JP2016180652A - Optical sensor probe - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical sensor probe which has electrical functions and which achieves wideband measurement.SOLUTION: An optical sensor probe includes a planar optical waveguide 1, and a graphene 2 with a single or less than ten atomic layers, which is arranged at one end face of the planar optical waveguide 1 in a manner to intersect with propagation light of the planar optical waveguide 1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光導波路または光ファイバの伝搬光を被測定試料に照射し、被測定試料からの反射光または透過光を受光するための光センサプローブに関するものである。   The present invention relates to an optical sensor probe for irradiating a sample to be measured with propagation light from an optical waveguide or an optical fiber and receiving reflected light or transmitted light from the sample to be measured.

非特許文献１でも示されるように、グラフェンは、炭素原子とその結合からできた蜂の巣のような平面六角形格子構造を有するｓｐ結合炭素原子のシートであり、単層〜数原子層の２次元構造を有するシート構造物である。
グラフェンは、厚さが約０．３ｎｍの非常に薄い状態でも安定な物質であることから、単位面積当たりの質量が０．７７ｍｇ／ｍ2と非常に軽量なシート状材料としての特徴を有している。 As shown in Non-Patent Document 1, graphene is a sheet of sp-bonded carbon atoms having a planar hexagonal lattice structure like a honeycomb made of carbon atoms and bonds thereof, and is a two-dimensional single layer to several atomic layer A sheet structure having a structure.
Since graphene is a stable substance even in a very thin state with a thickness of about 0.3 nm, the mass per unit area is 0.77 mg / m 2 and has a feature as a very light sheet-like material. ing.

また、グラフェンは、弾性限界が約２０％ある上に、破壊強度が１３０ＧＰａ以上であるため、非常に強靭な物質であるとともに、ヤング率が鉄の５倍となる約１．１ＴＰａであり、非常に機械的強度に優れた材料でもあるとともに、酸・アルカリなどに対する化学的安定性や熱的安定性も優れている。   Graphene has an elastic limit of about 20% and a fracture strength of 130 GPa or more, so it is a very tough material, and its Young's modulus is about 1.1 TPa, which is five times that of iron. In addition to being excellent in mechanical strength, it also has excellent chemical and thermal stability against acids and alkalis.

さらに、グラフェン面内方向に約２３００Ｗ／ｍＫのダイアモンドを超える約５，０００Ｗ／ｍＫの熱伝導度を有し、欠陥が無ければ高圧のＨｅ気体も遮蔽可能であるガスバリアー性をも有している。   Furthermore, it has a thermal conductivity of about 5,000 W / mK, which exceeds the diamond of about 2300 W / mK in the in-plane direction of graphene, and also has a gas barrier property that can shield high-pressure He gas if there is no defect. Yes.

グラフェンの電子的性質は、ほとんどの既存の３次元的材料とは異なり、半金属、あるいはバンドギャップがゼロの半導体としての性質を有している。この性質の原因は、グラフェンの二次元的な六角形のブリュアンゾーンにおける６個の頂点付近で、低エネルギーでのエネルギーの分散関係（Ｅ−ｋ）が直線的となり、ディラックコーンと呼ばれる線形分散の特異なバンド構造のため、スピン１／２の粒子に関するディラック方程式で記述される相対論的粒子のように振舞うためと考えられており、キャリア電子の有効質量がゼロとなる。   Unlike most existing three-dimensional materials, graphene has electronic properties as a semimetal or a semiconductor with zero band gap. The cause of this property is that the energy dispersion relationship (Ek) at low energy is linear near the six apexes in the two-dimensional hexagonal Brillouin zone of graphene, and the linear dispersion called Dirac cone Because of the unique band structure, it is considered to behave like a relativistic particle described by the Dirac equation for a spin 1/2 particle, and the effective mass of carrier electrons becomes zero.

このため、グラフェンは、室温下でＧａＡｓの約３０倍（ＧａＡｓのキャリア移動度：８５００（ｃｍ2／Ｖｓ））、Ｓｉの１００倍以上の約２０００００ｃｍ2／Ｖｓ以上の非常に高いキャリア移動度を有する。 Therefore, graphene is about 30 times the GaAs under room temperature (GaAs carrier mobility: 8500 (cm 2 / Vs) ), about 200000cm 2 / Vs or more than 100 times the Si of a very high carrier mobility Have.

また、グラフェンは、電流密度の許容量も大きく、銅の電流密度（１０6Ａ／ｃｍ2）の１０００倍以上の高い１０8Ａ／ｃｍ2以上の耐電流密度を有していることが見出されているため、高速電子デバイスへの応用やパワーデバイスへの応用も期待されている。 Further, graphene has a large current density tolerance, and has a current resistance density of 10 8 A / cm 2 or higher, which is 1000 times higher than the current density of copper (10 6 A / cm 2 ). Therefore, applications to high-speed electronic devices and power devices are also expected.

また前記の通り、グラフェンの電子的性質は、ディラックコーンと呼ばれる線形分散を有するバンド構造を有するため、半金属、あるいはバンドギャップがゼロの半導体としての特徴を持つことから、グラフェンの光学的性質は、バンドギャップによる特定の吸収光波長帯を持たず、原理的に光波長に依存しない。可視光帯では、π−π*の電子励起による光吸収が起こるが、単原子層での垂直光透過率で９７．７％の光透過性を有しており、単原子層で優れた電気伝導性を有していながら、優れた光透過性をも有している。 Also, as described above, the electronic properties of graphene have a band structure with linear dispersion called Dirac cone, so it has the characteristics of a semi-metal or a semiconductor with zero band gap, so the optical properties of graphene are It does not have a specific absorption light wavelength band due to the band gap, and in principle does not depend on the light wavelength. In the visible light band, light absorption occurs due to electronic excitation of π-π * , but it has a light transmittance of 97.7% in terms of the vertical light transmittance in the monoatomic layer, and has excellent electrical properties in the monoatomic layer. While having conductivity, it also has excellent light transmittance.

ところで、一般的に光ファイバおよび石英系光導波路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）は、ＳｉＯ2のクラッド中に、Ｇｅなどをドーピングし、使用光波長帯でクラッドより屈折率を高めたコア部分を形成し、コア部分を中心に光が伝搬する構造となっている。
光ファイバおよび石英系光導波路は優れた光透過性と光制御性を有するため、これまで様々な光通信デバイスの光回路部品や伝送線路として実用化されてきた。 By the way, in general, optical fibers and silica-based optical waveguides (PLC: Planar Lightwave Circuit) are doped with Ge or the like in the SiO 2 cladding to form a core portion having a higher refractive index than the cladding in the optical wavelength band used. The light propagates around the core.
Since optical fibers and silica-based optical waveguides have excellent light transmittance and light controllability, they have been put into practical use as optical circuit components and transmission lines for various optical communication devices.

しかし、光ファイバおよび石英系光導波路は主要材料がＳｉＯ2などの酸化物であることから、優れた電気絶縁性を有するが、電気伝導性を持たせるためには、金属等の導電性材料によって電極を形成する必要がある。導電性材料としては、一般的に金属が挙げられるが、光透過性に乏しい。また、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの透明導電性材料についても、それらのバンド構造に起因して、たとえ可視光帯で透明であっても、赤外光域では不透明な材料が多いのが実状である。
そのため、光ファイバおよび石英系光導波路に導電性の機能を付与する場合、伝搬光を遮る部分に導電性材料を形成するのは、特に赤外光域では困難であった。 However, optical fibers and quartz optical waveguides have excellent electrical insulation properties because the main material is an oxide such as SiO 2, but in order to provide electrical conductivity, conductive materials such as metals are used. It is necessary to form an electrode. As the conductive material, a metal is generally used, but the light transmission property is poor. In addition, transparent conductive materials such as ITO, IZO, and ZnO also have many materials that are opaque in the infrared region, even if they are transparent in the visible light band, due to their band structure. is there.
Therefore, when a conductive function is imparted to the optical fiber and the silica-based optical waveguide, it is difficult to form a conductive material in a portion that blocks the propagation light, particularly in the infrared light region.

越野幹人，“グラフェンの物性基礎”，炭素，炭素材料学会，Ｎｏ．２４３，ｐｐ．１０４−１０９，２０１０Mikio Koshino, “Fundamental Properties of Graphene”, Carbon, Carbon Materials Society, No. 243, pp. 104-109, 2010

これまで光ファイバや光導波路を用いた光センサとしては、単純に伝搬光路の途中に被測定試料を挿入し、透過光スペクトルや反射光スペクトルを測定するものや、光ファイバ先端から測定光を照射し、光ファイバに戻ってくる反射光のスペクトルを測定するもの等が挙げられる。   Conventionally, optical sensors using optical fibers and optical waveguides simply insert the sample to be measured in the propagation path and measure the transmitted or reflected light spectrum, or irradiate the measurement light from the tip of the optical fiber. In addition, there are those that measure the spectrum of reflected light that returns to the optical fiber.

しかし、その場合は、単純に光スペクトルを検出するのみで、被測定量に対するＳ／Ｎ比（信号とノイズの強度比）を向上させるための機能や、静電的状態に応じた電気的に被測定物質を選別する機能、電子注入により発光する電気化学ルミネセンスの機能などを有していない。   However, in that case, simply detecting the optical spectrum, the function for improving the S / N ratio (signal to noise intensity ratio) with respect to the amount to be measured, and the electrical state according to the electrostatic state It does not have a function of selecting a substance to be measured and a function of electrochemiluminescence that emits light by electron injection.

既存の電気化学ルミネッセンスを測定する光センサプローブとしては、光ファイバの先端にＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明な導電性薄膜を被覆しているものが挙げられる。しかし、前述のとおり、これらの導電性薄膜は赤外光域では不透明な材料が多いため、光センサプローブで可視光域の蛍光を検出することは可能であっても、可視光域〜赤外光域の広帯域な同時測定は困難であった。   Examples of the existing optical sensor probe for measuring electrochemiluminescence include those in which the tip of an optical fiber is coated with a transparent conductive thin film such as ITO, IZO, or ZnO. However, as described above, since these conductive thin films are often opaque in the infrared light region, even if it is possible to detect fluorescence in the visible light region with the optical sensor probe, the visible light region to the infrared light region can be detected. Simultaneous measurement over a wide band in the optical region has been difficult.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光センサプローブに電気的な機能を付与することができ、かつ広帯域な測定が可能な光センサプローブを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical sensor probe that can impart an electrical function to the optical sensor probe and can perform a broadband measurement.

本発明の光センサプローブは、平面光導波路または光ファイバと、前記平面光導波路の一端面または前記光ファイバの一端面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光センサプローブの１構成例は、さらに、前記平面光導波路の端面または前記光ファイバの端面に配置されたグラフェンと向かい合うように設けられた対向電極を備え、前記グラフェンと対向電極間に電圧印加を可能としたことを特徴とするものである。
また、本発明の光センサプローブの１構成例において、前記対向電極の表面積は、前記グラフェンの表面積よりも２倍以上大きいことを特徴とするものである。 The optical sensor probe of the present invention intersects with a planar optical waveguide or an optical fiber and one end surface of the planar optical waveguide or one end surface of the optical fiber so as to intersect the propagation light of the planar optical waveguide or the propagation light of the optical fiber. And a graphene having a monoatomic layer or less than 10 atomic layers.
In addition, one configuration example of the optical sensor probe of the present invention further includes a counter electrode provided so as to face the graphene disposed on the end surface of the planar optical waveguide or the end surface of the optical fiber, and the graphene and the counter electrode A voltage can be applied between them.
In one configuration example of the optical sensor probe of the present invention, the surface area of the counter electrode is two times or more larger than the surface area of the graphene.

