JPH0875639A - スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 - Google Patents
スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置Info
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- JPH0875639A JPH0875639A JP21574294A JP21574294A JPH0875639A JP H0875639 A JPH0875639 A JP H0875639A JP 21574294 A JP21574294 A JP 21574294A JP 21574294 A JP21574294 A JP 21574294A JP H0875639 A JPH0875639 A JP H0875639A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光の入射、及び出射角度を容易に設定するこ
とができ、高感度の光吸収スペクトルの測定が可能であ
る、スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装
置を提供する。 【構成】 光源、並びに入射光側レンズ、入射光側レン
ズと所定間隔を有する入射光側プリズム、光導波路層を
有するスラブ光導波路、出射光側プリズム、及び出射光
側プリズムと所定間隔を有する出射光側レンズからなる
試料測定部を有する光吸収スペクトル測定装置。
とができ、高感度の光吸収スペクトルの測定が可能であ
る、スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装
置を提供する。 【構成】 光源、並びに入射光側レンズ、入射光側レン
ズと所定間隔を有する入射光側プリズム、光導波路層を
有するスラブ光導波路、出射光側プリズム、及び出射光
側プリズムと所定間隔を有する出射光側レンズからなる
試料測定部を有する光吸収スペクトル測定装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スラブ光導波路を利用
して界面、表面吸着物、薄膜、極微量の試料などの光吸
収スペクトルを高感度に測定するための装置に関する。
して界面、表面吸着物、薄膜、極微量の試料などの光吸
収スペクトルを高感度に測定するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光導波路を利用した従来技術として、レ
ーザーを光源とする光導波路センサーがある。レーザー
を光源とする光導波路センサーは、プリズムあるいはグ
レーティングを利用してレーザーからの光を光導波路内
に導入し、光導波路内を全反射した光をプリズムあるい
はグレーティングを利用して取り出し、光検出器で検出
して光強度を測定することにより、圧力や電場、磁場な
どの物理的測定や物質の濃度などの化学的測定を行うも
のである。またエバネッセント光を利用した試料の光吸
収スペクトルの測定方法として、ＡＴＲ法が知られてい
る。ＡＴＲ法とは、表面に試料を乗せた内部反射エレメ
ント（ＩＲＥ）と呼ばれる厚さ数ｍｍの台形の結晶に光
を導入し、エレメント内を全反射した光を取り出して、
光強度を測定することにより、試料の光吸収スペクトル
を測定するものである。従来の光吸収測定装置では、Ｌ
Ｂ膜中に単分子層相当の濃度に対して、１／２又は１／
１０の濃度のポルフィリン色素が含まれている場合、即
ち０．５分子層相当あるいは０．１分子層相当の表面濃
度程度の極低濃度になると、通常の方法で測定される吸
光度は、例えば、数万から数十万という非常にモル吸光
度が高い試料であっても、０．５分子層に対して、０．
０５程度、０．１分子層に対して、０．０１程度とな
り、通常の分光測定装置では色素の光吸収スペクトルを
測定することが非常に困難となる。通常の分光測定装置
の検出下限は、吸光度に換算して０．００１ａｂｓ程度
である。
ーザーを光源とする光導波路センサーがある。レーザー
を光源とする光導波路センサーは、プリズムあるいはグ
レーティングを利用してレーザーからの光を光導波路内
に導入し、光導波路内を全反射した光をプリズムあるい
はグレーティングを利用して取り出し、光検出器で検出
して光強度を測定することにより、圧力や電場、磁場な
どの物理的測定や物質の濃度などの化学的測定を行うも
のである。またエバネッセント光を利用した試料の光吸
収スペクトルの測定方法として、ＡＴＲ法が知られてい
る。ＡＴＲ法とは、表面に試料を乗せた内部反射エレメ
ント（ＩＲＥ）と呼ばれる厚さ数ｍｍの台形の結晶に光
を導入し、エレメント内を全反射した光を取り出して、
光強度を測定することにより、試料の光吸収スペクトル
を測定するものである。従来の光吸収測定装置では、Ｌ
Ｂ膜中に単分子層相当の濃度に対して、１／２又は１／
１０の濃度のポルフィリン色素が含まれている場合、即
ち０．５分子層相当あるいは０．１分子層相当の表面濃
度程度の極低濃度になると、通常の方法で測定される吸
光度は、例えば、数万から数十万という非常にモル吸光
度が高い試料であっても、０．５分子層に対して、０．
