感應器導波路22係曝露於包含對象物質之大氣中， 測定藉由對象物質的存在所吸收的電磁波強度。另_方面，基準 導波路32及基準共振器34係由屏蔽36而被遮蔽於包含對象物質 16 1280359 之大氣外，求得電磁波之基準強度’從該2個贿求得電磁 波的衰減率，從該衰減率決定對象物質的濃度。 為達成該舰’本實施職之缝n賤，供給光子感應器 要素20用的電磁波產生源10 ;使電磁波於感應器導波路22與基 準導波路32分歧的分配器^ ;檢測從感應器共振器難出的電 :磁波強度的輸出強度計41;檢測從基準共振器34放出的電磁波強 度的基準強度計51 ;及從由兩強度計求得的電磁波強度的差求得 #電磁波的衰減率，以決定對象物質的濃度的濃度計42。此等輸出 ^度冲41基準強料51及濃度計42，_為檢卿，係在 單-之微處理器内實現。檢測器4〇將顯示由漢度計42求得的濃 度的濃度信號輸出給顯示器6〇，用以顯示對象物質的濃度。 感應器導波路22與基準導波路32係沿著好感應器要素2〇 的紐方向全長一直線延出，將長度方向一端設為輸入口 n 另端刀別叹為輸出口 23、33。入射器12分別結合於輸入口 ^、 31 ’將來自電磁波產生源的電磁波導入各導波路。輸出口饥 刀別結合於輸出強度計41及基準強度計51，將從感應器共振哭 34料㈣紐韻電猶輸从料度計。感: 、將由，、振錢行共振的電磁波傳輪給輸出口 23、33。各 度汁41、51係輸出顯示由對應之各共振H 24、34進行共振的電 磁波強度雜猶號縣準錄，濃騎42雜輸㈣度計j 17 1280359 所表示 的檢測信號與鱗強度計的基準錢的差，求得根據對象物質的 存在所產生㈣磁波強度的衰減率。該衰減率α)係由如下之式⑴

Iref - lout Iref (式1) 在此Iref為基準強度計51的輸出，1〇此為輸出 的輸出。 1 在如此般求得的衰賴L)與縣物質之_練之間，承認 有弟二圖所係，吸收係數騎應於大氣中之對象物質的濃度 者’於檢測H 40準備有顯示衰減率與濃度的_的數式，因此衰 減率乃至縣_㈣度胁濃度計&巾被決定。 又 ，電磁波的輸出強度係由如下之式⑵所表示。 1 (式2) ,2Qa 加係由共振器與導波路之間的光齡強度所決定的Q值，Qa =在共振馳部因吸收而損失的能量所蚊的q值。更為詳細 、^、振②與^波路之間的Q值設為Qin，由共振器吸收的q 设為如’共振器與自由空間間的Q值設為Qy，且. 。 又，Q=係錢振贿導波路之纽中，有_共振訊漏至導波 =月b里的值（亦即，在共振器與導波路之系統中，顯示可於共振 &蓄^何種程度的能量的值），若將蓄積於共振器之能量設為W， 冬從’、振為至導波路侧的單位時間内損失的能量設為-dW/dt，則 18 1280359 定義為Qi㈣。x W/(-_t)。另外，Qa係與在共振器内部因吸 收而損失的能量相關的值，若將蓄積於共振器之能量設為恥將因 共振器之吸收而於單位時間内損失的能量設為_dw/dt，則定義為 Q㈣。X W/(-dW/dt) ’絲共振器24之有效折射轉為^共振 器之吸收係數設為α，真空中的光速設為c，則可由q扣（“ox n〇/(ax c)所表示。 在此，電磁波之輸出強度作為釋放效率⑼已廣為所知，如下 式所表示’由輸入輸入口之電磁波強度s+i與從輸出口輪出的電磁 波強度S-2的比所表示。 Η* (式3) 又，在第二圖所示方式中，設置監視從電磁波產生源ι〇輸出 的電磁波強度，藉由反饋控制以使該輸出強度成為—定的控制器 44 ’用以補償外部因素引起的變動，經常進行穩定的測定。 光子感應器要素除第-圖所示構成外，還可使用第四〜九圖 所不者。此等圖中，為便利起見，僅僅說明有關感應器導波路以 及感應器共振器24的構造，但針對基準導波路與基準共振器，也 可應用相同的構成。 在第四圖所示光子感應器要素2〇中，於感應器導波路22中 形成複數的感應器共振器24，分別將感應器導波路之長度方向的 兩端汉為電磁波的輸入口 21及輸出口 23。各感應器共振器％係 5又片為讓相同特定波長的電磁波共振，利用增大麟象物質的接 19 1280359 觸機會，以提高對象物質的檢測感應度。 