(57)【要約】  励起されたエミッタ（２）の放射特性を変更する方法及びそのための層構造体（１）であって、エミッタ（２）は、金属材料から成る層構造体（１）の付近に配置されていて、エミッタ（２）は、層構造体（１）の表面状態、特にエミッタ（２）の放射特性を変更する表面プラズモンポラリトンに結合するようになっている、方法において、層構造体（１）は、非金属スーパーストレート層（４）と非金属サブストレート層（５）との間にサンドイッチされた金属層（３）を有し、少なくとも、金属層（３）とスーパーストレート層（４）は、二乗平均粗さが１ナノメートル以下の滑らかなインターフェース（８）によって隔てられ、金属層（３）は、エミッタ（２）の放出波長（λ′）に対して１／１００〜１／２０の厚さを有する、方法及び層構造体。
2014510929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起されたエミッタ（２）の放射特性を変更する方法であって、前記エミッタ（２）は、金属材料から成る層構造体（１）の付近に配置され、前記エミッタ（２）は、前記層構造体（１）の表面状態、特に前記エミッタ（２）の前記放射特性を変更する表面プラズモンポラリトンに結合するようになっている方法において、
前記層構造体（１）は、非金属スーパーストレート層（４）と非金属サブストレート層（５）との間にサンドイッチされた金属層（３）を有し、少なくとも、前記金属層（３）と前記スーパーストレート層（４）は、二乗平均粗さが１ナノメートル以下の滑らかなインターフェース（８）によって隔てられ、前記金属層（３）は、前記エミッタ（２）の放出波長（λ′）に対して１／１００〜１／２０の厚さを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記滑らかなインターフェース（８）は、湿潤層（３″）を前記サブストレート層（５）上に且つ／或いはテンプレートストリッピング法により被着させることによって作られる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記誘電スーパーストレート層（４）の誘電率は、前記サブストレート層（５）の誘電率とは異なっている、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属層（３）は、銀、金、パラジウム、ニッケル、クロム、アルミニウム、アルミニウム‐亜鉛酸化物、ガリウム‐亜鉛酸化物、カドミウム又はこれらの合金から成る群から選択された金属材料で作られている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記スーパーストレート層（４）は、酸化アルミニウム、二酸化珪素、二酸化チタン、窒化珪素、炭化珪素又はポリマーから成る群から選択された材料で作られている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記エミッタ（２）は、２５０ｎｍ〜１６００ｎｍ、好ましくは４０５ｎｍ〜６００ｎｍの放出波長（λ′）で放射線を放出する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記層構造体（１）の付近の前記エミッタ（２）からの変更放射線は、前記エミッタ（２）を含むサンプルの画像化に用いられる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記サンプルの前記画像化は、顕微鏡装置（９）を用いて実施され、前記顕微鏡装置（９）は、前記層構造体（１）で被覆され又は前記層構造体（１）から成っていて、前記層構造体（１）の前記非金属スーパーストレート層（４）上に配置された前記エミッタ（２）を含む前記サンプルからの前記放射線を変更する顕微鏡スライドガラスを含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記エミッタ（２）は、蛍光、特に蛍光色素を放出する蛍光体である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記層構造体（１）の付近の前記エミッタ（２）からの前記変更放射線は、前記エミッタ（２）の位置を求めると共に／或いは前記エミッタ（２）と前記層構造体（１）との間の距離を測定するために用いられる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記層構造体（１）の付近における前記エミッタ（２）の放射特性の前記変更は、帯域通過又は帯域消去フィルタリングのために用いられる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記層構造体（１）の付近における前記エミッタ（２）の前記放射特性の前記変更は、前記エミッタ（２）からの誘導放出のために用いられる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
層構造体（１）であって、前記層構造体（１）は、前記層構造体の付近に配置された励起エミッタ（２）と前記層構造体の表面状態、特に表面プラズモンポラリトンとの結合によって前記エミッタ（２）の放射特性を変更する金属材料を含む、層構造体において、前記層構造体（１）は、非金属スーパーストレート層（４）と非金属サブストレート層（５）との間にサンドイッチされた金属層（３）を有し、少なくとも、前記金属層（３）と前記スーパーストレート層（４）は、二乗平均粗さが１ナノメートル以下の滑らかなインターフェース（８）によって隔てられ、前記金属層（３）は、前記エミッタ（２）の放出波長（λ′）に対して１／１００〜１／２０の厚さを有する、
ことを特徴とする層構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起されたエミッタの放射特性を変更する方法であって、エミッタは、金属材料から成る層構造体の付近に配置されていて、エミッタは、層構造体の表面状態、特にエミッタの放射特性を変更する表面プラズモンポラリトンに結合するようになっている形式の方法に関する。
【０００２】
本発明は更に、層構造体であって、層構造体は、層構造体の付近に配置された励起エミッタと層構造体の表面状態、特に表面プラズモンポラリトンとの結合によってエミッタの放射特性を変更する金属材料を含む形式の層構造体に関する。
【背景技術】
【０００３】