０５程度、０．１分子層に対して、０．０１程度とな
り、通常の分光測定装置では色素の光吸収スペクトルを
測定することが非常に困難となる。通常の分光測定装置
の検出下限は、吸光度に換算して０．００１ａｂｓ程度
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光導波路層内では、い
わゆる導波路モードと呼ばれるモードが形成されている
ため、特定の角度の光しか光導波路層内に入射できな
い。また光導波路層内への光の入射角度は波長毎に異な
るため、プリズムもしくはグレーティングの単独使用で
は、光導波路層内に特定の波長の光、例えばレーザー光
しか入出射させることしかできない。そのため、従来の
光導波路センサーでは、光吸収スペクトルを測定するこ
とは不可能であった。一方ＡＴＲ法は、光吸収スペクト
ルを測定することができるが、エレメントの厚さが数ｍ
ｍと厚いため、光の反射回数はせいぜい数回〜数十回程
度となり、十分な感度が得られず、感度を向上するため
にエレメントの厚さを薄くすると、機械的強度が保てな
いという問題点があった。また測定の際、バックグラウ
ンド光の影響を受けないように、光導波路又はエレメン
ト、及びその周辺は暗くする必要があった。さらに光導
波路は、光の透過モードがあり、入射角度が極めて限ら
れているため、光の入射、及び出射角度を定めることは
困難な作業であった。本発明は、上述の問題点に鑑み、
高感度の光吸収スペクトルの測定が可能であり、またバ
ックグラウンド光の影響を受けることなく光吸収スペク
トルを測定でき、さらに光の入射、及び出射角度を容易
に設定することができるスラブ光導波路を利用した光吸
収スペクトル測定装置を提供することを目的とする。
わゆる導波路モードと呼ばれるモードが形成されている
ため、特定の角度の光しか光導波路層内に入射できな
い。また光導波路層内への光の入射角度は波長毎に異な
るため、プリズムもしくはグレーティングの単独使用で
は、光導波路層内に特定の波長の光、例えばレーザー光
しか入出射させることしかできない。そのため、従来の
光導波路センサーでは、光吸収スペクトルを測定するこ
とは不可能であった。一方ＡＴＲ法は、光吸収スペクト
ルを測定することができるが、エレメントの厚さが数ｍ
ｍと厚いため、光の反射回数はせいぜい数回〜数十回程
度となり、十分な感度が得られず、感度を向上するため
にエレメントの厚さを薄くすると、機械的強度が保てな
いという問題点があった。また測定の際、バックグラウ
ンド光の影響を受けないように、光導波路又はエレメン
ト、及びその周辺は暗くする必要があった。さらに光導
波路は、光の透過モードがあり、入射角度が極めて限ら
れているため、光の入射、及び出射角度を定めることは
困難な作業であった。本発明は、上述の問題点に鑑み、
高感度の光吸収スペクトルの測定が可能であり、またバ
ックグラウンド光の影響を受けることなく光吸収スペク
トルを測定でき、さらに光の入射、及び出射角度を容易
に設定することができるスラブ光導波路を利用した光吸
収スペクトル測定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み、種々検討した結果、一定の波長幅を持つ光を入
射光側レンズで集光し、入射光側プリズムに入射するこ
とにより、一度に広い波長範囲の光を光導波路層内に導
入することができ、また光導波路内において全反射を繰
返した光を出射光側プリズムから出射光側レンズで一度
に取り出し、検出器で測定することにより、スラブ光導
波路を利用した高感度の光吸収スペクトルの測定が可能
となることを見い出した。本発明はこれらの知見に基づ
きなされるに至ったものである。
に鑑み、種々検討した結果、一定の波長幅を持つ光を入
射光側レンズで集光し、入射光側プリズムに入射するこ
とにより、一度に広い波長範囲の光を光導波路層内に導
入することができ、また光導波路内において全反射を繰
返した光を出射光側プリズムから出射光側レンズで一度
に取り出し、検出器で測定することにより、スラブ光導
波路を利用した高感度の光吸収スペクトルの測定が可能
となることを見い出した。本発明はこれらの知見に基づ
きなされるに至ったものである。
【０００５】すなわち本発明は、（１）光源、光源から
発射された光を集光する入射光側レンズ、該入射光側レ
ンズと所定間隔を有し、かつ光導波路層内に該入射光レ
ンズで集光した光を導入する入射光側プリズム、該入射
光側プリズムを出射した光を導入する光導波路層を有す
るスラブ光導波路、該光導波路層内部で全反射を繰返し
た光を導入する出射光側プリズム、及び該出射光側プリ
ズムと所定間隔を有し、かつ該出射光側プリズムから出
射した光を導入する出射光側レンズよりなる試料測定部
を有し、試料測定部からの出射光をとり出しスペクトル
を測定するようにしたことを特徴とするスラブ光導波路
を利用した光吸収スペクトル測定装置、（２）光源が白
色光であることを特徴とする（１）項に記載のスラブ光
導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置、（３）光
源と入射光側レンズの間に、光源からの光を一定周期の
断続光にする装置を有し、かつ出射した断続光のみを増
