(57)【要約】【課題】断面が小さく且つ微小ゆえに検出帯域幅及び検出角度が増大した、良好な感度でセンシングを行うことが可能な導波路およびセンサを提供する。【解決手段】センサ１０は、長手方向軸心および端面２１を有しブラッググレーティング部２３を含む導波路２０と、導波路２０の端面２１における少なくとも１つの反射鏡２４と、を備える。光共振部２５が、ブラッググレーティング部２３、少なくとも１つの反射鏡２４、および当該光共振部２５のうちのブラッググレーティング部２３と少なくとも１つの反射鏡２４との間の内側部分によって形成されている。光共振部２５の当該内側部分は、導波路２０の一部の内部に延在している。光共振部２５の前記内側部分の長さ３５は、１００μｍ未満である。センサ１０は、さらに、光共振部２５の少なくとも１つのスペクトル特性、または光共振部２５の少なくとも１つのスペクトル特性の変化を検出するように構成された検出部３２、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸心および端面（２１；５１；７１）を有し、ブラッググレーティング部（２３；５３；７３）を含む導波路（２０；５０；７０）と、
前記導波路（２０；５０；７０）の前記端面（２１；５１；７１）における少なくとも１つの反射鏡（２４；２８；５４；７４）と、
を備える、センサ（１０；１２０；１５１〜１５８）であって、光共振部（２５；５５；７５）が、前記ブラッググレーティング部（２３；５３；７３）、前記少なくとも１つの反射鏡（２４；２８；５４；７４）、および当該光共振部（２５；５５；７５）のうちの前記ブラッググレーティング部（２３；５３；７３）と前記少なくとも１つの反射鏡（２４；２８；５４；７４）との間の内側部分によって形成されており、前記光共振部（２５；５５；７５）の当該内側部分が、前記導波路（２０；５０；７０）の一部の内部に延在しており、前記光共振部（２５；５５；７５）の前記内側部分の長さ（３５；８５）が、１００μｍ未満であり、当該センサ（１０；１２０；１５１〜１５８）は、さらに、
前記光共振部（２５；５５；７５）の少なくとも１つのスペクトル特性、または前記光共振部（２５；５５；７５）の少なくとも１つのスペクトル特性の変化を検出するように構成された検出部（３２）、
を備える、センサ（１０；１２０；１５１〜１５８）。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサにおいて、当該センサ（１０；１２０；１５１〜１５８）が、音響センサ、圧力センサ、または温度センサである、センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセンサにおいて、前記光共振部（２５；５５；７５）が、前記端面（２１；５１；７１）近傍に電磁放射線を閉じ込めるように構成されている、センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサにおいて、さらに、
電磁放射線を前記ブラッググレーティング部（２３；５３；７３）を介して前記光共振部（２５；５５；７５）へと供給するように構成された源（３３）、
を備え、前記検出部（３２）が、前記光共振部（２５；５５；７５）から前記ブラッググレーティング部（２３；５３；７３）を通過して前記導波路（２０；５０；７０）に沿って伝播した電磁放射線（４２）を検出するように構成されている、センサ。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサにおいて、前記検出部（３２）が：前記光共振部（２５；５５；７５）のスペクトル応答；前記光共振部（２５；５５；７５）のスペクトル応答の、時間の関数としての変化；前記光共振部（２５；５５；７５）外へ結合した電磁放射線（４２）の強度；および前記光共振部（２５；５５；７５）外へ結合した電磁放射線（４２）の強度の、時間の関数としての変化；のうちの少なくとも一つを検出するように構成されている、センサ。
【請求項６】
請求項４に記載のセンサにおいて、前記検出部（３２）が、決まった周波数の前記電磁放射線（４２）の強度の変化を検出するように構成されている、センサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射鏡（２４；２８；５４；７４）が、少なくとも１つの反射層（２４；５４；７４）を含み、場合によっては、当該少なくとも１つの反射層が、前記導波路（２０；５０；７０）の前記端面（２１；５１；７１）に直接被覆した又は前記導波路（２０；５０；７０）とは異なる搬送体に被覆した、少なくとも１つの金属層および／または少なくとも１つの誘電体層を有する、センサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射鏡が、表面プラズモンを生成し前記ブラッググレーティング部（２３）と共に前記光共振部（２５）を形成するように構成された粒子（２８）又は材料を含み、前記少なくとも１つのスペクトル特性が、被験物（１２２）と前記粒子（２８）又は材料との相互作用によってシフトした、前記光共振部（２５）の少なくとも１つの共振周波数である、センサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサにおいて、さらに、
前記導波路（２０；５０；７０）の前記端面に取り付けられた音響結合体（１６１）、
を備え、場合によっては、当該音響結合体（１６１）の長さが、検出対象の音響波の中心周波数と整合するように選択されている、センサ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のセンサにおいて、さらに、
音響ミラー（１００）と、
前記光共振部（２５；５５；７５）を前記音響ミラー（１００）に対して配置する保持機構（１０８）と、
を備える、センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のセンサにおいて、前記音響ミラー（１００）が、回転楕円面の少なくとも一部を形成する表面（１０２）を有しており、当該回転楕円面の長軸（１０６）が、前記音響ミラーのフェース面（１０３）に対して傾いており、当該回転楕円面の少なくとも一部を形成する前記表面（１０２）が、前記フェース面（１０３）から凹入したものである、センサ。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載のセンサにおいて、前記保持機構は、前記導波路（２０；５０；７０）を、当該導波路（２０；５０；７０）が前記回転楕円面の焦点（１０４）に重なるか又は前記回転楕円面の当該焦点（１０４）近傍に位置するよう配置するように構成されている、センサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のセンサにおいて、前記焦点（１０４）が、前記音響ミラー（１００）の音響キャビティ（１０７）内に位置している、センサ。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記導波路が、光ファイバーである、センサ。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記導波路が、シリコン導波路である、センサ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のセンサにおいて、前記光共振部（７５）の前記内側部分の長さ（８５）が、１μｍ未満である、センサ。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記光共振部（２５；５５；７５）の前記内側部分の前記長さ（３５；８５）が、前記ブラッググレーティング部（２３；５３；７３）の長さ（６３；８３）よりも短い、センサ。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記光共振部は、前記内側部分（３５；８５）通過後の調査光（４１）の位相シフトが約πになるように構成されている、センサ。