当該技術分野において、表面プラズモン強化放出（surface plasmon enhanced emission ）を利用した多くの技術が提案された。表面プラズモンは、金属／非金属インターフェースの近くでの自由電子の集団励起であり、このような集団励起は、表面に垂直な方向における並進不変性が壊れることに起因して生じる。表面プラズモンは、光量子に結合する場合があり、それにより表面プラズモンポラリトン（surface plasmon polariton ：ＳＰＰ）が生じる。エミッタの放出特性は、プラズモニック表面の存在下において変更されることが判明しており、その理由は、表面プラズモンモードがエミッタ／表面システムの電磁界を著しく変化させるからである。この作用効果は、ルミネッセンス（発光）現象（蛍光、燐光等）の検出を利用した画像化方法を改良するために首尾良く用いられた。技術の現状の書評がイー・フォート等（E. Fort et al.），「サーフェス・エンハンスド・フルオレッセンス（Surface enhanced fluorescence）」，ジャーナル・オブ・フィジックス・ディー：アプライド・フィジックス４１（J. Phys. D: Appl. Phys.41），２００８年に与えられており、この非特許文献を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。表面強化蛍光では、プラズマニック表面の存在は、エミッタの電磁環境、代表的にはサンプル中の蛍光体を変更することによって分子検出効率を著しく増大させる。励起状態の分子の全崩壊率を、これをフォトニックモード密度（ＰＭＤ）、即ちこれが結合可能な状態の数を増大させる構造体の付近に配置することによって増大させることができるということは、周知である。表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）との結合に起因したＰＭＤの増大は、エネルギー損失補償及びエネルギー過剰補償に関して特定の関心を引き起こした。
【０００４】
励起されたエミッタ、例えば蛍光色素からの有効放射性崩壊率を増大させるためには、ＳＰＰを放射場中に結合することが必要である。これは、高屈折率サブストレート又はスーパーストレート材料を用いて達成できる。用いられる場合の多いセットアップは、「クレッチュマン（Kretschmann）形態」と呼ばれており、これは、典型的には、イー・フォート等の上述の論文に開示されているようにガラス／金属／誘電体を積み重ねた３層を提供する。変更放射線の取り出しは、ガラスプリズムを通じてであり、このガラスプリズムは、誘電体スーパーストレートよりも高い屈折率を有する。この方式の欠点として、プリズムの幾何学的形状は、多くの大規模又は高集積用途にとって適していない。さらに、平坦ではなく且つ広範囲にわたるサブストレート（例えば、プリズム）の製作は、非現実的である場合が多く、しかも費用が高くつく。
【０００５】
別の方式は、サブ波長スケールの構造体からのＳＰＰの散乱を利用している。これらサブ波長構造体は、粒子、粗い領域、格子、不連続部、フォトニックバンドギャップ、金属島等を含む場合がある。局所励起電界増加も又、マイクロキャビティ、ナノ粒子状の局所表面プラズモン、サブ波長アパーチュア、プラズマニックナノアンテナ又は金属フラクタル構造体若しくは金属島上の「ホットスポット（hot-spots）」について説明された。この場合、放射性放出の増加は、主として、構造体それ自体に原因がある。その結果、側方分解能は、散乱装置の設計によって制限され、これは、高感度用途、例えば単一分子検出を必要とする用途にとって望ましくない。
【０００６】
金属ナノ構造体を用いた電界増加のための一例として、米国特許出願公開第２０１０／００３５３３５（Ａ１）号明細書は、固有蛍光を増加させる技術を開示しており、この場合、固体サブストレートは、ＳｉＯ2で作られたオプションとしての層が被着されるのが良い頂部上がナノ構造化金属層で被覆される。ナノ構造化金属層は、粒子、フィルム（膜）等の形態をしているのが良い。サンプルを放射線源により励起させ、検出器を用いて蛍光を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００３５３３５（Ａ１）号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】イー・フォート等（E. Fort et al.），「サーフェス・エンハンスド・フルオレッセンス（Surface enhanced fluorescence）」，ジャーナル・オブ・フィジックス・ディー：アプライド・フィジックス４１（J. Phys. D: Appl. Phys.41），２００８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、公知の表面増加放出技術の上述の欠点のうちの少なくとも幾つかを減らし又は解決することにある。特に、本発明の目的は、高分解能測定に鑑みて、層構造体の付近における放出特性を効率的に変更することにある。
【００１０】
この目的は、非金属スーパーストレート層と非金属サブストレート層との間にサンドイッチされた金属層を有する層構造体を提供する冒頭に記載した方法及び層構造体で達成され、この場合、少なくとも、金属層とスーパーストレート層は、二乗平均粗さが１ナノメートル以下の滑らかなインターフェースによって隔てられ、金属層は、エミッタの放出波長に対して１／１００〜１／２０の厚さを有する。
【００１１】
隣接のエミッタのニアフィールド及びファーフィールド放出特性は、２つの非金属層、即ちサブストレート層とスーパーストレート又は頂部層との間に配置された極めて薄くて滑らかな金属層を備えた層構造体によって変更される。エミッタ又は一群のエミッタは、層構造体上に、特にスーパーストレート層上に配置される。エミッタを励起するため、即ち、エミッタの電子構造をその平衡基底状態から励起状態に持ち上げるため、適当な励起波長の励起放射線が用いられる。層構造体の存在下において、少なくとも１つの放出波長を有する励起エミッタから出る放射線は、層構造体なしで得られる放出放射線と比較して変更されている。層構造体の変更効果は、エミッタの放出波長における増幅、即ち強度の増大を含む場合がある。しかしながら、放出放射線は又、放出放射線の角度及びスペクトル分布の変化に関して変更される場合がある。その場合、エミッタからの変更放射線を検出し、測定し又は装置の入力として使用することができる。層構造体に関し、サブストレート層及びスーパーストレート層は、非金属、即ち誘電体又は半導体で作られる。少なくとも、金属層と非金属スーパーストレート層との間のインターフェースは、１ナノメートル（ｎｍ）未満、好ましくは０．５ｎｍ未満の二乗平均（ＲＭＳ）粗さを有する。好ましくは、サブストレート層と金属層との間のインターフェースのＲＭＳ粗さも又、１ｎｍ未満である。スーパーストレート層の表面は、所要の滑らかさの上限に関してそれほど重要ではないが、スーパーストレート層の表面が１ｎｍ未満のＲＭＳ滑らかさを有している場合にも好ましい。他方、非金属サブストレートと非金属スーパーストレート層との間に配置された金属層の厚さは、エミッタの放出波長により定められる。エミッタの放出特性の有利な変更／向上を観察するため、金属層の厚さは、エミッタの放出波長の１／１００〜１／２０であり、これは、層構造体の存在下で変更される。