在第五圖所示光子感應器要素2G中…體形成加熱器7〇，藉 由加熱器70之溫度控制將光子感應器要素的光學特性保持為一 定，即可進行正確的對象物質的濃度測定。該溫度控制係使用溫 度感應器，而由第二圖所示控制器所進行。加熱器7〇除該目的外， 還可用於通過熱以使附著於感應器共振器的對象物及雜質散發的 目的，利用於適宜的時間點進行加熱器的加熱，即可恢復感應器 要素。另外，加熱器最好可利用珀耳帖元件。 — 又，上述加熱器可用作為調制導波於導波路部的電磁波的波 長或強度的手段。脚，藉由以—定職對加熱器進行通電， 週期性調制從共振器放出的電 i 或波長，在由檢測器檢測 _ 凋制的电磁波，與從共振器外到 達才欢測益的絮音電磁波進行 磁㈣鋒咖 為仃錢磁波產生源輸出的電 =產^3度者啊，例如，可由週舰麟電磁 =:用的斬波旋轉板及該斬波旋轉板的鶴馬達構成 手2勒上述控制電路控制轉馬達。 相，走導2 根 器共振器24,係料鮮 及輸“波路22B所構成。感應 從輸入導波物=；：導波路22A及輪峨謂之中間， Ά立而的輪入口 21輪人从不 1翰入的電磁波取入特定波長的 20 1280359 電磁波’並於此處進行共振。該電磁波被傳輸至輸出導波路22b 而從形成於其長度方向一端的輸出口 23輸入檢測器。 在弟七圖所示光子感應器要素20中，由感應器導波路22之 長度方向兩端，規定為輸入口 21及輸出口 23，在從感應器導波路 22沿光子感應器要素2〇的寬度方向離開之處，亦即在沿與感應器 導波路之長度方向垂直的方向離開之處，形成感應器共振器24， 從感應裔共振器24放出的電磁波經由輸出口 23輸入檢測器。 在第八圖所示光子感應器要素2〇中，設計為從感應器共振器 24沿光子感應器要素20的厚度方向放出電磁波，且與配置於感應 為共振裔24上方的檢測器電磁|馬合。 上述實施形態中，利用由感應器導波路22、感應器共振器24 及檢測器4G構成-個檢測單元，進行—種類的對象物質的濃度的 測定。因此’若職不_縣物f設置複數檢測單元，^進 行不同之物f的濃度測定。該情況，在-個光子感應器要素 形成使不同波長的電磁波共振的複數感應器共振器及與此 之複數感應器導波路。 w <第2實施形態> 、 乐z貫施形態。本實施形態中，i 2藉由單—的輸人σ 21絲自電磁波產生源10的軸 共振器24與基準共振器34的光子感應器要素㈣ 以 要素20中，形成有成為互異之晶體構造的! 工28〇359 t,,"弟先子晶體構造PC2。亦即，在2個晶體構造 以、互異之週__折㈣變化之微小圓形孔， 二、擇性傳輸波長互異之電磁波的構造。感應器導波路具備，跨 ;2個晶體構造Pa、PC2延出的一根輸入導波路μ，及各曰體 構造固有的2根輸出導波路22β1、齡在各晶體構造扪 内形成有分別電磁性搞合於輸入導波路22A與輪出導波路聊、 22B2的感應器共振器24與基準共振器％。各晶體構造扪、似 係料為由各胁11 24、34使波長互異之電錢共振。即，設計 為在弟1光子晶體構造PC1中，以對象物f吸收之第丨波長⑴） 的電磁波精共振，在第2光子晶雜造PC2巾，以此以外之第2 波長U2)進行共振，使用與第—圖及第二圖所示者相同的檢測器 40 ’由輸㈣度計41檢測第1波長⑴）的電磁波強度，由基準 強度計51檢測第2波長（λ 2)的電磁波強度。濃度計42用以比較 =波長（λ2)的電磁波強度與第1波長⑴）的電磁波強度，求 仔第1波長（λ 1)的電磁波強度的衰減率，並基於此而與第丨實施 形態相同，計算對象物質的濃度。 本貝關巾’將域鋪共翻24進行共㈣電磁波的第^ 波長（λ 1)作為對象物質吸收之電磁波的波長，將由基準共振器私 進行共振的電磁波的第2波長U2)設為與第i波長不同，因此由 基準共振②34進狀振的電磁波不受對象物質的影響。因此無須 將基準共振H 34遮祕包含有對象物質的大氣外。 