【請求項１９】
請求項１から１７のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記光共振部は、前記内側部分（３５；８５）通過後の調査光（４１）の位相シフトが約πの奇数倍になるように構成されている、センサ。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記光共振部の前記内側部分の前記長さ（３５；８５）が、前記ブラッググレーティング部の周期性に整合しており、場合によっては、前記光共振部の前記内側部分の前記長さ（３５；８５）が、前記ブラッググレーティング部の一周期又は前記ブラッググレーティング部の一周期の整数倍に等しい、センサ。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一項に記載の複数のセンサ（１５１〜１５８）、
を備え、場合によっては、当該複数のセンサ（１５１〜１５８）が、１次元配列または２次元配列で配置されている、センサアレイ（１５０）。
【請求項２２】
センサ（１０；１２０；１５１〜１５８）を被験物（１２２）に対して配置する過程であって、前記センサ（１０；１２０；１５１〜１５８）が、
長手方向軸心および端面（２１；５１；７１）を有し、ブラッググレーティング部（２３；５３；７３）を含む導波路（２０；５０；７０）、ならびに
前記導波路（２０；５０；７０）の前記端面（２１；５１；７１）における少なくとも１つの反射鏡（２４；２８；５４；７４）、
を具備し、光共振部（２５；５５；７５）が、前記ブラッググレーティング部（２３；５３；７３）、前記少なくとも１つの反射鏡（２４；２８；５４；７４）、および当該光共振部（２５；５５；７５）のうちの前記ブラッググレーティング部（２３；５３；７３）と前記少なくとも１つの反射鏡（２４；２８；５４；７４）との間の内側部分によって形成されており、前記光共振部（２５；５５；７５）の当該内側部分が、前記導波路（２０；５０；７０）の一部の内部に延在しており、前記光共振部（２５；５５；７５）の前記内側部分の長さ（３５；８５）が、１００μｍ未満である、過程と、
前記光共振部（２５；５５；７５）の少なくとも１つのスペクトル特性、または前記光共振部（２５；５５；７５）の少なくとも１つのスペクトル特性の変化を検出する過程と、
を備える、センシング方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載のセンシング方法において、前記光共振部（２５；５５；７５）の検出された前記少なくとも１つのスペクトル特性、または前記光共振部（２５；５５；７５）の当該少なくとも１つのスペクトル特性の前記変化を用いて：音響センシング；医療センシング；バイオセンシング；温度センシング；周波数判別画像化；投影画像化；光音響画像化；光音響非破壊検査；化学センシング；およびプラズモンセンシング；のうちの少なくとも一つを実行する、センシング方法。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載のセンシング方法において、前記センサ（１０；１２０；１５１〜１５８）が、請求項１から２０のいずれか一項に記載のセンサである、センシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、センサ、および導波路と光共振部とを備える他の装置に関する。本発明の実施形態は、詳細には、センサに使用可能な導波路及び光共振部、ならびにこのような導波路を用いたセンサおよびセンシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
新たな用途分野に適した導波路や光共振器の需要が増えつつある。例示であるが、例えば超音波周波数域での音響センシングは、圧電式検出器を用いてしばしば行われてきた。従来のこのような圧電式検出器では、高性能の超音波センサの今日の要求を満たすことができない。例示であるが、過酷な環境での非破壊検査や、光音響内視鏡や光音響／光電音響ハイブリッド顕微鏡の新興分野では、極めて小さく、可撓性で、電磁干渉の影響を受けず、広帯域幅（高帯域幅）を示すセンサが求められる。広帯域幅は、極めて重要である。というのも、光音響効果により生じた超音波信号の帯域幅および中心周波数が、光吸収体のサイズに比例するからである。
【０００３】
例えば、皮膚の下や皮膚内にある血管系などの吸収体をそのサイズに従って区別分類するように使用することが可能な、広帯域幅センサがあれば望ましい。このような改良センサは、例えば、血管新生を調べることによる腫瘍の検査監視や、糖尿病、高血圧症などのような状態の検査監視に役立ち得る。
【０００４】
光共振器に基づくセンサが、有用な選択肢である。
【０００５】
WO 2010/043876 A2（特許文献１）には、圧力温度複合センサが開示されている。当該センサは、第１の種類の少なくとも１つの第１の光検出素子と、第２の種類の少なくとも１つの第２の光検出素子と、を備える。当該センサは、上記第１又は第２の光検出素子における温度及び／又は圧力の影響を、上記第２及び第１の光検出素子のうちの他方の応答を用いて補償するように構成されている。２つのファイバー端部間の隙間には、光学キャビティが形成され得る。
【０００６】
US 7 054 011 B2（特許文献２）には、光ファイバーの端面に接着された中空チューブと、当該中空チューブに接着されたダイアフラムと、を備える、光ファイバーセンサが開示されている。
【０００７】
G. Wissmeyer et al., “All-optical optoacoustic microscope based on wideband pulse interferometry,” Optics Letters, Vol. 41, Issue 9, pp. 1953-1956 (2016)（非特許文献１）には、コヒーレンス再現パルス干渉法（ＣＲＰＩ）を調査方法として用いた、π位相シフトファイバーブラッググレーティング（π−ＦＢＧ）に基づく全光学式光音響顕微鏡が開示されている。
【０００８】
A. Rosenthal et al., “Embedded ultrasound sensor in a silicon-on-insulator photonic platform,” Appl. Phys. Lett. 104, 021116 (2014)（非特許文献２）には、導波路コルゲーションにより形成されたπ位相シフトファイバーブラッググレーティングに基づく微小超音波センサが開示されている。
【０００９】
A. Rosenthal et al., “Sensitive interferometric detection of ultrasound for minimally invasive clinical imaging applications,” Laser Photonics Rev., Vol. 8, No. 3, pp. 450-457 (2014)（非特許文献３）には、微小光学式検出器が開示されている。