金属層が連続層により形成されていれば好ましく、連続層は、平面状のインターフェースのところで隣の非金属層に隣接している。金属層には、好ましくは、側方構造がない。スーパーストレート層及び／又はサブストレート層は、平面状又は湾曲したインターフェースを有する。さらに、金属層がエミッタに結合された表面状態の伝搬距離にわたって均一であれば有利である。多くの先行技術の方法では、表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）を伝搬波中に散乱させるために粗い表面／インターフェース又は他形式の不連続部が用いられた。伝搬波は、放射状に広がって励起放出波長のところに比較的弱い局所電界増加を生じさせる。励起電界の増加は、依然として重要であるが、これらの場合における観察された増加は、主として、増大した励起電界に起因してエミッタそれ自体からの放射性放出の固有の増加とは対照的に、散乱（放射）表面プラズモンに起因している。近くの表面の不連続部も又、ＳＰＰを法線入射で励起させる仕方として且つＳＰＰを構造体から取り出すために使用されていた。他方、滑らかな金属フィルムは、通常、蛍光を消失させることが知られている。しかしながら、本発明の重要な観点として、驚くべきことに、極めて薄い金属層が２つの金属層相互間に配置されると共に金属層と非金属スーパーストレート層との間のインターフェースが滑らかであり、ＲＭＳ粗さが１ｎｍ以下であることを条件として、放出特性の有利な変更が得られることが判明した。この層構造体の存在下における放出放射線の変更は、表面状態が局所化されていて、層構造体から到達することの結果として生じ、従って、エミッタと表面状態との間の結合が向上する。別の利点として、比較的単純な層構造体により、費用効果の良い製造が可能である。また、層構造体をこのような高い精度で、好ましくはミクロン以下の範囲で製作でき、正確な定量測定及び集積用途を達成することができる。さらに、層構造体の存在によって変更される放出波長に応じて、適当な厚さを有する金属層を提供することを含む特定の用途について層構造体を容易に調節することができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態では、滑らかなインターフェースは、湿潤層をサブストレート層上に被着させることにより得られる。金属層と非金属スーパーストレート層との間のインターフェースは、表面励起（特に、表面プラズモンポラリトン）の波長のスケールで滑らかでなければならないので、多くの従来型被着技術（マグネトロンスパッタリング、蒸着等）は、従来型の操作の下では、所要のインターフェースの滑らかさを達成することがない。しかしながら、湿潤層、例えばＧｅ又はＣｒを金属層に先立ってサブストレート上に被着させることにより、上側金属インターフェース（現時点において形成されたままの）の滑らかさが２桁以上減少する。結果として、１ｎｍ未満のＲＭＳ粗さにより定められる所要のインターフェース滑らかさを達成することができる。特に、ＲＭＳ粗さは、０．４ｎｍ未満であるのが良い。好ましくは、現時点において形成されたままの層構造体の適度な温度での追加の短時間焼きなましは、インターフェースの滑らかさを一段と向上させ、更に、金属のバルク誘電体損失を著しく減少させる。湿潤層は、代表的には、厚さが１〜２ｎｍ未満である。
【００１３】
また、最終の層構造体中の金属層とスーパーストレート層との間の滑らかなインターフェースは、テンプレートストリッピング法で作製できる。このようなテンプレートストリッピング法は、先行技術においてそれ自体知られており、極めて滑らかな金属フィルムを作製するために用いられる。この方法では、金属フィルムを適当なテンプレートから剥ぎ取る。結果として得られる表面の滑らかさは、テンプレートの滑らかさで決まり、シリコンウェーハ又は結晶軸と一致したテンプレートフェースからの剥ぎ取りのためにオングストロームのスケールであるのが良い。
【００１４】
本発明の特に好ましい実施形態では、テンプレートストリッピング法は、湿潤層と一緒に用いられ、その結果、金属層の両方の側部は、隣の貴金属層との滑らかな（即ち、ＲＭＳ粗さが１ｎｍ以下）インターフェースを形成するようになる。
【００１５】
層構造体を調製するこの組み合わせ技術の主要なステップは、好ましくは、次の通りである。
１）好ましくはＧｅウェーハで作られたテンプレート／湿潤層を調製ステップ、
２）オプションとして、ピラニア溶液中でテンプレート／湿潤層を洗浄する（その結果、剥離を容易にするために薄い酸化物層を形成し）ステップ、
３）金属層を例えばＰＶＤによってテンプレート／湿潤層の頂部上に被着させるステップ、
４）第１の誘電体を金属層上に被着させるステップ、
５）第１の誘電体を接着剤層（例えば、ポリマーで作られている）で被覆し、それによりサブストレートを形成するステップ、
６）現時点において形成されたままの層構造体をテンプレート／湿潤層から剥離するステップ、
７）現時点において形成されたままの層構造体をぐるりと回して金属層が頂部上に位置するようにするステップ、及び
８）第２の誘電体（例えば、Ｓｉ3Ｎ4）を新たに形成された金属表面の頂部上に被着させ、それにより完成状態の層構造体を得るステップ。
【００１６】
この場合、ゲルマニウムウェーハが湿潤層として取り出されることが好ましい。その結果、金属層の低いインターフェースは、Ｇｅウェーハと同じほど滑らかであり、これに対し、上側インターフェースは、サンプルをＧｅ湿潤層上で成長させた場合と同じほど滑らかである。後者がそのようである理由は、湿潤層により達成される滑らかさが主として湿潤層のエネルギー特性（自由エネルギー）に起因しており、湿潤層が薄く且つ／或いは不連続であるということだけではない。剥ぎ取りに先立つ被着金属の焼きなましを利用すると、その誘電特性を向上させることができる。
【００１７】
層構造体の付近に位置するエミッタからの放射を強化するため、スーパーストレート層の誘電率がサブストレート層の誘電率とは異なることが好ましく、その結果、非対称層構造体が形成される。ＳＰＰのカットオフエネルギーＥcを中心とした疑似連続励起スペクトルを備えたエミッタの場合、層構造体のパラメータは、好ましくは、次の方程式（１）、（１ａ）、（１ｂ）及び（１ｃ）を用いて計算され、この場合、添え字ｉ，ｊ＝１，２，３，４は、サブストレート層、金属層、スーパーストレート層及びエミッタを含む培地をそれぞれ意味し、ｋziは、ｉ番目の層の波動ベクトルの横方向（即ち、層構造体に垂直な）成分であり、ｄiは、ｉ番目の層の厚さであり、ｍは、整数であり、εiは、ｉ番目の層の複素誘電率（実数部及び虚数部を含む）であり、Ｗ+及びＷ-は、方程式（１ａ）により与えられ、この場合、Ｒ12は、フレネル反射係数であり、これは、Ｐ分極（ＳＰＰを励起する働きを有する）に関し、次の方程式（１ｂ）によって次式が与えられる。
2014510929.tif 000003
2014510929.tif 000004