22 1280359 〈弟3實施形態> 第十及十-圖所示實施形態，揭示實 ， 的性質顯著的對象物質_定用的〇使大氣之折射率變化 質，例如’具有水蒸氣、乙醇等，利用藉二之對象物 折射率依對象物質之存而變 h、振器周圍的 共摄的波長位移的現象，即可進二應進行 波波長的關係。因此，以由對象產生的電磁 的方式設計，可__ =長進仃共振 強度的變化捕捉對象物質的濃度。―、振益24放出的輸出 因此本實_射，純含特定波㈣寬帶域㈣磁波導入 質的二：寸疋波長的電磁波強度’並基於該強度計算對象物 =:梅實施形態之光子感應器要素20中， 路係由2根相互平行行走的輪入導波路22Α及輸出導波路22Β所 構成，在兩導波路間形成有感應器共振器％。該感應器共振哭％ 係曝露於包含對象物質之大氣中，當與目的之對象物質接觸^， 以共振器24將由輸入導波路22Α之長度方向一端的輸入口 a導 入的電磁波内的對象物質固有的波長的電磁波進行共振，共振之 電魏藉由輪出導波路22Β 一端的輸出口⑵輸入檢測器4〇。 该檢測為40具有分光分析功能，通過分光選擇由對象物質所 23 1280359 =㈣K波長的電磁波，求得該電磁波強度，將 度決定為與該雷拔、士# & a L μ + 豕物負的〉辰 的濃度㈣。_ - _示騎象物質的濃度 ^ ^儿纟、、、不态60接收該濃度信號並顯示其濃度。 電磁波產生源1Q係供給包含由成為對象之物質所 的寬帶域的電频，例如，供給包含^〜13_的波長的^ 第十三< 哭要辛20 科壯卿3實郷較_光子感應 為要素20的種種變化形態。 “ 第十三〜十五圖之變化形態中，在感應器共振器24上配置吸 附或反應於對象物質以使在感應器共振器24内進行共振之電磁波 的波長變化的感應體8〇。感應龍係肋積極狀或強化塑岸對 象物質的波長位移者，是由根據聽物_存在而大為變料振 益24周圍的折射率的材料所構成。例如，在將對象物質作為水分 子的濕度絲n的情況，使用_如SiG2或聚合物的水的材料: 在將對象物質作為生態物f的生物感絲的情況，制如致化物 的感應器作為材料。第十四圖中之M，模式顯示吸附於感應體刖 的對象物質的分子。 第十六〜十八圖之變化形態中，在光子感應器要素2〇内形成 2個共振器24A、24B，並僅於-共振器24A上設置感應體8〇。當 存在有對象物質時，由-共振器24A進行共振之電磁波的波長: 由另-共振器24B進行共振之電磁波的波長形成偏移，使得兩共 24 1280359 振器間的電磁耦合力變弱，Α处 ^ 〜、、。果，輪出於檢測器40之電磁波強 度如生受化。檢測器4〇認識玆雷讲、、士 ％ — 電磁波強度的變化，決定塑應該變 化強弱的對錄質的濃度。在檢 … 欢貝匕40中，基於由設置有感應體 勺/、振為進仃共振的電磁波輪出余 勒出強度㈣化以決定濃度，但也可 電磁波輸出強度作 改變此而將未設有感應體的共振器進行共振的 為對象。 耸、、第十六圖之變化形態中，顯示在2條輪入導波路22A及輸出 V波=22B之間’沿光子感應器要素2〇的寬度方向並排配置2個 共振器24A、24B的例子。第十七圖之變化形態中，顯示在一條導 波㈣外側沿導波路22的長度方向配置2個共觸24a、⑽的 例子。第权圖之變化形齡，顯示在—條導波路22中央並排配 置2個共振器24A、24B的例子。 弟十九®之攸形態巾’在—個光子感應器要素2G内形成複 數‘波路22與共振器24的組’並根據各組設置電磁波產生源1〇 與檢測器40。各共振H 24係設料使波長互異之電魏共振，進 行複數種類之對象物質的濃度測定。該情況，可在至少—個共振 器24上設置上述感應體。 第二十圖之變化形態中，在一個光子感應器要素2〇内，沿方 向形成複數相互平行之導波路22，同時，在2維面_橫排列複 數共振器24而形成面感應器。各導波路22被供給來自單一電磁 波產生源10的電磁波，且於各共振器24分別結合有檢測器4〇。 25 1280359 各檢測益40也同樣排列在2維面内，且由框架9〇支持。各浐則 器40係配置為離開與配置有共振器24白勺平面垂直的方向，：欢/貝1 ==24 放_魏__ 4Q。