幅する装置を有することを特徴とする（１）項又は
（２）項に記載のスラブ光導波路を利用した光吸収スペ
クトル測定装置、及び（４）光源と入射光側レンズの
間、及び出射光側レンズと分光器の間に、光ファイバー
を使用することを特徴とする（１）項、（２）項又は
（３）項に記載のスラブ光導波路を利用した光吸収スペ
クトル測定装置を提供するものである。
発射された光を集光する入射光側レンズ、該入射光側レ
ンズと所定間隔を有し、かつ光導波路層内に該入射光レ
ンズで集光した光を導入する入射光側プリズム、該入射
光側プリズムを出射した光を導入する光導波路層を有す
るスラブ光導波路、該光導波路層内部で全反射を繰返し
た光を導入する出射光側プリズム、及び該出射光側プリ
ズムと所定間隔を有し、かつ該出射光側プリズムから出
射した光を導入する出射光側レンズよりなる試料測定部
を有し、試料測定部からの出射光をとり出しスペクトル
を測定するようにしたことを特徴とするスラブ光導波路
を利用した光吸収スペクトル測定装置、（２）光源が白
色光であることを特徴とする（１）項に記載のスラブ光
導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置、（３）光
源と入射光側レンズの間に、光源からの光を一定周期の
断続光にする装置を有し、かつ出射した断続光のみを増
幅する装置を有することを特徴とする（１）項又は
（２）項に記載のスラブ光導波路を利用した光吸収スペ
クトル測定装置、及び（４）光源と入射光側レンズの
間、及び出射光側レンズと分光器の間に、光ファイバー
を使用することを特徴とする（１）項、（２）項又は
（３）項に記載のスラブ光導波路を利用した光吸収スペ
クトル測定装置を提供するものである。
【０００６】次に本発明を詳細に説明する。本発明のス
ラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置は、
レンズとプリズムの組合わせを利用し一度に広い波長範
囲の光を光導波路層内に入出射することができるため、
スラブ光導波路を利用して高感度の光吸収スペクトルの
測定が可能となることを特徴とする。本発明において、
光源は、遠紫外から遠赤外までのうち任意の波長範囲を
持つ光を発射するものから選ばれる。このうち、白色光
を発射するものを光源として選択することが好ましい。
この場合、白色光は、ある波長幅を持つ光ということで
あり、白い色の光という意味ではない。本発明におい
て、光源からの光を他の光と明確に区別するために、光
源からの光を一定の周期の断続光にすることは好まし
い。光源からの光を一定の周期の断続光にして、光導波
路層に入射させ、光導波路層内を透過した断続光を出射
させ、出射光を測定することにより、バックグラウンド
光の影響を受けることなく光吸収スペクトルを測定でき
るようになる。光源からの光を一定の周期の断続光にす
るのに、光チョッパーを使用するのが望ましい。またこ
の場合、光導波路層内からの出射光のみを増幅すること
も好ましい。本発明において、光の位置や方向を変える
ために、光源と入射光側レンズの間、及び出射光側レン
ズと分光器の間に光ファイバーを使用することは、好ま
しい。光源と入射光側レンズの間、及び出射光側レンズ
と分光器の間に光ファイバーを使用することにより、レ
ンズと入射光側又は出射光側プリズムの距離や入射角度
や出射角度を容易かつ微妙に調整できるようになる。本
発明においても、屈折率の高い光導波路層内に光を入出
射するために、プリズムが使用されているが、一度に広
い波長範囲の光を光導波路層内に入出射するために、入
射光側には、入射光側プリズムと一定の距離を隔てて入
射光側レンズが、出射光側には、出射光側プリズムと一
定の距離を隔てて出射光側レンズが設けられている。本
発明に使用するスラブ光導波路は、基板の上に透明な光
導波路層を乗せたものである。基板は屈折率は空気より
も高いガラス板、石英板などの透明な板を使用する。短
波長の透過度を良好にするために、無蛍光スライドガラ
スを使用してもよい。基板の厚さは全体の形を支えるこ
とができればよく、特に制限はないが０．５ｍｍ位〜数
十ｍｍ程度であるが、好ましくは、１ｍｍ程度〜数ｍｍ
程度である。光導波路層は基板より屈折率が高いことが
要求され、０．１μｍ〜数十μｍの厚さであり、ソーダ
ガラスの表面のナトリウムイオンを、カリウムイオンや
タリウムイオンのようなガラスの屈折率を高くする効果
のある物質とイオン交換することにより、又はゾル・ゲ
ル法、もしくはスピンコート法などの方法で高屈折率の
物質を薄くコートすることにより作成されることが好ま
しい。本発明において、出射光側レンズから一度に広い
波長範囲の光が取り出され、光導波路層内から出射した
光は分光器で分光され、光電子増倍管に送られる。
ラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置は、
レンズとプリズムの組合わせを利用し一度に広い波長範
囲の光を光導波路層内に入出射することができるため、
スラブ光導波路を利用して高感度の光吸収スペクトルの
測定が可能となることを特徴とする。本発明において、
光源は、遠紫外から遠赤外までのうち任意の波長範囲を