(1a)
2014510929.tif 000005
(1b)
波動ベクトルｋziは、方程式（１ｃ）により与えられ、この場合、添え字ｉ＝１，２，３，４は、この場合も又、サブストレート層、金属層、スーパーストレート層及びエミッタを含む培地をそれぞれ意味し、ωcは、エミッタの励起基底状態遷移周波数であり、これは、その遷移エネルギーＥcに比例し、ｃは、光の速度である。ωcの値は、エミッタの有限放出スペクトルの範囲内に位置すべきであり、好ましくは、そのピーク自由空間放射性放出周波数の近くにある。
2014510929.tif 000006
(1c)
層１，４、即ち、サブストレート層及びエミッタの直ぐ周りに位置する培地は、範囲が半無限であるとみなされる。層構造体を寸法決めするために方程式（１）〜（１ｃ）を用いると、結果として、放出放射線の強度が増大する。表１は、方程式（１）〜（１ｃ）に記載された条件に従う層‐２（金属層）と層‐３（高いεスーパーストレート層）の３つの好ましいパラメータの組み合わせを示している。遷移周波数ωは、遷移エネルギー（ｅＶ）の単位で表して与えられる。
【００１８】
表１の好ましい実施例では、サブストレート層（ｉ＝１）及びエミッタを含む培地（ｉ＝４）は、それぞれ、石英（ε1＝２．１３）及び浸漬油（ε4＝２．４５）であるとみなされる。
【表１】
2014510929.tif 000007
【００１９】
好ましくは、金属層は、銀、金、パラジウム、ニッケル、クロム、アルミニウム、アルミニウム‐亜鉛酸化物、ガリウム‐亜鉛酸化物、カドミウム又はこれらの合金から成る群から選択された金属材料で作られる。これら金属層は、放出波長が近紫外線から電気通信のための波長までの範囲にわたる放射線の放出を強化するのに特に適している。多くの場合、銀／金又はカドミウム／金を含む合金が望ましいと言える。
【００２０】
広範な放出波長にわたりエミッタの放出特性を向上させるため、非金属スーパーストレート層が酸化アルミニウム、二酸化珪素、二酸化チタン、窒化珪素、炭化珪素又はポリマーから成る群から選択された材料で作られると有利である。「ロード（load）」又はスーパーストレート層のための考えられる誘電体は、誘電率についての比較的広い範囲の値に及ぶ。スーパーストレート層の材料は、好ましくは、サブストレート層及びサンプル培地の材料で決まる。低い誘電率のサブストレート（誘電率ε＜２．２）の場合、スーパーストレート層は、好ましくは、酸化アルミニウム、二酸化珪素、二酸化チタン及び他の低εゲート誘電体で作られる。さらに、有機又は無機ポリマーを用いることが好ましい場合がある。誘電率の高いサブストレート層（誘電率ε＞２．２）の場合、誘電率が比較的高い誘電スーパーストレート層、例えば窒化珪素、炭化珪素又は高κゲート誘電体を提供することが好ましい。所与の誘電体は、有利には、以下に列記する金属材料と組み合わされ、同等な波長範囲で使用できる。
【００２１】
放出特性の変更は、エミッタが２５０ｎｍ〜１６００ｎｍ、好ましくは４０５ｎｍ〜６００ｎｍの放出波長で放射線を放出する場合に特に顕著である。この好ましい実施形態は、エミッタから出る可視光の変更又は強化を含む。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態では、層構造体の付近のエミッタからの変更放射線は、エミッタを含むサンプルの画像化に用いられる。この場合、エミッタからの放射線は、画像化システムにより検出され、任意公知の方法で処理され、それによりサンプルの画像が得られる。エミッタの付近における層構造体の存在は、放出された放射線の放出特性を変更する。特に、サンプルからの放射線の強度の増大を利用すると、得られる画像の分解能、特に側方分解能を向上させることができる。
【００２３】
好ましくは、サンプルの画像化は、顕微鏡装置を用いて実施され、顕微鏡装置は、層構造体で被覆され又は層構造体から成っていて、層構造体の非金属スーパーストレート層上に配置されたエミッタを含むサンプルからの放射線を変更する顕微鏡スライドガラスを含む。層構造体を含む顕微鏡スライドガラスを用いることによって顕微鏡下における検査を向上させることが可能である。好ましい実施形態では、顕微鏡スライドガラスは、好ましくは石英で作られたサブストレートプレートを含み、このサブストレートプレートは、上述した層構造体で被覆される。
【００２４】
エミッタを含むサンプルの画像化への層構造体の利用にあたり、エミッタが蛍光、特に蛍光色素を放出する蛍光体であることが好ましい。層構造体の設計により、層構造体中のＳＰＰが散乱せず、局所化されるようになる。その結果、エミッタの発光／励起波長は、カットオフエネルギーとほぼ同じになることができ、その結果、ＳＰＰは、スーパーストレート層の上方の領域中に発散することができるようになる。この場合、この領域内において、多数のエミッタは、ＳＰＰを励起することができ、その結果、強化された電界がインターフェースの近くで生じるようになる。インターフェースから或る特定の距離を置いたところに位置するエミッタは、通常滑らかな金属層について見込まれるようにクエンチされるのではなく強化される。本発明の重要な観点によれば、比較的多数のエミッタがＳＰＰに結合することができ、それにより強力な電界が作られ、この電界は、スーパーストレート層からの距離につれて次第に減衰する。通常、固有放射線を増大させるため、励起エネルギーを増大させる。他方、本発明の好ましい実施形態では、層構造体から離れて位置するエミッタは、層構造体の近くに位置するエミッタの励起エネルギーを著しく増大させる場合がある。このような形態により、層構造体の近くに位置するエミッタのポンピングが可能になる。その結果、層構造体の表面に垂直なエミッタ相互間の相対的変更／強化が得られ、その結果、エミッタの放射特性の全体的変更が向上する。この作用効果は、薄い金属層とスーパーストレート層との間のインターフェースが滑らかな条件の下でのみ達成され、その理由は、変更／向上効果が多くの先行技術の形態について提供されているように不連続部（ナノ構造体、格子、島等）又は粗いインターフェースの場合に消失するからである。
【００２５】
本発明の別の好ましい実施形態では、層構造体の付近のエミッタからの変更放射線は、エミッタの位置を求めると共に／或いはエミッタと層構造体との間の距離を測定するために用いられる。例えば、細胞（例えば、線維芽細胞）を２つの互いに異なる付着場所のところで蛍光マーカ（例えば、緑色蛍光タンパク、即ちＧＦＰ）でマーキングすることができる。この場合、長い波長の放出と比較した場合の短い波長の放出の変化を利用すると、層構造体からの距離を推定することができる。サンプルの付近に位置する層構造体で達成される分解能の増大に起因して、マーキングされた細胞の動的特徴を極めて高い精度で研究することが可能である。
【００２６】
