(57)【要約】【課題】本発明は、センサの感度を低下させることなく、コア層を支えるための支持部を持った光導波路および光学式濃度測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】光導波路１０は、基板１５と、長手方向に沿って延伸し、赤外線ＩＲが伝搬可能なコア層１１と、コア層１１よりも屈折率の小さい材料で形成され、基板１５の少なくとも一部とコア層１１の少なくとも一部とを接続し基板１５に対してコア層を支持する支持部１７とを備え、コア層１１と接続される支持部１７の接続部分１７１は、コア層１１の長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置から外れている。【選択図】図２
2018165714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定気体または被測定液体の濃度を測定する光学式濃度測定装置に用いる光導波路であって、
基板と、
長手方向に沿って延伸し、光が伝搬可能なコア層と、
前記コア層よりも屈折率の小さい材料で形成され、前記基板の少なくとも一部と前記コア層の少なくとも一部とを接続し、前記基板に対して前記コア層を支持する支持部と、
を備え、
前記コア層と接続される前記支持部の接続部分は、前記コア層の前記長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置から外れている光導波路。
【請求項２】
前記コア層の少なくとも一部は、前記被測定気体または前記被測定液体と接触可能に設けられている
請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
基板と、
長手方向に沿って延伸し、光が伝搬可能なコア層と、
前記コア層よりも屈折率の小さい材料で形成され、前記基板の少なくとも一部と前記コア層の少なくとも一部とを接続し、前記基板に対して前記コア層を支持する支持部と、
を備え、
前記コア層の少なくとも一部は、気体または液体と接触可能に設けられており、
前記コア層と接続される前記支持部の接続部分は、前記コア層の前記長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置から外れている光導波路。
【請求項４】
前記支持部は、空間的に分離された複数の前記接続部分を有する
請求項１から３までのいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項５】
前記コア層の少なくとも一部は、前記支持部に接合されておらず浮遊している
請求項１から４までのいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項６】
前記コア層は、該コア層の表面の少なくとも一部に形成されて膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ未満である保護膜を有する
請求項１から５までのいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項７】
前記保護膜はシリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜である
請求項６に記載の光導波路。
【請求項８】
前記コア層を伝搬する光はアナログ信号としての赤外線である
請求項１から７までのいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の光導波路と、
前記コア層に光を入射可能な光源と、
前記コア層を伝搬した光を受光可能な検出部と、
を備える光学式濃度測定装置。
【請求項１０】
前記光源は波長が２μｍ以上１０μｍ未満の赤外線を前記コア層に入射する
請求項９に記載の光学式濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路及び光学式濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶などで形成された薄膜などの構造体を形成する材料の屈折率が構造体の外部の材料の屈折率よりも大きいとき、構造体の中を伝搬する光は、構造体と構造体の外部との界面で全反射を繰り返しながら進行していく。
【０００３】
図１１に示すように、構造体５１の中を伝搬する光Ｌは、構造体５１と物質５３との界面で全反射するとき、構造体５１の内部を伝搬する光の他に屈折率の小さい物質５３側に染み出す。この染み出しは、エバネッセント波と呼ばれ、光Ｌが構造体５１を伝搬していく過程で構造体５１に隣接している物質によって吸収されうる。図１１では、構造体５１の内部を伝搬する光Ｌの強度が光強度Ｅ１として図示され、エバネッセント波の強度が光強度Ｅ２として図示されている。このため、構造体５１を伝搬している光Ｌの強度変化から、構造体５１に接している物質５３の検出や同定などが可能になる。上述したエバネッセント波の原理を利用した分析法は、全反射吸収分光（ＡＴＲ：Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）法）と呼ばれ、物質の化学組成分析などに利用されている。
【０００４】
特許文献１には、ＡＴＲ法をセンサに応用した光導波路型センサが提案されている。この光導波路型センサは、基板の上にコア層を形成して光を通し、エバネッセント波を利用してコア層に接する物質を検出するようになっている。
【０００５】
ＡＴＲ法を利用したセンサでは、エバネッセント波と被測定物質を干渉させる量を多くさせること、及び、被測定物質以外の材料への光の吸収を少なくさせることによりセンサ感度を向上させることができる。したがって近年では、非特許文献１にあるような、コア層の下にある層を極力減らしてコア層の一部を浮かした、いわゆるペデスタル型の構造が提案されている。
【０００６】
図１２は、ペデスタル型の構造を持った光導波路８０の断面を示している。図１２に示すように光導波路８０は、基板８０１と、基板８０１上に配置されたコア層８０３と、基板８０１とコア層８０３とを接続し基板８０１に対してコア層８０３を支持する支持部８０５とを備えている。ペデスタル型の光導波路８０では、コア層８０３の下方は、コア層８０３を支持するために必要な領域を除き所定の層が設けられていない。すなわち、光導波路８０では、支持部８０５が設けられた領域を除き、コア層８０３の下方には空間が形成されている。それにより、被測定物質ＭＯとエバネッセント波ＥＷとの干渉量を増やし、また、コア層８０３の下層材料による光Ｌの吸収を減らすことができる。その結果、光導波路８０を用いたセンサの感度が向上する。
【０００７】