【００１０】
C. Zhang et al., “Review of lmprinted Polymer Microrings as Ultrasound Detectors: Design, Fabrication, and Characterization,” IEEE SENSORS JOURNAL, Vol. 15, No. 6 (June 2015)（非特許文献４）には、光音響画像化に適した超音波検出器が開示されている。
【００１１】
R. Nuster et al., “Photoacoustic section imaging using an elliptical acoustic mirror and optical detection,” JBO Letter, Vol. 17(3), 030503 (March 2012)（非特許文献５）には、光干渉計と音響ミラーとを組み合わせた方法が開示されている。
【００１２】
US 2002/0166955 A1（特許文献３）には、光を変調する超音波検出素子を備える超音波受信装置が開示されている。
【００１３】
US 7 292 755 B1（特許文献４）には、少なくとも２つの反射鏡を備える平面状光導波路が開示されている。
【００１４】
US 2014/0180030 A1（特許文献５）には、血管内血圧血液速度ワイヤが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０４３８７６号
【特許文献２】米国特許第７０５４０１１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／１６６９５５号明細書
【特許文献４】米国特許第７２９２７５５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１４／１８００３０号明細書
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】G. Wissmeyer et al., “All-optical optoacoustic microscope based on wideband pulse interferometry,” Optics Letters, Vol. 41, Issue 9, pp. 1953-1956 (2016)
【非特許文献２】A. Rosenthal et al., “Embedded ultrasound sensor in a silicon-on-insulator photonic platform,” Appl. Phys. Lett. 104, 021116 (2014)
【非特許文献３】A. Rosenthal et al., “Sensitive interferometric detection of ultrasound for minimally invasive clinical imaging applications,” Laser Photonics Rev., Vol. 8, No. 3, pp. 450-457 (2014)
【非特許文献４】C. Zhang et al., “Review of lmprinted Polymer Microrings as Ultrasound Detectors: Design, Fabrication, and Characterization,” IEEE SENSORS JOURNAL, Vol. 15, No. 6 (June 2015)
【非特許文献５】R. Nuster et al., “Photoacoustic section imaging using an elliptical acoustic mirror and optical detection,” JBO Letter, Vol. 17(3), 030503 (March 2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
これらの文献に開示されているセンサは、例えば圧電式検出器に基づく従来のセンサよりも様々な利点を奏する。それでもなお、断面が小さく且つ微小ゆえに検出帯域幅及び検出角度が増大した、良好な感度でセンシングを行うことが可能な導波路およびセンサが求められている。
【００１８】
当該技術分野では、センシングやその他の用途に適する向上した特性を示す装置や方法の需要が存在する。具体的に述べると、感度が高く且つ寸法が小さい、センシングやその他の用途での多目的な使用に適した装置や方法の需要が存在する。具体的に述べると、電磁干渉に一般的に従来伴う問題を軽減する、このような装置や方法の需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一部の実施形態では、光共振部が一体（monolithically）で組み込まれた導波路が提供される。当該光共振部は、一方の側のブラッググレーティング部（ＢＧ）および当該ＢＧの構成と異なる構成を有する他方の側の少なくとも１つの反射鏡によって画定されている。前記光共振部は、前記導波路の一端に位置している。前記反射鏡は、前記導波路の端面（ファセット）に被覆した反射層を含み得て、かつ／あるいは、表面プラズモンの誘起を起こし易いナノ粒子などの材料を前記導波路の前記ファセットに含み得る。これにより、前記導波路の一端に高Ｑ値の光学キャビティが形成される。前記反射鏡は、前記導波路の前記端面側に位置した、より短いさらなるブラッググレーティング部を含み得る。当該より短いさらなるブラッググレーティング部は、前記光共振部の内側部分と前記導波路のうちの反射層が被覆され得る前記端面との間に介在し得る。前記光共振部は、一方の側の前記ブラッググレーティング部と他方の側の、それとは異なる構成を有する前記少なくとも１つの反射鏡とによって画定されているという意味で、非対称である。
【００２０】
一部の実施形態では、光反射層と前記導波路の一部である前記ブラッググレーティング部とにより、ファブリペローのような光共振部、すなわち、エタロンが前記導波路の一部として画定されている。当該反射層は、導波路の端部にて当該導波路の端面に形成され得る。
【００２１】
前記光共振部は、前記ブラッググレーティング部および前記少なくとも１つの反射鏡からなり得て、前記光共振部の内側部分（前記ブラッググレーティング部のうちの前記導波路の前記端面に最も近い端部と前記少なくとも１つの反射鏡のうちの前記ブラッググレーティング部に最も近い部位との間に挟まれた、前記光共振部の部分として定義され得る）が、前記導波路と一体形成されている。
【００２２】
光共振部が組み込まれたこのような導波路には、様々な用途がある。例示であるが、他の共振器ベースのセンサとは違って、前記ファセットに入射した超音波などの音響波を検出することが可能である。外周面ではなく導波路のファセットがセンシングに使われるため、実効センシングサイズが劇的に減少し且つ検出帯域幅が増加する。光共振部を導波路の一部として実現することで、損失が劇的に低下し且つ光閉込めが向上し、センシング装置が小型になる。非対称の設計により、検出対象の刺激に光共振部を最大限曝すことができるだけでなく、光共振部を実質上損失なしで光学的に読み出すことが可能となる。光共振部が組み込まれた導波路を用いて行われるセンシングは、電磁干渉の影響を受けない。
【００２３】
