光ファイバ型表面プラズモンセンサ及びそれを用いた測定装置
【課題】光ファイバの中途部に光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、より感度を向上させることができる表面プラズモンセンサと測定装置を提供する。
【解決手段】光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材及びその外周表面における光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜を有するセンサ部ＳＰが設けられ、クランプ１４を有する固体治具１３が光透過部材を挟む位置で光透過部材を含む光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように光ファイバを固定し、さらに、光源が設けられて光ファイバの入射端に対してセンサ光を出射し、受光部が設けられて光透過部材を介して光ファイバの出射端から出射されるセンサ光を検出する構成となっている。
【解決手段】光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材及びその外周表面における光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜を有するセンサ部ＳＰが設けられ、クランプ１４を有する固体治具１３が光透過部材を挟む位置で光透過部材を含む光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように光ファイバを固定し、さらに、光源が設けられて光ファイバの入射端に対してセンサ光を出射し、受光部が設けられて光透過部材を介して光ファイバの出射端から出射されるセンサ光を検出する構成となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いて表面プラズモンを発生させ、この表面プラズモンを利用して測定対象を検出する光ファイバ型表面プラズモンセンサ、および、この光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の検出に表面プラズモン現象を利用した表面プラズモンセンサが知られている。
表面プラズモンセンサの一種として、クレッチマン型の表面プラズモンセンサが知られている。クレッチマン型表面プラズモンセンサは、ガラス製の平板に金属膜を設け、この金属膜を測定対象試料に接触させる構成になっている。そして、ガラスを介して金属膜に光を入射させると、金属膜に対する光の入射角と金属膜に接触している測定対象試料の屈折率とが所定の関係を満たすときに、表面プラズモン共鳴が発生して反射光の強度が低下する。したがって、反射光が減衰する入射角を検出することによって得られる測定対象試料の屈折率を、測定対象の測定に利用することができる。
【０００３】
ところが、上述のクレッチマン型表面プラズモンセンサは、ガラス板に光を入射させて、反射光が減衰するときの入射角を調べる必要があるため、たとえば遠隔地におけるｉｎ ｓｉｔｕ測定（その場測定）は困難であり、小型化も難しい。
【０００４】
一方で、特許文献１及び２に開示されているように、ヘテロコア型の光ファイバセンサが開発されており、上記のクレッチマン型表面プラズモンセンサの持つ問題に対応するため、光ファイバを用いた表面プラズモンセンサが開発され、例えば特許文献３及び４に開示されている。
特許文献３及び４においては、光ファイバの中途部または端部に、コア径が異なるヘテロコア部と呼ばれる部分を融着接合して設け、ヘテロコア部の表面に表面プラズモンを発生させるための金属膜を設けた構成が開示されている。
【特許文献１】国際公開９７／４８９９４号パンフレット
【特許文献２】特開２００３−２１４９０６号公報
【特許文献３】特開２００２−３５０３３５号公報
【特許文献４】特開２００６−０４７０１８号公報
【非特許文献１】笠井，「表面プラズモン共鳴（SPR）を利用したバイオセンサー」蛋白質 核酸 酵素，Vol.３７，No.１５（１９９２年）p2977-2984
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３及び４に記載のヘテロコア部をセンサとして用いた表面プラズモンセンサは、測定対象とする外界の特性を簡便に検出して測定可能であるが、さらなる感度の向上が求められていた。
【０００６】
解決しようとする問題点は、ヘテロコア部をセンサとして用いた表面プラズモンセンサより感度を向上させることが困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、光ファイバと、前記光ファイバの中途部に設けられ、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材と、前記光透過部材の外周表面に設けられ、前記外周表面における前記光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜と、前記光透過部材を含む前記光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように、前記光透過部材を挟む位置で前記光ファイバを固定する固定部材とを有する。
【０００８】
上記の本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、光ファイバの中途部に、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材が設けられ、その外周表面に、外周表面における光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜が設けられ、固定部材が光透過部材を挟む位置で光透過部材を含む光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように光ファイバを固定する構成となっている。
【０００９】
上記の本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である。
あるいは好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である。
【００１０】
上記の本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、好適には、前記曲率半径が３ｃｍ以上である。
また、好適には、前記光ファイバがマルチモード光ファイバである。
【００１１】
上記の本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、好適には、前記光ファイバの一方の端部が２本に分岐して光の入射端及び出射端が設けられ、前記光ファイバの他方の端部に前記光ファイバを伝送する光を反射して前記光ファイバに戻す反射部が設けられている。
【００１２】
また、本発明の測定装置は、光ファイバと、前記光ファイバの中途部に設けられ、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材と、前記光透過部材の外周表面に設けられ、前記外周表面における前記光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜と、前記光透過部材を含む前記光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように、前記光透過部材を挟む位置で前記光ファイバを固定する固定部材と、前記光ファイバの入射端に対してセンサ光を出射する光源と、前記光透過部材を介して前記光ファイバの出射端から出射される前記センサ光を検出する受光部とを有する。
【００１３】
上記の本発明の測定装置は、光ファイバの中途部に、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材が設けられ、その外周表面に、外周表面における光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜が設けられ、固体部材が光透過部材を挟む位置で光透過部材を含む光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように光ファイバを固定し、さらに、光源が設けられて光ファイバの入射端に対してセンサ光を出射し、受光部が設けられて光透過部材を介して光ファイバの出射端から出射されるセンサ光を検出する構成となっている。