持つ光を発射するものから選ばれる。このうち、白色光
を発射するものを光源として選択することが好ましい。
この場合、白色光は、ある波長幅を持つ光ということで
あり、白い色の光という意味ではない。本発明におい
て、光源からの光を他の光と明確に区別するために、光
源からの光を一定の周期の断続光にすることは好まし
い。光源からの光を一定の周期の断続光にして、光導波
路層に入射させ、光導波路層内を透過した断続光を出射
させ、出射光を測定することにより、バックグラウンド
光の影響を受けることなく光吸収スペクトルを測定でき
るようになる。光源からの光を一定の周期の断続光にす
るのに、光チョッパーを使用するのが望ましい。またこ
の場合、光導波路層内からの出射光のみを増幅すること
も好ましい。本発明において、光の位置や方向を変える
ために、光源と入射光側レンズの間、及び出射光側レン
ズと分光器の間に光ファイバーを使用することは、好ま
しい。光源と入射光側レンズの間、及び出射光側レンズ
と分光器の間に光ファイバーを使用することにより、レ
ンズと入射光側又は出射光側プリズムの距離や入射角度
や出射角度を容易かつ微妙に調整できるようになる。本
発明においても、屈折率の高い光導波路層内に光を入出
射するために、プリズムが使用されているが、一度に広
い波長範囲の光を光導波路層内に入出射するために、入
射光側には、入射光側プリズムと一定の距離を隔てて入
射光側レンズが、出射光側には、出射光側プリズムと一
定の距離を隔てて出射光側レンズが設けられている。本
発明に使用するスラブ光導波路は、基板の上に透明な光
導波路層を乗せたものである。基板は屈折率は空気より
も高いガラス板、石英板などの透明な板を使用する。短
波長の透過度を良好にするために、無蛍光スライドガラ
スを使用してもよい。基板の厚さは全体の形を支えるこ
とができればよく、特に制限はないが０．５ｍｍ位〜数
十ｍｍ程度であるが、好ましくは、１ｍｍ程度〜数ｍｍ
程度である。光導波路層は基板より屈折率が高いことが
要求され、０．１μｍ〜数十μｍの厚さであり、ソーダ
ガラスの表面のナトリウムイオンを、カリウムイオンや
タリウムイオンのようなガラスの屈折率を高くする効果
のある物質とイオン交換することにより、又はゾル・ゲ
ル法、もしくはスピンコート法などの方法で高屈折率の
物質を薄くコートすることにより作成されることが好ま
しい。本発明において、出射光側レンズから一度に広い
波長範囲の光が取り出され、光導波路層内から出射した
光は分光器で分光され、光電子増倍管に送られる。
【０００７】
【実施例】次に本発明の一実施例を図面に基づき、さら
に詳細に説明する。なお本発明は実施例に限定されな
い。本発明のスラブ光導波路を利用した光吸収スペクト
ル測定装置の一例の装置の構成を模式図として図１に示
す。図中、１０は光源、３０は光チョッパー、３１は入
射光側光ファイバー、１１は入射光側レンズ、１２は入
射光側プリズムである。１３はスラブ光導波路、１４は
出射光側プリズム、１５は出射光側プリズム、３２は光
ファイバー、４１は分光器、４２はコンピュータであ
る。４３は光電子増倍管、４４は増幅器である。１６は
スラブ光導波路の位置、角度の制御機構である。３３、
３４はレンズを示す。図１において、光源１０は、遠紫
外から遠赤外までのうち任意の波長範囲を持つ光を発射
するものであり、白色光源としてＸｅランプを使用す
る。光チョッパー３０は光源からの光を一定の周期の断
続光にするものであり、光源１０と入射光側光ファイバ
ー３１の間に設けられる。試料測定部は入射光側レンズ
１１、出射光側レンズ１５、入射光側プリズム１２、出
射光側プリズム１４、スラブ光導波路１３、位置制御機
構１６を有している。入射光側レンズ１１は、入射光側
光ファイバー３１の出口側の先端に、出射光側レンズ１
５は、出射光側光ファイバー３２の入口側の先端に、設
けられる。上記のスラブ光導波路の部分を図２に平面図
で、図３に断面図で示す。両図に示すように入射光側プ
リズム１２、及び出射光側プリズム１４は、スラブ光導
波路１３上に配置され、試料と参照部分をプリズムを付
け直すことなく測定可能にするため、細長いものを使用
する。スラブ光導波路１３は、光導波路層５２を支持す
るための基板５１と、光導波路層５２からなる。スラブ
光導波路１３の片側部分に帯状に試料５４が乗り、その
反対側、即ち試料５４のない部分は、参照部分５３とな
る。図１に示すように検出部は分光器４１、光電子増倍
管４３、増幅器４４、及びコンピュータ４２を有してい
る。光源１０から発射された白色光は、光チョッパー３
０で一定の周期の断続光にされた後、入射光側光ファイ
バー３１に導入される。入射光側光ファイバー３１に導
入された断続光は、入射光側光ファイバー３１を通り、
出光側の先端に設けられた入射光側レンズ１１で集光さ
れ、適当な角度で入射光側プリズム１２に導入される。
入射光側レンズ１１で集光された断続光は、入射光側プ
リズム１２に導入された後、スラブ光導波路１３の光導
波路層５２内に入射する。光導波路層５２内に入射した
断続光は、光導波路層５２内で全反射を繰返した後、光
導波路層５２内から出射し、出射光側プリズム１４に導
入される。出射光側プリズム１４に導入された断続光