各_ 4= 计為與《之導波路22電磁齡，且使波長互異之電 ™折射率的變化、亦即面内之對象物質的變化二二 〇不同之共振器24輸出的電磁波強度，表示不同之對象物質的濃 度，例如，可檢測對象物質所引起之反應的進行程度。因此 ，度檢測以外，還可獲得面内之不同對象物質的分布。又，若二 计為由複數共翻24使_波電磁波共振 ^ 對象物質_㈣樹。糾’她 == 應體於共振器上。 k j附叹感 <第4實施形態〉 能其!二十Γ及=二圖顯示本發明之第4實施形態。該實施形 恶土上與弟3實施形態相同’但作為電磁波產生源】 給可變波長之電磁波者，且將進行波長掃描而與時間 = =磁波導入光子感應器要㈣内。該波長掃描範圍係設； ^2=所讀峨娜樹，彻在從電磁波 ¥特疋波長的電磁波的時點，由檢測器40求得來自丑振 ^的電蝴度，即顺f_f峨。因此，本實施形 =:置掃描麵46，錢來自軸咖㈣的波長與時 間一起受化，同時，使檢測器40之電磁波輸出的讀出時序 26 1280359 、文化同步。在濃度測定中，將與對應對象物質之特定波長不同之 ^纟電磁波輪出強度，預先記憶作為基準強度，將對應對象物 j特錢長的電磁波輸出強度與絲準強度進行比較，並基於 、长得對象物質的濃度。根據該構成，在波長掃描範圍内之各 :束長中可分別個別地分析電磁波強度，因此可求得不同種類 之對象物質的濃度。本實施形射使用的光子感絲要的構 、*士第—十一圖所示構成外，還可適用第五〜八圖、第十三 〜十八圖所示構成者。 更且利用週期性調制從如上述的共振器放出的電磁波強 度或週期性调制從電磁波產生源供給共振器的電磁波強度，即 可將提高败精度之構錢祕本實郷態。 <第5實施形態> 第-十三圖顯示本發明之第5實施形態。本實施形態中，在 通過光子感應器要素20内的共振器24的電磁波路經内配置感應 體80。當感應體80吸附對象物質或與此反應時，因為在電磁波路 徑（能餘合路）的電磁齡鱗、卿實效導波路長度發生變 化’使付由檢測器40所檢測之電磁波強度發生變化，因此基於該 電磁波強度變化來測定對象物質的濃度。本實施形態中，在將兩 端作為輸入口 21及輪出口 23的導波路22的中央部形成有感應體 80，將與對應導波路22的中央而形成的共振器24的電磁编合強 度，設為依對象物質之存在而變化的構成。 27 1280359 第二十四_示第5實施形態之變化形態，在光子感應器要 素20、内，在與導波路22平行配置的2 共振器24間形成感應體 80並藉由2個共振為間的電磁摩禺合效率的變化檢測對象物質的 濃度。 、 第二十五_示第5實施形態之變化形態，在光子感應器要 素20内在配置於2條平行的輸入導波路22A與輸出導波路22B 門的2個共振為24間形成感應體8〇，並藉由2個共振器24間的 鲁電磁耦合效率的變化檢測對象物質的濃度。 <第6實施形態> 帛二十六_示本發明之第6實施形態。在本實施形態中使 用的光子感應器要素20中，連續形成成為互異之晶體構造的第i "子曰曰體構k PCI及第2光子晶體構造pc2。此等2個晶體構造 成為糊以互異之週期2維排列使折射率變化之微小圓形孔， _ 乂擇轉輸波長互異之電磁波的構造。輸入導波路22A及輸出 導^22B，係形成為跨過第i光子晶體構造ρπ及第之光子晶體 。C2在第1光子晶體構造pci 一端，在輸入導波路22a形成 …波的輸入口 2卜在輸出導波路22β形成有電磁波的輸出口 〜振裔24係在第1光子晶體構造pci _置於輸入導波路似 、=出‘波路22B之間，且電磁輕合兩者。該共振器％係設計為 可讓特定波長之電磁波共振。 在輸入V波路22A之第1光子晶體構造pci及第2光子晶體 28 1280359 構造PC2的界面上，形成僅反射由共振器進行共振的特定波長之 電磁波，且使剩餘之波長部分通過的輸入反射部25A。相同地，在 輪出導波路22B之第1光子晶體構造PC1及第2光子晶體構造 的界面上，形成僅反射由共振器進行共振的特定波長之電磁波， 且使剩餘之波長部分通過的輸出反射部25B。