また、本発明の光センサプローブは、２つの平面光導波路または２つの光ファイバと、前記２つの平面光導波路の各々の一端面または前記２つの光ファイバの各々の一端面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェンとを備え、前記グラフェンで覆われた２つの平面光導波路の端面同士または前記グラフェンで覆われた２つの光ファイバの端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、２つの平面光導波路の間または２つの光ファイバの間で光が伝搬可能なように、２つの平面光導波路または２つの光ファイバを対向配置したことを特徴とするものである。
また、本発明の光センサプローブの１構成例において、前記２つの平面光導波路の間隔または前記２つの光ファイバの間隔は、１μｍ以上１０ｍｍ以下である。 Further, the optical sensor probe of the present invention includes two planar optical waveguides or two optical fibers, and the planar optical waveguides on one end surface of each of the two planar optical waveguides or one end surface of each of the two optical fibers. Or two graphenes having a monoatomic layer or less than 10 atomic layers arranged so as to intersect the propagating light of the optical fiber or the propagating light of the optical fiber, and the end surfaces of the two planar optical waveguides covered with the graphene or the Two planar optical waveguides so that the end faces of the two optical fibers covered with graphene face each other with a certain distance therebetween so that light can propagate between the two planar optical waveguides or between the two optical fibers. Alternatively, two optical fibers are arranged to face each other.
In one configuration example of the optical sensor probe of the present invention, the interval between the two planar optical waveguides or the interval between the two optical fibers is 1 μm or more and 10 mm or less.

また、本発明の光センサプローブは、平面光導波路または光ファイバと、前記平面光導波路のコアまたは前記光ファイバのコアが分断され、分断されたコアが対向する両壁面に露出するように、前記平面光導波路または前記光ファイバに形成された溝と、前記平面光導波路の溝の両壁面または前記光ファイバの溝の両壁面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光センサプローブの１構成例において、前記溝の光伝搬方向の幅は、１μｍ以上１０ｍｍ以下である。 Further, the optical sensor probe of the present invention is such that the planar optical waveguide or the optical fiber and the core of the planar optical waveguide or the core of the optical fiber are divided, and the divided cores are exposed on both opposing wall surfaces. A groove formed in a planar optical waveguide or the optical fiber, and both wall surfaces of the groove of the planar optical waveguide or both wall surfaces of the groove of the optical fiber intersect the propagation light of the planar optical waveguide or the propagation light of the optical fiber. And a graphene having a monoatomic layer or a graphene having less than 10 atomic layers arranged in such a manner.
In one configuration example of the optical sensor probe of the present invention, the width of the groove in the light propagation direction is 1 μm or more and 10 mm or less.

本発明によれば、平面光導波路または光ファイバと、平面光導波路の一端面または光ファイバの一端面に、平面光導波路の伝搬光または光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを設けることにより、光センサプローブに電気的な機能を付与することができる。本発明では、グラフェン電極による電界印加やキャリア注入によって被測定試料の密度増加などを引き起こすことができ、気体や液体の被測定試料の光強度、光スペクトル測定において、Ｓ／Ｎ比の向上や、光物性評価が可能となる。また、本発明の光センサプローブをアレイ状に配置することにより、これまで得にくかった多波長同時測定や多点同時測定も可能となる。これにより、医療分野、材料分析分野、環境センシング分野で有用な光センサプローブを実現することが可能となり、その産業上の利用価値は極めて大である。また、光センサプローブをアレイ状に一括で作製することが可能であるため、小型化や、低コスト化が期待できる。また、本発明では、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明な導電性薄膜の代わりに、電極としてグラフェンを用いることにより、可視光域〜赤外光域の広帯域な同時測定を実現することができる。また、本発明では、マイクロ流体チップ（μＴＡＳ）やマイクロリアクターのような液体流路と光センサプローブとを組み合わせることも可能であり、流路を流れる液体の連続測定や、多チャンネル同時測定などを実現することができる。   According to the present invention, a planar optical waveguide or an optical fiber, and a single atom disposed on one end surface of the planar optical waveguide or one end surface of the optical fiber so as to intersect the propagating light of the planar optical waveguide or the propagating light of the optical fiber. By providing a layer or graphene having less than 10 atomic layers, an electrical function can be imparted to the optical sensor probe. In the present invention, an increase in the density of the sample to be measured can be caused by application of an electric field by a graphene electrode or carrier injection, and in the measurement of the light intensity and optical spectrum of a gas or liquid sample to be measured, Evaluation of optical properties is possible. In addition, by arranging the optical sensor probes of the present invention in an array, simultaneous multi-wavelength measurements and multi-point simultaneous measurements that have been difficult to obtain can be achieved. This makes it possible to realize a photosensor probe useful in the medical field, material analysis field, and environmental sensing field, and its industrial utility value is extremely large. In addition, since the optical sensor probes can be fabricated in an array at the same time, it can be expected to reduce the size and cost. Further, in the present invention, by using graphene as an electrode instead of a transparent conductive thin film such as ITO, IZO, or ZnO, simultaneous measurement in a wide band from the visible light region to the infrared light region can be realized. In the present invention, it is also possible to combine a liquid flow path such as a microfluidic chip (μTAS) or a microreactor with an optical sensor probe. For example, continuous measurement of liquid flowing through the flow path or simultaneous measurement of multiple channels can be performed. Can be realized.

また、本発明では、平面光導波路の端面または光ファイバの端面に配置されたグラフェンと向かい合うように対向電極を設け、グラフェンと対向電極間に電圧を印加することにより、グラフェンの表面に被測定試料を吸着させることができ、Ｓ／Ｎ比の向上や測定感度の高感度化が可能である。また、被測定試料に外力を印加した状態での光測定も可能となる。さらに、グラフェンと対向電極間に電圧を印加して、グラフェンの表面から被測定試料中に電子などのキャリアを注入することにより、電気化学ルミネセンスを起こすことが可能である。   In the present invention, a counter electrode is provided so as to face the graphene disposed on the end face of the planar optical waveguide or the end face of the optical fiber, and a voltage is applied between the graphene and the counter electrode, whereby the sample to be measured is applied to the surface of the graphene. Can be adsorbed, and the S / N ratio can be improved and the measurement sensitivity can be increased. In addition, light measurement can be performed in the state where an external force is applied to the sample to be measured. Furthermore, by applying a voltage between the graphene and the counter electrode and injecting carriers such as electrons from the surface of the graphene into the sample to be measured, electrochemiluminescence can be caused.

また、本発明では、２つの平面光導波路または２つの光ファイバと、２つの平面光導波路の各々の一端面または２つの光ファイバの各々の一端面に、平面光導波路の伝搬光または光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェンとを設け、グラフェンで覆われた２つの平面光導波路の端面同士またはグラフェンで覆われた２つの光ファイバの端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、２つの平面光導波路の間または２つの光ファイバの間で光が伝搬可能なように、２つの平面光導波路または２つの光ファイバを対向配置することにより、被測定試料からの反射光だけでなく、被測定試料を透過した透過光の測定も行えるようになる。また、本発明では、対向する２つの平面光導波路または対向する２つの光ファイバのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェンに異なる電位を印加すれば、異なる電位における反射光と透過光とを検出することができる。また、本発明では、２つのグラフェンに交流電圧を印加することにより、被測定試料を配向させることが可能となる。また、本発明では、対向する２つの平面光導波路の組、または対向する２つの光ファイバの組をアレイ状に複数配置した光センサプローブを作製することにより、散乱光についても測定することが可能である。   Further, in the present invention, two planar optical waveguides or two optical fibers and one end surface of each of the two planar optical waveguides or one end surface of each of the two optical fibers are connected to the propagation light of the planar optical waveguide or the optical fiber. A monoatomic layer or two graphenes of less than 10 atomic layers arranged so as to cross the propagating light, and two end faces of two planar optical waveguides covered with graphene or two optical fibers covered with graphene Two planar optical waveguides or two optical fibers are arranged opposite to each other so that the end faces face each other with a certain distance and light can propagate between the two planar optical waveguides or between the two optical fibers. As a result, not only the reflected light from the sample to be measured but also the transmitted light transmitted through the sample to be measured can be measured. In the present invention, reflected light and transmitted light at different potentials can be obtained by applying different potentials to the two planar optical waveguides or the two graphenes provided so as to cover the end faces of the two opposing optical fibers. And can be detected. In the present invention, the sample to be measured can be oriented by applying an alternating voltage to the two graphenes. In the present invention, it is also possible to measure scattered light by producing a photosensor probe in which a plurality of sets of two opposing planar optical waveguides or two sets of two optical fibers facing each other are arranged in an array. It is.

また、本発明では、平面光導波路または光ファイバと、平面光導波路のコアまたは光ファイバのコアが分断され、分断されたコアが対向する両壁面に露出するように、平面光導波路または光ファイバに形成された溝と、平面光導波路の溝の両壁面または光ファイバの溝の両壁面に、平面光導波路の伝搬光または光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを設けることにより、被測定試料からの反射光だけでなく、被測定試料を透過した透過光の測定も行えるようになる。   Further, in the present invention, the planar optical waveguide or optical fiber is separated from the planar optical waveguide or optical fiber so that the core of the planar optical waveguide or the core of the optical fiber is divided and the separated cores are exposed on both opposing wall surfaces. A monoatomic layer or 10 atoms arranged on the both walls of the groove formed and the walls of the groove of the planar optical waveguide or the walls of the groove of the optical fiber so as to intersect the propagation light of the planar optical waveguide or the propagation light of the optical fiber By providing the graphene below the layer, not only the reflected light from the sample to be measured but also the transmitted light transmitted through the sample to be measured can be measured.

本発明の第１の実施の形態に係る光センサプローブの断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view of the optical sensor probe which concern on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に係る光センサプローブの断面図および正面図である。It is sectional drawing and front view of the optical sensor probe which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る光センサプローブを用いた測定例を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the example of a measurement using the optical sensor probe which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る光センサプローブを用いた別の測定例を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining another example of measurement using the optical sensor probe which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブの断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view of the optical sensor probe which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブの他の構成例を示す断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view which show the other structural example of the optical sensor probe which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブの他の構成例を示す断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view which show the other structural example of the optical sensor probe which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブを用いた測定例を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the example of a measurement using the optical sensor probe which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施の形態に係る光センサプローブの断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view of the optical sensor probe which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施の形態に係る光センサプローブの他の構成例を示す断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view which show the other structural example of the optical sensor probe which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施の形態に係る光センサプローブの他の構成例を示す断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view which show the other structural example of the optical sensor probe which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６の実施の形態に係る光センサプローブの製造方法を説明する断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view explaining the manufacturing method of the optical sensor probe which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第７の実施の形態に係る光センサプローブの製造方法を説明する断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view explaining the manufacturing method of the optical sensor probe which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第８の実施の形態に係る光センサプローブの製造方法を説明する断面図および正面図である。It is sectional drawing and the front view explaining the manufacturing method of the optical sensor probe which concerns on the 8th Embodiment of this invention.

［発明の原理］
発明者は、前記の課題に鑑み鋭意検討した結果、光ファイバや平面光導波路の出射光部分にグラフェンを用いた電極を形成することにより、出射光をわずかに減衰させるだけで、電界印加や、被測定物の収集機能を実現できることを見出した。さらに、本発明の光センサプローブを用いることにより、電気化学ルミネッセンスの電極としても利用可能である。 [Principle of the Invention]
As a result of intensive studies in view of the above problems, the inventor formed an electrode using graphene in the outgoing light portion of the optical fiber or the planar optical waveguide, thereby slightly reducing the outgoing light, applying an electric field, We found that the function to collect the measured object can be realized. Furthermore, by using the optical sensor probe of the present invention, it can be used as an electrode for electrochemiluminescence.