コア層を伝搬させる光としては赤外線を用いることが一般的である。物質には特定の波長の赤外線を選択的に吸収する特性があるため、被測定物質の吸収スペクトルに合わせた赤外線を伝搬させることで、物質の分析やセンシングを行うことが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３００２１２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐａｏ  Ｔａｉ  Ｌｉｎ他，“Ｓｉ−ＣＭＯＳ  ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｆｏｒ  ｍｉｄ−ＩＲ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ”，  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  Ｖｏｌ．  ３，  Ｉｓｓｕｅ  ９，  ｐｐ．  １４７４−１４８７（２０１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
気体や液体などの被測定物質の検出用センサは、種々の使用態様において高感度に安定して被測定物質を検出できることが求められている。
【００１１】
本発明は、センサの感度を低下させることなく、コア層を支えるための支持部を持った光導波路および光学式濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による光導波路は、被測定気体または被測定液体の濃度を測定する光学式濃度測定装置に用いる光導波路であって、基板と、長手方向に沿って延伸し、光が伝搬可能なコア層と、前記コア層よりも屈折率の小さい材料で形成され、前記基板の少なくとも一部と前記コア層の少なくとも一部とを接続し前記基板に対して前記コア層を支持する支持部と、を備え、前記コア層と接続される前記支持部の接続部分は、前記コア層の前記長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置から外れていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明の他の態様による光導波路は、基板と、長手方向に沿って延伸し、光が伝搬可能なコア層と、前記コア層よりも屈折率の小さい材料で形成され、前記基板の少なくとも一部と前記コア層の少なくとも一部とを接続し前記基板に対して前記コア層を支持する支持部と、を備え、前記コア層の少なくとも一部は、気体または液体と接触可能に設けられており、前記コア層と接続される前記支持部の接続部分は、前記コア層の前記長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置から外れていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記目的を達成するために、本発明の一態様による光学式濃度測定装置は、上記本発明のいずれかの態様による光導波路と、前記コア層に光を入射可能な光源と、前記コア層を伝搬した光を受光可能な検出部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の各態様によれば、センサ感度を低下させることなく、コア層を支えるための支持部を持った光導波路および光学式濃度測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態および第２実施形態による光導波路１０並びに光学式濃度測定装置１の概略構成と、光学式濃度測定装置１を利用したＡＴＲ法によるセンシングとを説明する図である。
【図２】本発明の第１実施形態および第２実施形態による光導波路１０並びに光学式濃度測定装置１の概略構成を示す図であって、図１中のＡ−Ａ線で切断した光導波路１０および光学式濃度測定装置１の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態および第２実施形態による光導波路１０の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図４】本発明の第１実施形態および第２実施形態による光導波路１０の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図５】本発明の第１実施形態および第２実施形態による光導波路１０の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図６】本発明の第１実施形態による光導波路１０の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図７】本発明の第２実施形態による光導波路６０を説明するための図である。
【図８】本発明の第３実施形態による光導波路７０を説明する図であって、マルチモードでコア層１１を光が伝搬している様子を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態による光導波路７０の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図１０】本発明の第３実施形態による光導波路７０の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図１１】光導波路を伝搬する光のエバネッセント波を説明するための図である。
【図１２】従来のペデスタル型の構造を持った光導波路８０のコア層８０３をシングルモードで光Ｌが伝搬している様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
＜光導波路＞
本発明の第１実施態様に係る光導波路は、被測定気体または被測定液体の濃度を測定する光学式濃度測定装置に用いる光導波路であって、基板と、長手方向に沿って延伸し且つ光が伝搬可能なコア層と、基板の少なくとも一部とコア層の少なくとも一部とを接続し基板に対してコア層を支持するコア層よりも屈折率の小さい材料からなる支持部と、を備え、コア層と接続される支持部の接続部分は、コア層の長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置から外れている。なお、長手方向とは、少なくとも１方向に沿って延伸している形状の三次元構造物における、最も長く延びている方向であって、直線状の方向だけでなく、曲線状の方向を含む。また、コア層の長手方向に垂直な断面は、例えば、矩形であるが、矩形に限定されない。当該断面は、円形でなく、当該断面の中心から外表面までの距離が当該断面の中心を軸にした回転によって変動する任意の形状であればよい。また、屈折率は、任意の波長の光に対して、あるいは特定の波長の光に対する屈折率である。特定の波長の光は、特に光学式濃度測定装置において、コア層を伝搬する光である。また、幅方向とは、本実施形態において、コア層の長手方向に垂直且つ基板の主面に平行な方向である。基板の主面とは、基板の板厚方向に垂直な表面であって、さらに言換えると、本実施形態において、基板を形成する６面の中で、面積が最大である面である。また、コア層の少なくとも一部は、コア層を伝搬する光の波長よりも薄い膜厚の膜を介して気体または液体と接触可能に設けられていてもよい。