本発明の更に別の実施形態では、層構造体の付近に位置するエミッタの放射特性の変更は、帯域通過又は帯域消去フィルタリングのために用いられる。層構造体の存在の下で、連続帯域励起電界の高い周波数が減衰され、これに対し、中程度又は低い周波数の帯域では、反射エネルギーが上述した層構造体で達成される強化効果に起因して増強される。代表的には、或る特定の下しきい値を下回る周波数も又減衰される。かくして、励起電界は、帯域通過／帯域消去フィルタリングを受け、それにより、エミッタからの放射線のフィルタリングされたスペクトルが生じる。この作用効果を原理的に、フィルタリングされた出力放射線への広帯域入力放射線の変換を利用する互いに異なる用途（光学デバイス等）に利用することができる。
【００２７】
本発明の更に別の実施形態では、層構造体の付近におけるエミッタの放射特性の変更は、エミッタからの誘導放出のために用いられる。この場合、層構造体の存在の結果として、複数個のエミッタ相互間の反転分布が生じ、これは、層構造体から見て遠くに位置するエミッタを介する層構造体の近くに位置するエミッタのポンピングに起因している。上記において概略的に説明したように、この作用効果は、２つの非金属層相互間の滑らかなインターフェースを備えた極めて薄い金属層を提供することによって達成される。その結果、層構造体は、誘導放出、特にレーザ処理、スペーシング（spasing）又は類似の技術を利用するあらゆる種類の装置に使用できる。
【００２８】
以下において、図面に示されている好ましい例示の実施形態により本発明を詳細に説明するが、本発明このような実施形態に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の近くに位置するエミッタからの放射線を変更するための層構造体を概略的に示す図である。
【図２】図１の層構造体の存在下で蛍光色素から出る放射線の強化結果を示すヤブロンスキーエネルギー図である。
【図３】図１の層構造体を横切る長い範囲にわたる表面プラズモンポラリトンモードのための横方向磁界プロフィールを概略的に示す図である。
【図４】図１の層構造体の頂部上のエミッタからの放射線を検出する装置を概略的に示す図である。
【図５】従来型サブストレート及び図１の層構造体上のそれぞれのＮＩＨ・３Ｔ３細胞中の蛍光色素表示パキシリンの画像を示す図である。
【図６】図１の層構造体上の蛍光ビーズについて得られた放出スペクトル（ａ）及び放出発光の関数として図６ａの放出スペクトルの変化（ｂ）を示す図である。
【図７】従来型石英サブストレート（パネルａ）上の蛍光ビーズの発光強度及び蛍光ビーズが図１の層構造体寄りに配置された場合（パネルｂ）の発光強度を示す図である。
【図８】図１の層構造体の存在及び不存在におけるそれぞれの蛍光ビーズの互いに異なる放出波長に関する光量子強度分布状態のグラフ図である。
【図９】先行技術の形態による薄い滑らかな金属フィルム上の蛍光体からの蛍光の測定値を示す図である。
【図１０】Ｂ１６線維芽細胞上のＧＦＰ表示パキシリンの動的特徴を示す図である。
【図１１】図１の層構造体を用いた励起放射線の帯域通過フィルタリングを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、層構造体１を示しており、層構造体１は、その付近に配置された励起エミッタ２と層構造体１の表面状態、特に表面プラズモンポラリトンとの結合によってエミッタ２の放射特性を変更するようになっている。エミッタ２は、波長λ（又は、励起波長λの帯域）の励起放射線によって励起され、放出波長λ′（又は放出波長λ′の帯域）の放射線がエミッタ２から出る。層構造体１は、非金属スーパーストレート層４と非金属サブストレート層５との間にサンドイッチされた金属層３を有し、図示の実施形態では、金属層３は、金属湿潤層３″（例えば、Ｇｅ）上に成長させた金属層３′（例えば、Ａｇ）を含む。スーパーストレート層４は、エミッタ２をスーパーストレート層４上に配置するための平坦な表面６を有する。図１で理解できるように、サブストレート層５と金属層３及び金属層３とスーパーストレート層４は、それぞれ、平面状のインターフェース７，８によって互いに離隔されている。金属層３には、層構造体１の平面内に横方向構造がない。図示の実施形態では、少なくとも、金属層３とスーパーストレート層４との間のインターフェース８、好ましくは更に、サブストレート層５と金属層３とスーパーストレート層の表面６との間のインターフェース７は、二乗平均粗さΔｘが１ナノメートル以下、好ましくは０．５ｎｍ未満の状態で滑らかである。金属層３は、エミッタ２の放出波長λ′に対して１／１００〜１／２０の厚さを有し、この放出波長λ′は、有利には、図２及び図３を参照して以下に説明するように層構造体１の存在下において変更され、特に高められる。スーパーストレート層４及びサブストレート層５は、第１及び第２の誘電体（例えば、スーパーストレート層４については窒化珪素、サブストレート層５については石英）で作られ、これら誘電体は、非対称層構造体１を得るために異なる誘電率を有する。
【００３１】
図示の層構造体１で達成できる放出放射線の変更は、高いポンピング強度、複雑な三次元形状の結合セットアップ（典型的には、プリズム状頂部構造体等）及び側方構造化金属構造体を利用した表面増強蛍光分野において知られている形態の欠点を解決する。図示の形態では、エミッタ２からの変更放射性放出は、層構造体１からではなくエミッタ２それ自体に源を発しており、従って、エミッタを局所化することができる側方分解能に対する追加の制限は導入されない（薄い連続した金属及び誘電体フィルムに関して達成できる均一性を超えて）。
【００３２】
本発明の重要な観点によれば、層構造体１は、もしそのように構成されていなければ望ましい場合の多い誘電体サブストレート層５、金属層３及び誘電体スーパーストレート層４を含む非対称層構造体１によってサポートされた遠距離表面プラズモンポラリトン（ＬＲＳＰＰ）モード中のエネルギーカットオフＥcを利用している。図示の設計例は又、多くのエミッタ２、例えば代表的な蛍光色素を効果的に励起して弛緩させることができる有限数の励起エネルギー遷移を利用している。図示の層構造体１では、エネルギーカットオフＥcは、エミッタ２の最も低い励起状態の上方で、しかしながら十分に大きなフランク‐コンドン係数を備えた高い励起状態の下方で起こり、その結果、サポートされた表面プラズモンポラリトン励起は、最も低い励起状態を追加的にポンピングするのに役立つことができる。これにより、放出強度の増大が得られ、それにより高い横方向分解の局所化が可能であると共に誘導放出を実現することができる。
【００３３】