【００１４】
上記の本発明の測定装置は、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である。
あるいは好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である。
【００１５】
上記の本発明の測定装置は、好適には、前記曲率半径が３ｃｍ以上である。
また、好適には、前記光ファイバがマルチモード光ファイバである。
【００１６】
上記の本発明の測定装置は、好適には、前記光ファイバの一方の端部が２本に分岐して前記入射端及び前記出射端が設けられ、前記光ファイバの他方の端部に前記光ファイバを伝送する光を反射して前記光ファイバに戻す反射部が設けられている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００１８】
本発明の測定装置は、これを構成する光ファイバ型センサにおいて、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサ及びそれを用いた測定装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
第１実施形態
図１は本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の模式構成図である。
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、固定部材１３ａ，１３ｂからなる固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰが設けられている。
また、例えば、光ファイバ２０ａの光入射端に、白色光源などのセンサ光を出射する光源１１が設けられ、光ファイバ２０ｂの光出射端に光出射端から出射されるセンサ光を検出するフォトダイオードやパワーメータなどの受光部を備えたスペクトラムアナライザ１２が設けられている。
固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰは測定対象液体Ｌに浸漬され、このときのセンサ光の測定によって測定対象液体Ｌの屈折率、種類や濃度などが測定される。
【００２１】
図２（ａ）は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサのセンサ部ＳＰ近傍の斜視図であり、図２（ｂ）はセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
例えば、本実施形態の測定装置に用いられる光ファイバ型表面プラズモンセンサは、コア径５０μｍのマルチモードファイバである一方の光ファイバ２０ａと他方の光ファイバ２０ｂの間に、センサ部ＳＰが設けられた構成である。
センサ部ＳＰは、例えば、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材であるヘテロコア部３と、ヘテロコア部３の外周表面に設けられ、ヘテロコア部３の外周表面における光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜５０とを有する。
【００２２】
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、コア２１と、その外周部に設けられたクラッド２２とを有し、ヘテロコア部３は、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア径と異なるコア径を有するコア３１と、その外周部に設けられたクラッド３２とを有する。
また、例えば、ヘテロコア部３におけるコア３１の径ｂｌは、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌより小さく、例えばａｌ＝５０μｍ、ｂｌ＝３μｍである。また、ヘテロコア部３の長さｃｌは、１ｍｍ〜数ｃｍである。
センサ部ＳＰを構成するヘテロコア部３と光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、例えば、長手方向に直交する界面４でコア同士が接合するようにほぼ同軸に、例えば汎用化されている放電による融着などにより、接合されている。
【００２３】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）およびヘテロコア部３としては、例えば、シングルモード光ファイバおよびマルチモード光ファイバのいずれをも使用可能であり、これらを組み合わせて使用してもよい。
【００２４】
本実施形態に係るセンサ部ＳＰのヘテロコア部３は、表面側を被覆するように金属膜５０が形成されている。
金属膜５０としては、例えば、ヘテロコア部３の外側表面に蒸着によりクロム（Ｃｒ）膜を形成し、このクロム膜上に蒸着により金（Ａｕ）の膜を形成した、クロム膜と金膜の積層膜として金属膜５０を形成する。クロム膜の膜厚は例えば数ｎｍ程度であり、金膜の膜厚は例えば数１０ｎｍ程度である。
【００２５】
詳細には後述するように、ヘテロコア部３の内部における光がヘテロコア部３と金属膜５０との境界において反射することにより、表面プラズモンが発生する。
例えば、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等の他の金属を用いて金属膜５０を形成してもよい。
【００２６】
図３（ａ）及び（ｂ）は、固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰ近傍の光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の構成を示す模式図である。
図３（ａ）に示すように、例えば、固定治具１３を構成する固定部材（１３ａ，１３ｂ）は、光ファイバを固定するクランプ１４が設けられている。
例えば、図３（ｂ）に示すように、固定部材（１３ａ、１３ｂ）の相対的位置が可変となっていて、クランプ１４間の距離が変更できるように構成されている。
ここで、光透過部材（ヘテロコア部３）を含むセンサ部ＳＰを挟む位置で、光透過部材（ヘテロコア部３）を含む光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）が所定の曲率半径Ｒの形状を形成するように、固定治具１３を構成するクランプ１４が光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）を固定する構成となっている。
【００２７】
上記の曲率半径は、好ましくは３ｃｍ以上である。３ｃｍ以下とすると光ファイバの物理的強度のために破損するおそれがある。上限は特になく、３ｃｍ以上の範囲で好ましく設定できる。
【００２８】
図４（ａ）及び（ｂ）は、光透過部材（ヘテロコア部）を有するセンサ部ＳＰを含む光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の部分が所定の曲率半径Ｒの形状を形成するように、クランプ１４が光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）を保持する構成を説明する模式図である。
【００２９】
例えば、図４（ａ）に示すように、一方のクランプ１４によって光ファイバ２０ａを保持するとき、光ファイバに応力を全く印加しないときに光ファイバが延伸する方向から１５°程度角度をつけた方向に、他方のクランプ１４で光ファイバ２０ｂを保持する。
これにより、例えば数１０ｃｍ程度の曲率半径の形状まで対応できる。
【００３０】
また、上記のように角度をつけてクランプで光ファイバを保持し、さらにクランプ１４間の距離ｄ０をΔｄ分狭めることで、さらに曲率半径を小さくすることができる。ｄ０とΔｄの大きさにもよるが、上記のようにクランプ１４間の距離を狭めることで、例えば３ｃｍ程度の曲率半径の形状まで対応できる。
【００３１】
上記の光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部にヘテロコア型のセンサ部ＳＰが接合されてなる構成において、ヘテロコア部３におけるコア３１の径ｂｌと光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌとが界面４で異なっており、このコア径の差に起因して、図２（ａ）に示すように、光の一部のヘテロコア部３のクラッド３２へのリークＷが発生する。