【００１９】
第１実施態様に係る光導波路によれば、コア層と接続される支持部の接続部分は、コア層の長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置から外れている。つまり、当該接続部分が、光の伝搬に沿った方向となる長手方向に対して直交する平面内において、光が主に伝搬する中心に最も接近する位置よりも離れた位置に設けられている。これにより、第１実施形態に係る光導波路は、支持部によるエバネッセント波の吸収を抑制しつつ、エバネッセント波と被測定気体または被測定液体との干渉領域を広くとることができる。このため、第１実施形態に係る光導波路を備える光学式濃度測定装置の測定感度を向上させることが可能になる。
【００２０】
本発明の第２実施態様に係る光導波路は、基板と、長手方向に沿って延伸し且つ光が伝搬可能なコア層と、コア層よりも屈折率の小さい材料で形成され、基板の少なくとも一部とコア層の少なくとも一部とを接続し基板に対してコア層を支持する支持部と、を備え、コア層の少なくとも一部は、気体または液体と接触可能に設けられており、コア層と接続されると支持部の接続部分は、コア層の長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置から外れている。なお、長手方向とは、少なくとも１方向に沿って延伸している形状の三次元構造物における、最も長く延びている方向であって、直線状の方向だけでなく、曲線状の方向を含む。また、コア層の長手方向に垂直な断面は、例えば、矩形であるが、矩形に限定されない。当該断面は、円形でなく、当該断面の中心から外表面までの距離が当該断面の中心を軸にした回転によって変動する任意の形状であればよい。また、屈折率は、任意の波長の光に対して、あるいは特定の波長の光に対する屈折率である。特定の波長の光は、特に光学式濃度測定装置において、コア層を伝搬する光である。また、幅方向とは、本実施形態において、コア層の長手方向に垂直且つ基板の主面に平行な方向である。基板の主面とは、基板の板厚方向に垂直な表面であって、さらに言換えると、本実施形態において、基板を形成する６面の中で、面積が最大である面である。また、コア層の少なくとも一部は、コア層を伝搬する光の波長よりも薄い膜厚の膜を介して気体または液体と接触可能に設けられていてもよい。
【００２１】
第２実施態様に係る光導波路によれば、コア層と接続される支持部の接続部分は、コア層の長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置から外れている。すなわち、光の伝搬に沿った方向となる長手方向に対して直交する平面内において、光が主に伝搬する中心に最も接近する位置よりも離れた位置に設けられている。これにより、第２実施形態による光導波路は、支持部によるエバネッセント波の吸収を抑制しつつ、エバネッセント波と被測定気体または被測定液体との干渉領域を広くとることができる。このため、第２実施形態に係る光導波路は、コア層の周囲にある気体または液体の測定感度を向上させることが可能になる。
【００２２】
以下、光導波路を構成する各構成要件について、具体例を挙げて説明する。
【００２３】
＜コア層＞
コア層は、長手方向に沿って延伸し且つ光が長手方向に沿って伝搬可能であれば特に制限されない。具体的には、シリコン（Ｓｉ）やガリウムひ素（ＧａＡｓ）等で形成されたコア層が挙げられる。なお、長手方向とは、少なくとも１方向に沿って延伸している形状の三次元構造物における、最も長く延びている方向であって、直線状の方向だけでなく、曲線状の方向を含む。コア層の長手方向に沿った任意の位置における垂直な断面は、円形ではなく、当該断面の中心から外表面までの距離が当該断面の中心を軸にした回転によって変動する任意の形状、例えば矩形である。したがって、コア層は、本実施形態において長尺の板状である。
【００２４】
また、コア層の少なくとも一部は、被測定気体または被測定液体と接触可能、または、コア層を伝搬する光の波長よりも薄い膜厚の膜を介して被測定気体または被測定液体と接触可能であってもよい。これにより、エバネッセント波と被測定気体または被測定液体を干渉させ、被測定気体または被測定液体の濃度を測定することが可能となる。
【００２５】
また、コア層の少なくとも一部は、後述の支持部に接合されておらず浮遊していてもよい。これにより、コア層からしみ出すエバネッセント波と周囲の気体または液体との干渉量を増加させることが可能となる。
【００２６】
コア層を伝搬する光はアナログ信号としての赤外線であってもよい。ここでアナログ信号としての赤外線とは、光のエネルギーの変化を０（低レベル）および１（高レベル）の２値で判定するのではなく、光のエネルギーの変化量を扱う信号であることを意味する。これにより、各実施形態に係る光導波路をセンサや分析装置に適用することができる。またこの場合、赤外線の波長は２μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。この波長帯は環境に代表的に浮遊するガス（ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＳＯ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｏ等）が吸収する波長帯である。これにより各実施形態に係る光導波路をガスセンサとして利用することができる。
【００２７】
＜基板＞
基板は、基板上に支持部及びコア層を形成可能であれば特に制限されない。具体的には、シリコン基板やＧａＡｓ基板等が挙げられる。基板の主面とは、基板の水平方向（膜厚方向に垂直な方向）の表面を指す。
【００２８】
＜支持部＞
支持部は、基板の少なくとも一部とコア層の少なくとも一部とを接続する。また、支持部は、基板に対してコア層を支持するようになっている。支持部は、任意の波長の光またはコア層を伝搬する光に対してコア層よりも屈折率が小さい材料であり、基板及びコア層を接合可能であれば特に制限されない。一例として、支持部の形成材料として、ＳｉＯ２等が挙げられる。支持部は、コア層との接続部分がコア層の長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置（本実施形態では断面が矩形であるコア層における幅方向の中央位置）から外れている。
【００２９】
支持部の形成方法の一例としては、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ）層（ＳｉＯ２層）のエッチングすることで、コア層（Ｓｉ層）と基板（Ｓｉ層）をＢＯＸ層で支持する構造を形成することができる。
【００３０】