本発明の一実施形態におけるセンサは、長手方向軸心および端面を有しブラッググレーティング部を含む導波路、を備える。当該導波路の当該端面には、少なくとも１つの反射鏡が設けられている。光共振部が、前記ブラッググレーティング部、前記少なくとも１つの反射鏡、および当該光共振部のうちの前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡との間に位置した内側部分によって形成されている。前記光共振部の当該内側部分は、前記導波路の一部の内部に延在している。前記センサは、前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性、または前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性の変化を検出するように構成された検出部、を備える。
【００２４】
前記少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の変化は：前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数；前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数のシフト；調査光によって検出された光の、コヒーレント連続波（ｃｗ）干渉法または非コヒーレントｃｗ干渉法を用いて測定される強度；広帯域の調査波（interrogation）を用いて検出され得る、前記光共振部のスペクトル応答；および前記光共振部の少なくとも１つの共振ピークの帯域幅；のうちの任意の一つ又は任意の組合せを含み得る。
【００２５】
前記センサは、音響センサ、圧力センサ、または温度センサであり得る。
【００２６】
前記光共振部は、前記端面近傍に、場合によっては、前記導波路のうちの前記端面から１００ｎｍ〜１ｃｍ、好ましくは２００ｎｍ〜５ｍｍに延びる端部部分内に、電磁放射線を閉じ込めるように構成されたものであり得る。前記ブラッググレーティング部のうちの前記端面に面する端部と前記端面との間の端部部分の長さは、好ましくは１０ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満であり得る。
【００２７】
前記光共振部の前記内側部分の長さは、例えば、白色光顕微鏡、電子顕微鏡などの顕微鏡を用いて測定され得る。
【００２８】
前記光共振部の前記内側部分の長さ、および／または、前記ブラッググレーティング部の長さ、および／または、前記光共振部の全長は、演算手法を用いて推測されてもよい。例示であるが、前記光共振部の全長は、転送行列法により行われるスペクトルシミュレーションを用いて求められ得る。当該スペクトルシミュレーションが、測定されたスペクトル特性と比較され得る。
【００２９】
前記センサは、さらに、電磁放射線を前記ブラッググレーティング部を介して前記光共振部へと供給するように構成された源、を備え得る。前記検出部は、前記光共振部から前記ブラッググレーティング部を通過して前記導波路に沿って伝播した電磁放射線を検出するように構成されたものであり得る。
【００３０】
前記検出部は、前記光共振部のスペクトル応答、および／または前記光共振部からの電磁放射線の強度を、時間の関数として検出するように構成されたものであり得る。
【００３１】
前記検出部は、スペクトル応答の、時間の関数としての変化、または前記光共振部外へ結合した光の強度の、時間の関数としての変化を検出するように構成されたものであり得る。
【００３２】
前記検出部は、前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡との間の距離の変化、前記導波路の前記部分の屈折率の変化、および前記ブラッググレーティング部の反射率の変化のうちの少なくとも一つにより生じた、スペクトル応答の前記変化または強度の変化を検出するように構成されたものであり得る。
【００３３】
前記少なくとも１つの反射鏡は、少なくとも１つの反射層を含み得る。当該少なくとも１つの反射層は、少なくとも１つの金属層および／または少なくとも１つの誘電体層を有し得る。当該少なくとも１つの反射層は、前記導波路の前記端面に直接被覆した又は前記導波路とは異なる搬送体（carrier）に被覆したものであり得る。
【００３４】
前記少なくとも１つの反射鏡は、表面プラズモンを生成し前記ブラッググレーティング部と共に前記光共振部を形成するように構成された粒子又は材料を含み得る。前記少なくとも１つのスペクトル特性は、被験物と前記粒子又は材料の前記表面プラズモンとの相互作用によってシフトし得る、前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数であり得る。
【００３５】
前記少なくとも１つの反射鏡は、機能化表面、または構造化された金属層を含み得る。
【００３６】
前記センサは、前記導波路の前記端面に取り付けられた音響結合体、を備え得る。当該音響結合体の長さは、検出対象の音響波の中心周波数と整合するように選択されたものであり得る。
【００３７】
前記センサは、さらに、音響ミラーと、前記光共振部を当該音響ミラーに対して配置する保持機構と、を備え得る。
【００３８】
前記音響ミラーは、回転楕円面の少なくとも一部を形成する表面を有し得て、当該回転楕円面の長軸が、前記音響ミラーの平面状フェース面に対して傾いており、当該回転楕円面の少なくとも一部を形成する前記表面が、前記平面状フェース面から凹入したものである。
【００３９】
前記保持機構は、前記導波路を、当該導波路が前記回転楕円面の焦点に重なるか又は前記回転楕円面の当該焦点近傍に位置するよう配置するように構成されたものであり得る。
【００４０】
前記焦点は、前記音響ミラーのキャビティ内に位置しているものとされ得る。
【００４１】
一実施形態におけるセンサアレイは、複数の前記センサ、を備える。当該複数のセンサは、１次元配列または２次元配列で配置され得る。
【００４２】
前記センサアレイは、音響画像化装置もしくはカメラ、圧力画像化装置もしくはカメラ、または超音波画像化装置もしくはカメラとして使用され得る。前記複数のセンサは、時間分割で又は同時に読出しが実行され得る。前記センサアレイ又は画像化装置のサイズは、画像化の実施対象である被験物のサイズに合わせて調整され（adapted to）得る。
【００４３】
前記画像化装置又はカメラは、音響波、圧力変化または超音波を、空間分解検出するように動作可能であり得る。
【００４４】
本発明の一実施形態におけるセンシング方法は、センサを被験物に対して配置する過程、を備える。当該センサは、長手方向軸心および端面を有しブラッググレーティング部を含む導波路、を具備する。当該導波路の当該端面には、少なくとも１つの反射鏡が設けられている。光共振部が、前記ブラッググレーティング部、前記少なくとも１つの反射鏡、および当該光共振部のうちの前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡との間に位置した内側部分によって形成されている。前記光共振部の当該内側部分は、前記導波路の一部の内部に延在している。前記方法は、前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性、または前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性の変化を検出する過程、を備える。
【００４５】
前記光共振部の検出された前記少なくとも１つのスペクトル特性、または前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性の変化を用いて：音響センシング；医療センシング；バイオセンシング；温度センシング；周波数判別画像化；投影画像化；光音響画像化；光音響非破壊検査；化学センシング；およびプラズモンセンシング；のうちの少なくとも一つが実行され得る。