【００３２】
ここで、光ファイバ２０ａのコア２１内においては、センサ光は光ファイバの通常の性質から複数のモードが形成された光として伝わる。光ファイバ２０ａによって伝送される光のモードは、コア２１とクラッド２２との境界における光の反射角として模式的にとらえることも可能である。光のモードを反射角ととらえた場合には、光ファイバ２０ａにおける光の反射角は、非常に多くの離散的な角度であると考えることができる。
【００３３】
多様なモードである光は、上記のようなリークＷによって界面４を通過してヘテロコア部３のクラッド３２に入射するときに、モードの規定が解除されてモードが崩される。
言い換えれば、ヘテロコア部３内においては、クラッド３２と金属膜５０との境界において光が様々な反射角度で伝わるようになる。これは、光がヘテロコア部３へ入射するときに、モード形態を決定付ける様々な条件（コア径・屈折率・屈折率分布）が変化することと、モード形成の一つの要因であるファイバ長がヘテロコア部３の長さでは不十分であること、に起因すると考えられる。
従って、あるモードに規定されていた光がヘテロコア部３に入射すると、そのモードの規定が解除されてモードが崩され、様々な反射角度で反射する、モードが崩された光となってクラッド３２内にリークする。
【００３４】
このとき、リークした光はヘテロコア部３のクラッド３２と金属膜５０との境界において反射する。このとき、エバネッセント相互作用と呼ばれる現象により、クラッド３２内の光と金属膜５０との間において相互作用が発生し、光損失としてスペクトル上に変化が現れ、反射率が変化し、大部分の場合には、光の反射率が低下して反射光の強度が減少する。
【００３５】
上記の反射率の変化は、金属膜５０が存在することによって、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：SPR）と呼ばれる現象により光のエネルギーが表面プラズモン共鳴波ＳＰＷを作り出すために奪われ、失われるので、反射率の変化をより大きくすることができ、光の強度変化の測定を容易化することができる。表面プラズモン共鳴現象については、例えば、非特許文献１等の文献を参照されたい。
【００３６】
クラッド３２内の光の反射率は、金属膜５０に接している物質の屈折率、光吸収率に応じて変化する。従って、ヘテロコア部３において反射した光の強度を測定することによって、センサ部ＳＰの外界に存在する物質の屈折率、光吸収率等の特性を知ることができ、これによってセンサ部ＳＰが浸漬されている測定対象液体Ｌの種類や濃度を測定することができる。
【００３７】
上記のセンサ部ＳＰにおいて、コア２１とコア３１の径の組み合わせによっては、リークＷが大きくなり、伝送するセンサ光のロスも大きくなり、一方、リークＷが小さくなれば、ロスも小さくなる。
ヘテロコア型のセンサ部において、リークＷの大きさ、即ちセンサ光のロス量は、センサ部近傍の光ファイバの屈曲の変化により鋭敏に変化する。
従って、本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサと、それを用いた測定装置では、センサ部を挟む位置で光ファイバが所定の曲率半径Ｒの形状を形成するように構成され、リーク量を増やす方向に調整して表面プラズモン現象による測定感度が高められる。
【００３８】
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサと、それを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００３９】
（実施例）
コア径ａｌが約５０μｍのマルチモード光ファイバ（大崎電気社製）を用いた光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）に、コア径ｂｌが約３μｍのシングルモード光ファイバ（Newport社製，F-SA）を用いたヘテロコア部３を接合し、金属膜としてクロム／金膜を成膜した。
【００４０】
図５は、上記の光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置において、センサを純水（屈折率１．３３３）に浸漬したときのセンサ光のロス（ｄＢ）を、空気に対する差分として測定し、分光したスペクトルである。このとき、センサ部近傍の光ファイバの曲率半径を徐々に変化させて測定した。
具体的には、図４（ａ）に示す構成において、クランプ間距離ｄ０を初期値の９０ｍｍから７０ｍｍまで、１ｍｍずつ狭めていったときのスペクトルを重ねて示した図である。
【００４１】
クランプ間距離を狭めるに従って、即ち、センサ部近傍の光ファイバの曲率半径が小さくなるほど、ロスのスペクトルのピークが高くなり、感度が高くなってきていることがわかった。
また、センサ部近傍の光ファイバの曲率半径が小さくなるほど、スペクトルのピークが長波長側にシフトしていることがわかった。これによって、曲率半径の変化とロススペクトルを組み合わせることで、詳細な解析を行うことが可能である。
また、センサ光として単一の波長の光を用いた場合でも、曲率半径の変化を組み合わせることで、詳細な解析を行うことが可能である。
【００４２】
第２実施形態
センサ部ＳＰとしては、第１実施形態に記載の構成以外の構成を採用することも可能である。
図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサのセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
図６（ａ）では、センサ部ＳＰを構成する光透過部材であるヘテロコア部３のコア３１の径ｂｌが、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌよりも大きな構成となっている。上記のヘテロコア部３の外周表面に、金属膜５０が形成されている。
図６（ｂ）では、センサ部ＳＰとして、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の屈折率あるいはクラッド２２の屈折率と同等の屈折率を持つ材料からなる、ヘテロコア部ではない光透過部材３０が光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に接合されてなる構成となっている。上記の光透過部材３０の外周表面に、金属膜５０が形成されている。
【００４３】
上記以外の構成は、実質的に第１実施形態と同様である。
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサと、それを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００４４】
第３実施形態
図７は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、固定部材１３ａ，１３ｂからなる固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰが設けられている。
光ファイバ２０ａには、光カプラ１６において光ファイバ２０ｃを分岐する構成であり、光ファイバ２０ｂの端部には銀を蒸着して形成された反射部（鏡）１５が設けられ、光ファイバ２０ａ端部が光入射端、光ファイバ２０ｃ端部が光出射端となる。
光ファイバ２０ａの光入射端に光源１１が設けられ、光ファイバ２０ｃの光出射端にスペクトラムアナライザ１２が設けられている。
【００４５】
上記以外の構成は、実質的に第１実施形態と同様である。
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００４６】
特に、反射部で反射した光は、再びセンサ部ＳＰを通過するため、一方向に通過させただけの光と比較してより多くの相互干渉の情報を含んだ光が測定されることとなる。
【００４７】
第４実施形態
図８は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、固定部材１３ａ，１３ｂからなる固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰが設けられている。