また、コア層が複数の部分に分かれていてもよい。この場合、支持部の接続部分は、空間的に分離された複数の接続部分を有していてもよい。複数の接続部分のうちの１つは、コア層の分離された複数の部分のうちの１つと接続され、複数の接続部分のうちの他の１つは、コア層の分離された複数の部分のうちの他の１つと接続されていてもよい。また、複数のコア層が設けられていてもよい。この場合、複数の接続部分のうちの１つは、複数のコア層のうちの１つと接続され、複数の接続部分のうちの他の１つは、複数のコア層のうちの他の１つと接続されていてもよい。
【００３１】
支持部は、複数備えられていてもよい。複数の支持部のうちの少なくとも１つは、上述のように空間的に分離された複数の接続部分を有していてもよい。このように、コア層の複数の部分または複数のコア層と１つの支持部が接続されるように構成することにより、少ない面積で効率良く支持部を形成することができる。
【００３２】
＜保護膜＞
本発明の各実施形態に係る光導波路におけるコア層は、コア層の表面の少なくとも一部に形成されて膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ未満である保護膜をさらに備えてもよい。具体的には、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜等で形成された保護膜が挙げられる。保護膜は、単層の膜であってもよく、また複数の膜で構成されていてもよい。これにより、コア層から染み出すエバネッセント波と、コア層の周囲の気体または液体との干渉量を大幅に低減させることなく、コア層の表面状態の変化を防止することが可能となる。
【００３３】
保護膜の膜厚が１ｎｍ以上であることで、コア層の表面に自然酸化膜が形成されることを抑制することが可能となる。また、保護膜の膜厚が２０ｎｍ未満であることで、コア層から染み出すエバネッセント波と、コア層の周囲の気体または液体との干渉量を大幅に低減させることがない。保護膜の膜厚の下限は、２ｎｍであってよく、保護膜の膜厚の上限は、５ｎｍであってよい。
【００３４】
また、保護膜は窒素を含んでいてもよい。これにより、コア層の酸化をより抑制することが可能となる。窒素を含む膜は、単層膜であってもよいし、窒素を含む膜と窒素を含まない膜との積層膜であってもよい。保護膜の窒素含有率が高い程、酸化抑止効果が高くなる。保護膜は、窒素を含む膜の少なくとも一部の領域において、１％以上の窒素含有率をもつ膜であってもよい。
【００３５】
例えばコア層がシリコンで形成される場合、保護膜の材料としてはシリコン窒化膜やシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜であってもよい。窒素を含む膜は酸化を抑制する効果がある。また、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜は、シリコンよりも屈折率が十分に小さいためクラッド層の形成材料としても優れている。さらに、特にシリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜は、赤外線の吸収も少ない。これにより、コア層の表面に保護膜を形成した場合に、被測定気体または被測定液体の検出感度の低下を抑えられる。
【００３６】
ここで、シリコン等の物質は、空気中に放置した場合、表面にシリコン酸化膜が自然形成されることがある。この自然酸化膜は、膜厚が１ｎｍ未満であり、窒素を含まないため、これらの点で本発明における保護膜とは区別される。
【００３７】
保護膜の形成方法としては、熱化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による堆積や酸化処理といった方法を用いることが可能である。保護膜は、シリコン窒化膜の場合は熱ＣＶＤ法による堆積処理を用いて形成することができ、シリコン酸窒化膜の場合はＮＯやＮ２Ｏを含む雰囲気下での酸化処理によって形成することができる。
【００３８】
＜光学式濃度測定装置＞
本発明の各実施形態に係る光学式濃度測定装置は、本発明の各実施形態に係る光導波路と、コア層に光を入射可能な光源と、コア層を伝搬した光を受光可能な検出部と、を備える。
【００３９】
以下、光学式濃度測定装置を構成する各構成要件について、具体例を挙げて説明する。
【００４０】
＜光源＞
光源は、コア層に光を入射可能であれば特に制限されない。ガスの測定に赤外線を用いる場合には光源として、白熱電球やセラミックヒータ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ヒータや赤外線ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などを用いることができる。また、ガスの測定に紫外線を用いる場合には光源として、水銀ランプや紫外線ＬＥＤなどを用いることができる。また、ガスの測定にＸ線を用いる場合には光源として、電子ビームや電子レーザーなどを用いることができる。
【００４１】
光学式濃度測定装置に備えられる光導波路のコア層を伝搬する光は、アナログ信号としての赤外線であってもよい。ここで、アナログ信号としての赤外線とは、光のエネルギーの変化を０（低レベル）および１（高レベル）の２値で判定するのではなく、光のエネルギーの変化量を扱う信号であることを意味する。これにより、光学式濃度測定装置をセンサや分析装置に適用することができる。またこの場合、赤外線の波長は２μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。この波長帯は環境に代表的に浮遊するガス（ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＳＯ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｏ等）が吸収する波長帯である。これにより本実施形態に係る光学式濃度測定装置をガスセンサとして利用することができる。
【００４２】
＜検出部＞
検出部は、光導波路のコア層を伝搬した光を受光可能であれば特に制限されない。ガスの測定に赤外線を用いる場合には検出部として、焦電センサ（Ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｅｎｓｏｒ）、サーモパイル（Ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ）あるいはボロメータ（Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ）等の熱型赤外線センサや、ダイオードあるいはフォトトランジスタ等の量子型赤外線センサ等を用いることができる。また、ガスの測定に紫外線を用いる場合には検出部として、ダイオードやフォトトランジスタ等の量子型紫外線センサ等を用いることができる。また、ガスの測定にＸ線を用いる場合には検出部として、各種半導体センサを用いることができる。
【００４３】
〔第１実施形態および第２実施形態〕
本発明の第１実施形態および第２実施形態による光導波路および光学式濃度測定装置について図１から図６を用いて説明する。
【００４４】