は、出射光側光ファイバー３２の入光側の先端に設けら
れた出射光側レンズ１５により取り出され、出射光側光
ファイバー３２によって、分光器４１に送られる。分光
器４１によって分光された断続光は、光電子増倍管４
３、増幅器４４を経て、コンピュータ４２に送られ分析
されることにより、光吸収スペクトルが得られる。
に詳細に説明する。なお本発明は実施例に限定されな
い。本発明のスラブ光導波路を利用した光吸収スペクト
ル測定装置の一例の装置の構成を模式図として図１に示
す。図中、１０は光源、３０は光チョッパー、３１は入
射光側光ファイバー、１１は入射光側レンズ、１２は入
射光側プリズムである。１３はスラブ光導波路、１４は
出射光側プリズム、１５は出射光側プリズム、３２は光
ファイバー、４１は分光器、４２はコンピュータであ
る。４３は光電子増倍管、４４は増幅器である。１６は
スラブ光導波路の位置、角度の制御機構である。３３、
３４はレンズを示す。図１において、光源１０は、遠紫
外から遠赤外までのうち任意の波長範囲を持つ光を発射
するものであり、白色光源としてＸｅランプを使用す
る。光チョッパー３０は光源からの光を一定の周期の断
続光にするものであり、光源１０と入射光側光ファイバ
ー３１の間に設けられる。試料測定部は入射光側レンズ
１１、出射光側レンズ１５、入射光側プリズム１２、出
射光側プリズム１４、スラブ光導波路１３、位置制御機
構１６を有している。入射光側レンズ１１は、入射光側
光ファイバー３１の出口側の先端に、出射光側レンズ１
５は、出射光側光ファイバー３２の入口側の先端に、設
けられる。上記のスラブ光導波路の部分を図２に平面図
で、図３に断面図で示す。両図に示すように入射光側プ
リズム１２、及び出射光側プリズム１４は、スラブ光導
波路１３上に配置され、試料と参照部分をプリズムを付
け直すことなく測定可能にするため、細長いものを使用
する。スラブ光導波路１３は、光導波路層５２を支持す
るための基板５１と、光導波路層５２からなる。スラブ
光導波路１３の片側部分に帯状に試料５４が乗り、その
反対側、即ち試料５４のない部分は、参照部分５３とな
る。図１に示すように検出部は分光器４１、光電子増倍
管４３、増幅器４４、及びコンピュータ４２を有してい
る。光源１０から発射された白色光は、光チョッパー３
０で一定の周期の断続光にされた後、入射光側光ファイ
バー３１に導入される。入射光側光ファイバー３１に導
入された断続光は、入射光側光ファイバー３１を通り、
出光側の先端に設けられた入射光側レンズ１１で集光さ
れ、適当な角度で入射光側プリズム１２に導入される。
入射光側レンズ１１で集光された断続光は、入射光側プ
リズム１２に導入された後、スラブ光導波路１３の光導
波路層５２内に入射する。光導波路層５２内に入射した
断続光は、光導波路層５２内で全反射を繰返した後、光
導波路層５２内から出射し、出射光側プリズム１４に導
入される。出射光側プリズム１４に導入された断続光
は、出射光側光ファイバー３２の入光側の先端に設けら
れた出射光側レンズ１５により取り出され、出射光側光
ファイバー３２によって、分光器４１に送られる。分光
器４１によって分光された断続光は、光電子増倍管４
３、増幅器４４を経て、コンピュータ４２に送られ分析
されることにより、光吸収スペクトルが得られる。
【０００８】
【作用】光源から発射された光は、入射光側レンズで集
光され、入射光側プリズムに入射させることにより、一
度に広い波長範囲の光が光導波路層内に導入できる。光
導波路層内に導入された光は、光導波路層内部で極めて
多数回の全反射をする。このような内部多重反射によ
り、光導波路層表面の光の波長程度の極近傍に、エバネ
ッセント光が発生する。光導波路層内に入射した光が試
料のある部分の真下の光導波路層を通過すると、光導波
路層表面に発生したエバネッセント光は試料に吸収され
るので、入射光は弱められ、光導波路層から出射する光
の強度は減少する。光導波路内において全反射を繰返し
た光は、出射光側プリズムを通過し、出射光側レンズか
ら一度に取り出され、分光器を経て検出器に送られる。
従って、試料がある側、及び試料がない側、即ち参照部
分の両側について、光導波路層内に光を導入し、光導波
路層内で全反射を繰返して出射した光の強度を測定し、
測定結果をパーソナルコンピュータ等で比較分析するこ
とにより、試料の光吸収スペクトルを得ることができ
る。
光され、入射光側プリズムに入射させることにより、一
度に広い波長範囲の光が光導波路層内に導入できる。光
導波路層内に導入された光は、光導波路層内部で極めて
多数回の全反射をする。このような内部多重反射によ
り、光導波路層表面の光の波長程度の極近傍に、エバネ
ッセント光が発生する。光導波路層内に入射した光が試
料のある部分の真下の光導波路層を通過すると、光導波
路層表面に発生したエバネッセント光は試料に吸収され
るので、入射光は弱められ、光導波路層から出射する光
の強度は減少する。光導波路内において全反射を繰返し
た光は、出射光側プリズムを通過し、出射光側レンズか
ら一度に取り出され、分光器を経て検出器に送られる。
従って、試料がある側、及び試料がない側、即ち参照部
分の両側について、光導波路層内に光を導入し、光導波
路層内で全反射を繰返して出射した光の強度を測定し、