光ファイバ２０ａの光入射端に、レーザダイオードまたは発光ダイオードなどのセンサ光を出射する光源１１ａが設けられ、光ファイバ２０ｂの光出射端に光出射端から出射されるセンサ光を検出する光マルチメータ１２ａが設けられている。
レーザダイオードまたは発光ダイオードは単一波長の光を発光するので、受光部には分光しないで光強度をモニタできる光マルチメータを用いることができる。
【００４８】
上記以外の構成は、実質的に第１実施形態と同様である。
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００４９】
第５実施形態
図９は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、固定部材１３ａ，１３ｂからなる固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰが設けられている。
光ファイバ２０ａには、光カプラ１６において光ファイバ２０ｃを分岐する構成であり、光ファイバ２０ｂの端部には銀を蒸着して形成された反射部（鏡）１５が設けられ、光ファイバ２０ａ端部が光入射端、光ファイバ２０ｃ端部が光出射端となる。
光ファイバ２０ａの光入射端に、レーザダイオードまたは発光ダイオードなどのセンサ光を出射する光源１１ａが設けられ、光ファイバ２０ｃの光出射端に光出射端から出射されるセンサ光を検出する光マルチメータ１２ａが設けられている。
レーザダイオードまたは発光ダイオードは単一波長の光を発光するので、受光部には分光しないで光強度をモニタできる光マルチメータを用いることができる。
【００５０】
上記以外の構成は、実質的に第１実施形態と同様である。
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００５１】
特に、反射部で反射した光は、再びセンサ部ＳＰを通過するため、一方向に通過させただけの光と比較してより多くの相互干渉の情報を含んだ光が測定されることとなる。
【００５２】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、用いる光源や受光部などは、上述のものに限らず、種々のものを使用できる。
光ファイバはマルチモードファイバでもシングルモードファイバでも使用できる。クランプなどの固定部材も、光ファイバに好ましい曲率の形状を付与できるように適宜使用できる。
また、測定の対象としては液体に限らず、例えば、金属膜の外周などに、外部の検出対象物と選択的に反応して当該反応に応じた変化をセンサ部にもたらす検出薬を固定化した層を設けることなどにより、気体やタンパク質などの測定にも適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、測定対象液体などの屈折率などを測定する装置のヘッドとして適用できる。
本発明の測定装置は、測定対象液体などの屈折率などを測定する装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は本発明の第１実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の模式構成図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサのセンサ部近傍の斜視図であり、図２（ｂ）はセンサ部近傍の長手方向の断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサの固定治具に保持されたセンサ部近傍の光ファイバの構成を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施形態のセンサ部を含む光ファイバの部分が所定の曲率半径の形状を形成するように、クランプが光ファイバを保持する構成を説明する模式図である。
【図５】図５は、実施例において光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置でセンサを純水に浸漬したときのセンサ光のロス（ｄＢ）を、空気に対する差分として測定し、分光したスペクトルである。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサのセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
【図７】図７は本発明の第３実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
【図８】図８は本発明の第３実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
【図９】図９は本発明の第３実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
３…ヘテロコア部
４…界面
１０…光ファイバ
１１，１１ａ…光源
１２…受光部
１２ａ…光マルチメータ
１３…固定治具
１３ａ，１３ｂ…固定部材
１４…クランプ
１５…反射部
１６…光カプラ
２０ａ，２０ｂ…光ファイバ
２１，３１…コア
２２，３２…クラッド
３０…光透過部材
５０…金属膜
ＳＰ…センサ部
Ｗ…リーク
Ｌ…測定対象液体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いて表面プラズモンを発生させ、この表面プラズモンを利用して測定対象を検出する光ファイバ型表面プラズモンセンサ、および、この光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の検出に表面プラズモン現象を利用した表面プラズモンセンサが知られている。
表面プラズモンセンサの一種として、クレッチマン型の表面プラズモンセンサが知られている。クレッチマン型表面プラズモンセンサは、ガラス製の平板に金属膜を設け、この金属膜を測定対象試料に接触させる構成になっている。そして、ガラスを介して金属膜に光を入射させると、金属膜に対する光の入射角と金属膜に接触している測定対象試料の屈折率とが所定の関係を満たすときに、表面プラズモン共鳴が発生して反射光の強度が低下する。したがって、反射光が減衰する入射角を検出することによって得られる測定対象試料の屈折率を、測定対象の測定に利用することができる。
【０００３】
ところが、上述のクレッチマン型表面プラズモンセンサは、ガラス板に光を入射させて、反射光が減衰するときの入射角を調べる必要があるため、たとえば遠隔地におけるｉｎ ｓｉｔｕ測定（その場測定）は困難であり、小型化も難しい。
【０００４】
一方で、特許文献１及び２に開示されているように、ヘテロコア型の光ファイバセンサが開発されており、上記のクレッチマン型表面プラズモンセンサの持つ問題に対応するため、光ファイバを用いた表面プラズモンセンサが開発され、例えば特許文献３及び４に開示されている。
特許文献３及び４においては、光ファイバの中途部または端部に、コア径が異なるヘテロコア部と呼ばれる部分を融着接合して設け、ヘテロコア部の表面に表面プラズモンを発生させるための金属膜を設けた構成が開示されている。
【特許文献１】国際公開９７／４８９９４号パンフレット
【特許文献２】特開２００３−２１４９０６号公報
【特許文献３】特開２００２−３５０３３５号公報
【特許文献４】特開２００６−０４７０１８号公報
【非特許文献１】笠井，「表面プラズモン共鳴（SPR）を利用したバイオセンサー」蛋白質 核酸 酵素，Vol.３７，No.１５（１９９２年）p2977-2984
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３及び４に記載のヘテロコア部をセンサとして用いた表面プラズモンセンサは、測定対象とする外界の特性を簡便に検出して測定可能であるが、さらなる感度の向上が求められていた。
【０００６】
解決しようとする問題点は、ヘテロコア部をセンサとして用いた表面プラズモンセンサより感度を向上させることが困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、光ファイバと、前記光ファイバの中途部に設けられ、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材と、前記光透過部材の外周表面に設けられ、前記外周表面における前記光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜と、前記光透過部材を含む前記光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように、前記光透過部材を挟む位置で前記光ファイバを固定する固定部材とを有する。