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る光センサプローブの断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の光センサプローブを被測定試料側から見た正面図である。本実施の形態の光センサプローブは、平面光導波路１と、平面光導波路１の一端面に、平面光導波路１の伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェン２とを備えることを特徴とするものである。 [First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a cross-sectional view of the optical sensor probe according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a front view of the optical sensor probe of FIG. is there. The optical sensor probe according to the present embodiment includes a planar optical waveguide 1 and a graphene having a monoatomic layer or less than 10 atomic layers disposed on one end surface of the planar optical waveguide 1 so as to intersect the propagation light of the planar optical waveguide 1. 2.

平面光導波路１は、下部クラッド層４と、下部クラッド層４の上に形成される光導波路コア５と、下部クラッド層４の上に光導波路コア５を覆うように形成される上部クラッド層６とから構成される。
平面光導波路１の上面および下面に配置されるグラフェン２の端部には電極３が形成される。 The planar optical waveguide 1 includes a lower cladding layer 4, an optical waveguide core 5 formed on the lower cladding layer 4, and an upper cladding layer 6 formed on the lower cladding layer 4 so as to cover the optical waveguide core 5. It consists of.
Electrodes 3 are formed on the ends of the graphene 2 disposed on the upper and lower surfaces of the planar optical waveguide 1.

平面光導波路１は、前述のとおり、ＳｉＯ2からなるクラッド層４，６中に、Ｇｅなどをドーピングして、使用光波長帯でクラッド層４，６よりも屈折率を高めた光導波路コア５を形成した構造であり、光導波路コア５の部分を中心に光が伝搬するようになっている。平面光導波路１では、ＧｅをドーピングしたＳｉＯ2以外に、ＳｉＯＮ、ＡｌＯ2、Ｔａ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｓｉなどを光導波路コア５の材料として用いることができる。 As described above, the planar optical waveguide 1 has the optical waveguide core 5 in which the cladding layers 4 and 6 made of SiO 2 are doped with Ge or the like and the refractive index is higher than that of the cladding layers 4 and 6 in the used light wavelength band. In this structure, light propagates around the portion of the optical waveguide core 5. In the planar optical waveguide 1, SiON, AlO 2 , Ta 2 O 3 , HfO 2 , Si, or the like can be used as the material of the optical waveguide core 5 in addition to Ge-doped SiO 2 .

図示しない測定装置を出射した測定光は、図１（Ａ）に示すように平面光導波路１に入射して平面光導波路１中を伝搬し、先端のグラフェン２を透過して、液体や気体などの被測定試料（不図示）に照射される。被測定試料からの反射光および多重散乱光の一部が元の平面光導波路１に入射し、平面光導波路１中を測定光と逆方向に伝搬して測定装置に戻る。測定装置が平面光導波路１からの戻り光をスペクトル強度分析することによって、被測定試料の物性情報を得ることができる。   As shown in FIG. 1A, measurement light emitted from a measurement device (not shown) enters the planar optical waveguide 1 and propagates through the planar optical waveguide 1, passes through the graphene 2 at the tip, and is liquid, gas, or the like. The sample to be measured (not shown) is irradiated. A part of the reflected light and multiple scattered light from the sample to be measured is incident on the original planar optical waveguide 1, propagates in the planar optical waveguide 1 in the opposite direction to the measuring light, and returns to the measuring apparatus. When the measuring device analyzes the spectral intensity of the return light from the planar optical waveguide 1, the physical property information of the sample to be measured can be obtained.

このとき、単原子層のグラフェンを透過する際に生じる光損失は、グラフェンに対する垂直光１回透過で原理的に約２．３％と僅かな量である。したがって、前記のように被測定試料の反射光を測定する場合には、単原子層のグラフェンに対して垂直光が２回透過することになるので、この２回の透過の際に生じる光損失は約４．６％程度と非常に小さい。   At this time, the optical loss that occurs when transmitting through the graphene of the monoatomic layer is a small amount of about 2.3% in principle when the vertical light is transmitted through the graphene once. Therefore, when the reflected light of the sample to be measured is measured as described above, the vertical light is transmitted twice through the graphene of the monoatomic layer. Therefore, the optical loss generated during the two transmissions. Is as small as about 4.6%.

ただし、単原子層グラフェンで光損失が約２．３％と僅かであっても、複数原子層であればグラファイトのような光物性が生じ光損失も増加してくるため、単原子層以上１０原子層未満のグラフェン２を用いることが必要となる。光損失の低減化としては、グラフェン２の原子層は単原子層に近く薄い方が望ましい。さらに、２原子層以上のグラフェン２になると、ディラックコーンだけでなくバンドギャップを有するため、光学的に低損失、かつ光波長が広帯域の特性を実現するためには、単原子層のグラフェン２であることがより望ましい。   However, even if the optical loss is as small as about 2.3% in the monoatomic layer graphene, if it is a multi-atomic layer, optical properties like graphite are generated and the optical loss is increased. It is necessary to use graphene 2 less than the atomic layer. In order to reduce optical loss, it is desirable that the atomic layer of graphene 2 is as thin as a monoatomic layer. Furthermore, since graphene 2 having two or more atomic layers has not only a Dirac cone but also a band gap, in order to realize the characteristics of optically low loss and a wide optical wavelength, More desirable.

また、単原子層のグラフェン２は前述のとおり２．３％の白色光を吸収するが、比較的長光波長での光透過性も有することから、特に光波長１０００〜３０００ｎｍの領域で、本実施の形態の光センサプローブを使用することが望ましい。   In addition, the monolayer graphene 2 absorbs 2.3% of white light as described above, but also has a light transmission property at a relatively long light wavelength. Therefore, the graphene 2 has a light wavelength of 1000 to 3000 nm. It is desirable to use the optical sensor probe of the embodiment.

図１（Ａ）、図１（Ｂ）の平面光導波路１の光導波路コア５の幅をテーパ状に広げるなどして、測定光の被測定試料への光分布を大きく取ることや、平面光導波路１から出射される伝搬光の開口度（ＮＡ）を小さくして、反射戻り光が光導波路コア５に戻り易くする構造を用いることも望ましい。   The optical waveguide core 5 of the planar optical waveguide 1 in FIGS. 1A and 1B is tapered to increase the light distribution of the measurement light to the sample to be measured. It is also desirable to use a structure in which the aperture (NA) of the propagation light emitted from the waveguide 1 is reduced so that the reflected return light easily returns to the optical waveguide core 5.

また、１本の平面光導波路１だけでなく、複数の平面光導波路１を一定周期でアレイ状に配置した光センサプローブを作製することも可能である。複数の平面光導波路１の各々に対して図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示したような構造を作製し、複数の平面光導波路１への測定光の同時出力及び複数の平面光導波路１からの戻り光の同時入力が可能な測定装置を使用すれば、一定周期での被測定試料の面内分布を同時測定することが可能である。また、各平面光導波路１の測定結果の時間変化を分析することにより被測定試料の液体や気体などの流速、流量を測定することも可能となる。   It is also possible to manufacture an optical sensor probe in which not only one planar optical waveguide 1 but also a plurality of planar optical waveguides 1 are arranged in an array with a constant period. A structure as shown in FIGS. 1A and 1B is produced for each of the plurality of planar optical waveguides 1, and the simultaneous output of the measurement light to the plurality of planar optical waveguides 1 and the plurality of planar optical waveguides are performed. If a measuring device capable of simultaneously inputting the return light from the waveguide 1 is used, it is possible to simultaneously measure the in-plane distribution of the sample to be measured at a constant period. It is also possible to measure the flow rate and flow rate of the liquid or gas of the sample to be measured by analyzing the time change of the measurement result of each planar optical waveguide 1.

以上のように、本実施の形態では、平面光導波路１の先端部に導電性のグラフェン２を配置することにより、電界印加や、被測定物の収集などの電気的な機能を光センサプローブに付与することができ、またＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明な導電性薄膜の代わりに、電極としてグラフェン２を用いることにより、可視光域〜赤外光域の広帯域な同時測定を実現することができる。   As described above, in the present embodiment, by arranging the conductive graphene 2 at the distal end portion of the planar optical waveguide 1, an electrical function such as electric field application or collection of an object to be measured is provided to the optical sensor probe. In addition, by using graphene 2 as an electrode instead of a transparent conductive thin film such as ITO, IZO, ZnO, etc., it is possible to realize wideband simultaneous measurement in the visible light region to the infrared light region. it can.

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る光センサプローブの断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の光センサプローブを被測定試料側から見た正面図である。本実施の形態の光センサプローブは、光ファイバ１１と、光ファイバ１１の一端面に、光ファイバ１１の伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェン１２とを備えることを特徴とするものである。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2A is a cross-sectional view of an optical sensor probe according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a front view of the optical sensor probe of FIG. is there. The optical sensor probe according to the present embodiment includes an optical fiber 11 and a graphene 12 having a monoatomic layer or less than 10 atomic layers disposed on one end face of the optical fiber 11 so as to intersect the propagation light of the optical fiber 11. It is characterized by comprising.

光ファイバ１１は、クラッド１４と、クラッド１４中に配置されるコア１５とから構成される。第１の実施の形態と同様に、グラフェン１２の端部には電極１３が形成される。本実施の形態の例では、Ｖ溝基板１６とガラス製の押え板１７で光ファイバ１１を挟むようにして固定している。   The optical fiber 11 includes a clad 14 and a core 15 disposed in the clad 14. Similarly to the first embodiment, an electrode 13 is formed at the end of the graphene 12. In the example of the present embodiment, the optical fiber 11 is sandwiched and fixed between the V-groove substrate 16 and the glass pressing plate 17.

光ファイバ１１は、前述のとおり、ＳｉＯ2からなるクラッド１４中に、Ｇｅなどをドーピングし、使用光波長帯でクラッド１４より屈折率を高めたコア１５を形成した構造であり、コア１５の部分を中心に光が伝搬するようになっている。 As described above, the optical fiber 11 has a structure in which a cladding 15 made of SiO 2 is doped with Ge or the like, and a core 15 having a refractive index higher than that of the cladding 14 in the used light wavelength band is formed. The light propagates around the center.

図示しない測定装置を出射した測定光は、図２（Ａ）に示すように光ファイバ１１に入射して光ファイバ１１中を伝搬し、先端のグラフェン１２を透過して、液体や気体などの被測定試料（不図示）に照射される。被測定試料からの反射光および多重散乱光の一部が元の光ファイバ１１に入射し、光ファイバ１１中を測定光と逆方向に伝搬して測定装置に戻る。測定装置が光ファイバ１１からの戻り光をスペクトル強度分析することによって、被測定試料の物性情報を得ることができる。   As shown in FIG. 2A, measurement light emitted from a measurement device (not shown) enters the optical fiber 11, propagates through the optical fiber 11, passes through the graphene 12 at the tip, and is covered with liquid or gas. Irradiates a measurement sample (not shown). Part of the reflected light and multiple scattered light from the sample to be measured is incident on the original optical fiber 11, propagates through the optical fiber 11 in the opposite direction to the measuring light, and returns to the measuring apparatus. When the measuring device analyzes the spectral intensity of the return light from the optical fiber 11, physical property information of the sample to be measured can be obtained.