測定結果をパーソナルコンピュータ等で比較分析するこ
とにより、試料の光吸収スペクトルを得ることができ
る。
【０００９】次に本発明を試験例に基づき、さらに詳細
に説明する。 試験例１ 図１の装置を使用し、レンズと入射光側又は出射光側プ
リズムとの距離を変化させた場合の各波長における透過
度を測定して、光導波路層の光透過特性を調べた。 直
径３ｍｍ、有効直径２ｍｍ、焦点距離５ｍｍ程度のレン
ズを使用した。プリズムは、４×５×１５ｍｍで、屈折
率が光導波路層（１．５２）、基板（１．５１６）、空
気（１）よりも大きい１．８７のものを使用した。基板
にはソーダガラスを使用し、ソーダガラス表面を、４０
０℃の溶融硝酸カリウム浴に３０分間浸漬して、硝酸カ
リウム溶融塩処理することにより光導波路層を作成し
た。得られた光導波路層の厚さはＨｅ−Ｎｅレーザーに
よる光の導波路モードで測定し１〜２μｍ程度であっ
た。光ファイバーは、コア径２５０μｍのマルチモード
のものを使用した。試料は、アラキン酸カドニウムを主
成分とし、色素としてポルフィリン銅錯体を１．５ｍｏ
ｌ％加えたＬＢ膜を使用した。図４に、図１の装置を使
用し、レンズと入射光側又は出射光側プリズムの距離を
変化させた場合の各波長における透過度の関係を示す。
レンズを入射光側又は出射光側プリズムに近づけること
により、長波長側の広い範囲で透過度が良好になり、よ
り広い範囲の白色光が透過可能であることがわかった。
に説明する。 試験例１ 図１の装置を使用し、レンズと入射光側又は出射光側プ
リズムとの距離を変化させた場合の各波長における透過
度を測定して、光導波路層の光透過特性を調べた。 直
径３ｍｍ、有効直径２ｍｍ、焦点距離５ｍｍ程度のレン
ズを使用した。プリズムは、４×５×１５ｍｍで、屈折
率が光導波路層（１．５２）、基板（１．５１６）、空
気（１）よりも大きい１．８７のものを使用した。基板
にはソーダガラスを使用し、ソーダガラス表面を、４０
０℃の溶融硝酸カリウム浴に３０分間浸漬して、硝酸カ
リウム溶融塩処理することにより光導波路層を作成し
た。得られた光導波路層の厚さはＨｅ−Ｎｅレーザーに
よる光の導波路モードで測定し１〜２μｍ程度であっ
た。光ファイバーは、コア径２５０μｍのマルチモード
のものを使用した。試料は、アラキン酸カドニウムを主
成分とし、色素としてポルフィリン銅錯体を１．５ｍｏ
ｌ％加えたＬＢ膜を使用した。図４に、図１の装置を使
用し、レンズと入射光側又は出射光側プリズムの距離を
変化させた場合の各波長における透過度の関係を示す。
レンズを入射光側又は出射光側プリズムに近づけること
により、長波長側の広い範囲で透過度が良好になり、よ
り広い範囲の白色光が透過可能であることがわかった。
【００１０】試験例２ 光導波路層表面にアラキン酸カドニウムにポルフィリン
銅錯体を加えた二種類のＬＢ膜を作成し、これらを試料
として図１の装置を使用して、光吸収スペクトルの測定
を行った。二種類のＬＢ膜のポルフィリン銅錯体の濃度
は、（Ａ）１．５ｍｏｌ％、即ち約０．１分子層相当と
（Ｂ）１３ｍｏｌ％、即ち約０．５分子層相当とし、入
射光側レンズと入射光側プリズムの距離は、２３ｍｍと
した。このようにして得られた光吸収スペクトルを
（Ａ）、（Ｂ）として図５に示した。従来、色素である
ポルフィリン銅錯体の濃度が０．１分子層相当と極めて
低濃度である場合、高濃度の場合と比較して色素の状態
が変化するため、色素の濃度を高めたり、試料の厚みを
増やしたりしても、正しいスペクトルを測定することが
困難であったが、本発明の装置によれば図５に示すよう
に、光吸収スペクトルを高感度で測定することができ
た。
銅錯体を加えた二種類のＬＢ膜を作成し、これらを試料
として図１の装置を使用して、光吸収スペクトルの測定
を行った。二種類のＬＢ膜のポルフィリン銅錯体の濃度
は、（Ａ）１．５ｍｏｌ％、即ち約０．１分子層相当と
（Ｂ）１３ｍｏｌ％、即ち約０．５分子層相当とし、入
射光側レンズと入射光側プリズムの距離は、２３ｍｍと
した。このようにして得られた光吸収スペクトルを
（Ａ）、（Ｂ）として図５に示した。従来、色素である
ポルフィリン銅錯体の濃度が０．１分子層相当と極めて
低濃度である場合、高濃度の場合と比較して色素の状態
が変化するため、色素の濃度を高めたり、試料の厚みを
増やしたりしても、正しいスペクトルを測定することが
困難であったが、本発明の装置によれば図５に示すよう
に、光吸収スペクトルを高感度で測定することができ
た。
【００１１】
【発明の効果】本発明の光吸収スペクトル測定装置は、
ある一定の波長幅を持つ光、例えば白色光をレンズで集
光して、レンズと所定間隔に設定したプリズムから光を
スラブ光導波路の光導波路層に入射し、光導波路層内を
全反射した光をプリズムを経てプリズムと所定間隔に設
定したレンズで取り出し、分光器で出射光を分光し、検
出器に送ることにより、極めて大きな反射回数が得ら
れ、高感度の光吸収スペクトルの測定が可能であり、こ
れにより、高価な光源が不要になり、磁場、電場、光、
熱、化学的な処理、圧力、音、生物的処理などの様々な
作用を行わせながらのスペクトル測定が可能になる。本
発明の光吸収スペクトル測定装置は、光源から発射され