【０００８】
上記の本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、光ファイバの中途部に、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材が設けられ、その外周表面に、外周表面における光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜が設けられ、固定部材が光透過部材を挟む位置で光透過部材を含む光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように光ファイバを固定する構成となっている。
【０００９】
上記の本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である。
あるいは好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である。
【００１０】
上記の本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、好適には、前記曲率半径が３ｃｍ以上である。
また、好適には、前記光ファイバがマルチモード光ファイバである。
【００１１】
上記の本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、好適には、前記光ファイバの一方の端部が２本に分岐して光の入射端及び出射端が設けられ、前記光ファイバの他方の端部に前記光ファイバを伝送する光を反射して前記光ファイバに戻す反射部が設けられている。
【００１２】
また、本発明の測定装置は、光ファイバと、前記光ファイバの中途部に設けられ、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材と、前記光透過部材の外周表面に設けられ、前記外周表面における前記光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜と、前記光透過部材を含む前記光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように、前記光透過部材を挟む位置で前記光ファイバを固定する固定部材と、前記光ファイバの入射端に対してセンサ光を出射する光源と、前記光透過部材を介して前記光ファイバの出射端から出射される前記センサ光を検出する受光部とを有する。
【００１３】
上記の本発明の測定装置は、光ファイバの中途部に、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材が設けられ、その外周表面に、外周表面における光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜が設けられ、固体部材が光透過部材を挟む位置で光透過部材を含む光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように光ファイバを固定し、さらに、光源が設けられて光ファイバの入射端に対してセンサ光を出射し、受光部が設けられて光透過部材を介して光ファイバの出射端から出射されるセンサ光を検出する構成となっている。
【００１４】
上記の本発明の測定装置は、好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である。
あるいは好適には、前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である。
【００１５】
上記の本発明の測定装置は、好適には、前記曲率半径が３ｃｍ以上である。
また、好適には、前記光ファイバがマルチモード光ファイバである。
【００１６】
上記の本発明の測定装置は、好適には、前記光ファイバの一方の端部が２本に分岐して前記入射端及び前記出射端が設けられ、前記光ファイバの他方の端部に前記光ファイバを伝送する光を反射して前記光ファイバに戻す反射部が設けられている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００１８】
本発明の測定装置は、これを構成する光ファイバ型センサにおいて、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサ及びそれを用いた測定装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
第１実施形態
図１は本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の模式構成図である。
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、固定部材１３ａ，１３ｂからなる固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰが設けられている。
また、例えば、光ファイバ２０ａの光入射端に、白色光源などのセンサ光を出射する光源１１が設けられ、光ファイバ２０ｂの光出射端に光出射端から出射されるセンサ光を検出するフォトダイオードやパワーメータなどの受光部を備えたスペクトラムアナライザ１２が設けられている。
固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰは測定対象液体Ｌに浸漬され、このときのセンサ光の測定によって測定対象液体Ｌの屈折率、種類や濃度などが測定される。
【００２１】
図２（ａ）は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサのセンサ部ＳＰ近傍の斜視図であり、図２（ｂ）はセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
例えば、本実施形態の測定装置に用いられる光ファイバ型表面プラズモンセンサは、コア径５０μｍのマルチモードファイバである一方の光ファイバ２０ａと他方の光ファイバ２０ｂの間に、センサ部ＳＰが設けられた構成である。
センサ部ＳＰは、例えば、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材であるヘテロコア部３と、ヘテロコア部３の外周表面に設けられ、ヘテロコア部３の外周表面における光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜５０とを有する。
【００２２】
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、コア２１と、その外周部に設けられたクラッド２２とを有し、ヘテロコア部３は、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア径と異なるコア径を有するコア３１と、その外周部に設けられたクラッド３２とを有する。
また、例えば、ヘテロコア部３におけるコア３１の径ｂｌは、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌより小さく、例えばａｌ＝５０μｍ、ｂｌ＝３μｍである。また、ヘテロコア部３の長さｃｌは、１ｍｍ〜数ｃｍである。
センサ部ＳＰを構成するヘテロコア部３と光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）は、例えば、長手方向に直交する界面４でコア同士が接合するようにほぼ同軸に、例えば汎用化されている放電による融着などにより、接合されている。
【００２３】
光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）およびヘテロコア部３としては、例えば、シングルモード光ファイバおよびマルチモード光ファイバのいずれをも使用可能であり、これらを組み合わせて使用してもよい。
【００２４】
本実施形態に係るセンサ部ＳＰのヘテロコア部３は、表面側を被覆するように金属膜５０が形成されている。
金属膜５０としては、例えば、ヘテロコア部３の外側表面に蒸着によりクロム（Ｃｒ）膜を形成し、このクロム膜上に蒸着により金（Ａｕ）の膜を形成した、クロム膜と金膜の積層膜として金属膜５０を形成する。クロム膜の膜厚は例えば数ｎｍ程度であり、金膜の膜厚は例えば数１０ｎｍ程度である。