第１の実施の形態と同様に、グラフェン１２としては、単原子層以上１０原子層未満のグラフェンを用いることが必要となる。
また、第１の実施の形態と同様に、光ファイバ１１のコア１５の幅を熱処理による熱拡散でテーパ状に広げるなどして、測定光の被測定試料への光分布を大きく取ることや、光ファイバ１１から出射される伝搬光の開口度（ＮＡ）を小さくして、反射戻り光がコア１５に戻り易くする構造を用いることも望ましい。 Similarly to the first embodiment, as the graphene 12, it is necessary to use graphene having a monoatomic layer or more and less than 10 atomic layers.
Further, as in the first embodiment, the width of the core 15 of the optical fiber 11 is increased in a tapered shape by thermal diffusion by heat treatment, etc., so that the light distribution of the measurement light to the sample to be measured is increased, It is also desirable to use a structure in which the aperture (NA) of the propagation light emitted from the optical fiber 11 is reduced so that the reflected return light easily returns to the core 15.

また、第１の実施の形態と同様に、１本の光ファイバ１１だけでなく、複数の光ファイバ１１を一定周期でアレイ状に配置した光センサプローブを作製することも可能である。複数の光ファイバ１１の各々に対して図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示したような構造を作製し、複数の光ファイバ１１への測定光の同時出力及び複数の光ファイバ１１からの戻り光の同時入力が可能な測定装置を使用すれば、一定周期での被測定試料の面内分布を同時測定することが可能である。また、各光ファイバ１１の測定結果の時間変化を分析することにより被測定試料の液体や気体などの流速、流量を測定することも可能となる。
以上のようにして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 Further, similarly to the first embodiment, it is possible to produce an optical sensor probe in which not only one optical fiber 11 but also a plurality of optical fibers 11 are arranged in an array at a constant period. A structure as shown in FIG. 2A and FIG. 2B is produced for each of the plurality of optical fibers 11, and the measurement light is simultaneously output to the plurality of optical fibers 11 and the plurality of optical fibers 11. If a measuring device capable of simultaneous input of the return light is used, it is possible to simultaneously measure the in-plane distribution of the sample to be measured at a constant period. It is also possible to measure the flow velocity and flow rate of the liquid or gas of the sample to be measured by analyzing the time change of the measurement result of each optical fiber 11.
As described above, in the present embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係る光センサプローブを用いた測定例を説明する模式図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の光センサプローブは、第１の実施の形態で説明した平面光導波路１とグラフェン２に加えて、平面光導波路１の先端面のグラフェン２と向かい合うように設けられた対向電極７と、グラフェン２と対向電極７間に電圧を印加する電圧印加手段８とを備えるものである。 [Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a measurement example using an optical sensor probe according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same components as those in FIGS. 1 (A) and 1 (B). Is attached. The optical sensor probe of the present embodiment includes a counter electrode 7 provided to face the graphene 2 on the front end surface of the planar optical waveguide 1 in addition to the planar optical waveguide 1 and the graphene 2 described in the first embodiment. And a voltage applying means 8 for applying a voltage between the graphene 2 and the counter electrode 7.

グラフェン２に電圧を印加しない場合には、測定光と被測定試料からの反射光とがグラフェン２を透過するのみで、単純に測定光を被測定試料に照射して反射光を受光する光センサプローブとして機能する。これに対して、電圧印加手段８によりグラフェン２と対向電極７間に電圧を印加することにより、グラフェン２の表面をプラス電位またはマイナス電位にすることが可能となる。   When no voltage is applied to the graphene 2, the measurement light and the reflected light from the sample to be measured only pass through the graphene 2, and an optical sensor that simply irradiates the sample to be measured and receives the reflected light. Functions as a probe. On the other hand, by applying a voltage between the graphene 2 and the counter electrode 7 by the voltage application means 8, the surface of the graphene 2 can be set to a positive potential or a negative potential.

例えば、図３に示すように媒体２０中に拡散している被測定試料２１の表面がマイナス電位に帯電している場合、グラフェン２にプラス電圧を印加すれば、グラフェン２の表面に被測定試料２１を吸着させることが可能となる。   For example, as shown in FIG. 3, when the surface of the sample to be measured 21 diffusing in the medium 20 is charged to a negative potential, if a positive voltage is applied to the graphene 2, the sample to be measured is applied to the surface of the graphene 2 21 can be adsorbed.

通常の状態では液体や気体などの媒体２０中に拡散していた被測定試料２１を平面光導波路１の先端に集めることが可能となり、平面光導波路１の先端に集められた被測定試料２１に対して、平面光導波路１の先端のグラフェン２を透過して測定光が照射され、被測定試料２１からの反射光がグラフェン２を透過して平面光導波路１に戻ることになるので、被測定試料２１に照射される測定光の強度と平面光導波路１に戻る反射光の強度とを高めることができる。その結果、反射光のスペクトル光強度などの測定時に測定信号強度を高めることが可能となり、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。また、測定感度の高感度化が可能である。   In a normal state, the sample 21 to be measured diffused in the medium 20 such as liquid or gas can be collected at the tip of the planar optical waveguide 1, and the sample 21 collected at the tip of the planar optical waveguide 1 is collected. On the other hand, the measurement light is irradiated through the graphene 2 at the tip of the planar optical waveguide 1 and the reflected light from the measured sample 21 passes through the graphene 2 and returns to the planar optical waveguide 1. It is possible to increase the intensity of the measurement light applied to the sample 21 and the intensity of the reflected light returning to the planar optical waveguide 1. As a result, the measurement signal intensity can be increased at the time of measuring the spectral light intensity of the reflected light, and the S / N ratio can be increased. In addition, the measurement sensitivity can be increased.

被測定試料２１の表面がプラス電位に帯電している場合には、グラフェン２にマイナス電位を印加すれば、グラフェン２の表面に被測定試料２１を吸着させることができ、図３の場合と同様の効果を得ることができる。つまり、本実施の形態では、グラフェン２と対向電極７間に印加する電圧を調整することにより、被測定試料２１の表面電位に応じて信号強度を増強することが可能となる。   When the surface of the sample 21 to be measured is charged to a positive potential, if the negative potential is applied to the graphene 2, the sample 21 to be measured can be adsorbed on the surface of the graphene 2. The effect of can be obtained. That is, in the present embodiment, the signal intensity can be enhanced according to the surface potential of the sample 21 to be measured by adjusting the voltage applied between the graphene 2 and the counter electrode 7.

また、図４に示すように被測定試料２１が電気的に中性な粒子であっても電界によって分極し、グラフェン２によって生じた局所的な電界（電位勾配）が、被測定試料２１に対して一様ではなく、グラフェン２の表面の電界密度が高くなるような電界集中の状態が生じる状態にすれば、電界強度の強度差による電気泳動力によって、グラフェン２側に中性の被測定試料２１を集めることが可能となる。このとき、直流電界中の半径Ｒの粒子に働く誘電泳動力Ｆは、以下の式で表される。
Ｆ＝２πε1Ｒ＾３（（ε2−ε1）／（ε1＋ε2））∇Ｅ ・・・（１） As shown in FIG. 4, even if the sample 21 to be measured is an electrically neutral particle, it is polarized by the electric field, and a local electric field (potential gradient) generated by the graphene 2 is applied to the sample 21 to be measured. If the electric field concentration is such that the electric field density on the surface of the graphene 2 is high, the sample to be measured is neutral on the graphene 2 side due to the electrophoretic force due to the difference in electric field strength. 21 can be collected. At this time, the dielectrophoretic force F acting on the particle having the radius R in the DC electric field is expressed by the following equation.
F = 2πε 1 R ^ 3 ((ε 2 −ε 1 ) / (ε 1 + ε 2 )) ∇E (1)

ここでε1は被測定試料２１の媒質の誘電率、ε2は被測定試料２１となる中性粒子の誘電率、Ｅは電界であり、∇Ｅは電界分布の勾配で電界集中度合いを表している。式（１）より電界方向が逆（マイナス）になっても、中性粒子の分極が逆（マイナス）になるため、逆方向の電界でも、交流電界でも同じ方向への電気泳動力が働くこととなる特徴を有する。 Here, ε 1 is the dielectric constant of the medium of the sample 21 to be measured, ε 2 is the dielectric constant of the neutral particles to be the sample 21 to be measured, E is the electric field, and ∇E is the gradient of the electric field distribution and represents the degree of electric field concentration. ing. Even if the electric field direction is reversed (minus) from equation (1), the polarization of the neutral particles is reversed (minus), so that the electrophoretic force in the same direction works in both the reverse electric field and the alternating electric field. It has the following characteristics.

また、本実施の形態のようにグラフェン２と対向電極７間に電圧を印加すれば、グラフェン２と被測定試料とに生じる電位差による静電力によって、被測定試料に外力を与えることが可能となるため、被測定試料に外力を印加した状態での反射光の測定も可能となる。   Further, when a voltage is applied between the graphene 2 and the counter electrode 7 as in the present embodiment, an external force can be applied to the sample to be measured by an electrostatic force due to a potential difference generated between the graphene 2 and the sample to be measured. Therefore, it is possible to measure reflected light in a state where an external force is applied to the sample to be measured.

加えて、グラフェン２と対向電極７間に電圧を印加すれば、グラフェン２の表面から被測定試料中に電子などのキャリアを注入することにより、電気化学ルミネセンスを起こすことが可能である。そのため、例えば電気化学ルミネセンスの発光材料を追跡用マーカとして被測定試料に加え、光センサプローブに接続された測定装置によって被測定試料からの電気化学ルミネセンスの発光を測定すれば、被測定試料の状態変化を測定することが可能となる。   In addition, when a voltage is applied between the graphene 2 and the counter electrode 7, electrochemiluminescence can be caused by injecting carriers such as electrons from the surface of the graphene 2 into the sample to be measured. Therefore, for example, if an electrochemiluminescence luminescent material is added as a tracking marker to a sample to be measured, and the electroluminescence of the sample to be measured is measured by a measuring device connected to the optical sensor probe, the sample to be measured It is possible to measure the state change.

なお、対向電極７の表面積は、グラフェン２の表面積よりも２倍以上大きいことが望ましい。対向電極７の表面積がグラフェン２の表面積よりも２倍以上大きい場合には、グラフェン２によって生じた局所的な電界（電位勾配）が、被測定試料に対して一様ではなく、グラフェン２の表面の電界密度が高くなるような電界集中の状態となり、たとえ液体中の被測定試料が電気的に中性であっても、電界強度の強いグラフェン２の表面に向かう電気泳動力が働く。   The surface area of the counter electrode 7 is desirably twice or more larger than the surface area of the graphene 2. When the surface area of the counter electrode 7 is more than twice the surface area of the graphene 2, the local electric field (potential gradient) generated by the graphene 2 is not uniform with respect to the sample to be measured, and the surface of the graphene 2 Thus, even if the sample to be measured in the liquid is electrically neutral, an electrophoretic force toward the surface of the graphene 2 having a high electric field strength works.

また、この電気泳動力は、定電位でなく、交流電位でも電界強度の強い方向に働く特徴を有している。この電気泳動力によって、例えば液体中のポリスチレン球などの中性材料もグラフェン２の表面に集めることが可能となり、光測定のＳ／Ｎ比を高めることができる。対向電極７の表面積は、原理的にはグラフェン２の表面積の２倍以上でなくてもよいが、実際にはグラフェン２の表面の汚染や被測定試料の環境の影響もあり、グラフェン２の表面積の２倍以上であることが望ましい。   Further, this electrophoretic force has a characteristic that it works in a direction in which the electric field strength is strong even at an AC potential instead of a constant potential. This electrophoretic force makes it possible to collect neutral materials such as polystyrene spheres in a liquid, for example, on the surface of the graphene 2 and increase the S / N ratio of light measurement. In principle, the surface area of the counter electrode 7 may not be more than twice the surface area of the graphene 2, but in reality, the surface area of the graphene 2 is also affected by the contamination of the surface of the graphene 2 and the environment of the sample to be measured. It is desirable that it is 2 times or more.

