化学計測用表面プラズモン光センサの研究

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光励起表面プラズマ共鳴現象の観測を原理とし、光ファイバやマイクロレンズ等の微小光学素子とイメージセンサ等エレクトロニクスディバイスを用いた新しいタイプの化学センサを試作し、そのプロセス計測等への適用性を検討した。以下、具体的成果を列挙する。1.非駆動角度走査光学系の設計と検討:従来、表面プラズモンの観察は、プリズムに入射する光ビームの角度を回転機構によって変化させて行われていたが、本研究において、イメージセンサとフーリエ変換光学系により電子スキャン機構を3方式、開発し、それぞれを比較した。2.照明光源系の選択と設計:発光ダイオード、面発光ダイオード、半導体レーザを光源とした場合の、それぞれの、ワイドアングルの入射・照明光学系の設計を行ない、それぞれ試作した。3.多層膜の設計・試作:角度分解能を上げる目的に、銀薄膜とブリズム間に低屈折率誘電薄膜層を加えることを提案し、(Optics Letters投稿中)、実際に作成した案を用いた実験より、その有効性を確認した。また、サンブルと銀薄膜間に保護用薄膜を塗布することを提案し、実際に作成した。4.温度依存性の測定と補正法の検討:本センサは、サンプルの温度に強く影響を受けるため、温度補償機構を加える必要がある。本研究ではサーミスタ等を用いず、プラズモンセンシング自身で温度補正する方法を考案した。5.プロセス計測への広用実験:エタノール等のアルコールに含まれる微量水分の濃度測定を試み、実用的であることを確認した。6.コンパクトセンサの試作:75mm×35mmの大きさのセンサを実際に作成し、実験を行なった。