【００２５】
詳細には後述するように、ヘテロコア部３の内部における光がヘテロコア部３と金属膜５０との境界において反射することにより、表面プラズモンが発生する。
例えば、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等の他の金属を用いて金属膜５０を形成してもよい。
【００２６】
図３（ａ）及び（ｂ）は、固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰ近傍の光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の構成を示す模式図である。
図３（ａ）に示すように、例えば、固定治具１３を構成する固定部材（１３ａ，１３ｂ）は、光ファイバを固定するクランプ１４が設けられている。
例えば、図３（ｂ）に示すように、固定部材（１３ａ、１３ｂ）の相対的位置が可変となっていて、クランプ１４間の距離が変更できるように構成されている。
ここで、光透過部材（ヘテロコア部３）を含むセンサ部ＳＰを挟む位置で、光透過部材（ヘテロコア部３）を含む光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）が所定の曲率半径Ｒの形状を形成するように、固定治具１３を構成するクランプ１４が光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）を固定する構成となっている。
【００２７】
上記の曲率半径は、好ましくは３ｃｍ以上である。３ｃｍ以下とすると光ファイバの物理的強度のために破損するおそれがある。上限は特になく、３ｃｍ以上の範囲で好ましく設定できる。
【００２８】
図４（ａ）及び（ｂ）は、光透過部材（ヘテロコア部）を有するセンサ部ＳＰを含む光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の部分が所定の曲率半径Ｒの形状を形成するように、クランプ１４が光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）を保持する構成を説明する模式図である。
【００２９】
例えば、図４（ａ）に示すように、一方のクランプ１４によって光ファイバ２０ａを保持するとき、光ファイバに応力を全く印加しないときに光ファイバが延伸する方向から１５°程度角度をつけた方向に、他方のクランプ１４で光ファイバ２０ｂを保持する。
これにより、例えば数１０ｃｍ程度の曲率半径の形状まで対応できる。
【００３０】
また、上記のように角度をつけてクランプで光ファイバを保持し、さらにクランプ１４間の距離ｄ０をΔｄ分狭めることで、さらに曲率半径を小さくすることができる。ｄ０とΔｄの大きさにもよるが、上記のようにクランプ１４間の距離を狭めることで、例えば３ｃｍ程度の曲率半径の形状まで対応できる。
【００３１】
上記の光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部にヘテロコア型のセンサ部ＳＰが接合されてなる構成において、ヘテロコア部３におけるコア３１の径ｂｌと光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌとが界面４で異なっており、このコア径の差に起因して、図２（ａ）に示すように、光の一部のヘテロコア部３のクラッド３２へのリークＷが発生する。
【００３２】
ここで、光ファイバ２０ａのコア２１内においては、センサ光は光ファイバの通常の性質から複数のモードが形成された光として伝わる。光ファイバ２０ａによって伝送される光のモードは、コア２１とクラッド２２との境界における光の反射角として模式的にとらえることも可能である。光のモードを反射角ととらえた場合には、光ファイバ２０ａにおける光の反射角は、非常に多くの離散的な角度であると考えることができる。
【００３３】
多様なモードである光は、上記のようなリークＷによって界面４を通過してヘテロコア部３のクラッド３２に入射するときに、モードの規定が解除されてモードが崩される。
言い換えれば、ヘテロコア部３内においては、クラッド３２と金属膜５０との境界において光が様々な反射角度で伝わるようになる。これは、光がヘテロコア部３へ入射するときに、モード形態を決定付ける様々な条件（コア径・屈折率・屈折率分布）が変化することと、モード形成の一つの要因であるファイバ長がヘテロコア部３の長さでは不十分であること、に起因すると考えられる。
従って、あるモードに規定されていた光がヘテロコア部３に入射すると、そのモードの規定が解除されてモードが崩され、様々な反射角度で反射する、モードが崩された光となってクラッド３２内にリークする。
【００３４】
このとき、リークした光はヘテロコア部３のクラッド３２と金属膜５０との境界において反射する。このとき、エバネッセント相互作用と呼ばれる現象により、クラッド３２内の光と金属膜５０との間において相互作用が発生し、光損失としてスペクトル上に変化が現れ、反射率が変化し、大部分の場合には、光の反射率が低下して反射光の強度が減少する。
【００３５】
上記の反射率の変化は、金属膜５０が存在することによって、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：SPR）と呼ばれる現象により光のエネルギーが表面プラズモン共鳴波ＳＰＷを作り出すために奪われ、失われるので、反射率の変化をより大きくすることができ、光の強度変化の測定を容易化することができる。表面プラズモン共鳴現象については、例えば、非特許文献１等の文献を参照されたい。
【００３６】
クラッド３２内の光の反射率は、金属膜５０に接している物質の屈折率、光吸収率に応じて変化する。従って、ヘテロコア部３において反射した光の強度を測定することによって、センサ部ＳＰの外界に存在する物質の屈折率、光吸収率等の特性を知ることができ、これによってセンサ部ＳＰが浸漬されている測定対象液体Ｌの種類や濃度を測定することができる。
【００３７】
上記のセンサ部ＳＰにおいて、コア２１とコア３１の径の組み合わせによっては、リークＷが大きくなり、伝送するセンサ光のロスも大きくなり、一方、リークＷが小さくなれば、ロスも小さくなる。
ヘテロコア型のセンサ部において、リークＷの大きさ、即ちセンサ光のロス量は、センサ部近傍の光ファイバの屈曲の変化により鋭敏に変化する。
従って、本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサと、それを用いた測定装置では、センサ部を挟む位置で光ファイバが所定の曲率半径Ｒの形状を形成するように構成され、リーク量を増やす方向に調整して表面プラズモン現象による測定感度が高められる。
【００３８】
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサと、それを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００３９】
（実施例）
コア径ａｌが約５０μｍのマルチモード光ファイバ（大崎電気社製）を用いた光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）に、コア径ｂｌが約３μｍのシングルモード光ファイバ（Newport社製，F-SA）を用いたヘテロコア部３を接合し、金属膜としてクロム／金膜を成膜した。
【００４０】
図５は、上記の光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置において、センサを純水（屈折率１．３３３）に浸漬したときのセンサ光のロス（ｄＢ）を、空気に対する差分として測定し、分光したスペクトルである。このとき、センサ部近傍の光ファイバの曲率半径を徐々に変化させて測定した。
具体的には、図４（ａ）に示す構成において、クランプ間距離ｄ０を初期値の９０ｍｍから７０ｍｍまで、１ｍｍずつ狭めていったときのスペクトルを重ねて示した図である。
【００４１】
クランプ間距離を狭めるに従って、即ち、センサ部近傍の光ファイバの曲率半径が小さくなるほど、ロスのスペクトルのピークが高くなり、感度が高くなってきていることがわかった。
また、センサ部近傍の光ファイバの曲率半径が小さくなるほど、スペクトルのピークが長波長側にシフトしていることがわかった。これによって、曲率半径の変化とロススペクトルを組み合わせることで、詳細な解析を行うことが可能である。