此種反射部係依據第 1光子晶體構造PC1及第2光子晶體構造PC2白㈣期構造的不同所 形成，用以提高允許由共振器24進行共振之特定波長的電磁波從 籲輸入導波路22A傳輸至共振器24的效率、及由共振器^引起共 振之特定波長的電磁波經由輪出導波路22B輪入檢測器的效 率〇 在輸入導波路22A及輸出導波路22B，上述說明之感應體8〇 係形成於跨於第i光子晶體構造PC1及第2光子晶體構造pc2的 部分上，在與對象物質反鱗，利用使兩晶體構造界面的性能變 化’以使在輸入反射部25A與輸出反射部25B的功能變化，以大 鲁幅降低由共振11 24進行共振之特定波㈣電磁波的反射功能。因 此，當感應體80承認對象物質的存在時，從輸出導波路22b輸出 .的特定波姻電魏強度降低，㈣輯波強度的變化即可求得 對象物質的濃度。亦即，從輸入檢測器4〇之電磁波強度求得釋放 效率⑼，顧_放鱗求得濃度。效率⑻係由上述式⑶ 所表不的輸入電磁波強度S+1與輪出電磁波強度&的比。 該釋放效率(D)還由下式表示。 29 1280359 _4_ D = (式4) ___{g" J(1 + cos 幻 , ί 1 , 1~Z^~^ [ L ⑦。J la 仏/((1+。。坤)+瓦 θ{ =2βχ xdx +Δ! θ2 = 2p2xd2 +Δ2 Qinb=^〇xW/(-dW/dt)

Qinb=%XW/[-dW/dt) m0f=to〇il+^ + ^i'

v ^Qinb ^Qinr J 上式中， (式5) (式6) (式7) (式8) (式9) 士為沿輪人導波路22A之長度方向的共振部24與輸入反射部 25A的距離 士為沿輪出導波路22A之長度方向的共振部24與輸出反射部 25b的距離 石ί為輪入導波路22A之傳輸係數 石2為輪出導波路22B之傳輸係數 為由輪入反射部25A所反射的電磁波的反射相位變化 為由輪出反射部25B所反射的電磁波的反射相位變化 01為由輪入反射部25A所反射，且返回共振器24近電 磁波的相位變化量 ~為由輪出反射部25B所反射，且返回共振器24附近的電 30 1280359 磁波的相位變化量 ω〇為共振器24的共振頻率

Jinb 為在共振ϋ 24與輪人導波路⑽之間的q值， k?inr 、為在共振器24與輪出導波路22B之間的q值。 w為蓄積於共振器24之能量 _t 24朝輪入導波路22A，於單位時間内 的能量，從共細職導波請，於單㈣_損失的能量。 本實施形態之光子感應器要素2〇，係於積層於Si〇2基板上之 ^導體形成觸侧树紐嶋造，共振器24係 固形孔的缺陷、亦即㈣充填圓形孔所形成的施主缺陷，可 獲得對自由_放射損失少且高的_，且成為^/(i+c〇s θ】）< <QV，因此可將上述式⑷中的⑽項作為q而予無視。 因此’利用以 Qinb/(1+C_1)= Qinr/(1+c〇s^) u .7Γ (㈣，1，...)的關係的方式，設定各參數n . ^、 △ Λ2 θ !、0 2、Qinb ϋν ’可將未受檢測縣物質之影響 時的釋放效率D設為大致丨（亦即，大致為刪），可增大盘受檢 測對象物質之影響時的泥婦效率的差異，可進行高感應度的濃度 測定。 又’上述各實施形態巾，光子感應器要素係使时半導體之 光子晶體，但本發明不-定要限於此，例如，也可應用如G士、 InP的各種材料的光子晶體。 31 1280359 另外’從電磁波產生源供給光子感應器要素的電磁波的波 長’可依據檢測對象物質適宜設定’使用之電磁波係c帶〇53〇nm 〜1565nm)及L帶（1565nm〜1625nm)等的光通信波長帶者，作也贫 據對象物質適宜使用。更且，電磁波產生源10，例如作為產生光 通信波長帶之電磁波的光源，可使用發光二極體、半導體雷射、 鹵燈、ASE(Amplified Spontaneous Emissi〇n)光源、 SC(SUpercontinuum)光源等，在產生中近紅外線波長帶之電磁波 的情況，可使用在藉由微機技術加^基板等所形成的矩形框狀 支持基板-表關，在祕義設線狀發熱體的所謂微橋構造的 紅外線放射元件的黑體放射光源等。 上述實施形態中’揭示檢測預設之對象物質的濃度用的構 成’但本發料-定要限於此’也可_分析縣子感應器要素 輸出的電磁波強度的變化，以特定對象物質之種類及檢測對象物 質的特性。 