【００４６】
前記センサは、本明細書に開示するいずれかの実施形態のセンサであり得る。
【００４７】
本発明の他の実施形態では、光共振部が組み込まれた導波路が提供される。当該導波路は、長手方向軸心および端面を有する。光共振部が組み込まれた当該導波路は、当該導波路内のブラッググレーティング部と、当該導波路の前記端面における少なくとも１つの反射鏡と、を備え、前記光共振部のうちの前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡との間の内側部分が、当該導波路の一部の内部に延在している。
【００４８】
本発明の他の実施形態におけるセンサは、音響トランスデューサと、音響ミラーと、当該音響トランスデューサを当該音響ミラーに対して配置する保持機構と、を備える。
【００４９】
実施形態における装置、方法、およびアセンブリにより、様々な効果が得られる。例示であるが、実施形態におけるセンサや光共振部が組み込まれた導波路は、当該導波路の長さよりも遥かに小さい特徴的な寸法の端面（すなわち、当該導波路のファセット）を用いて、音響波、他の圧力変化、温度、又はその他の刺激を検出することが可能である。これにより、広い帯域幅がもたらされ、かつ／あるいは、複数のセンサを１次元または２次元配列で容易に組み合わせることが可能となる。導波路の端面に反射鏡が設けられていることで、ファイバーの端部側に高Ｑの光共振部が形成され得る。光共振部内へ結合した入射光と光共振部外へ結合した出射光の両方が導波路の同じ経路に沿って相対する方向に進行するというモードで、読出しを行うことができる。
【００５０】
実施形態における装置、方法、およびアセンブリは、音響波、他の圧力変化、温度、又はその他の刺激を検出するのに使用され得るが、これらに限定されない。実施形態における装置、方法、およびアセンブリは、音響センシングや医療センシングやバイオセンシングや温度センシングや周波数判別画像化や投影画像化や光音響画像化や光音響非破壊検査や化学センシングやプラズモンセンシングに使用され得るが、これらに限定されない。
【００５１】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。同じ又は同様の符号は、同じ又は同様の構成／構成要素を指すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】一実施形態におけるセンサの概略図である。
【図２】一実施形態における光共振部が組み込まれた導波路の概略図である。
【図３】一実施形態における光共振部が組み込まれた導波路の概略図である。
【図４】一実施形態における光共振部が組み込まれた導波路の概略図である。
【図５】一実施形態における光共振部が組み込まれた導波路の概略図である。
【図６】一実施形態における光共振部が組み込まれた導波路の概略斜視図である。
【図７】図６の光共振部が組み込まれた導波路の端面の、当該導波路の長手方向に沿って視た方向の平面図である。
【図８】一実施形態における光共振部が組み込まれた導波路の概略斜視図である。
【図９】図８の光共振部が組み込まれた導波路の端面の、当該導波路の長手方向に沿って視た方向の平面図である。
【図１０】光共振部が組み込まれた導波路の、点音響源に対する、音響周波数の関数としての周波数応答を示すグラフである。
【図１１】一実施形態における光共振部の共振スペクトルを、スペクトル反転で示したグラフである。
【図１２】一実施形態におけるセンサの概略図である。
【図１３】図１２のセンサの例示的な使用を示す概略図である。
【図１４】一実施形態におけるセンサの概略図である。
【図１５】一実施形態における方法のフロー図である。
【図１６】一実施形態におけるセンサアレイの概略図である。
【図１７】一実施形態における光共振部が組み込まれた導波路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。同じ又は同様の符号は、同じ又は同様の構成／構成要素を指すものとする。音響波（特には、超音波）の検出などの例示的な用途分野、および光ファイバー、silicon-on-insulator技術を用いて構築されたフォトニック集積回路などの例示的な構造の文脈で幾つかの実施形態を説明するが、実施形態はこれらに限定されない。特記しない限り、実施形態の構成同士が互いに組み合わされてもよい。
【００５４】
「光音響」という用語を本明細書では用いるが、「光電音響」も当該技術分野で一般的に使用される別の同義的用語であることを理解されたい。
【００５５】
本明細書で用いる「音響波」に反応するセンサや導波路は、詳細には、超音波に反応するものであり得る。
【００５６】
図１に、一実施形態におけるセンサ１０を開示する。センサ１０は、導波路２０を備える。導波路２０は、シングルモード導波路、マルチモード導波路、偏光保持導波路、非偏光保持導波路、モード複合型導波路、フォトニック結晶ファイバー、光ファイバー、またはシリコン導波路であり得るが、これらに限定されない。
【００５７】
導波路２０は、第２の端部２２と当該導波路２０が端面２１を有する第１の端部との間を、長手方向軸心に沿って延びる。本明細書で用いる「端面」という用語は、前記導波路のうちの、当該導波路２０の長手方向軸心を横切って延びるファセット又は表面を指す。特には、当該ファセット又は表面は、導波路２０の長手方向軸心と直交に延びるものであり得る。
【００５８】
図１内の差し込み図は、導波路２０の端部部分を概略的に示したものである。導波路２０は、ブラッググレーティング部（ＢＧ）２３を含む。ブラッググレーティング部２３は、導波路２０に形成されている。ブラッググレーティング部２３は、導波路２０の端面２１近傍で当該端面２１から離間して設けられている。端面２１には、少なくとも１つの反射鏡２４が設けられている。当該少なくとも１つの反射鏡は、端面２１に被覆した反射層であり得るか又は当該反射層を含み得る。前記少なくとも１つの反射鏡は、端面２１に設けられて表面プラズモンを生成し当該少なくとも１つの反射鏡とブラッググレーティング部２３との間に光共振を形成させる材料もしくは構造であり得るか又は当該材料もしくは当該構造を含み得る。
【００５９】
本明細書で用いる「反射鏡」という用語は、ブラッググレーティング部２３から自身へぶつかった光を当該ブラッググレーティング部２３に向かって反射し返すことが可能な材料又は構造のことを一般的に指す。前記反射鏡は、ブラッググレーティング部２３とは構造が異なる。
【００６０】
本明細書で用いる「導波路の端面における反射鏡」は、導波路の外側に設けられた（例えば、前記端面に直接接した）反射鏡のことを含むが、これらに限定されない。例示であるが、前記少なくとも１つの反射鏡は、場合によっては、前記導波路と一体的に形成されて当該導波路内に位置した反射体を含み得る。
【００６１】
光共振部２５は、少なくとも１つの反射鏡２４、ブラッググレーティング部２３、および当該光共振部２５のうちの少なくとも１つの反射鏡２４とブラッググレーティング部２３との間に位置した内側部分からなる。前記光共振部に進入した光ビームは、閉じ込められて少なくとも１つの反射鏡２４とブラッググレーティング部２３とで繰返し反射する。このため、当該光ビームは光共振部２５内で自己干渉を引き起こす。このような光共振部２５は、１つ以上の共振を含む特徴的なスペクトル応答を示す。
【００６２】