なお、本実施の形態では、平面光導波路１を例に挙げて説明しているが、光ファイバ１１を用いる第２の実施の形態に、対向電極７を設ける本実施の形態の構造を適用してもよい。   In the present embodiment, the planar optical waveguide 1 is described as an example. However, the structure of the present embodiment in which the counter electrode 7 is provided is applied to the second embodiment using the optical fiber 11. May be.

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図５（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブの断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の光センサプローブを透過光の出射側から見た正面図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。 [Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5A is a cross-sectional view of an optical sensor probe according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a front view of the optical sensor probe of FIG. The same reference numerals are given to the same components as those in FIGS. 1 (A) and 1 (B).

本実施の形態の光センサプローブは、２つの平面光導波路１ａ，１ｂと、２つの平面光導波路１ａ，１ｂの各々の一端面に、平面光導波路１ａ，１ｂの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェン２とを設け、グラフェン２で覆われた２つの平面光導波路１ａ，１ｂの端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、２つの平面光導波路１ａ，１ｂの間で光が伝搬可能なように、２つの平面光導波路１ａ，１ｂを対向配置したことを特徴とするものである。   The optical sensor probe according to the present embodiment is arranged on one end face of each of the two planar optical waveguides 1a and 1b and the two planar optical waveguides 1a and 1b so as to intersect the propagation light of the planar optical waveguides 1a and 1b. The two planar optical waveguides 1a and 1b covered with the graphene 2 face each other in a state where they are separated from each other by a certain distance. Two planar optical waveguides 1a and 1b are arranged opposite to each other so that light can propagate between the waveguides 1a and 1b.

平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの構造は、第１の実施の形態で説明した平面光導波路１と同じである。
本実施の形態では、前記のようにグラフェン２で覆われた２つの光導波路コア５の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合うように２つの平面光導波路１ａ，１ｂを対向配置する必要があるので、実際の光センサプローブの構造としては、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように２つの平面光導波路１ａ，１ｂを支持板９などに固定した構造とすればよい。 The structures of the planar optical waveguides 1a and 1b are the same as those of the planar optical waveguide 1 described in the first embodiment.
In the present embodiment, it is necessary to dispose the two planar optical waveguides 1a and 1b so that the end faces of the two optical waveguide cores 5 covered with the graphene 2 face each other with a certain distance therebetween as described above. Therefore, the actual structure of the optical sensor probe may be a structure in which the two planar optical waveguides 1a and 1b are fixed to the support plate 9 or the like as shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B).

また、別の構成として、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、１つの平面光導波路１に溝１０を形成し、この溝１０の部分にグラフェン２を形成することにより、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）と同様の構造を実現するようにしてもよい。この図７（Ａ）、図７（Ｂ）の構造では、平面光導波路１の光導波路コア５が分断され、分断されたコア５が対向する両壁面に露出するように、平面光導波路１に溝１０を形成し、溝１０の両壁面に、平面光導波路１の伝搬光と交差するように単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェン２を配置すればよい。   Further, as another configuration, as shown in FIGS. 7A and 7B, a groove 10 is formed in one planar optical waveguide 1, and graphene 2 is formed in a portion of the groove 10, You may make it implement | achieve the structure similar to FIG. 5 (A), FIG. 5 (B), FIG. 6 (A), and FIG. 6 (B). 7A and 7B, the optical waveguide core 5 of the planar optical waveguide 1 is divided, and the planar optical waveguide 1 is exposed so that the separated cores 5 are exposed on both opposing wall surfaces. The groove 10 is formed, and the monoatomic layer or the graphene 2 having less than 10 atomic layers may be disposed on both wall surfaces of the groove 10 so as to intersect the propagating light of the planar optical waveguide 1.

第１の実施の形態では、被測定試料からの反射光のみを測定できるだけであったが、本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの端面間に存在する被測定試料２１からの反射光だけでなく、平面光導波路１ｂの出力側に接続された測定装置（不図示）によって被測定試料２１を透過した透過光の測定も行えるようになる。   In the first embodiment, only the reflected light from the sample to be measured can be measured, but in this embodiment, the sample to be measured 21 existing between the end faces of the two planar optical waveguides 1a and 1b facing each other. In addition to the reflected light from the light, the transmitted light that has passed through the sample 21 to be measured can be measured by a measuring device (not shown) connected to the output side of the planar optical waveguide 1b.

本実施の形態では、１つの電位での測定を行う目的では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェン２の電位を同一電位とすることが望ましい。   In the present embodiment, for the purpose of measuring at one potential, the potentials of two graphenes 2 provided so as to cover the respective end surfaces of the two planar optical waveguides 1a and 1b facing each other are set to the same potential. Is desirable.

しかし、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの距離が光導波路コア５の幅に比べて十分大きい場合には、図８に示すように測定光入力・反射光出力側の平面光導波路１ａの光導波路コア５に戻る反射光の強度は、対向する透過光出力側の平面光導波路１ｂのグラフェン２の表面からの反射光の強度よりも十分に大きくなる。したがって、測定光入力・反射光出力側の平面光導波路１ａのグラフェン２の表面に吸着された被測定試料２１からの反射光のみを、平面光導波路１ａの入力側（図８左側）に接続された測定装置（不図示）によって測定可能である。   However, when the distance between the two planar optical waveguides 1a and 1b facing each other is sufficiently larger than the width of the optical waveguide core 5, the planar optical waveguide 1a on the measurement light input / reflected light output side as shown in FIG. The intensity of the reflected light returning to the optical waveguide core 5 is sufficiently higher than the intensity of the reflected light from the surface of the graphene 2 of the planar optical waveguide 1b on the opposite transmitted light output side. Accordingly, only the reflected light from the measured sample 21 adsorbed on the surface of the graphene 2 of the planar optical waveguide 1a on the measurement light input / reflected light output side is connected to the input side (left side in FIG. 8) of the planar optical waveguide 1a. It can be measured by a measuring device (not shown).

一方、透過光出力側の平面光導波路１ｂ中を伝搬する光には、測定光入力・反射光出力側の平面光導波路１ａのグラフェン２の表面に吸着された被測定試料２１を透過した光だけでなく、透過光出力側の平面光導波路１ｂのグラフェン２の表面に吸着された被測定試料２１を透過した光が含まれるため、平面光導波路１ｂの出力側（図８右側）に接続された測定装置（不図示）によって、対向する２つのグラフェン２の表面に吸着された被測定試料２１の透過光の同時測定が可能となる。   On the other hand, the light propagating through the planar optical waveguide 1b on the transmitted light output side is only the light transmitted through the sample 21 to be measured adsorbed on the surface of the graphene 2 of the planar optical waveguide 1a on the measurement light input / reflected light output side. In addition, since the light transmitted through the sample 21 to be measured adsorbed on the surface of the graphene 2 of the planar optical waveguide 1b on the transmitted light output side is included, it is connected to the output side (right side in FIG. 8) of the planar optical waveguide 1b. A measurement apparatus (not shown) enables simultaneous measurement of transmitted light of the sample 21 to be measured adsorbed on the surfaces of two opposing graphenes 2.

加えて、本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェン２に異なる電位（例えば電位Ａと電位Ｂ）を印加すれば、一方の平面光導波路１ａの入力側に接続された測定装置では電位Ａにおける被測定試料からの反射光を検出することができ、他方の平面光導波路１ｂの出力側に接続された測定装置では電位Ｂにおける被測定試料からの透過光を検出することができる。   In addition, in the present embodiment, if different potentials (for example, potential A and potential B) are applied to the two graphenes 2 provided so as to cover the end faces of the two opposing planar optical waveguides 1a and 1b, The measuring device connected to the input side of one planar optical waveguide 1a can detect the reflected light from the sample to be measured at the potential A, and the measuring device connected to the output side of the other planar optical waveguide 1b can detect the potential. The transmitted light from the sample to be measured in B can be detected.

さらに、本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェン２に一定電圧でなく、交流電圧を印加するようにしてもよい。交流電圧を印加することにより、被測定試料を配向させることが可能となるため、測定光に偏向光を用いることにより、被測定試料の二色性などの配向度や偏光解析が可能となる。   Further, in the present embodiment, an alternating voltage may be applied to two graphenes 2 provided so as to cover the respective end faces of the two planar optical waveguides 1a and 1b facing each other. By applying an alternating voltage, the sample to be measured can be oriented. Therefore, by using the deflected light as the measurement light, the degree of orientation such as dichroism of the sample to be measured and polarization analysis can be performed.

また、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの組をアレイ状に複数配置した光センサプローブを作製することにより、散乱光についても測定することが可能である。散乱光を測定する場合には、例えば１つの平面光導波路１ａから入射した測定光を、対向する複数の平面光導波路１ｂによって受光し、この複数の平面光導波路１ｂの出力側に接続された測定装置によってスペクトル強度や偏光強度の分析をすることにより、散乱光の評価ができる。   Moreover, it is also possible to measure scattered light by producing an optical sensor probe in which a plurality of sets of two planar optical waveguides 1a and 1b facing each other are arranged in an array. When measuring scattered light, for example, measurement light incident from one planar optical waveguide 1a is received by a plurality of opposed planar optical waveguides 1b and connected to the output side of the plurality of planar optical waveguides 1b. Scattered light can be evaluated by analyzing spectral intensity and polarization intensity with an apparatus.

本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの間隔を１μｍ以上１０ｍｍ以下とすることが望ましい。本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェン２を透過して測定光が伝搬する必要があるため、２つの平面光導波路１ａ，１ｂの間隔が長くなると光損失が大きくなってしまうので、１０ｍｍ以下の間隔であることが必要である。また、気体や液体などの被測定試料を対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの間に入れる必要があるため、間隔が１μｍ未満では実用上困難となる。   In the present embodiment, it is desirable that the distance between the two planar optical waveguides 1a and 1b facing each other be 1 μm or more and 10 mm or less. In this embodiment, since the measurement light needs to propagate through two graphenes 2 provided so as to cover the respective end surfaces of the two planar optical waveguides 1a and 1b facing each other, the two planar optical waveguides If the distance between 1a and 1b is increased, the optical loss increases, so that the distance must be 10 mm or less. Moreover, since it is necessary to put a sample to be measured such as gas or liquid between the two planar optical waveguides 1a and 1b facing each other, it is practically difficult if the interval is less than 1 μm.

また、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した構成においても、対向する２つの光導波路コア５の間隔、すなわち溝１０の光伝搬方向（図７（Ａ）左右方向）の幅は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。   7A and 7B, the distance between the two optical waveguide cores 5 facing each other, that is, the width of the groove 10 in the light propagation direction (the left-right direction in FIG. 7A) is as follows. It is desirable that they are 1 micrometer or more and 10 mm or less.

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図９（Ａ）は本発明の第５の実施の形態に係る光センサプローブの断面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の光センサプローブを透過光の出射側から見た正面図であり、図２（Ａ）、図２（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。 [Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9A is a cross-sectional view of an optical sensor probe according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a front view of the optical sensor probe of FIG. 9A viewed from the transmitted light emitting side. The same components as those in FIGS. 2A and 2B are denoted by the same reference numerals.