本實施形態中，揭示為氣體感應器、濕度感應器、生物 感應器的例子’但本發明不—定要限於此，也可时為離子感應 器等檢測其他物質的感應器。 " 本申請案係以顧年3月24日提㈣請的日本專利申請 第咖4-8鳩號主張優先權者，且結合了該日本中請案所揭示( 所有内容。 【圖式簡單說明】 32 1280359 =圖為顯示本發明之祕器之第丨實施職的概要圖。 第一圖為同上的功能方塊圖。 第二圖為說明同上的濃度檢測的曲線圖。 =四圖為齡同上使㈣奸絲器要麵又—躺立體圖。 敍圖為顯示同上使㈣光子感絲要素的再—觸立體圖。 第六圖為顯示同上使㈣光子感應器要素的再—例的立體圖。 第七圖為顯示同上使用的光子感應器要素的再—例的立體圖。 ^八圖為顯示同上使用的光子感應器要素的再—例的立體圖。 第九圖為顯示本發明之感應II之第2實施職的概要圖。 第十圖為顯示本發明之感應ϋ之第3實施職的概要圖。 第十一圖為同上的功能方塊圖。 第十二圖為說明同上的濃度檢測的曲線圖。 第十三圖為顯示同上使用的光子感應器要素的立體圖。 第十四圖為顯示包含第十2圖所示感應器共振器的部分的局部放 大上面圖。 第十五圖為顯示包含第十三圖所示感應器共振器的部分的局部放 大剖面圖。 第十六圖為顯示同上使用的光子感應器要素的另一例的立體圖。 弟十七圖為顯示同上使用的光子感應器要素的又一例的立體圖。 第十八圖為顯示同上使用的光子感應器要素的再一例的立體圖。 第十九圖為顯示同上使用的光子感應器要素的再一例的立體圖。 33 1280359 第二十圖為顯示同上使用的光子感應器要素的再一例的立艘圖 第二十一圖為顯示本發明之感應器之第4實施形態的楙要圖。 第二十二圖為同上的功能方塊圖。 第二十三®軸示本發明之感絲之第5實施形態的概要圖。 第二十四圖為顯示同上使用的光子感應器要素的另一例的立體 圖。 第二十五圖為顯示同上使用的光子感應器要素的又一例的立體 鲁 圖。 第二十六圖域示本發明之錢m實施獅的概要圖。 【主要元件符號說明】 10電磁波產生源 11分配器 12入射器 φ 20光子感應器要素 21、31輸入口 22導波路 22A輸入導波路 22B輸出導波路 22B1、22B2輸出導波路 23、33輸出口 24共振器 34 1280359 24A、24B共振器 25A輸入反射部 25B輸出反射部 32基準導波路 34基準共振器 36屏蔽 ’ 40檢測器 φ 41輸出強度計 42濃度計 44控制器 46掃描控制器 ~ 51基準強度計 60顯示器 70加熱器 • 90框架 PC1第1光子晶體構造 PC2第2光子晶體構造

Claims (1)

1280359 十、申請專利範圍： u : 應器’係經由-林感應器要素分析電磁 度而㈣對象物質之特性或本質者，其特徵為：由供 ^ 電磁波產生源、光子感顧要素、及檢測輯構成；％ ^的 用二=_感應器導波路，具有光子晶體構造， 用以¥入上述電磁波；及感應器共振哭，帝 ^ 波路，定波長使導入之電磁波共:二=:應器導 器曝露於包含對象物f之大氣t，以使從上=.二共振 的電磁波的特性變化； 共振器放出 =爾從上述咖編放崎磁 2度姓，贱时魏決稍祕f㈣性 =皮 物質的特性的信號。 jI項不對象 2·如申請專利範圍第i項之感應器， :波的特性變化決定對象物質的濃度，·二= 應器 3·如申請翻細第2項之感應器，其中，上 要素係在光伽糊 上述基準導波路係從電磁波產生源導入上述電磁波； 上述基準共振咨係電 伽^ 使導入之電磁波共振; 為波路而以上述特定波長 ^述基準趙H及上縣料鱗被賴 上述檢測H係具備輪㈣勿貝外’ 虫又冲輸出頭不來自上述感應器共 36 1280359 振器的上述特定波長的電磁波強度的檢測信號； 基料度計’輪出顯潍上述基準共振職出的電磁 度的基準信號；及 …濃度計，將上述檢測信號與上述基準信號比較，求得上述 S波長的i磁波的减量，並從該衰減量算出上騎象物質的 4.