センサ１０は、適切な結合配置構造３１により前記光ファイバーの第２の端部２２に結合した検出部３２を備える。検出部３２は、例えば、光フィルタおよび復調器を含み得る。
【００６３】
センサ１０は、電磁放射線の源３３を備え得る。源３３は、レーザ、または電磁放射線を生成する他の適切な光源であり得る。当該電磁放射線は、光であり得る。当該光は、可視スペクトル域、赤外（ＩＲ）スペクトル域、および紫外（ＵＶ）スペクトル域のうちの少なくとも一つ又は幾つかに波長を有し得る。源３３で発生した電磁放射線は、結合配置構造３１を介して前記ファイバー内へ結合し得る。結合配置構造３１は、例えば、５０／５０カプラを含み得る。
【００６４】
電磁放射線の源３３は、さらなる導波路（図示せず）を介して導波路２０に結合したものであり得る。当該さらなる導波路は、導波路２０と構造が異なり得る。例示であるが、導波路２０はsilicon-on-insulator（ＳＯＩ）プラットフォーム導波路とされ得るのに対し、源３３を導波路２０に結合する前記さらなる導波路は導波路２０に接続した光ファイバーとされ得る。
【００６５】
源３３が出力した電磁放射線、特には（前記光共振部を調査する調査光として機能する）光４１は、導波路２０に沿ってブラッググレーティング部２３を介して光共振部２５の前記内側部分へ進行することになる。当該光は、ブラッググレーティング部２３および反射鏡２４で何回も反射した後、ブラッググレーティング部２３を介して光共振部２５外へと導波路２０の第２の端部２２に向かって結合し戻され得る。ブラッググレーティング部２３の反射率が１００％に満たないため、光４２は光共振部２５から自動的に漏れ出す。
【００６６】
検出部３２は、光共振部２５外へ結合した前記光に基づき、光共振部２５の少なくとも１つの共振周波数もしくは他のスペクトル特性、またはスペクトル特性の変化を検出し得る。少なくとも１つの共振周波数のシフトを示す強度の検出は、例えば、A. Rosenthal et al., Opt. Express Vol. 20, lssue 28, pp. 19016-19029 (2012)に開示された技術を用いて行われ得る。光共振部２５の少なくとも１つの共振周波数又は当該少なくとも１つの共振周波数のシフトを示す強度を検出することによるスペクトル特性の検出に代えて、あるいは、当該検出に加えて、光共振部２５のスペクトル応答の他の特性が検出されてもよい。例示であるが、決まった周波数（例えば、光共振部２５が音響波に曝されていないときの当該光共振部の共振周波数）で検出する光４２の強度の変化が検出されてもよい。
【００６７】
調査光の強度を分割し且つこれを光共振部２５外へ結合する光と干渉させるコヒーレント連続波（ｃｗ）干渉法、あるいは、非コヒーレントｃｗ干渉法が実施されてもよい。
【００６８】
検出部３２は、光共振部２５の少なくとも１つの共振周波数および／または光共振部２５の他のスペクトル特性、あるいは、これらの変化を時系列的に検出するように構成されたものであり得る。例示であるが、光共振部２５の共振周波数及び／又は他のスペクトル特性の時間依存変化が検出され得る。
【００６９】
演算装置３４は、光共振部２５の共振周波数及び／又は他のスペクトル特性の時間依存変化を用いて、例えば、圧力の時間依存変化及び／又は温度の時間依存変化及び／又は光共振部２５に衝突する音響波の周波数及び／又は光共振部２５に衝突する音響波の強度、あるいは、その他の数量を求め得る。
【００７０】
例示的な一実施形態において、前記光共振部のスペクトル特性またはスペクトル特性の変化は、連続波（ｃｗ）干渉法を実行して検出部３２で検出する測定強度であり得る。この場合の源３３は、ｃｗレーザであり得る。結合配置構造３１は、サーキュレータ／５０−５０カプラであり得る。検出部３２は、フォトダイオードを含み得る。源３３の出力から分岐した光の一部が、前記光共振部からブラッググレーティング部２３を介して漏れ出した光と干渉させられ得て、その結果としての強度が、前記フォトダイオードにより検出され得る。前記フォトダイオードの読出しは、コンピュータ３４のデータ取得システムで行われ得るが、コンピュータを使用せずに済む他の方法で実現されてもよい。前記ｃｗレーザは、コンピュータで制御され得るが、他の機構を用いて制御されてもよい。
【００７１】
ｃｗ干渉法は、コヒーレントｃｗ干渉法として実現されてもよいし、非コヒーレントｃｗ干渉法として実現されてもよい。
【００７２】
コヒーレントｃｗ干渉法では、前記ｃｗレーザが、前記光共振部の共振周波数に又は当該共振周波数の半値幅（ＦＷＨＭ）内の数値にチューニングされる。前記共振部への外乱（当該外乱は、超音波又は温度変化によって引き起こされたものであり得る）により、当該共振部の共振条件が変化する。読出しフォトダイオードで、このときの強度の変化が検出され得る。
【００７３】
非コヒーレントｃｗ干渉法では、広帯域光源３１が前記共振部を調査することで、当該共振部のスペクトル形状が形成される。外乱や温度変化により共振条件が変化し、そのスペクトル形状の平均波長の結果的なシフトが、波長計、分光計およびマッハツェンダー干渉計のうちの少なくとも一つで監視（すなわち、復調）され得る。波長計や分光計を組み合わせた広帯域光源の広帯域パルス干渉法が、光共振部２５を調査したり読み出したりするのに用いられ得る。
【００７４】
光共振部２５は、前記導波路のうちの端面２１から所与の長さに亘って延びる部分内に光を閉じ込めるように構成されたものであり得る。この長さは、１００ｎｍ〜１ｃｍ、好ましくは２００ｎｍ〜５ｍｍである。端面２１とブラッググレーティング部２３のうちの当該端面２１に面する端部との間の端部部分の長さは、好ましくは１０ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満であり得る。
【００７５】
ブラッググレーティング部２３の反射率は、好ましくは９０％以上、なおいっそう好ましくは９５％以上、なおいっそう好ましくは９７％以上であり得る。少なくとも１つの反射鏡２４の反射率は、好ましくは９０％以上、なおいっそう好ましくは９５％以上、なおいっそう好ましくは９６％以上、なおいっそう好ましくは９８％以上、なおいっそう好ましくは９９％以上であり得る。
【００７６】
図２〜図５に、センサ１０に使用され得る導波路２０の各種変形例をそれぞれ示す。
【００７７】
図２は、導波路２０の概略図である。導波路２０は、ブラッググレーティング部２３と、当該導波路２０の端面２１における少なくとも１つの反射鏡２４と、を備える。光共振部２５は、ブラッググレーティング部２３、少なくとも１つの反射鏡２４、および当該光共振部２５のうちのブラッググレーティング部２３と少なくとも１つの反射鏡２４との間に延びる内側部分によって形成されている。光共振部２５の当該内側部分は、導波路２０に組み込まれている。少なくとも１つの反射鏡２４は、例えば、反射性コーティングであり得る。光共振部２５の前記内側部分の長さ３５は、導波路２０の端面２１とブラッググレーティング部２３のうちの当該端面２１に最も近い端部との間で定まり得る。ブラッググレーティング部２３のうちの端面２１に最も近い端部と少なくとも１つの反射鏡２４のうちのブラッググレーティング部２３に最も近い表面との間に挟まれた、光共振部２５の前記内側部分の長さＬＣ３５は、ブラッググレーティング部２３の長さよりも短く又は長くなり得る。前記ブラッググレーティング部と端面２１側に設けられた少なくとも１つの反射鏡２４との間に位置する、光共振部２５のこの内側部分は、本明細書において光共振部の内側部分とも称される。本発明の実施形態における光共振部２５の当該内側部分は、導波路２０のうちの端面２１近傍に位置した部分であると同時に、一般的なファブリペロー共振器で２つの鏡間に形成されるキャビティと同様の機能を有している。