また、センサ光として単一の波長の光を用いた場合でも、曲率半径の変化を組み合わせることで、詳細な解析を行うことが可能である。
【００４２】
第２実施形態
センサ部ＳＰとしては、第１実施形態に記載の構成以外の構成を採用することも可能である。
図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサのセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
図６（ａ）では、センサ部ＳＰを構成する光透過部材であるヘテロコア部３のコア３１の径ｂｌが、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の径ａｌよりも大きな構成となっている。上記のヘテロコア部３の外周表面に、金属膜５０が形成されている。
図６（ｂ）では、センサ部ＳＰとして、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）のコア２１の屈折率あるいはクラッド２２の屈折率と同等の屈折率を持つ材料からなる、ヘテロコア部ではない光透過部材３０が光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に接合されてなる構成となっている。上記の光透過部材３０の外周表面に、金属膜５０が形成されている。
【００４３】
上記以外の構成は、実質的に第１実施形態と同様である。
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサと、それを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００４４】
第３実施形態
図７は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、固定部材１３ａ，１３ｂからなる固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰが設けられている。
光ファイバ２０ａには、光カプラ１６において光ファイバ２０ｃを分岐する構成であり、光ファイバ２０ｂの端部には銀を蒸着して形成された反射部（鏡）１５が設けられ、光ファイバ２０ａ端部が光入射端、光ファイバ２０ｃ端部が光出射端となる。
光ファイバ２０ａの光入射端に光源１１が設けられ、光ファイバ２０ｃの光出射端にスペクトラムアナライザ１２が設けられている。
【００４５】
上記以外の構成は、実質的に第１実施形態と同様である。
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００４６】
特に、反射部で反射した光は、再びセンサ部ＳＰを通過するため、一方向に通過させただけの光と比較してより多くの相互干渉の情報を含んだ光が測定されることとなる。
【００４７】
第４実施形態
図８は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、固定部材１３ａ，１３ｂからなる固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰが設けられている。
光ファイバ２０ａの光入射端に、レーザダイオードまたは発光ダイオードなどのセンサ光を出射する光源１１ａが設けられ、光ファイバ２０ｂの光出射端に光出射端から出射されるセンサ光を検出する光マルチメータ１２ａが設けられている。
レーザダイオードまたは発光ダイオードは単一波長の光を発光するので、受光部には分光しないで光強度をモニタできる光マルチメータを用いることができる。
【００４８】
上記以外の構成は、実質的に第１実施形態と同様である。
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００４９】
第５実施形態
図９は、本実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
例えば、光ファイバ（２０ａ，２０ｂ）の中途部に、固定部材１３ａ，１３ｂからなる固定治具１３に保持されたセンサ部ＳＰが設けられている。
光ファイバ２０ａには、光カプラ１６において光ファイバ２０ｃを分岐する構成であり、光ファイバ２０ｂの端部には銀を蒸着して形成された反射部（鏡）１５が設けられ、光ファイバ２０ａ端部が光入射端、光ファイバ２０ｃ端部が光出射端となる。
光ファイバ２０ａの光入射端に、レーザダイオードまたは発光ダイオードなどのセンサ光を出射する光源１１ａが設けられ、光ファイバ２０ｃの光出射端に光出射端から出射されるセンサ光を検出する光マルチメータ１２ａが設けられている。
レーザダイオードまたは発光ダイオードは単一波長の光を発光するので、受光部には分光しないで光強度をモニタできる光マルチメータを用いることができる。
【００５０】
上記以外の構成は、実質的に第１実施形態と同様である。
本実施形態の光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置では、光ファイバの中途部にヘテロコア部などの光透過部材が設けられた表面プラズモンセンサにおいて、光透過部材を含む光ファイバに所定の曲率半径が与えられて固定されており、より感度を向上させることができる。
【００５１】
特に、反射部で反射した光は、再びセンサ部ＳＰを通過するため、一方向に通過させただけの光と比較してより多くの相互干渉の情報を含んだ光が測定されることとなる。
【００５２】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、用いる光源や受光部などは、上述のものに限らず、種々のものを使用できる。
光ファイバはマルチモードファイバでもシングルモードファイバでも使用できる。クランプなどの固定部材も、光ファイバに好ましい曲率の形状を付与できるように適宜使用できる。
また、測定の対象としては液体に限らず、例えば、金属膜の外周などに、外部の検出対象物と選択的に反応して当該反応に応じた変化をセンサ部にもたらす検出薬を固定化した層を設けることなどにより、気体やタンパク質などの測定にも適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の光ファイバ型表面プラズモンセンサは、測定対象液体などの屈折率などを測定する装置のヘッドとして適用できる。
本発明の測定装置は、測定対象液体などの屈折率などを測定する装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は本発明の第１実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の模式構成図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサのセンサ部近傍の斜視図であり、図２（ｂ）はセンサ部近傍の長手方向の断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサの固定治具に保持されたセンサ部近傍の光ファイバの構成を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施形態のセンサ部を含む光ファイバの部分が所定の曲率半径の形状を形成するように、クランプが光ファイバを保持する構成を説明する模式図である。
【図５】図５は、実施例において光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置でセンサを純水に浸漬したときのセンサ光のロス（ｄＢ）を、空気に対する差分として測定し、分光したスペクトルである。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサのセンサ部ＳＰ近傍の長手方向の断面図である。
【図７】図７は本発明の第３実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
【図８】図８は本発明の第３実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
【図９】図９は本発明の第３実施形態に係る光ファイバ型表面プラズモンセンサを用いた測定装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