本実施の形態の光センサプローブは、２つの光ファイバ１１と、２つの光ファイバ１１の各々の一端面に、光ファイバ１１の伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェン２とを設け、グラフェン２で覆われた２つの光ファイバ１１の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、２つの光ファイバ１１の間で光が伝搬可能なように、２つの光ファイバ１１を対向配置したことを特徴とするものである。   The optical sensor probe according to the present embodiment is a monoatomic layer or a 10 atomic layer disposed on one end face of each of the two optical fibers 11 and the two optical fibers 11 so as to intersect the propagation light of the optical fiber 11. Less than two graphenes 2 so that the end faces of the two optical fibers 11 covered with the graphene 2 face each other with a certain distance therebetween so that light can propagate between the two optical fibers 11. The two optical fibers 11 are arranged to face each other.

光ファイバ１１ａ，１１ｂのそれぞれの構造は、第２の実施の形態で説明した光ファイバ１１と同じである。
本実施の形態では、前記のようにグラフェン２で覆われた２つのコア１５の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合うように光ファイバ１１ａ，１１ｂを対向配置する必要があるので、実際の光センサプローブの構造としては、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように２つの光ファイバ１１ａ，１１ｂを支持板９などに固定した構造とすればよい。 The structures of the optical fibers 11a and 11b are the same as those of the optical fiber 11 described in the second embodiment.
In the present embodiment, the optical fibers 11a and 11b need to be opposed to each other so that the end faces of the two cores 15 covered with the graphene 2 face each other with a certain distance therebetween as described above. The structure of the optical sensor probe may be a structure in which two optical fibers 11a and 11b are fixed to a support plate 9 or the like as shown in FIGS.

また、別の構成として、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、１本の光ファイバ１１に溝１０を形成し、この溝１０の部分にグラフェン２を形成することにより、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）と同様の構造を実現するようにしてもよい。この図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）の構造では、光ファイバ１１のコア１５が分断され、分断されたコア１５が対向する両壁面に露出するように、光ファイバ１１に溝１０を形成し、溝１０の両壁面に、光ファイバ１１の伝搬光と交差するように単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェン１２を配置すればよい。   As another configuration, as shown in FIGS. 11 (A) and 11 (B), a groove 10 is formed in one optical fiber 11 and graphene 2 is formed in a portion of the groove 10. You may make it implement | achieve the structure similar to FIG. 9 (A), FIG. 9 (B), FIG. 10 (A), and FIG. 10 (B). In the structure of FIGS. 11A and 11B, the core 15 of the optical fiber 11 is divided, and the groove 10 is formed in the optical fiber 11 so that the divided core 15 is exposed on both opposing wall surfaces. Then, the graphene 12 having a monoatomic layer or less than 10 atomic layers may be disposed on both wall surfaces of the groove 10 so as to intersect the propagating light of the optical fiber 11.

本実施の形態の光センサプローブを用いた光測定の方法は第４の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
第４の実施の形態と同様に、対向する２つの光ファイバ１１ａ，１１ｂの間隔は１μｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。 Since the optical measurement method using the optical sensor probe of this embodiment is the same as that of the fourth embodiment, the description thereof is omitted.
As in the fourth embodiment, the distance between the two optical fibers 11a and 11b facing each other is preferably 1 μm or more and 10 mm or less.

また、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示した構成においても、対向する２つのコア１５の間隔、すなわち溝１０の光伝搬方向（図１１（Ａ）左右方向）の幅は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。   Also in the configurations shown in FIGS. 11A and 11B, the interval between the two cores 15 facing each other, that is, the width of the groove 10 in the light propagation direction (left and right direction in FIG. 11A) is 1 μm. It is desirable that it is 10 mm or less.

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の光センサプローブの製造方法を説明するものである。図１２（Ａ）、図１２（Ｃ）、図１２（Ｅ）、図１２（Ｇ）、図１２（Ｉ）は光センサプローブの製造方法を説明する断面図、図１２（Ｂ）、図１２（Ｄ）、図１２（Ｆ）、図１２（Ｈ）、図１２（Ｊ）は図１２（Ａ）、図１２（Ｃ）、図１２（Ｅ）、図１２（Ｇ）、図１２（Ｉ）の光センサプローブを被測定試料側から見た正面図である。 [Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a method for manufacturing the optical sensor probe according to the first embodiment will be described. 12A, FIG. 12C, FIG. 12E, FIG. 12G, and FIG. 12I are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an optical sensor probe, and FIG. 12D, FIG. 12F, FIG. 12H, and FIG. 12J are FIG. 12A, FIG. 12C, FIG. 12E, FIG. 12G, and FIG. FIG.

まず、平面光導波路のクラッド材料基板（下部クラッド層４）を用意し、このクラッド材料基板の表面に、火炎堆積法（ＦＨＤ：Flame Hydrolysis Deposition）、スパッタ法、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やプラズマＣＶＤ法によりコア材料を堆積し、必要に応じて熱処理を行うことにより、コア層２５を作製する（図１２（Ａ）、図１２（Ｂ））。   First, a clad material substrate (lower clad layer 4) of a planar optical waveguide is prepared, and a flame deposition method (FHD: Flame Hydrolysis Deposition), a sputtering method, an EB (Electron Beam) vapor deposition method, a CVD is applied to the surface of the clad material substrate. A core material is deposited by a (Chemical Vapor Deposition) method or a plasma CVD method, and a heat treatment is performed as necessary, thereby producing the core layer 25 (FIGS. 12A and 12B).

コア層２５の表面にフォトレジストによるコアパターンをパターニングし、フッ素プラズマなどで反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）加工することにより光導波路コア５を作製する（図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ））。   The core pattern 25 is patterned on the surface of the core layer 25, and reactive ion etching (RIE) is performed with fluorine plasma or the like, thereby producing the optical waveguide core 5 (FIGS. 12C and 12). (D)).

続いて、火炎堆積法（ＦＨＤ）、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などにより、下部クラッド層４の上に光導波路コア５を覆うように上部クラッド層６を堆積し、必要に応じて熱処理を行うことにより、平面光導波路を作製する。この平面光導波路を基板劈開やダイシングソーにより切断し、必要に応じ端面を研磨することにより、第１の実施の形態で説明したような端面が平滑な平面光導波路１を得る（図１２（Ｅ）、図１２（Ｆ））。   Subsequently, the upper cladding layer 6 is deposited on the lower cladding layer 4 so as to cover the optical waveguide core 5 by flame deposition (FHD), sputtering, EB vapor deposition, CVD, plasma CVD, or the like. A planar optical waveguide is produced by performing heat treatment according to the above. The planar optical waveguide is cut by a substrate cleaving or a dicing saw, and the end surface is polished if necessary to obtain the planar optical waveguide 1 having a smooth end surface as described in the first embodiment (FIG. 12E ), FIG. 12 (F)).

次に、平面光導波路１の一方の端面にグラフェン２を転写する（図１２（Ｇ）、図１２（Ｈ）））。このグラフェン２の具体的な作製方法としては、剥離法によりグラファイトから粘着シートを用いてグラフェン２を剥離し、平面光導波路１の端面に転写すればよい。   Next, the graphene 2 is transferred to one end face of the planar optical waveguide 1 (FIGS. 12G and 12H). As a specific method for producing the graphene 2, the graphene 2 may be peeled from the graphite using an adhesive sheet by a peeling method and transferred to the end face of the planar optical waveguide 1.

また、ＳｉＣ基板を１５００℃以上で熱分解してグラフェン２を形成した後に粘着シート等で剥離し、平面光導波路１の端面に転写してもよい。あるいは、ＣｕやＮｉなどの金属基板上に化学気相成長（ＣＶＤ）法でグラフェン２を製膜し、ＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate）などの有機膜を支持層にして、金属基板をエッチングし、グラフェン２を平面光導波路１の端面に転写してもよい。そして、転写後にグラフェン２の形状を加工するために、フォトレジストによってパターニングし、酸素プラズマを用いたＲＩＥ加工によりグラフェン２の不要部分を削除する。   Alternatively, the SiC substrate may be pyrolyzed at 1500 ° C. or more to form the graphene 2, and then peeled off with an adhesive sheet or the like, and transferred to the end surface of the planar optical waveguide 1. Alternatively, graphene 2 is formed on a metal substrate such as Cu or Ni by chemical vapor deposition (CVD), and the metal substrate is etched using an organic film such as PMMA (Polymethyl Methacrylate) as a support layer. May be transferred to the end face of the planar optical waveguide 1. Then, in order to process the shape of the graphene 2 after the transfer, patterning is performed with a photoresist, and unnecessary portions of the graphene 2 are deleted by RIE processing using oxygen plasma.

その後、配線取り出しのために、グラフェン２の端部にスパッタ法や真空蒸着法で電極金属膜を堆積し、フォトレジストによるリフトオフ法やプラズマエッチング法もしくはイオンエッチング法などにより金属膜を加工して電極３を形成する（図１２（Ｉ）、図１２（Ｊ））。あるいは、銀ペーストなどの導電性接着剤をグラフェン２の端部に塗布して、電気配線接続を行うようにしてもよい。   Thereafter, in order to extract the wiring, an electrode metal film is deposited on the edge of the graphene 2 by a sputtering method or a vacuum evaporation method, and the metal film is processed by a lift-off method using a photoresist, a plasma etching method, an ion etching method, or the like. 3 is formed (FIGS. 12I and 12J). Alternatively, a conductive adhesive such as a silver paste may be applied to the end of the graphene 2 to make electrical wiring connection.

以上で、第１の実施の形態の光センサプローブの作製が完了する。第３の実施の形態の光センサプローブも同様に作製できることは言うまでもない。   This completes the fabrication of the optical sensor probe of the first embodiment. It goes without saying that the optical sensor probe according to the third embodiment can be manufactured in the same manner.

また、第４の実施の形態の図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）で説明した光センサプローブを作製するには、図１２（Ａ）〜図１２（Ｊ）の方法によって平面光導波路１を２つ作製する。そして、グラフェン２で覆われた２つの光導波路コア５の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、かつ２つの平面光導波路１の間で光が伝搬可能なように位置合わせした上で、２つの平面光導波路１を支持板９などに固定すればよい。   In order to fabricate the optical sensor probe described with reference to FIGS. 5A, 5B, 6A, and 6B of the fourth embodiment, FIG. Two planar optical waveguides 1 are produced by the method of FIG. And after aligning so that the end surfaces of the two optical waveguide cores 5 covered with the graphene 2 face each other with a certain distance therebetween and light can propagate between the two planar optical waveguides 1, The two planar optical waveguides 1 may be fixed to the support plate 9 or the like.

［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第２の実施の形態の光センサプローブの製造方法を説明するものである。図１３（Ａ）、図１３（Ｃ）、図１３（Ｅ）、図１３（Ｇ）は光センサプローブの製造方法を説明する断面図、図１３（Ｂ）、図１３（Ｄ）、図１３（Ｆ）、図１３（Ｈ）は図１３（Ａ）、図１３（Ｃ）、図１３（Ｅ）、図１３（Ｇ）の光センサプローブを被測定試料側から見た正面図である。 [Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a method for manufacturing the optical sensor probe of the second embodiment will be described. 13A, 13C, 13E, and 13G are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an optical sensor probe, and FIGS. 13B, 13D, and 13 are used. FIGS. 13F and 13H are front views of the optical sensor probes of FIGS. 13A, 13C, 13E, and 13G viewed from the sample to be measured.