図２は、例えば蛍光色素の作用効果をモデル化するヤブロンスキーエネルギー図である。分かりやすくするため、蛍光色素は、３つの状態、即ち、Ｅi（ｉ＝０，１，２）しか呈さないとみなされており、この場合、Ｅ0は、基底状態であり、Ｅ1及びＥ2は、第１及び第２の励起状態である。しかしながら、当業者には明らかなように、層構造体１で達成される変更効果を異なる形態についてそれに応じてモデル化することができる。さらに、この図は又、遷移エネルギー図としても理解でき、この場合、状態相互間のエネルギー差だけが説明される（ヤブロンスキー図中の絶対エネルギーとは対照的に）。２つの励起状態Ｅ1，Ｅ2は、エネルギーＥ1＝Ｅc−δ／２及びＥ2＝Ｅc＋δ／２を有し、この場合、Ｅcは、ＳＰＰモードカットオフエネルギーＥcである。量δは、励起振動／回転エネルギー状態相互間の間隔と同等であるとみなされる。Ｅcの付近に存在しない高い励起状態が構造体に非放射的に結合し、低い励起状態が内部変換を生じ、ついには、これらが放射的に崩壊することができる最も低い励起状態に達するようになると仮定して、恣意的な数の高い又は低い励起状態を含むことができる。非放射性層構造体に結合されたときに恣意的な励起スペクトルＥ（ω）について周波数ω′を有するこのような蛍光色素からの測定可能な放射性放出強度を方程式（２）から得ることができる。
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【００３４】
この場合、
2014510929.tif 000009
は、ｉ番目の励起状態に関する励起ダイポールモーメントであり、
2014510929.tif 000010
は、状態ｉ，ｊ相互間の放射性（非放射性）遷移速度であり、Γiは、
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により与えられる状態ｉの全体的崩壊率であり、この場合、
2014510929.tif 000012
は、構造体が存在しない場合の全体的崩壊率であり、
2014510929.tif 000013
は、構造体に起因した崩壊率の増加分であり、ｂij（ω′）は、ω＝ω′のところで評価されたω＝ωijを中心とするローレンツにより与えられる放射広がりであり、
2014510929.tif 000014
は、状態ｉ，ｊ相互間のフランク‐コンドン係数である。方程式（２）中の最初の項は、状態Ｅ1への励起からの寄与及び状態Ｅ1からの放射崩壊であり、２番目の項は、Ｅ2への励起からの寄与及び対応の放射崩壊（それぞれ直接的に、そしてＥ1を介して）。簡単にするために、単に自然発生的放射崩壊が考慮され、全ての他光量子事象、三重状態結合及び光脱色を無視する。全体的量子効率が１であるということも又仮定する。方程式（２）中の最後の項、即ち、ΔＩP（ω）は、層構造体を介する第２の励起状態と第１の励起状態との結合に起因して生じる。これは、インターフェースの近くの高電界強度に起因してかなり大きいことが理解できる（これについては、石英／Ｇｅ／Ａｇ／Ｓｉ3Ｎ4／Ｈ2Ｏから成る最適化層構造体中の横方向磁界の大きさの距離依存性の場合について図３を比較参照されたい）。これは又、非常に減少した寿命を生じさせ、かくして、著しい大きなエネルギーの広がりを生じさせ、これは、方程式（３）によって与えられる。
2014510929.tif 000015
上式において、
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は、ω→ω10のところで評価された層構造体からの後方反応電界であり、これは、方程式（４）によって与えられる。
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【００３５】
この場合、項
2014510929.tif 000018
は、共鳴励起モードに関する有限エネルギー幅を考慮に入れており、この共鳴励起モードは、その有限寿命の結果である。ＳＰＰ共鳴の場合、これは、ローレンツ
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によって推定できる。
【００３６】
層構造体の存在からの崩壊率への変更は、小型エミッタ及び約１０ｎｍ以上のエミッタ‐スーパーストレート距離についての完全な量子機械的処理と同等の結果を生じさせる古典的なダイポール処理を用いて良好な精度で得ることができる。垂直（□）及び平行（｜｜）に向いたダイポールの場合、崩壊率の増大は、方程式（５）で書き表せる。
2014510929.tif 000020
方程式（５）において、反射電界ＥRは、方程式（６）及び（７）で与えられる。
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【００３７】
方程式（５）において、
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は、層構造体１が存在しない場合の崩壊率であり、ｚ′は、蛍光色素と層構造体１との間の距離であり、μは、ダイポールモーメントであり、ｒp及びｒsは、変換伝達行列から求めることができるｐ−及びｓ−分極反射係数である（即ち、フレネル方程式）。状態ｉの全体的崩壊率は、Γｉ＝Γ０＋Γ′で与えられ、この場合、方程式（６）及び（７）中の積分範囲は、［ｕ+，ｕ-］＝［０，∞］である。特定のモードからの寄与の場合、限度は、モード損失、即ち
2014510929.tif 000024
モードについて
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によって定められるモードの横方向波動ベクトル幅によって定められる。
【００３８】
エミッタからの全体的な測定可能放射性崩壊率は、
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により与えられ、この場合、Γ′は、方程式（５）及び（２）によって与えられる。最後に、反射電界ＥRの両方の成分に関し、方程式（８）及び（９）が得られる。
2014510929.tif 000027
【００３９】
この場合、積分限度α＝ｓｉｎθmaxであり、この場合、θmaxは、最大検出角度である。当然の結果として、カットオフエネルギーの付近における方程式（５）〜（９）の強力な周波数依存性に起因して、図示の層構造体の存在の結果として適当な物体を用いて放出スペクトルの変更を測定することによって、ナノ層とマルチレベルエミッタとの間の離隔距離を推定できる。
【００４０】
かくして、図２のヤブロンスキーエネルギー図は、蛍光色素に関し、エミッタ２の励起状態がＥ＞Ｅc及びＥ＜Ｅc（この場合、Ｅcは、ＳＰＰカットオフエネルギーである）に関して非対称層構造体１に互いに異なる仕方で結合することを示している。
【００４１】
図２の下側のパネルは、バウンド‐対称
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（カットオフエネルギーＥcの上下）モード、バウンド‐非対称
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モード及び対称性の弱い