如申請翻細第3項之感應器，其中，上述光子感庫哭 要素具有2維排列之光子晶體構造； 上述的感應ϋ導波路及基料波路，分別在上述的2维光子 晶體構造内延伸出而於兩端形成輸入口及輸出口，各輸入口係配 置為可接收來自上述電磁波產生源的電磁波，各輸出口分別結合 於上梢㈣度計及基準強度計，輪出從各感應器共振器及基準 共振裔放出的電磁波。 5.靖專利範圍第3項之感應器，其中，上述光子感應器 要素具有2維排列之光子晶體構造； 上述感應H導波路及縣導波路，分職上述2維光子晶體 構造内延伸出而於兩端形成輸入口及輪出口，· 上述感應器共振器及基準共振器，係分別配置於感應器導波 路及基準導波路内； 各輸入Π係配置為可接收來自電磁波產生_電磁波； 各輸出口分別結合於上述輸出強度計及基準強度計，輸出從 1280359 4應器編卿細細的電磁波。 6. 如申請專利範圍第5項之感應器 共振器係沿上述感應器導波路呈1並排配置 边感應器 7. 如申請專利範圍第3項 哭 要素具有2維排列之光子晶體構造Γ 〃’上述光子感應器 =述感應料波路及基準導波路，分別在上述的2 脰構^延伸_於其長度方向―端 、，先子曰曰 路 置為可接收來自電磁波產生源的電磁波/入口，各輪入口係配 ;上述光轉應轉素騎感絲輪料魏及鲜輪出導波 上逑感應器輪出導波路及基準 上述感應器導波路及基準導波路平行延、且、係分別與對應之 述的感應器共振器及基準共振器； ，且/刀別電磁輕合於上 上述感應器輪出導波路及基 方向一端規梅口，且該輪出口分別=路，分別於其長度 與基準強度計。 、、° °於上述輪出強度計 8·如申明專利域第3項之感應器，、 要素具有2轉敎料; 、f ’上核子感應器 上_應器導波路及基準導波路， 内延伸出而於紅㈣-職㈣，tL曰體構造 接收來自賴的電磁波; °輪人口她置為可 38 1280359 上述輸出财計絲準強度計，係 器要素的平面，分縣合_顧絲a $狀子感應 處放出的電磁波。 、振-及麵共振ϋ接收從此 ===範圍第3項之感應器，料上述光子感應器 光子晶=Τ構造及苐2光子晶體構造，此等第1及第2 相互不同’且於2維排列中橫向並排配置； ¥波路具備輸人導波路，上述導波路 過第2光子晶體構造延出； 光子曰曰體構仏跨 f1輸出導波路，由第1光子晶體内延出；及 第2輪出導波路，由第2光子晶體構造内延出； 哭俜^=糧陶成於第1光子嶋内，而基準共振 哭的特定、^ ^子晶體構造内，基準共_以與感應器共振 ™ 疋波長不同的波長使電磁波共振； :::具傷輪出強度計，輪出顯示來自上述感應器共振 ^的上迷4寸疋波長的電磁波強度的檢測信號； 度的基度Γ㈣顯示從上縣科鮮放_電磁波強 *度計’將上驗雕號綠準錢比較 10.如申請專利範圍第2項之感應器，其中，上述產生源供給 39 1280359 包含不同波長之電磁波，而上述感應器共振哭斜 的上述的特定波長可進行電磁波的共振；w情物貝決定 上迷檢測器選擇從上述感應器共振器放 波，並基於顯示所選擇的特定波長 的^長的電磁 算對象物質喊度。 朗檢剛t號，計 U·如申請專利範圍第2項之哭， 源係掃描電錢且與_-域波a，以電磁波產生 «由對象物質決定的特定波=:化’而上述感應器共振器 取屮〜、 可進仃電磁波的共振，上述檢測哭 ^錢絲舰狀㈣較波長的電魏強度= %磁波強度計算對象物質的濃度。 如申請專利範圍第10或11項之感應器，其中，由上、心 物質的-錄解元； 賊之對象 7感應器具備複數檢測單元，各佩應器共振器為了檢測 ’頰之對象物質，以互異之波長的上述電磁波進行共振。 13.如申請專利範圍㈣或u項之感應器，其中，於 振器設置感應體，該感應體與上述對象物f反應而使在感 、振器峡行共振的波長變化，並崎定波長使電磁波丑. =如㈣專利翻第10或η項之感應器，其中，上述光子 感…态要素具備2個感應器共振器； —感應器共振器形成有與上述對象物質反應而使在感應器共 40 1280359 振即内進行共振的波長變化的感應體； 上述2個感應器、共振雜相互電磁_合並供給合成電磁波， 將此輸出給上述檢測器。 、、、15·如h專.