図１および図２は、本実施形態による光学式濃度測定装置１の概略構成を示す図であるとともに、本実施形態による光導波路１０を利用したＡＴＲ法の概念図でもある。
【００４５】
図１に示すように、光学式濃度測定装置１は、濃度などを検出するガスが存在する外部空間２に設置されて使用される。光学式濃度測定装置１は、本実施形態による光導波路１０と、光導波路１０に備えられたコア層１１に光（本実施形態では赤外線ＩＲ）を入射可能な光源２０と、コア層１１を伝搬した赤外線ＩＲを受光可能な光検出器（検出部の一例）４０とを備えている。
【００４６】
光導波路１０は、基板１５と、赤外線ＩＲ（光の一例）が伝搬可能なコア層１１と、基板１５の少なくとも一部とコア層１１の少なくとも一部を接続し基板１５に対してコア層１１を支持する支持部１７とを備えている。コア層１１および基板１５はシリコン（Ｓｉ）で形成され、支持部１７は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成されている。
【００４７】
基板１５は例えば板状を有し、コア層１１は例えば直方体形状を有している。光導波路１０は、コア層１１の長手方向の一端部に形成されたグレーティングカプラ１１８と、コア層１１の長手方向（図１における左右の方向）の他端部に形成されたグレーティングカプラ１１９とを有している。グレーティングカプラ１１８は、光源２０の出射方向（本実施形態においては光導波路１０の積層方向が鉛直方向に平行且つ基板１５が鉛直下方側を向くように配置された状態における鉛直下方）に配置されている。グレーティングカプラ１１８は、光源２０から入射する赤外線ＩＲを、コア層１１を伝搬する赤外線ＩＲに結合するようになっている。グレーティングカプラ１１９は、光検出器４０に対向する方向（本実施形態においては光導波路１０の積層方向が鉛直方向に平行且つ基板１５が鉛直下方側を向くように配置された状態における鉛直下方）に配置されている。グレーティングカプラ１１９は、コア層１１を伝搬する赤外線ＩＲを取り出して光検出器４０に向けて出射するようになっている。
【００４８】
図２に示すように、光導波路１０は、支持部１７が設けられた領域を除いて、コア層１１の下方にクラッド層などの所定の層を有さずに空間部１３を有する構造をしている。コア層１１と接続される支持部１７の接続部分１７１は、コア層１１の長手方向に垂直な断面における中心から外表面までの距離が最短である位置ＮＰ（本実施形態における当該断面の幅方向の中央位置）から外れている。つまり、支持部１７の接続部分１７１は、コア層１１の幅方向（図２における左右の方向）において中心から一方の端（図２における右側の端）の間に偏って位置している。
【００４９】
ここで、第１実施形態および第２実施形態による光導波路１０の効果について図１２に示す従来のペデスタル構造の光導波路８０と比較しながら説明する。
【００５０】
ＡＴＲ法を用いたセンサは、コア層内ではシングルモードで光を伝搬させることが多い。第１実施形態および第２実施形態による光学式濃度測定装置１でも、光導波路１０に備えられたコア層１１内ではシングルモードで光（赤外線）を伝搬させるようになっている。ただし、マルチモード伝搬させる場合でも、コア層１１の中央を伝搬する光成分は存在するため、本発明の効果は得られる。図２に示すように、コア層１１内をシングルモードで赤外線ＩＲを伝搬させると、赤外線ＩＲの光軸ＯＡは、赤外線ＩＲの伝搬方向である長手方向に直交する平面で切断した断面において、コア層１１のほぼ中央に位置する。また、このとき、コア層１１の周りにしみ出すエバネッセント波ＥＷは、光軸ＯＡに近いコア層１１の表面付近で多くなり、光軸ＯＡと重なるコア層１１の中心からの距離が最短となる外表面付近で最も多くなる。なお、図１２に示す、従来構造の光導波路８０のコア層８０３を伝搬する赤外線ＩＲのエバネッセント波ＥＷの分布も、本実施形態の光導波路１０と同様である。
【００５１】
ＡＴＲ法を用いたセンサでは、コア層から染み出るエバネッセント波と被測定物質との干渉領域を多くさせ、かつ、被測定物質以外の材料への光の吸収（つまり支持部等による光の吸収）を少なくさせることで、センサとしての感度を上げられる。しかしながら、非特許文献１に記載の構造では、コア層を光の伝搬方向に対して直交する平面で切断した断面において、コア層とコア層を支えるための支持部との接続部分が、コア層の中心からの距離が最短となる外表面付近に位置している。このため、シングルモード伝搬する光の光軸からの距離が最短となる外表面付近と、支持部とが重なってしまう。コア層の周りにしみ出すエバネッセント波は、光軸に近い表面付近で最も多くなるため、当該外表面付近に支持部があると、多くのエバネッセント波は支持部を形成する材料に吸収される。このため、このような構造を有する光導波路を用いたセンサは、被測定物質の検出感度が悪くなるという問題がある。
【００５２】
ここで、従来の光導波路の上記問題について図１２を用いて説明する。図１２に示すように、従来のペデスタル構造の光導波路８０では、支持部８０５は、光Ｌの伝搬方向である長手方向に対して直交する平面内（すなわち図１２に示した断面）において、コア層８０３の中心と基板８０１との間に設けられている。このように、光Ｌの伝搬方向に直交する平面で切断した断面において、コア層８０３とコア層８０３を支えるための支持部８０５との接続部分が、コア層８０３の幅方向における中心に位置していると、支持部８０５の形成材料によるエバネッセント波ＥＷの吸収が生じたり、支持部８０５の領域が妨げとなってエバネッセント波ＥＷと被測定物質との干渉領域が減少したりする。その結果、光導波路８０を用いたセンサの感度が低下してしまう。
【００５３】
これに対し、図２に示すように、第１実施形態および第２実施形態による光導波路１０は、従来の光導波路８０と同様に、コア層１１および基板１５の間に空間部１３を形成しつつ、基板１５に対してコア層１１を支持部１７で支持する構造を有している。コア層１１は長手方向に垂直な断面における中心に関して対称構造を有している。コア層１１を伝搬する赤外線ＩＲがシングルモードの場合、コア層１１を伝搬する赤外線ＩＲの光軸ＯＡはコア層１１の中央になる。そこで、図２に示すように、支持部１７は、コア層１１の幅方向における中心からどちらかの端にずらされて（図２では右にずらされている）設けられている。これにより、エバネッセント波ＥＷが最も集中する領域から支持部１７を遠ざけることができる。すなわち、コア層１１との支持部１７の接続部分１７１は、長手方向に垂直な断面においてコア層１１の中心から最短となる外表面付近に位置させない。このように、光導波路１０は、一部が浮いているコア層１１にアナログ信号を通す光導波路となる。したがって、光導波路１０を備える光学式濃度測定装置１は、支持部１７の存在による被測定物質の検出特性の低下を極力防ぐことができる。
【００５４】