た光を断続波にして光導波路層内を通過させることによ
り、光源から発射した光を他の光と明確に区別できるよ
うになり、光導波路部及びその周辺を遮光する必要がな
く、装置が簡便になるだけではなく、別の光を照射しな
がら光スペクトル測定が可能である。本発明の光吸収ス
ペクトル測定装置は、光ファイバーを使用することによ
り、レンズとプリズムの距離、光の方向を自由に変える
ことができ、光の入射、及び出射角度を容易に定めるこ
とができ、装置の構造を簡易化することができる。
ある一定の波長幅を持つ光、例えば白色光をレンズで集
光して、レンズと所定間隔に設定したプリズムから光を
スラブ光導波路の光導波路層に入射し、光導波路層内を
全反射した光をプリズムを経てプリズムと所定間隔に設
定したレンズで取り出し、分光器で出射光を分光し、検
出器に送ることにより、極めて大きな反射回数が得ら
れ、高感度の光吸収スペクトルの測定が可能であり、こ
れにより、高価な光源が不要になり、磁場、電場、光、
熱、化学的な処理、圧力、音、生物的処理などの様々な
作用を行わせながらのスペクトル測定が可能になる。本
発明の光吸収スペクトル測定装置は、光源から発射され
た光を断続波にして光導波路層内を通過させることによ
り、光源から発射した光を他の光と明確に区別できるよ
うになり、光導波路部及びその周辺を遮光する必要がな
く、装置が簡便になるだけではなく、別の光を照射しな
がら光スペクトル測定が可能である。本発明の光吸収ス
ペクトル測定装置は、光ファイバーを使用することによ
り、レンズとプリズムの距離、光の方向を自由に変える
ことができ、光の入射、及び出射角度を容易に定めるこ
とができ、装置の構造を簡易化することができる。
【図１】本発明の光吸収スペクトル測定装置の実施例の
一例の構成を示す模式図である。
一例の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の光吸収スペクトル測定装置におけるス
ラブ光導波路の一例を示す平面図である
ラブ光導波路の一例を示す平面図である
【図３】本発明の光吸収スペクトル測定装置におけるス
ラブ光導波路の一例を示す断面図である
ラブ光導波路の一例を示す断面図である
【図４】 本発明の光吸収スペクトル測定装置における
入射光側レンズと入射光側プリズム間との距離を変化さ
せた場合の光導波路層の光透過特性を示すグラフであ
る。
入射光側レンズと入射光側プリズム間との距離を変化さ
せた場合の光導波路層の光透過特性を示すグラフであ
る。
【図５】本発明の光吸収スペクトル測定装置の実施例の
一例を使用し、ＬＢ膜を試料とした場合の光吸収スペク
トルの測定結果を示すグラフである。
一例を使用し、ＬＢ膜を試料とした場合の光吸収スペク
トルの測定結果を示すグラフである。
１０ 光源 １１ 入射光側レンズ １２ 入射光側プリズム １３ スラブ光導波路 １４ 出射光側プリズム １５ 出射光側レンズ １６ 位置制御機構 ３０ 光チョッパー ３１ 入射光側光ファイバー ３２ 出射光側光ファイバー ４１ 分光器 ４２ コンピュータ ４３ 光電子増倍管 ４４ 増幅器 ５１ 基板 ５２ 光導波路層 ５３ 参照部分 ５４ 試料
Claims (4)
- 【請求項１】 光源、光源から発射された光を集光する
入射光側レンズ、該入射光側レンズと所定間隔を有し、
かつ光導波路層内に該入射光レンズで集光した光を導入
する入射光側プリズム、該入射光側プリズムを出射した
光を導入する光導波路層を有するスラブ光導波路、該光
導波路層内部で全反射を繰返した光を導入する出射光側
プリズム、及び該出射光側プリズムと所定間隔を有し、
かつ該出射光側プリズムから出射した光を導入する出射
光側レンズよりなる試料測定部を有し、試料測定部から
の出射光をとり出しスペクトルを測定するようにしたこ
とを特徴とするスラブ光導波路を利用した光吸収スペク
トル測定装置。 - 【請求項２】 光源が白色光であることを特徴とする請
求項１に記載のスラブ光導波路を利用した光吸収スペク
トル測定装置。 - 【請求項３】 光源と入射光側レンズの間に、光源から
の光を一定周期の断続光にする装置を有し、かつ出射し
た断続光のみを増幅する装置を有することを特徴とする
請求項１又は２に記載のスラブ光導波路を利用した光吸
収スペクトル測定装置。 - 【請求項４】 光源と入射光側レンズの間、及び出射光
側レンズと分光器の間に、光ファイバーを使用すること
を特徴とする請求項１、２又は３に記載のスラブ光導波
路を利用した光吸収スペクトル測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6215742A JP2807777B2 (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6215742A JP2807777B2 (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0875639A true JPH0875639A (ja) | 1996-03-22 |