光ファイバ１１の場合、そのまま使用することも可能であるが、電極や配線形成のため、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように、Ｖ溝基板１６上に光ファイバ１１を配置する。そして、Ｖ溝基板１６とガラス製の押え板１７で光ファイバ１１を挟むようにして、Ｖ溝基板１６と押え板１７との間に接着剤を充填して硬化させることにより、光ファイバ１１を固定した光ファイバブロックを作製する。このような光ファイバブロックを用いた方がグラフェンの実装や電極加工がし易くなる。   In the case of the optical fiber 11, it can be used as it is, but the optical fiber 11 is arranged on the V-groove substrate 16 as shown in FIGS. 13A and 13B for forming electrodes and wiring. To do. Then, the optical fiber 11 is fixed by filling the V-groove substrate 16 and the presser plate 17 with an adhesive so as to sandwich the optical fiber 11 between the V-groove substrate 16 and the glass presser plate 17. An optical fiber block is produced. The use of such an optical fiber block facilitates graphene mounting and electrode processing.

使用する接着剤としては、エポキシ樹脂やアクリレート樹脂系のＵＶ硬化接着剤、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂あるいはシリコーン樹脂系の熱硬化樹脂、湿気硬化性のシアノアクリレート樹脂などが挙げられる。
光ファイバブロックを基板劈開やダイシングソーにより切断し、必要に応じて端面研磨することにより、端面が平滑な光ファイバブロックを得る（図１３（Ｃ）、図１３（Ｄ））。 Examples of the adhesive to be used include an epoxy resin or an acrylate resin UV curing adhesive, an epoxy resin, an acrylate resin or a silicone resin thermosetting resin, and a moisture curable cyanoacrylate resin.
The optical fiber block is cut with a substrate cleaving or a dicing saw, and the end face is polished as necessary to obtain an optical fiber block with a smooth end face (FIGS. 13C and 13D).

次に、光ファイバブロックの端面にグラフェン１２を転写する（図１３（Ｅ）、図１３（Ｆ）））。グラフェン１２の作製方法は、第６の実施の形態のグラフェン２の作製方法と同じであるので、説明は省略する。転写後にグラフェン１２の形状を加工するために、フォトレジストによってパターニングし、酸素プラズマを用いたＲＩＥ加工によりグラフェン１２の不要部分を削除する。   Next, the graphene 12 is transferred to the end face of the optical fiber block (FIGS. 13E and 13F). Since the method for producing the graphene 12 is the same as the method for producing the graphene 2 of the sixth embodiment, description thereof is omitted. In order to process the shape of the graphene 12 after the transfer, patterning is performed with a photoresist, and unnecessary portions of the graphene 12 are deleted by RIE processing using oxygen plasma.

最後に、グラフェン１２の端部にスパッタ法や真空蒸着法で電極金属膜を堆積し、フォトレジストによるリフトオフ法やプラズマエッチング法もしくはイオンエッチング法などにより金属膜を加工して電極１３を形成する（図１３（Ｇ）、図１３（Ｈ））。あるいは、銀ペーストなどの導電性接着剤をグラフェン１２の端部に塗布して、電気配線接続を行うようにしてもよい。
以上で、第２の実施の形態の光センサプローブの作製が完了する。 Finally, an electrode metal film is deposited on the edge of the graphene 12 by sputtering or vacuum evaporation, and the electrode 13 is formed by processing the metal film by a photoresist lift-off method, plasma etching method, ion etching method, or the like ( FIG. 13 (G) and FIG. 13 (H)). Alternatively, a conductive adhesive such as a silver paste may be applied to the end of the graphene 12 to make electrical wiring connection.
This completes the fabrication of the optical sensor probe of the second embodiment.

また、第５の実施の形態の図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）で説明した光センサプローブを作製するには、図１３（Ａ）〜図１３（Ｊ）の方法によって光ファイバブロックを２つ作製する。そして、グラフェン２で覆われた２つのコア１５の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、かつ２つの光ファイバブロックの間で光が伝搬可能なように位置合わせした上で、２つの光ファイバブロックを支持板９などに固定すればよい。   In order to produce the optical sensor probe described in FIGS. 9A, 9B, 10A, and 10B of the fifth embodiment, FIG. Two optical fiber blocks are manufactured by the method of FIG. The two cores 15 covered with the graphene 2 face each other with a certain distance therebetween, and are aligned so that light can propagate between the two optical fiber blocks. The fiber block may be fixed to the support plate 9 or the like.

［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第４の実施の形態の図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した光センサプローブの製造方法を説明するものである。図１４（Ａ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｅ）、図１４（Ｇ）は光センサプローブの製造方法を説明する断面図、図１４（Ｂ）、図１４（Ｄ）、図１４（Ｆ）、図１４（Ｈ）は図１４（Ａ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｅ）、図１４（Ｇ）の光センサプローブを透過光の出射側から見た正面図である。 [Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a method for manufacturing the optical sensor probe shown in FIGS. 7A and 7B of the fourth embodiment will be described. 14 (A), 14 (C), 14 (E), and 14 (G) are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an optical sensor probe, and FIG. 14 (B), FIG. 14 (D), and FIG. FIGS. 14F and 14H are front views of the optical sensor probe of FIGS. 14A, 14C, 14E, and 14G as viewed from the transmitted light emission side. .

本実施の形態では、まず第６の実施の形態で説明した方法により平面光導波路１を作製する（図１４（Ａ）、図１４（Ｂ））。この平面光導波路１に対してフォトレジストで溝形状のパタンーングを行い、プラズマによるＲＩＥ加工やダイシングブレードや切削加工によって光導波路コア５の部分が露出する程度に溝１０を形成する（図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ））。このとき、平面光導波路１が石英系光導波路であれば、フッ素プラズマを用いて加工することが望ましい。   In the present embodiment, first, the planar optical waveguide 1 is manufactured by the method described in the sixth embodiment (FIGS. 14A and 14B). A groove-shaped pattern is formed on the planar optical waveguide 1 with a photoresist, and a groove 10 is formed to such an extent that the portion of the optical waveguide core 5 is exposed by plasma RIE processing, a dicing blade, or cutting processing (FIG. 14C ), FIG. 14 (D)). At this time, if the planar optical waveguide 1 is a silica-based optical waveguide, it is desirable to process using fluorine plasma.

次に、第６の実施の形態と同様にして溝１０の部分にグラフェン２を転写する。そして、フォトレジストによってパターニングし、酸素プラズマを用いたＲＩＥ加工によりグラフェン２の不要部分を削除することにより、光導波路コア５を覆う程度の幅にグラフェン２を加工する（図１４（Ｅ）、図１４（Ｆ））。   Next, the graphene 2 is transferred to the groove 10 as in the sixth embodiment. Then, by patterning with a photoresist and removing unnecessary portions of the graphene 2 by RIE processing using oxygen plasma, the graphene 2 is processed to a width that covers the optical waveguide core 5 (FIG. 14E). 14 (F)).

最後に、配線取り出しのために、グラフェン２の端部にスパッタ法や真空蒸着法で電極金属膜を堆積し、フォトレジストによるリフトオフ法やプラズマエッチング法もしくはイオンエッチング法などにより金属膜を加工して電極３を形成する（図１４（Ｇ）、図１４（Ｈ））。あるいは、銀ペーストなどの導電性接着剤をグラフェン２の端部に塗布して、電気配線接続を行うようにしてもよい。
こうして、第４の実施の形態の図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した光センサプローブの作製が完了する。 Finally, for wiring extraction, an electrode metal film is deposited on the edge of the graphene 2 by sputtering or vacuum evaporation, and the metal film is processed by a photoresist lift-off method, plasma etching method or ion etching method. The electrode 3 is formed (FIGS. 14G and 14H). Alternatively, a conductive adhesive such as a silver paste may be applied to the end of the graphene 2 to make electrical wiring connection.
Thus, the fabrication of the optical sensor probe shown in FIGS. 7A and 7B of the fourth embodiment is completed.

［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態、第３の実施の形態、および第６の実施の形態の光センサプローブについて更に具体的に説明するものである。ただし、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。 [Ninth Embodiment]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the optical sensor probes of the first embodiment, the third embodiment, and the sixth embodiment will be described more specifically. However, the present invention is not limited to the present embodiment.

本実施の形態では、板厚１ｍｍのＳｉＯ2の石英基板（下部クラッド層４）を用意し、この石英基板の上に、ＳｉＯ2との比屈折率差が約０．３％になるようにＧｅをドープされ調整されたコア材料を火炎堆積法（ＦＨＤ）により堆積し、約１０００℃で酸素雰囲気中で熱処理することにより約１０μｍ厚の光導波路コア５を作製した（図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ））。 In the present embodiment, a SiO 2 quartz substrate (lower cladding layer 4) having a thickness of 1 mm is prepared, and the relative refractive index difference with SiO 2 is about 0.3% on this quartz substrate. An optical waveguide core 5 having a thickness of about 10 μm was prepared by depositing a Ge-doped core material prepared by flame deposition (FHD) and performing heat treatment in an oxygen atmosphere at about 1000 ° C. (FIG. 12C). FIG. 12D).

その後、下部クラッド層４の上に光導波路コア５を覆うようにＳｉＯ2からなる上部クラッド層６を火炎堆積法（ＦＨＤ）により堆積し、約１０００℃の酸素雰囲気中で熱処理した。そして、熱処理後の導波路構造を適当な大きさにダイシングにて切断し、端面を研磨することにより、平面光導波路１を得た（図１２（Ｅ）、図１２（Ｆ））。 Thereafter, an upper clad layer 6 made of SiO 2 was deposited on the lower clad layer 4 so as to cover the optical waveguide core 5 by a flame deposition method (FHD) and heat-treated in an oxygen atmosphere at about 1000 ° C. Then, the waveguide structure after the heat treatment was cut into an appropriate size by dicing and the end face was polished to obtain a planar optical waveguide 1 (FIGS. 12E and 12F).

次に、グラフェンプラットフォーム社製の銅箔上単層グラフェンサンプルの表面に５〜１０μｍ程度の厚さのＰＭＭＡ膜をスピンコートにて作製し、塩化鉄（III）水溶液を用いて、ＰＭＭＡ支持層付きの単層のグラフェン２の膜を作製した。平面光導波路１の端面に、水上にてＰＭＭＡ支持層付きの単層グラフェン２を転写した後、乾燥させた（図１２（Ｇ）、図１２（Ｈ）））。   Next, a PMMA film having a thickness of about 5 to 10 μm is formed by spin coating on the surface of a single-layer graphene sample on a copper foil made by Graphene Platform Co., Ltd., and a PMMA support layer is provided using an iron (III) chloride aqueous solution. A single-layer graphene 2 film was prepared. Single-layer graphene 2 with a PMMA support layer was transferred onto the end face of the planar optical waveguide 1 and then dried (FIGS. 12G and 12H).

そして、グラフェン２が光導波路コア５を覆う幅が３０μｍになるようにフォトレジストによりグラフェン２のパターニングを行い、Ｏ2−ＲＩＥによってグラフェン２を加工した後、有機溶剤等でレジストとＰＭＭＡ膜を剥離した。その後、藤倉化成製ドータイトＤ−７５３を用いてグラフェン２から配線を取り出し、グラフェン２との電気接続を行った。 Then, the graphene 2 is patterned with a photoresist so that the width of the graphene 2 covering the optical waveguide core 5 is 30 μm, the graphene 2 is processed by O 2 -RIE, and then the resist and the PMMA film are peeled off with an organic solvent or the like. did. Thereafter, the wiring was taken out from the graphene 2 using Dotite D-753 manufactured by Fujikura Kasei, and electrical connection with the graphene 2 was performed.

以上の方法により、第１の実施の形態、第３の実施の形態、および第６の実施の形態で説明した光センサプローブを作製した。この光センサプローブに光ファイバをファイバブロックにより接続し、１．５μｍ帯用光アイソレータを接続した。   With the above method, the optical sensor probe described in the first embodiment, the third embodiment, and the sixth embodiment was manufactured. An optical fiber was connected to this optical sensor probe by a fiber block, and an optical isolator for 1.5 μm band was connected.