【００７８】
光共振部２５は、相対する側の相異なる反射体２３，２４によって画定された非対称の構造を有する。光共振部２５は、導波路２０の第１の端部近傍に位置している。導波路２０のうちの長寸部分２６がブラッググレーティング部２３のみで光共振部２５と繋がっていると同時に、光共振部２５の反対側からは導波路２０のどの部分も端面２１を越えて延びていない。
【００７９】
導波路２０は、光導波路であり得る。この場合の光共振部２５は、光導波路２０の一部であり、導波路２０の物理的な端部近傍に位置している。光共振部２５は、一方の側がブラッググレーティング部２３で、かつ、他方の側が（図２の実施形態では）導波路２０の端面２１における反射層で画定されている。光４１は、前記導波路の部分２６からブラッググレーティング部２３を介して光共振部２５内へと案内される。光共振部２５は、導波路２０内に一体で実現されている。光共振部２５は、ブラッググレーティング部２３を介して損失なしで光学的に読み出すことができる。この原理は、ブラッググレーティング部２３が可能にする光の高度な空間的閉込めを利用したものであり、導波路２０の先端に小型かつ高感度の光共振部２５をもたらす。センシング用途での高い感度が高Ｑ値と共に得られ得る。
【００８０】
光共振部２５の物理的なあらゆる変化（例えば、光共振部２５の圧縮、ならびに圧力又は温度に起因したブラッググレーティング部２３及び／又は反射性コーティングの層２４の周期性の変化）が、反射スペクトルの変化を引き起こして監視可能となる。
【００８１】
光共振部２５が組み込まれた導波路２０を備える前記センサは、純粋に光学的な性質なので、電磁干渉の影響を受けない。例えば光ネットワークの電気通信に用いられるシングルモードファイバー等の低損失導波路で実現された場合の光共振部２５は、読出しセットアップ（例えば、検出部３２）から数キロメートル離れた場所にその性能を妨げることなく配置されることが可能である。
【００８２】
図３は、導波路２０の概略図である。導波路２０は、ブラッググレーティング部２３と、当該導波路２０の端面２１における少なくとも１つの反射鏡２４と、を備える。光共振部２５は、ブラッググレーティング部２３、少なくとも１つの反射鏡２４，２７、および当該光共振部２５のうちのブラッググレーティング部２３と少なくとも１つの反射鏡２４との間に延びる内側部分によって形成されている。光共振部２５の当該内側部分は、導波路２０に組み込まれている。光共振部２５の前記内側部分と端面２１における反射層２４との間には、少なくとも１つの光学体２７が介在している。少なくとも１つの光学体２７は、導波路２０に一体的に形成されたものであり得る。少なくとも１つの光学体２７は、屈折率が異なる領域を交互に有するものであり得る。少なくとも１つの光学体２７は、ブラッググレーティング部２３よりも遥かに短い、さらなるブラッググレーティング部を含み得る。少なくとも１つの光学体２７は、光共振部２５の前記内側部分内に光を維持して反射層２４の動作の補助を支援する反射体であり得る。前記少なくとも１つの反射鏡は、前記導波路の内部で当該導波路の前記端面側に設けられた、前記さらなるブラッググレーティング部または他の反射体２７を含み得る。
【００８３】
光共振部２５の前記内側部分の長さＬＣ３５は、ブラッググレーティング部２３の長さよりも短く又は長くなり得る。少なくとも１つの光学体２７は、端面２１から導波路２０の内部へと距離ＬＲ３７に亘って延在し得る。光共振部２５の前記内側部分の長さＬＣ３５は、ブラッググレーティング部２３に面する一光学体２７とブラッググレーティング部２３のうちの当該光学体２７側に面する端部との間に定まり得る。
【００８４】
図４は、例示的な一使用例における、光共振部２５が組み込まれた導波路２０を示す概略図である。光共振部２５は、音響波４４を放出し得る音響源４３の近傍に配置される。音響波４４は、超音波であり得る。光共振部２５に衝突すると、当該光共振部２５が圧縮し、かつ／あるいは、ブラッググレーティング部２３および／または反射性コーティングの層２４の周期性に圧力に起因した変化が生じる。結果として生じる、反射スペクトル（すなわち、戻り光４２で検出される共振周波数）の変化が、監視され得る。
【００８５】
図５は、ブラッググレーティング部２３を備える導波路２０の概略図である。表面プラズモン励起が可能な金属ナノ粒子２８又は任意の他の材料もしくは構造が、端面２１に設けられている。光共振部２５は、ブラッググレーティング部２３、金属ナノ粒子２８、および当該光共振部のうちのブラッググレーティング部２３と当該金属ナノ粒子との間の内側部分からなる。前記光共振部の当該内側部分は、導波路２０に組み込まれている。表面プラズモン励起が可能な金属ナノ粒子２８又は他の材料もしくは構造に表面プラズモンが生成されることにより、それらとブラッググレーティング部２３との間に光共振がもたらされる。図５に示す光共振部２５は、バイオセンサ又は化学センサとしての用途に極めて適し得る。
【００８６】
なお、反射鏡２８は、導波路２０の端面２１を越えて電磁場が発生するのを可能にし得るという点を理解されたい。光共振部２５内の光により、端面２１におけるナノ粒子２８に表面プラズモンが生成され得る。そして、当該表面プラズモンの電磁場が、生体試料などの被験物に入り込み得る。良好なセンシング精度のためには、光を、端面２１近傍に、例えば、前記光共振部内の当該端面２１から５００ｎｍ未満内、好ましくは２００ｎｍ未満内、より好ましくは約１００ｎｍ又は１００ｎｍ未満内に閉じ込めるのが望ましい。端面２１とブラッググレーティング部２３のうちの当該端面２１に面する端部との間の端部部分の長さは、好ましくは１０ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満であり得る。これにより、光共振部２５へ物理的に衝突する刺激を放出しない構造および／または特徴に対してセンシングを行うことが可能となる。例示であるが、組織内の所与の深さに位置した構造および／または特徴が、導波路２０を用いて検出され得る。
【００８７】
表面プラズモンが被験物（例えば、生体試料、非破壊検査の検査対象物等）と相互作用することで（When）、光共振部２５の少なくとも１つの共振周波数が変化する。
【００８８】
いずれの実施形態においても、光導波路２０は、シングルモード（ＳＭ）導波路、マルチモード導波路、偏光保持（ＰＭ）導波路または非ＰＭ導波路であり得て、かつ、ポリマー、シリコン、シリカなどの多種多様な材料から作製され得る。導波路２０の幾何形状には、様々なものがあり得る。導波路２０の断面形状には、方形や長円形や円形の幾何形状を含め、様々なものがあり得る。
【００８９】
反射層２４，２８は、反射性の金属層又は誘電体層２４を含め、数多くの様々な方法で実現され得る。これらは、例えば、成膜、介在層を介した接着、導波路の不純物添加、結晶構造の成長等によって適用され得る。
【００９０】
