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公開番号2023176881
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-12-13
出願番号2022089430
出願日2022-06-01
発明の名称表面プラズモン共鳴センサー
出願人国立大学法人徳島大学
代理人
主分類G01N 21/41 20060101AFI20231206BHJP(測定;試験)
要約【課題】SPRディップの光強度スペクトルと光位相スペクトルの同時計測を可能な、高速かつ高精度に取得できる表面プラズモン共鳴センサーを提供する。
【解決手段】試料5と接する全反射面に金属膜41が設けられたプリズム4を有した表面プラズモン共鳴(SPR)センサーであり、光周波数コム生成手段1と、前記光周波数コム1を回折または屈折し、波長に応じた角度で分散させる第1の波長分散素子2と、前記第1の波長分散素子2で角度分散されたビーム群を前記プリズム4の全反射面に異なる角度で入射する第1のリレーレンズ光学系3と、前記全反射面を反射した前記光周波数コムの角度分散ビーム群を異なる角度で入射する第2のリレーレンズ光学系6と、入射された前記光周波数コムの角度分散ビーム群を波長に応じて同方向に収斂させる第2の波長分散素子7と、前記第2の波長分散素子を回折または屈折したスペクトルを測定する分光部と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
試料と接する全反射面に金属膜が設けられたプリズムを有した表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサーであって、
第１の繰り返し周波数（ｆ
ｒｅｐ１
）を有する第１の光周波数コムを生成する第１の光周波数コム生成手段と、
前記第１の光周波数コムを回折または屈折し、波長に応じた角度で分散させる第１の波長分散素子と、
前記第１の波長分散素子で角度分散されたビーム群を前記プリズムの全反射面に異なる角度で入射する第１のリレーレンズ光学系と、
前記全反射面を反射した前記第１の光周波数コムの角度分散ビーム群を異なる角度で入射する第２のリレーレンズ光学系と、
入射された前記第１の光周波数コムの角度分散ビーム群を波長に応じて同方向に収斂させる第２の波長分散素子と、
前記第２の波長分散素子を回折または屈折した前記第１の光周波数コムのスペクトルを測定する分光部と、を有した表面プラズモン共鳴センサー。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
前記分光部は、第２の繰り返し周波数（ｆ
ｒｅｐ２
）を有する第２の光周波数コムを生成する第２の光周波数コム生成手段と、前記第１の光周波数コムと干渉させてインターフェログラムを生成するインターフェログラム生成部と、前記インターフェログラムをフーリエ変換して複素振幅ＳＰＲスペクトルを取得する複素振幅ＳＰＲスペクトル取得部（８４）を有することを特徴とする、請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項３】
前記金属膜は金、銀、銅、アルミニウム、からなる群より選択される１種以上の金属より成ることを特徴とする、請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項４】
前記第１の波長分散素子は回折格子またはプリズムまたはその他波長分散素子より成ることを特徴とする、請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項５】
前記第２の波長分散素子は回折格子またはプリズムまたはその他波長分散素子より成ることを特徴とする、請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項６】
前記第１のリレーレンズ光学系、前記プリズム、前記第２のリレーレンズ光学系は一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項７】
前記第１の光周波数コムは光通信波長帯のスペクトルを有し、前記第１の繰り返し周波数（ｆ
ｒｅｐ１
）は１０ＭＨｚ以上１０００ＧＨｚ以下であり、帯域幅は０．１ＴＨｚ以上１００ＴＨｚ以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサー。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモン共鳴現象を利用した、表面プラズモン共鳴センサーに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
表面プラズモン共鳴センサー（以降、ＳＰＲセンサー）は、簡便かつ高感度という特徴を持つことから、屈折率センサーを始め、抗原抗体反応をモニタリングするためのバイオセンサーなど様々な用途に用いられている。ＳＰＲセンサーは、大きく分けて角度走査スペクトル計測型（角度ＳＰＲ）と波長走査スペクトル計測型（波長ＳＰＲ）に分類できる。
【０００３】
角度ＳＰＲは、単色光を光源に用い、機械的にプリズム入射角を変化させながら光強度を測定することで共鳴角スペクトルを取得する技術である（特許文献１）。波長ＳＰＲは，広帯域スペクトル光を用い、入射角を固定して波長ごとの光強度を測定することで共鳴波長スペクトルを取得することを特徴とし、ガスセンサー等に応用されている（特許文献２）。
【０００４】
また、オートコリメータの用途ではあるが、光周波数コムを利用した角度検出手法も検討されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１１－１８０１１０号公報
特開２０１７－０７８５７３号公報
【非特許文献】
【０００６】
高偉、「光周波数コムを用いた角度計測」、精密工学会誌、Ｖｏｌ．８４、Ｎｏ．８（２０１８）、ｐｐ．６９６－７００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の角度ＳＰＲは、雑音の小さい確実な評価を行うことができるというメリットがある一方、リアルタイム測定への適用が困難であるといったデメリットがある。また、特許文献２の波長ＳＰＲは、機械的な走査機構がなくリアルタイム測定ができるが、光源やセンサーデバイスや計測機器が高価であるという課題がある。また、いずれの手法においても、計測できるのは光強度スペクトルのみであり、光位相スペクトルも併せて計測することはできない、といった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る表面プラズモン共鳴センサーは、試料と接する全反射面に金属膜が設けられたプリズムを有した表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサーであって、第１の繰り返し周波数（ｆ
ｒｅｐ１
）を有する第１の光周波数コムを生成する第１の光周波数コム生成手段と、前記第１の光周波数コムを回折または屈折し、波長に応じた角度で分散させる第１の波長分散素子と、前記第１の波長分散素子で角度分散されたビーム群を前記プリズムの全反射面に異なる角度で入射する第１のリレーレンズ光学系と、前記全反射面を反射した前記第１の光周波数コムの角度分散ビーム群を異なる角度で入射する第２のリレーレンズ光学系と、入射された前記第１の光周波数コムの角度分散ビーム群を波長に応じて同方向に収斂させる第２の波長分散素子と、前記第２の波長分散素子を回折または屈折した前記第１の光周波数コムのスペクトルを測定する分光部と、を有した。
【０００９】
前記分光部は、第２の繰り返し周波数（ｆ
ｒｅｐ２
）を有する第２の光周波数コムを生成する第２の光周波数コム生成手段と、前記第１の光周波数コムと干渉させてインターフェログラムを生成するインターフェログラム生成部と、前記インターフェログラムをフーリエ変換して複素振幅ＳＰＲスペクトルを取得する複素振幅ＳＰＲスペクトル取得部（８４）を有するものであってもよい。
【００１０】
前記第１の光周波数コムは光通信波長帯のスペクトルを有し、前記第１の繰り返し周波数（ｆ
ｒｅｐ１
）は１０ＭＨｚ以上１０００ＧＨｚ以下であり、帯域幅は０．１ＴＨｚ以上１００ＴＨｚ以下であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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