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モードについて、横方向磁気振幅Ｈyと一緒に、層構造体１（この場合、蛍光エミッタ２は、μで示されている）を概略的に示している。矢印は、エミッタ２への結合時におけるエネルギーの流れの方向を示している。
【００４２】
上述の３つの状態モデルでは、増強放出は、周波数ω01の周りでしか起こらない。しかしながら、現実的な多励起レベルエミッタの場合であっても、遷移Ｅ＜Ｅcの場合に相対的な向上が期待される。強度のこの大きさにおける増大は、かくして、図３（図１１も又比較参照されたい）から得ることができる蛍光色素と金属層との間の距離を高い精度で推定するために使用できる。
【００４３】
図３は、層構造体１及び頂部上にエミッタ２を有するサンプル培地（例えば、水）を横切る横方向磁気振幅Ｈyを示しており、この図は、磁気振幅Ｈyの大きさの距離依存性を示している。
【００４４】
図４は、エミッタ２（例えば、蛍光体）から出た放射線を検出する画像化方法を実施する装置９の略図である。エミッタ２は、層構造体１の上方に配置されている。エミッタ２（又は、複数個のこのようなエミッタ２）を保持する層構造体１は、好ましくは、適当なサブストレート１０上の被膜の形態をしており、このサブストレートは、石英で作られた従来型の顕微鏡スライドガラスであるのが良い。蛍光画像（例えば、エミッタ２で染色された試料、例えば、蛍光色素又はマーカの）を蛍光顕微鏡セットアップ内で反射、透過又はエバネッセント照明によって生じる。装置９は、光（レーザ光）（特に、可視光）を放出する光源１１（例えば、ランプ又はレーザ）を含み、この光源は、エミッタ２を励起させる励起放射線として用いられる。ダイクロイックミラー１２が励起放射線（好ましくは、狭帯域）をエミッタ２の方向に反射するために設けられている。励起放射線は、対物レンズ１３を用いて集束される。集束されたレーザ放射線は、エミッタ２に当てられ、エミッタ２は、上述したように層構造体１で被覆された透明なサブストレート１０上に配置されている。装置９は、放出波長λ選択のための放出フィルタ１４を更に含む。チューブレンズ１５が実像を形成するために配置されている。蛍光又は関連の放射現象（燐光等）であるのが良いエミッタ２から出る放射線は、検出器１６を用いて検出される。ステージ１７及び／又は走査ミラーシステム１８が一群のエミッタ２を含む試料を走査する一方で試料及びレーザ光を互いに対して動かすことができるよう設けられている。
【００４５】
実施例Ａ
第１の実施例では、標準物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて厚さ５〜２５ｎｍの金属層３（好ましくは、Ａｇで作られる）を１〜２ｎｍ厚さのＧｅ湿潤層３″被覆石英又はガラスサブストレート５，１０（これ又、ＰＶＤを用いて蒸着される）上に作成した。「ロード」スーパーストレート層４に関し、高純度Ｓｉ3Ｎ4をＰＶＤにより金属層３上に蒸着させた。層構造体１の個々の層の厚さの精度は、現場石英結晶厚さモニタ測定法とエリプソメトリ（elipsometry）を用いた製作後測定法の両方によって測定してナノメートル範囲よりも下であった。ＡＦＭタッピングモード測定法により測定した粗さは、Ａｇインターフェース８に関し０．４ｎｍ（ＲＭＳ）未満であった。石英サブストレート５，１０、Ｇｅ湿潤層３″及び「ロード」誘電体スーパーストレート層４の表面６の対応の粗さ（ここで又、ＡＦＭで測定された）は、全て０．５ｎｍ（ＲＭＳ）未満であり、これは、エミッタ２から出る放射線の変更において有利な作用効果を観察するのに適するものであることが判明した。
【００４６】
検査対象の試料の調製のため、Ｂ１６Ｆ１マウスメラノーマ細胞及びＮＩＨ・３Ｔ３マウス線維芽細胞（アメリカンタイプカルチャーコレクション（American Type Culture Collection）から入手）を５％ＣＯ2の存在下で３７℃において１％ペニシリン、１％ストレプトマイシン、１％グルタミン及び１０％ウシ胎児血清（ＰＡＡ実験室）を補充した高グルコースダルベッコー修飾イーグル培地（ＤＭＥＭ）中に維持した。
次に、調製細胞を層構造体１被覆石英サブストレート上に置き、このようなサブストレートは、更に、２５ｍｇ／ｍｌラミニン（オーストリア国シグマ‐アルドリッチ（Sigma-Aldrich））で被覆し、そして少なくとも４時間かけて３７℃で培養してある。細胞をサイトスケルトン緩衝液（ＣＢ：１０ｍＭのＭＥＳ、１５０ｍＭのＮａＣｌ、５ｍＭのＥＧＴＡ、５ｍＭのグルコース及び５ｍＭのＭｇＣｌ2、ｐＨ６．１）に溶かした４％パラホルムアルデヒド中に１５分間同時に固定し、そして１分間かけてＣＢ中で０．２％トリトンＸ‐１００により抽出した。ＰＢＳ緩衝液中でパキシリン（ＢＤ形質導入実験室）に対する単クローンマウス抗体、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）中の希釈度１：１０００を用いて免疫染色を実施した。２次抗体（希釈度１：７５０）は、Ａｌｅｘａ４８８（インビトロジェン（Invitrogen）製）に結合されたヤギ抗マウス抗体であった。
【００４７】
ベースとして同一の被覆サブストレートを用いたサンプルに対する蛍光顕微鏡検査を行った。試験サンプルは、希釈されると共にサブストレート上に薄く被覆した個々の色素又は蛍光ビーズから成っていた。生きている細胞をラミニン被覆サブストレート上で培養した。固定細胞の上面上の特徴を観察するため（研究したトライポン（Trypon）Ｂｅの場合に関心があるように）セットアップは、層構造体１を細胞の頂部上に配置するステップと、細胞及び細胞を成長させた薄い（０．３ｎｍ未満）カバーガラスを介して画像化するステップとから成っていた。ツワイス（Zeiss）ＬＳＭ７１０（６３×１．４ＮＡ浸漬対物レンズを用いている）か改造型ツワイス（Zeiss）Ｚ１．Observer（６３×１．２ＮＡ水浸漬対物レンズ）かのいずれかに対して標準型カバークラス（図３参照）を介して全ての蛍光研究を実施し、ＥＭＣＣＤ（Andor iXon＋）カメラを用いて収集した。ツワイス（Zeiss）Ｚｅｎプラットホーム内で用いて又は前者及び後者のセットアップのためのそれぞれのカスタムLabviewプログラムによってセットアップ及び収集を制御した。ＬＥＤ源（プレシスエクスサイト（Precisexcite）、ＣＯＯＬＥＤ（商標））及びクリプトン／アルゴン混合ガスレーザ（４８８ｎｍ及び５６８ｎｍ）及び青色ダイオードレーザ（４０５ｎｍ）を用いたコヒーレント励起を利用して４００ｎｍ、４６５ｎｍ、５２５ｎｍの波長での照明を提供した。Ｍａｔｌａｂ（米国マスワークス（Mathworks））を用いて分析及び関連のフィルタリングを実施した。
【００４８】
方程式（１）〜（９）を利用した数値解析を実施することにより測定放出スペクトルに対してセクショニングを達成した。ツワイスＬＭＳ７１０顕微鏡に取り付けられたλ＝４５０→８００ｎｍの範囲にわたって３ｎｍ分解能のフォトマルチプライヤチューブ（PhotoMultiplier Tube：ＰＭＴ）アレイ（QUASAR-Quiet Spectral Array、ツワイス）を用いて後者を測定した。