小型シャーレ中にＪＳＲ（株）製の濁度標準液（ポリスチレン）１００度を５０ｍｌ入れた。そして、第３の実施の形態で説明した対向電極７として、ＡｕコーティングしたＣｕ配線を用い、このＣｕを濁度標準液に液浸させ、対向電極７と離して光センサプローブを濁度標準液に液浸した。   In a small petri dish, 50 ml of 100 degree turbidity standard solution (polystyrene) manufactured by JSR Corporation was put. Then, as the counter electrode 7 described in the third embodiment, an Au-coated Cu wiring is used, and this Cu is immersed in the turbidity standard solution, and separated from the counter electrode 7, the optical sensor probe is connected to the turbidity standard solution. Immerse in.

波長１５５０ｎｍのＬＤ（Laser Diode）光源から光ファイバを介して光センサプローブに１０ｍＷの測定光を入射させて被測定試料である濁度標準液に照射し、濁度標準液から反射した戻り光の強度を光パワーメータで測定した。グラフェン２と対向電極７間に＋５０Ｖの電位差を与えたところ、反射した戻り光が１％以下ではあったが、光強度増加が見られた。   A 10 mW measurement light is incident on an optical sensor probe from an LD (Laser Diode) light source having a wavelength of 1550 nm through an optical fiber, and the turbidity standard solution as a sample to be measured is irradiated. The intensity was measured with an optical power meter. When a potential difference of +50 V was given between the graphene 2 and the counter electrode 7, the reflected return light was 1% or less, but an increase in light intensity was observed.

［第１０の実施の形態］
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第４の実施の形態の図７（Ａ）、図７（Ｂ）および第８の実施の形態の光センサプローブについて更に具体的に説明するものである。 [Tenth embodiment]
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the optical sensor probe of FIGS. 7A and 7B and the eighth embodiment of the fourth embodiment will be described more specifically.

第９の実施の形態と同様に平面光導波路１を作製した後に、この平面光導波路１の中央部に光導波路コア５の部分が露出する程度に２０μｍ程度ダイシングソーで切り込みをいれ、幅２００μｍ、深さ３０μｍ程度の溝１０を作製した（図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ））。   After the planar optical waveguide 1 is manufactured as in the ninth embodiment, the optical waveguide core 5 is cut by a dicing saw so that the portion of the optical waveguide core 5 is exposed at the center of the planar optical waveguide 1, and the width is 200 μm. A groove 10 having a depth of about 30 μm was manufactured (FIGS. 14C and 14D).

次に、グラフェンプラットフォーム社製の銅箔上単層グラフェンサンプルの表面に５〜１０μｍ程度の厚さのＰＭＭＡ膜をスピンコートにて作製し、塩化鉄（III）水溶液を用いて、ＰＭＭＡ支持層付きの単層グラフェン２の膜を作製した。前記のように作製した平面光導波路１の溝１０に沿って、かつ平面光導波路１の光導波路コア５の端面を覆うように、水上にてＰＭＭＡ支持層付きの単層グラフェン２を転写した後、乾燥させた（図１４（Ｅ）、図１４（Ｆ）））。   Next, a PMMA film having a thickness of about 5 to 10 μm is formed by spin coating on the surface of a single-layer graphene sample on a copper foil made by Graphene Platform Co., Ltd., and a PMMA support layer is provided using an iron (III) chloride aqueous solution. A single-layer graphene 2 film was prepared. After transferring the single-layer graphene 2 with the PMMA support layer on the water so as to cover the end face of the optical waveguide core 5 of the planar optical waveguide 1 along the groove 10 of the planar optical waveguide 1 manufactured as described above. And dried (FIGS. 14E and 14F).

そして、グラフェン２が光導波路コア５を覆う幅が３０μｍになるようにフォトレジストによりグラフェン２のパターニングを行い、Ｏ2−ＲＩＥによってグラフェン２を加工した後、有機溶剤等でレジストとＰＭＭＡ膜を剥離した。その後、藤倉化成製ドータイトＤ−７５３を用いてグラフェン２から配線を取り出し、グラフェン２との電気接続を行った。また、溝１０の構造中で光導波路コア以外の部分にも藤倉化成製ドータイトＡ−３／Ｃ−３によって電極を作製し、配線を取り出した。 Then, the graphene 2 is patterned with a photoresist so that the width of the graphene 2 covering the optical waveguide core 5 is 30 μm, the graphene 2 is processed by O 2 -RIE, and then the resist and the PMMA film are peeled off with an organic solvent or the like. did. Thereafter, the wiring was taken out from the graphene 2 using Dotite D-753 manufactured by Fujikura Kasei, and electrical connection with the graphene 2 was performed. In addition, an electrode was produced in the portion other than the optical waveguide core in the structure of the groove 10 by Dotite A-3 / C-3 manufactured by Fujikura Kasei, and the wiring was taken out.

以上の方法により、第４の実施の形態の図７（Ａ）、図７（Ｂ）および第８の実施の形態で説明した光センサプローブを作製した。この光センサプローブの一方の端に光入射用の光ファイバをファイバブロックにより接続すると共に、光センサプローブの他方の端に光受光用の光ファイバをファイバブロックにより接続した。
シャーレ中にＪＳＲ（株）製の濁度標準液（ポリスチレン）１００度を１００ｍｌ入れ、光センサプローブを濁度標準液に液浸した。 By the above method, the optical sensor probe described in the fourth embodiment with reference to FIGS. 7A and 7B and the eighth embodiment was manufactured. An optical fiber for light incidence was connected to one end of the optical sensor probe by a fiber block, and an optical fiber for receiving light was connected to the other end of the optical sensor probe by a fiber block.
100 ml of 100 degree turbidity standard solution (polystyrene) manufactured by JSR Co., Ltd. was placed in the petri dish, and the optical sensor probe was immersed in the turbidity standard solution.

波長１５５０ｎｍのＬＤ光源から光入射用の光ファイバを介して光センサプローブに１０ｍＷの測定光を入射させて被測定試料である濁度標準液に照射し、濁度標準液からの透過光の強度を光受光用の光ファイバを介して光パワーメータで測定した。グラフェン２の部分に＋５０Ｖの電位差を与えたところ、透過光の光損失が１％以下ではあったが、光損失増加が見られた。   A 10 mW measurement light is incident on an optical sensor probe from an LD light source having a wavelength of 1550 nm through an optical fiber for light incidence, and the turbidity standard solution, which is a sample to be measured, is irradiated. Was measured with an optical power meter through an optical fiber for receiving light. When a potential difference of +50 V was applied to the graphene 2 portion, the optical loss of transmitted light was 1% or less, but an increase in optical loss was observed.

本発明は、光導波路または光ファイバの伝搬光を被測定試料に照射し、被測定試料からの反射光または透過光を受光する技術に適用することができる。   The present invention can be applied to a technique for irradiating a sample to be measured with propagation light from an optical waveguide or an optical fiber and receiving reflected light or transmitted light from the sample to be measured.

１，１ａ，１ｂ…平面光導波路、２，１２…グラフェン、３，１３…電極、４…下部クラッド層、５…光導波路コア、６…上部クラッド層、７…対向電極、８…電圧印加手段、９…支持板、１０…溝、１１，１１ａ，１１ｂ…光ファイバ１１、１４…クラッド、１５…コア、１６…Ｖ溝基板、１７…押え板、２１…被測定試料。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1a, 1b ... Planar optical waveguide, 2,12 ... Graphene, 3,13 ... Electrode, 4 ... Lower clad layer, 5 ... Optical waveguide core, 6 ... Upper clad layer, 7 ... Counter electrode, 8 ... Voltage application means , 9 ... support plate, 10 ... groove, 11, 11a, 11b ... optical fiber 11, 14 ... clad, 15 ... core, 16 ... V-groove substrate, 17 ... presser plate, 21 ... sample to be measured.

Claims (7)

平面光導波路または光ファイバと、
前記平面光導波路の一端面または前記光ファイバの一端面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを備えることを特徴とする光センサプローブ。 A planar optical waveguide or optical fiber;
A monoatomic layer or graphene of less than 10 atomic layers disposed on one end surface of the planar optical waveguide or one end surface of the optical fiber so as to intersect the propagating light of the planar optical waveguide or the propagating light of the optical fiber. An optical sensor probe comprising: 請求項１記載の光センサプローブにおいて、
さらに、前記平面光導波路の端面または前記光ファイバの端面に配置されたグラフェンと向かい合うように設けられた対向電極を備え、
前記グラフェンと対向電極間に電圧印加を可能としたことを特徴とする光センサプローブ。 The optical sensor probe according to claim 1,
Furthermore, a counter electrode provided to face the graphene disposed on the end face of the planar optical waveguide or the end face of the optical fiber,
An optical sensor probe characterized in that a voltage can be applied between the graphene and the counter electrode. 請求項２記載の光センサプローブにおいて、
前記対向電極の表面積は、前記グラフェンの表面積よりも２倍以上大きいことを特徴とする光センサプローブ。 The optical sensor probe according to claim 2,
The optical sensor probe characterized in that the surface area of the counter electrode is at least twice as large as the surface area of the graphene. ２つの平面光導波路または２つの光ファイバと、
前記２つの平面光導波路の各々の一端面または前記２つの光ファイバの各々の一端面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェンとを備え、
前記グラフェンで覆われた２つの平面光導波路の端面同士または前記グラフェンで覆われた２つの光ファイバの端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、２つの平面光導波路の間または２つの光ファイバの間で光が伝搬可能なように、２つの平面光導波路または２つの光ファイバを対向配置したことを特徴とする光センサプローブ。 Two planar optical waveguides or two optical fibers;
A monoatomic layer disposed on one end face of each of the two planar optical waveguides or on one end face of each of the two optical fibers so as to intersect the propagating light of the planar optical waveguide or the propagating light of the optical fiber, or Comprising two graphenes with less than 10 atomic layers,
The end faces of the two planar optical waveguides covered with the graphene or the end faces of the two optical fibers covered with the graphene face each other with a certain distance therebetween, and between the two planar optical waveguides or the two optical fibers. An optical sensor probe in which two planar optical waveguides or two optical fibers are arranged to face each other so that light can propagate between them. 請求項４記載の光センサプローブにおいて、
前記２つの平面光導波路の間隔または前記２つの光ファイバの間隔は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする光センサプローブ。 The optical sensor probe according to claim 4,
2. The optical sensor probe according to claim 1, wherein an interval between the two planar optical waveguides or an interval between the two optical fibers is 1 μm or more and 10 mm or less. 平面光導波路または光ファイバと、
前記平面光導波路のコアまたは前記光ファイバのコアが分断され、分断されたコアが対向する両壁面に露出するように、前記平面光導波路または前記光ファイバに形成された溝と、
前記平面光導波路の溝の両壁面または前記光ファイバの溝の両壁面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを備えることを特徴とする光センサプローブ。 A planar optical waveguide or optical fiber;
A groove formed in the planar optical waveguide or the optical fiber such that the core of the planar optical waveguide or the core of the optical fiber is divided, and the divided core is exposed on both opposing wall surfaces;
A monoatomic layer or less than 10 atomic layers disposed on both wall surfaces of the groove of the planar optical waveguide or both wall surfaces of the groove of the optical fiber so as to intersect the propagating light of the planar optical waveguide or the propagating light of the optical fiber An optical sensor probe comprising: graphene. 請求項６記載の光センサプローブにおいて、
前記溝の光伝搬方向の幅は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする光センサプローブ。 The optical sensor probe according to claim 6.
The width of the groove in the light propagation direction is 1 μm or more and 10 mm or less.
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