| JP2807777B2 JP2807777B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=16677458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6215742A Expired - Lifetime JP2807777B2 (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 |
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| JP (1) | JP2807777B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2001090728A1 (fr) * | 2000-05-25 | 2001-11-29 | Katayanagi Institute | Capteur par resonance plasmonique de surface (spr) et procede de mesure utilisant ce capteur |
| WO2003021239A1 (fr) * | 2001-08-28 | 2003-03-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Appareil de mesure d'information sur un composant particulier |
| JP2007093590A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-04-12 | Canon Inc | センサ装置 |
| WO2007108328A1 (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Kurashiki Boseki Kabushiki Kaisha | 全反射減衰型光学プローブおよびそれを用いた水溶液分光測定装置 |
| US7295294B2 (en) | 2003-10-28 | 2007-11-13 | Rohm Co., Ltd. | Optical waveguide sensor and measuring apparatus using said optical waveguide sensor, and measuring method using a sensor |
| WO2008062582A1 (fr) * | 2006-11-22 | 2008-05-29 | Kabushiki Kaisha Atsumitec | Capteur d'hydrogène et détecteur de gaz d'hydrogène |
| JP2008224240A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Kurabo Ind Ltd | 全反射減衰型光学プローブおよびそれを用いた水溶液分光測定装置 |
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| JP2015075448A (ja) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | Dic株式会社 | Ａｔｒ素子、及び、液浸プローブ |
| WO2018105455A1 (ja) * | 2016-12-07 | 2018-06-14 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 成分センサ |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS61187622A (ja) * | 1985-02-15 | 1986-08-21 | Hochiki Corp | 炎検出装置 |
| JPS61191965A (ja) * | 1984-12-10 | 1986-08-26 | プルーテック リミティド | 液状分析物中の種のパラメ−タ−を光学的に確認する方法および装置 |
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| JPS63259444A (ja) * | 1987-04-16 | 1988-10-26 | Akira Fujishima | 溶液中の物理・化学反応の測定方法 |
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| JPH03265883A (ja) * | 1990-03-16 | 1991-11-26 | Toppan Printing Co Ltd | エバネッセント波を使用したホログラム及びその作成方法 |
| JPH06109636A (ja) * | 1992-09-29 | 1994-04-22 | Daikin Ind Ltd | 光学的測定装置 |
-
1994
- 1994-09-09 JP JP6215742A patent/JP2807777B2/ja not_active Expired - Lifetime
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