３…ヘテロコア部
４…界面
１０…光ファイバ
１１，１１ａ…光源
１２…受光部
１２ａ…光マルチメータ
１３…固定治具
１３ａ，１３ｂ…固定部材
１４…クランプ
１５…反射部
１６…光カプラ
２０ａ，２０ｂ…光ファイバ
２１，３１…コア
２２，３２…クラッド
３０…光透過部材
５０…金属膜
ＳＰ…センサ部
Ｗ…リーク
Ｌ…測定対象液体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
前記光ファイバの中途部に設けられ、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材と、
前記光透過部材の外周表面に設けられ、前記外周表面における前記光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜と、
前記光透過部材を含む前記光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように、前記光透過部材を挟む位置で前記光ファイバを固定する固定部材と
を有する光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項２】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項３】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項４】
前記曲率半径が３ｃｍ以上である
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項５】
前記光ファイバがマルチモード光ファイバである
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項６】
前記光ファイバの一方の端部が２本に分岐して光の入射端及び出射端が設けられ、
前記光ファイバの他方の端部に前記光ファイバを伝送する光を反射して前記光ファイバに戻す反射部が設けられている
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項７】
光ファイバと、
前記光ファイバの中途部に設けられ、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材と、
前記光透過部材の外周表面に設けられ、前記外周表面における前記光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜と、
前記光透過部材を含む前記光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように、前記光透過部材を挟む位置で前記光ファイバを固定する固定部材と、
前記光ファイバの入射端に対してセンサ光を出射する光源と、
前記光透過部材を介して前記光ファイバの出射端から出射される前記センサ光を検出する受光部と
を有する測定装置。
【請求項８】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である
請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である
請求項７に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記曲率半径が３ｃｍ以上である
請求項７に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記光ファイバがマルチモード光ファイバである
請求項７に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記光ファイバの一方の端部が２本に分岐して前記入射端及び前記出射端が設けられ、
前記光ファイバの他方の端部に前記光ファイバを伝送する光を反射して前記光ファイバに戻す反射部が設けられている
請求項７に記載の測定装置。
【請求項１】
光ファイバと、
前記光ファイバの中途部に設けられ、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材と、
前記光透過部材の外周表面に設けられ、前記外周表面における前記光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜と、
前記光透過部材を含む前記光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように、前記光透過部材を挟む位置で前記光ファイバを固定する固定部材と
を有する光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項２】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項３】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項４】
前記曲率半径が３ｃｍ以上である
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項５】
前記光ファイバがマルチモード光ファイバである
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項６】
前記光ファイバの一方の端部が２本に分岐して光の入射端及び出射端が設けられ、
前記光ファイバの他方の端部に前記光ファイバを伝送する光を反射して前記光ファイバに戻す反射部が設けられている
請求項１に記載の光ファイバ型表面プラズモンセンサ。
【請求項７】
光ファイバと、
前記光ファイバの中途部に設けられ、伝送する光の一部の外界との相互作用させる光透過部材と、
前記光透過部材の外周表面に設けられ、前記外周表面における前記光透過部材中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜と、
前記光透過部材を含む前記光ファイバが所定の曲率半径の形状を形成するように、前記光透過部材を挟む位置で前記光ファイバを固定する固定部材と、
前記光ファイバの入射端に対してセンサ光を出射する光源と、
前記光透過部材を介して前記光ファイバの出射端から出射される前記センサ光を検出する受光部と
を有する測定装置。
【請求項８】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコア径と異なるコア径を有するヘテロコア部である
請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
前記光透過部材は、前記光ファイバのコアの屈折率あるいはクラッドの屈折率と同等の屈折率を持つ光透過部材である
請求項７に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記曲率半径が３ｃｍ以上である
請求項７に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記光ファイバがマルチモード光ファイバである
請求項７に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記光ファイバの一方の端部が２本に分岐して前記入射端及び前記出射端が設けられ、
前記光ファイバの他方の端部に前記光ファイバを伝送する光を反射して前記光ファイバに戻す反射部が設けられている
請求項７に記載の測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２３２９４７（Ｐ２００８−２３２９４７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７５４１７（Ｐ２００７−７５４１７）
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（５９８１２３１３８）学校法人 創価大学 (49)
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（５９８１２３１３８）学校法人 創価大学 (49)
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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