【００４９】
図５は、ＮＩＨ・３Ｔ３細胞中のパキシリン（接着部位のところに見受けられる）で表示されたＡｌｅｘａ４８８（インビトロジェン）の画像を示している。図５は、非被覆状態のサブストレート（ａ）で得られた画像を示しており、層構造体１の被膜（緑色蛍光について最適化されている）が水溶液（ｂ）中に位置し、層構造体１被膜が代表的な浸漬油（ｃ）の屈折率を備えた取り付け培地内に位置し、下側のパネルは、細胞のＤＩＣ／位相コントラスト像を示している。像は、１．２ＮＡ浸漬対物レンズを用いた共焦点像（１エアリーユニットピンホール）である。コヒーレント励起は、４８８ｎｍの波長のところに位置する。
【００５０】
実施例Ｂ
ｎ＝１．５６取り付け培地（インビトロジェン）中に希釈した蛍光分子及び小さな単色及び多色蛍光（赤色、緑色、青色）ビーズをピペット操作で層構造体１で被覆されているサブストレート上に載せ、そして従来型カバースリップで覆い、画像化は、このような従来型カバースリップを通して実施された。実施例Ａを参照して上述した装置９及び技術を用いて画像化及びスペクトル分析を実施した。
【００５１】
図６ａは、石英／Ｇｅ／Ａｇ／Ｓｉ3Ｎ4層構造体１上の緑色ビーズ（インビトロジェンのMultiSpec（商標））の測定放出スペクトルを示しており、パラメータが表（１）中の最後の記載によって与えられている。コヒーレント源からの広視野励起放射線及び６３×Ｎａ１．４油浸漬対物レンズを介する画像化を用いた。図６ａから得ることができるように、放出放射線は、従来型設計で得られた放射線（符号２９で示されている下側の線参照）と比較して層構造体１によって著しく増強されている（符号１９で示されている上側の線参照）。
【００５２】
図６ｂは、放出波長λ′の関数としての放出スペクトルの変化を示している。波長λ′の増加につれた放出放射線の減少率を用いると、エミッタ２相互間の距離、即ち、蛍光体と層構造体１との間の距離を推定することができる。当て嵌め曲線は、互いに異なる距離パラメータが１０ｎｍだけ変化する二乗ローレンツ曲線である。中間の曲線は、このデータセットに関する最適（χ2）当て嵌めを構成し、３０ｎｍの距離に相当している。挿絵は、測定スペクトル全体にわたる減少を示している。この構造に関し、カットオフ波長λcは、２πｃ／ωc≒５００〜６００ｎｍである。
【００５３】
図７は、平滑な石英サブストレート上の蛍光ビーズ（パネルａ参照）及び層構造体１を備えたサブストレート５，１０上の蛍光ビーズ（パネルｂ参照）に関する放出強度Ｉ（５２３ｎｍ＜λ＜５３３ｎｍ）を示している。関連のパラメータは、本質的に、図６の実施例の場合と同一である。２つの蛍光ビーズを同一の石英スライドガラス上に画像化し、このようなスライドガラスのほぼ半分だけ（パネルｂに対応している）が層構造体で被覆されていた。
【００５４】
図８は、互いに異なる放出波長λ′（グラフ上に表示されている）に関する光量子強度分布のプロットを示しており、この場合、被覆サブストレート上の蛍光体に関する高い強度（実線）は、比較のために従来型非被覆サブストレート（破線）の強度に対してスケール変更されている。規定された強度（ピークの幅が狭くなっている）のところの光量子の相対的数の増大をプラズモン結合の結果として説明することができる。
【００５５】
実施例Ｃ
層構造体１は又、光活性化タンパクを含む検査にとって有利である。層構造体１中の長命バウンドモードへの高励起状態の効率的な結合は、低い（活性化）トランジションエネルギーでの電界強度を高めることができ、しかも放射性崩壊を増大させ又は丁度１つの活性化源を用いて相当大きな放射性崩壊を導入することができる。この使用を実証するため、ブルーストリパノソーマ細胞中のｐａＧＦＰ表示ＭＯＲＮタンパクを検査した。このタンパクは、細胞表面の近くに見受けられるので、細胞を従来型カバースリップ上で成長させ、層構造体１をその表面に押し付けた。上述したように従来型且つスペクトル画像化を次に細胞を通して実施した。
【００５６】
図９は、蛍光体の蛍光を薄い（厚さ６ｎｍ及び１２ｎｍ）極めて滑らかなＡｇフィルムの直ぐ付近において減少させていることを示している。かくして、上述した層構造体１とは対照的に、滑らかな金属表面だけを設けることにより、その結果として、得られる蛍光が消失する。蛍光体は、Ａｌｅｘａ５６１と同等な光物理的特性を備えた５６１ｎｍ（コヒーレント）で励起される赤色ビーズ（インビトロジェンのMultiSpec（商標））であった。広視野励起及び６３×ＮＡ１．４油浸漬対物レンズを用いた画像化を行った。
【００５７】
図１０は、層構造体１の頂部上のＢ１６線維芽細胞上におけるＧＦＰ表示パキシリンの動的特徴を示している。細胞の前側端部（下側パネル）及び後側端部（上側パネル）内における接着部位のところでの１×１ミクロン平方の放出スペクトル（４９０〜７００ｎｍ）の変化を分析した。長放出波長λ′の放出に対する短波長λ′放出の変化を用いて層構造体１に垂直な距離（層構造体１の表面６から測定した）を推定した。結果は、表面６の近くで１００ｎｍ以下のスケールにわたってタンパクの上下運動を示している。かくして、層構造体１を設けることにより、高精度の動的測定が可能になる。
【００５８】
図１１は、励起放射線の帯域追加フィルタリングへの層構造体１の利用の仕方を示している。一群のエミッタ２を含むゲイン培地２１が層構造体１の上方に配置されている。強度Ｉ（ｉｎ）を有する励起放射線をゲイン培地２１中に結合され、強度Ｉ（ｏｕｔ）を有する反射放出放射線が得られる。励起放射線は、励起波長λのスペクトルに跨がっている。エミッタ２との相互作用に起因して、励起放射線は、主として、短波長範囲１及び長波長範囲３について減衰され、これに対し、励起放射線は、結果的に比較的高い反射係数Ｒ（右側の図を参照）が得られるエネルギーカットオフＥcの上方の中間波長範囲２について増強されている。範囲２における増強は、上述したように層構造体１の存在に起因している。他方、範囲１内において、ＳＰＰモードは、ゲイン培地２１中にはそれ以上崩壊せず、その結果、エミッタ２と層構造体１との結合は弱く、それぞれの励起波長λが減衰される。また、或る特定の励起波長λ（範囲３）の下では、増強効果は、次第に消え、カットオフエネルギーＥcよりも上方の励起と比較して得られる放出放射線λ′の減少が観察される。当業者には明らかなように、層構造体１は、その付近のエミッタ２の反転分布を達成するためにも使用できる。
【図１】
2014510929.tif 000031
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【国際調査報告】
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