次に、第１実施形態および第２実施形態による光導波路１０の製造方法について図１および図２を参照しつつ図３から図６を用いて説明する。図３（ａ）は、光導波路１０の製造工程平面図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）中に示すＢ−Ｂ線で切断した光導波路１０の製造工程断面図を示している。図４（ａ）は、光導波路１０の製造工程平面図を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）中に示すＢ−Ｂ線で切断した光導波路１０の製造工程断面図を示している。図５（ａ）は、光導波路１０の製造工程平面図を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）中に示すＢ−Ｂ線で切断した光導波路１０の製造工程断面図を示している。図６（ａ）は、光導波路１０の製造工程平面図を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）中に示すＢ−Ｂ線で切断した光導波路１０の製造工程断面図を示している。光導波路１０は、１枚の支持基板１５ａに同時に複数の光導波路主要部を形成した後に個片化して製造される。図５から図６では、複数の光導波路主要部のうちの１つの光導波路主要部のみ図示されている。
【００５５】
まず、シリコンで形成され最終的に基板１５となる支持基板１５ａと、シリコンで形成されコア層１１が形成される活性基板１１ａのいずれか一方、または両方にＳｉＯ２膜を形成し、このＳｉＯ２膜を挟むようにして支持基板１５ａおよび活性基板１１ａを貼り合わせて熱処理して結合する。その後、活性基板１１ａを所定の厚さまで研削・研磨するなどして活性基板１１ａの膜厚を調整する。これにより、図３に示すように、支持基板１５ａと、支持基板１５ａ上に形成されたＢＯＸ層１７ａと、ＢＯＸ層１７ａ上に形成された活性基板１１ａとを有し、「シリコン−絶縁層−シリコン」構造を有するＳＯＩ基板１００が形成される。
【００５６】
次に、ＳＯＩ基板１００をリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて活性基板１１ａをエッチングし、直方体形状のコア層１１を形成する。これにより、図４に示すように、板状の支持基板１５ａと、支持基板１５ａ上に形成され板状のＢＯＸ層１７ａと、ＢＯＸ層１７ａ上の一部に形成され四角柱状のコア層１１とを有する光導波路主要部１０ａを形成する。
【００５７】
次に、図５に示すように、コア層１１およびＢＯＸ層１７ａの一部を覆うマスク層Ｍ１を形成する。マスク層Ｍ１はコア層１１の幅方向の中心に対してどちらかの端側に偏って配置される。マスク層Ｍ１は、フォトレジストでもよいし、シリコン窒化膜等のハードマスクでもよい。
【００５８】
次に、マスク層Ｍ１をマスクとして光導波路主要部１０ａのＢＯＸ層１７ａの一部をウェットエッチングなどで除去する。これにより、図６に示すように、コア層１１の幅方向における中心に対して片側（図６（ｂ）において右側）に偏った位置（すなわちコア層１１を伝搬する赤外線の光軸ＯＡから幅方向においてずれた位置）に存在する支持部１７が形成され、コア層１１の一部が浮遊した構造となる。つまり、コア層１１と接続される支持部１７の接続部分１７１は、赤外線の伝搬方向である長手方向に対して直交する平面内において、コア層１１の中心から最短の外表面の場所（図６に示すようにコア層１１が幅方向に長い形状をしている場合には、当該外表面の幅方向における中心）に位置せずに、コア層１１の幅方向における中心に対してどちらか端側に偏って位置して形成される。コア層１１の中心と基板１５の主面１５ｓとの間には、空間部１３が形成される。
【００５９】
その後、マスク層Ｍ１をエッチングする。マスク層Ｍ１のエッチングの後に、コア層１１の表面に保護膜を形成してもよい。この保護膜は、窒素を含む膜であってよく、膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ未満であってよい。コア層１１の表面に保護膜を有することで、光導波路１０の被測定物質の測定感度を保ちながら、自然酸化などによるコア層１１の表面の劣化を防止することができる。
【００６０】
さらにその後、コア層１１の長手方向の一端部にスリット状のグレーティングカプラ１１８を形成し、コア層１１の長手方向の他端部にスリット状のグレーティングカプラ１１９を形成する（図１参照）。なお、グレーティングカプラ１１８、グレーティングカプラ１１９の形成は、コア層１１の形成と同時に形成してもよく、コア層１１の形成よりも前に形成してもよい。
【００６１】
次に、支持基板１５ａを所定領域で切断して光導波路主要部１０ａを個片化する。これにより、支持部１７がコア層１１を伝搬する赤外線の光軸ＯＡから偏った位置に存在する光導波路１０（図２参照）が完成する。
【００６２】
さらに、図１に示すように、光導波路１０のグレーティングカプラ１１８に赤外線ＩＲを入射できるように光源２０を設置し、光導波路１０のグレーティングカプラ１１９から出射する赤外線ＩＲを受光できるように光検出器４０を配置することにより、光学式濃度測定装置１が完成する。
【００６３】
〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態による光導波路について図７を用いて説明する。第３実施形態による光導波路は、コア層が密集している領域で用いられる点に特徴を有している。図７は、本実施形態による光導波路を、光の伝搬方向である長手方向に直交する平面で切断した断面を示している。
【００６４】
図７に示すように、本実施形態による光導波路６０は、基板１５と、基板１５上に形成されたコア層１１と、基板１５に対してコア層１１を支持する複数（本実施形態では２つ）の支持部１７ｘ，１７ｙとを備えている。本実施形態では、コア層１１は、複数（本実施形態では３つ）の部分に分離された分離部１１１，１１２，１１３を有している。分離部１１１、分離部１１２および分離部１１３は、互いに密接して配置されている。分離部１１１，１１２，１１３は、コア層１１の例えば分岐された部分である。
【００６５】
支持部１７ｘは、空間的に分離された複数（本実施形態では２つ）の接続部分１７１，１７２を有している。接続部分１７１，１７２は、コア層１１の光の伝搬方向である長手方向に延在する両端辺に設けられている。接続部分１７１は一方の端辺に設けられ、接続部分１７２は他方の端辺に設けられている。接続部分１７１には分離部１１１が接続され、接続部分１７２には分離部１１２が接続されている。支持部１７ｘは、分離部１１１の少なくとも一部および分離部１１２の少なくとも一部と、基板１５の少なくとも一部とを接続し基板１５に対して分離部１１１，１１２を支持するようになっている。
【００６６】
接続部分１７１は、光の伝搬方向である長手方向に対して直交し且つコア層１１の分離部１１１を含む平面内において、コア層１１の分離部１１１の中心から最短の外表面の場所（図７に示すようにコア層１１が幅方向に長い形状をしている場合には、当該外表面の幅方向における中心）に位置せずに、分離部１１１の幅方向における中心に対してどちらか端側に偏って位置して形成される。このため、光導波路６０は、コア層１１の分離部１１１下方にクラッド層などの所定の層を有さずに空間部１３ａを有する。