圍第1(^n項之感應器，其中，複數之上 述感應n共振ϋ細2轉列配置； /灵數t上錢職細2轉列配置，且分腦合於上述感 應益共振H，求得來自各感應料振器之上述㈣定波長 波強度； ,%1針對各錢H共振H得縣 供給跨過上述感應器共振器之排列的濃度分布。 工 瓜如申請專利範圍第i項之感應器，其中 不同波長之電磁浊，而μ U、产<展王你1〜、口 6 处感應裔共振器以由對象物質決定的特 疋波長可進行電磁波的共振； 才夂數之上韻應II絲器細2轉列配置； 複數之上述檢測器係以2維排列配置八 共振器，求得來自夂咸庫j-置且刀別結合於感應器 度; 口感應"共振器之上述的特定波長的電磁波強 複數之上述感應器共振器係分 磁波進行共振； π “不同特定波長的電 複數之上述檢測器係基於從上 長的電磁峨，卿特林同_^；^放出的特定波 物貝之存在，供給2維面内 41 1280359 之不同對象物質的分布。 Π.如申請專利範圍第2項之感應器，其中，上 器係使特定波長之電磁波共振； 4應為共振 在上職應n導波路上，在與上錢絲共振料磁輕合 處設置感應體； 口 上喊應翻賴f情物f反應而使上贼應 =共振器間的實效導波路長度變化，以使從上述感應器:振: 放出的電磁波強度變化； 上述檢測器係基於電磁波的強度變化計算對象物質的灌产。 ::細範圍第2項之感應器，其中，2個上二 =㈣餅上述絲麵轉素肢被電购合，均 波長之電磁波共振； 在上述2個感應n共振抑的能轉 感應體利用與對象物質反應而心旦立人"又置戊應體，该 化，以使從感應器共振器放出的電磁波強度變化，·長度夂 上述檢測器係基於電磁波的強度變化 〗9·如申請狀❹㈣秦度 要素具有第】光子晶體構造及第2^^^，上述光子感應器 光子晶體構造相互不同，4構造’此等第1及第2 且於2維排列中横向並 上述感應器導波路，係由輸入導 ， 此等輸入導波路與輪出導波 :輪=波路所構成， 卞订^出，同時，分別沿第1 42 1280359 光子晶體觀全链_嶋2絲晶體構造内 、上述感應n聽n係在第^光子晶體構造内， 入導波路與輪出導波路間； 構进产波路之長度方向—端，在軸上鄕2光子晶體 處形核接絲自電微產生源㈣顿的輸入口； 在上述輪出導波路之長度方向 ⑽轉耻知2晶體構

配置於上述輪 以處开V成有將在上述感應共振 的輸出口； T 皮長舰的電磁波放出 播1在上轉人導波路上，在第1光子晶體構造及第2光子晶體 =的界面’形成有將上述㈣定波長的魏歧射 的輸入反射部； 叫 面 讀出導波路上，在第丨晶體構造及第2晶體構造的界 ，形成有將上述的特定波長的電磁波反射於輸出口側的輸出反 絲4波路浦轉鱗之各個，在跨過第丨光子晶體構 弟2光子BB體構造的部分形成感紐，該感應體係利用與對 貝反應而使上4輸人反射部及輸出反射部之反射效率變化， —果以使於上述的檢測器之電磁波的強度變化； 上述檢測器係基於電磁波強度的變化，計算對象物質的濃度。 立A匕女申明專利範圍第1項之感應器，其中，設置監視表示環 i兄狀恶的純參數的控制器，該控彻係基於環境參數補償上述 43 1280359 感應器共振紅光學雜，以上述㈣定波長使電磁波 :如申請專利晴20項之感應器，其中，於上糾 應=素設置加齡，該加齡係藉由上述控制器進辆作，用 以補彳員上述的感應器共振器之光學特性。 上Ί如U利乾圍弟1項之感應器，其中，設置除取補足於 u感應斋共振器上的對象物質乃至雜f的恢復手段。 23.如申請專利範圍第22項之感應器，其中，上述的恢復手 段係設於上述光子感魅要素_加絲，糾熱將對象物質乃 至雜質從共振器放出。 、 、24.”請細_丨項之感應器，其中，具備調制從產生 源供給導波路的電魏的波長錢度之調制手段。 25. -種對象物質之檢測方法，係檢測對象物質的濃度的方 法’其包含有： 用/、備導入电磁波的感應器導波路及與此電磁箱合而使特 定波長的電磁波共振的感應糾振II的光子感應器要素； 將上述的感應器共振器曝露於包含對象物質的大氣中； 將包含上述的特定波電磁波導人上述感應ϋ導波路； 於上述的感應共振H巾檢測共振的電磁波之強度； 分析上述的強度並計算對象物質的濃度。 44