【００６７】
接続部分１７２は、光の伝搬方向である長手方向に対して直交し且つコア層１１の分離部１１２を含む平面内において、コア層１１の分離部１１２の中心から最短の外表面の場所（図７に示すようにコア層１１が幅方向に長い形状をしている場合には、当該外表面の幅方向における中心）に位置せずに、分離部１１２の幅方向における中心に対してどちらか端側に偏って位置して形成される。このため、光導波路６０は、コア層１１の分離部１１２下方にクラッド層などの所定の層を有さずに空間部１３ｂを有する。
【００６８】
接続部分１７２側の支持部１７ｘの隣には、支持部１７ｙが設けられている。支持部１７ｙの接続部分１７３には、コア層１１の分離部１１３が接続されている。支持部１７ｙは、分離部１１３の少なくとも一部と基板１５の少なくとも一部とを接続し基板１５に対して分離部１１３を支持するようになっている。接続部分１７３は、光の伝搬方向である長手方向に対して直交し且つコア層１１の分離部１１３を含む平面内において、コア層１１の分離部１１３の中心から最短の外表面の場所（図７に示すようにコア層１１が幅方向に長い形状をしている場合には、当該外表面の幅方向における中心）に位置せずに、分離部１１３の幅方向における中心に対してどちらか端側に偏って位置して形成される。このため、光導波路６０は、コア層１１の分離部１１３下方にクラッド層などの所定の層を有さずに空間部１３ｃを有する。
【００６９】
空間部１３ａ，１３ｂ，１３ｃには、被測定物質の気体や液体が満たされる。これにより、光導波路６０は、分離部１１１における被測定物質とエバネッセント波との干渉量、分離部１１２における被測定物質とエバネッセント波との干渉量および分離部１１３における被測定物質とエバネッセント波との干渉量を増やすことができる。さらに、光導波路６０は、支持部１７ｘ，１７ｙによる赤外線の吸収を減らすことができる。その結果、光導波路６０を用いた光学式濃度測定装置の感度が向上する。さらに、コア層１１の複数の分離部１１１，１１２，１１３のうちの分離部１１１，１１２と１つの支持部１７ｘが接続されるように構成することにより、少ない面積で効率良く支持部１７ｘ，１７ｙを形成することができる。
【００７０】
また、本実施形態による光導波路６０は、３つの分離された分離部１１１，１１２，１１３を有するコア層１１を備えているが、これに限られない。光導波路６０は、複数（本実施形態では３つ）のコア層を備えていてもよい。この場合例えば、３つのコア層のうち、隣り合う２本のコア層が支持部１７ｘの接続部分１７１，１７２に接続され、残りの１つのコア層が、支持部１７ｙの接続部分１７３に接続される。これにより、光導波路６０は、３つの分離された分離部１１１，１１２，１１３を有するコア層１１を備えている場合と同様の効果が得られる。また別の例としては、光導波路６０は一つの長い光導波路が折り返されてレイアウトされていてもよい。折り返されてレイアウトされたコア層が３つ並んだ領域のうち、隣り合う２本のコア層が支持部１７ｘの接続部分１７１，１７２に接続され、残りの１つのコア層が、支持部１７ｙの接続部分１７３に接続される。これにより、光導波路６０は、３つの分離された分離部１１１，１１２，１１３を有するコア層１１を備えている場合と同様の効果が得られる。
【００７１】
本実施形態による光導波路６０の製造方法は、コア層１１および支持部１７ｘ，１７ｙを形成するためのマスク層の形状が異なる点を除いて、上記第１実施形態および第２実施形態による光導波路１０と同様であるため、説明は省略する。
【００７２】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態による光導波路について図８から図１０を用いて説明する。第４実施形態による光導波路は、光がコア層をマルチモード伝搬する点に特徴を有している。まず、本実施形態による光導波路７０の概略構成について図８を用いて説明する。
【００７３】
図８に示すように、光導波路７０は、基板１５と、基板１５上に設けられたコア層１１と、基板１５の少なくとも一部とコア層１１の少なくとも一部とを接続し基板１５に対してコア層１１を支持する支持部１７とを備えている。光導波路７０は、コア層１１の中を複数（本実施形態では３つ）の光軸ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３で光（本実施形態では赤外線）が伝搬するようになっている。
【００７４】
コア層１１と接続される支持部１７の接続部分１７１は、幅方向において、マルチモード伝搬する光（本実施形態では赤外線）の３つの光軸ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３の間に設けられる。本実施形態では、支持部１７の接続部分１７１は、光軸ＯＡ２と光軸ＯＡ３との間に設けられている。このように、コア層１１と接続される支持部１７の接続部分１７１は、光の光軸ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３と基板１５の主面１５ｓとの間に設けられていない。光軸ＯＡ２はコア層１１の中心とほぼ一致している。このため、コア層１１と接続される支持部１７の接続部分１７１は、光の伝搬方向である長手方向に対して直交する平面内において、コア層１１の中心から最短の外表面が位置する、幅方向の中心に位置せずに、コア層１１の幅方向における中心に対してどちらか端側に偏って位置して形成される
【００７５】
このように、光導波路７０は、コア層１１を伝搬する赤外線の光軸ＯＡ１，ＯＡ２と基板１５の主面１５ｓとの間に設けられ被測定物質ＭＯで満たされる空間部１３ａと、当該光の光軸ＯＡ３と基板１５の主面１５ｓとの間に設けられ被測定物質ＭＯで満たされる空間部１３ｂとを備えている。これにより、光導波路７０は、エバネッセント波ＥＷが最も集中する領域から支持部１７を遠ざけることができる。したがって、光導波路７０は、支持部１７による被測定物質ＭＯの検出特性の低下を防ぐことができる。
【００７６】
次に、本実施形態による光導波路７０の製造方法について図３および図８を参照しつつ図９および図１０を用いて説明する。図９（ａ）は、光導波路７０の製造工程平面図を示し、図９（ｂ）は、図９（ａ）中に示すＣ−Ｃ線で切断した光導波路７０の製造工程断面図を示している。図１０（ａ）は、光導波路７０の製造工程平面図を示し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中に示すＣ−Ｃ線で切断した光導波路７０の製造工程断面図を示している。光導波路７０は、１枚の支持基板１５ａに同時に複数の光導波路主要部を形成した後に個片化して製造される。図９および図１０では、複数の光導波路主要部のうちの１つの光導波路主要部のみ図示されている。
【００７７】
まず、上記第１実施形態と同様に、シリコンで形成され最終的に基板１５となる支持基板１５ａと、シリコンで形成されコア層１１が形成される活性基板１１ａのいずれか一方、または両方にＳｉＯ２膜を形成し、このＳｉＯ２膜を挟むようにして支持基板１５ａおよび活性基板１１ａを貼り合わせて熱処理して結合する。その後、活性基板１１ａを所定の厚さまで研削・研磨するなどして活性基板１１ａの膜厚を調整する。これにより、図３に示すように、支持基板１５ａと、支持基板１５ａ上に形成されたＢＯＸ層１７ａと、ＢＯＸ層１７ａ上に形成された活性基板１１ａとを有し、「シリコン−絶縁層−シリコン」構造を有するＳＯＩ基板１００が形成される。
【００７８】
次に、上記第１実施形態と同様にＳＯＩ基板１００をリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて活性基板１１ａをエッチングし、直方体形状のコア層１１を形成する。これにより、図９に示すように、板状の支持基板１５ａと、支持基板１５ａ上に形成され板状のＢＯＸ層１７ａと、ＢＯＸ層１７ａ上の一部に形成され四角柱状のコア層１１とを有する光導波路主要部７０ａが形成される。
【００７９】
次に、図９に示すように、将来的に光軸ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３が形成される軸ａ１，ａ２，ａ３の間に中心線Ｃｍが配置されるマスク層Ｍ２を形成する。マスク層Ｍ２は、フォトレジストでもよいし、シリコン窒化膜等のハードマスクでもよい。
【００８０】
次に、マスク層Ｍ２をマスクとして光導波路主要部７０ａのＢＯＸ層１７ａの一部をウェットエッチングなどで除去する。これにより、図１０に示すように、幅方向において、マスク層Ｍ２の中心線Ｃｍ上に相当し将来的に光軸ＯＡ２，ＯＡ３が形成される軸ａ２，ａ３の間に支持部１７が形成され、コア層１１の一部が浮遊した構造となる。つまり、コア層１１と接続される支持部１７の接続部分１７１は、光（本実施形態では赤外線）の伝搬方向である長手方向に対して直交する平面内において、コア層１１の中心から最短の外表面が位置する、幅方向の中心に位置せずに、コア層１１の幅方向における中心に対してどちらか端側に偏って位置して形成される。すなわち、コア層１１と接続される支持部１７の接続部分１７１は、支持部１７に接続される基板１５の主面１５ｓと光の光軸ＯＡ２，ＯＡ３に相当する軸ａ２，ａ３との間に設けられない。コア層１１を伝搬し将来的にマルチモードの光の光軸ＯＡ１，ＯＡ２となる軸ａ１，ａ２と基板１５の主面１５ｓとの間には空間部１３ａが形成され、当該光の光軸ＯＡ３となる軸ａ３と基板１５の主面１５ｓとの間には空間部１３ｂが形成される。
【００８１】
その後、マスク層Ｍ２をエッチングする。上記第１実施形態と同様に、マスク層Ｍ２のエッチングの後に、コア層１１の表面に保護膜を形成してもよい。この保護膜は、窒素を含む膜であってよく、膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ未満であってよい。コア層１１の表面に保護膜を有することで、光導波路７０の被測定物質の測定感度を保ちながら、自然酸化などによるコア層１１の表面の劣化を防止することができる。
【００８２】
さらにその後、コア層１１の長手方向の一端部に、図１に示すグレーティングカプラ１１８と同様のスリット状の入力側グレーティングカプラを形成し、コア層１１の長手方向の他端部に、図１に示すグレーティングカプラ１１９と同様のスリット状の出力側グレーティングカプラを形成する。なお、グレーティングカプラ１１８、グレーティングカプラ１１９の形成は、コア層１１の形成と同時に形成してもよく、コア層１１の形成よりも前に形成してもよい。
【００８３】
次に、支持基板１５ａを所定領域で切断して光導波路主要部７０ａを個片化する。これにより、幅方向において、支持部１７の接続部分１７１がコア層１１を伝搬する光の光軸ＯＡ２および光軸ＯＡ３の間の位置に存在する光導波路７０（図８参照）が完成する。
【００８４】
さらに、図示は省略するが、光導波路７０の入力側グレーティングカプラに赤外線を入射できるように光源２０を設置し、光導波路７０の出力側グレーティングカプラから出射する赤外線を受光できるように光検出器４０を配置することにより、光学式濃度測定装置が完成する。
【００８５】
このように、光導波路７０は、コア層１１を支える支持部１７の接続部分１７１が、幅方向において、コア層１１を伝搬する光の光軸ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３からずれた構造を有することで、支持部１７による被測定物質ＭＯの検出特性の低下を防止できる。
【００８６】
以上説明したように、第１実施形態から第４実施形態によれば、センサの感度を低下させることなく、コア層を支えるための支持部を持った光導波路および光学式濃度測定装置を提供することができる。
【００８７】
また、第１実施形態から第４実施形態による光導波路は、コア層を伝搬する光のエバネッセント波と被測定物質との干渉量を増加させ、支持部による当該エバネッセント波の吸収量を減少させることができる。これにより、第１実施形態から第４実施形態による光導波路は、種々の仕様態様において高感度に安定して被測定物質を検出することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  光学式濃度測定装置
２  外部空間
１０，６０，７０，８０  光導波路
１０ａ，７０ａ  光導波路主要部
１１，８０３  コア層
１１ａ  活性基板
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  空間部
１５，８０１  基板
１５ａ  支持基板
１５ｓ  主面
１７，１７ｘ，１７ｙ，８０５  支持部
１７ａ  ＢＯＸ層
４０  光検出器
５１  構造体
５３  物質
１００  ＳＯＩ基板
１１１，１１２，１１３  分離部
１１８，１１９  グレーティングカプラ
１７１，１７２，１７３  接続部分
ＯＡ，ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３  光軸
ＥＷ  エバネッセント波
ＩＲ  赤外線
ＭＯ  被測定物質
ＮＰ  中心から外表面までの距離が最短である位置
【図１】
2018165714.tif 000003
【図２】
2018165714.tif 000004
【図３】
2018165714.tif 000005
【図４】
2018165714.tif 000006
【図５】
2018165714.tif 000007
【図６】
2018165714.tif 000008
【図７】
2018165714.tif 000009
【図８】
2018165714.tif 000010
【図９】
2018165714.tif 000011
【図１０】
2018165714.tif 000012
【図１１】
2018165714.tif 000013
【図１２】
2018165714.tif 000014