ブラッググレーティング部２３は、ＵＶ書込み、レーザ干渉法、または誘電体スラブの積層などの任意の他の手法によって製作され得る。ブラッググレーティング部２３の屈折率プロファイルの形状には、矩形、正弦波、アポダイズ（apodized）、超構造、これらの組合せなどの様々なものがあり得る。周期性、デューティ比、結合係数などの他のパラメータも、様々になり得る。ブラッググレーティング部２３の周期性は、光が光学キャビティの前記内側部分の長さを一回通過した後に（すなわち、ブラッググレーティング部２３を出てから少なくとも１つの反射鏡２４，２８に衝突するまで）約π又は約πの整数倍の位相シフトを得るように且つ／或いは前記光共振部の前記内側部分往復（すなわち、ブラッググレーティング部２３を出てから当該ブラッググレーティング部２３に再び衝突するまで）の総位相シフトが約πまたは約πの奇数倍（すなわち、π、３π、５π、７πなど）になるように選択された波長にて、ブラッググレーティング部２３が確実に高い反射率を示すように、光共振部２５の前記内側部分の長さと整合させられ得る。
【００９１】
具体的に述べると、前述した光共振部が組み込まれた導波路において、当該光共振部２５は、光導波路２０内に製作された、一方の側の反射層２４と他方の側のブラッググレーティング部３４とによって画定されるファブリペロー共振器（又はエタロン）であり得る。光共振部２５は、ブラッググレーティング部２３を介して実質上損失なしで読み出される。
【００９２】
光共振部が組み込まれた導波路では、当該光共振部２５のセンシング長が当該光共振部の全長よりも短い。
【００９３】
検出部長又はセンシング長は、端部ファセットにおける前記反射鏡の長さと前記光導波路内のうちの前記光共振部の前記内側部分を含む長さとの合計であり得る。前記光導波路内のうちの前記光共振部の前記内側部分を含む当該長さは、当該光共振部の当該内側部分の長さＬＣ３５を上回り得る。
【００９４】
前記光共振部の前記全長は、前記導波路内で当該光共振部を画定する前記ブラッググレーティング部の全長を追加で含み得る。
【００９５】
前記センシング長は、前記光共振部の前記全長よりも短く設定され得る。これにより、測定対象の音響（例えば、超音波）信号の各音響波長と前記センシング長とを非結合にし、音響信号に対して広範な帯域幅／周波数応答を提供することが可能となる。
【００９６】
センシング長および／または検出部全長の具体的数値は、前記導波路や光共振部の実施形態（例えば、光ファイバー、silicon-on-insulator技術等）に依存し得る。センシング長および／または検出部全長の具体的数値は、前記センサが設計された対象であるセンシング用途に依存し得る。例示であるが、前記センシング長は、１００μｍ以下、５０μｍ以下、１０μｍ以下、または１μｍ以下であり得る。検出部全長は、それよりも長くなり得て、例えば、１ｃｍ以下、０．５ｃｍ以下、０．１ｃｍ以下、または２００μｍ以下であり得る。
【００９７】
前記導波路は、光ファイバーであり得る。この場合の前記センシング長は１００μｍ以下であり得て、検出部全長が１ｃｍ以下であり得る。あるいは、前記センシング長が５０μｍ以下であり得て、検出部全長が０．５ｃｍ以下であり得る。あるいは、前記センシング長が１０μｍ以下であり得て、検出部全長が０．１ｃｍ以下であり得る。
【００９８】
前記導波路は、ポリマー導波路であり得る。この場合の前記センシング長は１００μｍ以下であり得て、検出部全長が１ｃｍ以下であり得る。あるいは、前記センシング長が５０μｍ以下であり得て、検出部全長が０．５ｃｍ以下であり得る。あるいは、前記センシング長が１０μｍ以下であり得て、検出部全長が０．１ｃｍ以下であり得る。
【００９９】
前記導波路は、silicon-on-insulator（ＳｏＩ）導波路であり得る。この場合の前記センシング長は１μｍ以下であり得て、検出部全長が１ｍｍ以下であり得る。あるいは、前記センシング長が１０μｍ以下であり得て、検出部全長が２００μｍ以下であり得る。あるいは、前記センシング長が１μｍ以下であり得て、検出部全長が２００μｍ以下であり得る。
【０１００】
光共振部が組み込まれた導波路をセンシング用途の文脈でこれまで説明してきたが、光共振部が組み込まれた導波路は、導波路先端近傍での光閉込めが望ましい他の多種多様な用途で使用されてもよい。例示であるが、光共振部が組み込まれた導波路は、光４１による調査が行われない用途に使用されてもよい。
【０１０１】
図６〜図９は、製作を行い且つ多数の実験を実施した、光共振部が組み込まれた導波路の概略図である。
【０１０２】
図６は、光共振部５５が組み込まれた導波路５０の概略斜視図である。図７は、導波路５０の端面５１に対する平面図である。
【０１０３】
導波路５０は、ファイバーコア５９およびファイバークラッド５８を具備した光ファイバーである。当該光ファイバーは、長手方向軸心に沿って延びて端面５１（ファセットとも称される）を有する。端面５１は、当該長手方向軸心を横切って（特には、当該長手方向軸心と直交に）延びるものであり得る。端面５１には、光反射層５４が例えば被覆や、既述したいずれかの技術を用いる等して適用されている。
【０１０４】
コア５９には、ファイバーブラッググレーティング部５３が形成されている。ファイバーブラッググレーティング部５３の形成には、既述したいずれかの技術が用いられ得る。
【０１０５】
場合によっては、反射層５４に加えて、さらなる光学体５７が設けられ得る。さらなる光学体５７は、光共振部５５の前記内側部分と光反射層５４との間に介在するように導波路５０内に設けられ得る。さらなる光学体５７は、ファイバーブラッググレーティング部５３よりも短いさらなるファイバーブラッググレーティング部などの、反射体であり得る。前記端面に設けられた前記少なくとも１つの反射鏡は、光反射層５４、さらに、場合によっては前記さらなるファイバーブラッググレーティング部を含み得る。
【０１０６】
ファイバーブラッググレーティング部５３は、導波路５０の前記長手方向軸心に沿って長さＬＢ６３を有する。光共振部５５の前記内側部分は、導波路５０の前記長手方向軸心に沿って長さＬＣ６５を有する。反射性の光学体５７は、前記長手方向軸心に沿って長さＬＲ６７を有する。ファイバーブラッググレーティング部５３は、端面５１からＬＲ＋ＬＣに等しい距離ＬＧ６６のところから始まる。
【０１０７】
シングルモード（ＳＭ）偏光保持（ＰＭ）１５５０ファイバーである導波路５０について、実験を実施した。当該実験に用いられた導波路では、ファイバーコア５９の直径６９が１０μｍであり、ファイバークラッド５８の直径６８が１２５μｍである。当該実験に用いられた導波路では、ブラッググレーティング部６３が、前記ファイバーコアへとＵＶ書込みにより周期Ｐ＝３００ｎｍで書き込まれた長さＬＢ＝２ｍｍのものである。当該実験に用いられた導波路では、光共振部５５の前記内側部分が長さＬＣを有する。反対側では、長さＬＲ６７＝約１０μｍのさらなるブラッググレーティング部５７が、前記ファイバーコアへとＵＶ書込みにより周期＝３００ｎｍで書き込まれている。反射層５４は、前記ファイバーの端面５４にスパッタ成膜で成膜された、金属製の反射性コーティング（Ｔｉ（５ｎｍ）およびＡｕ（１００ｎｍ））である。さらなるブラッググレーティング部５７は、反射を支援し得るものであり、光を閉じ込めるという反射層５４の機能を補助する、前記導波路内に設けられた反射鏡であり得る。
【０１０８】
長さＬｃは、前記光共振部内へ結合した前記調査光が当該長さＬｃ（すなわち、ブラッググレーティング部５３を出てから当該ブラッググレーティング部の最も近くに位置した反射性の光学体５４，５７に衝突するまでの距離に換算して）通過後約π又は約πの整数倍の位相シフトを得るように且つ／或いは前記光共振部の前記内側部分往復の総位相シフトが約πまたは約πの奇数倍（すなわち、約π、約３π、約５π、約７πなど）になるように設定され得る。
【０１０９】
前記光ファイバーに組み込まれた光共振部５５を、広帯域点光音響源（約３μｍの点に集束させた５２３ｎｍパルスレーザ（パルス長＝１ｎｓ）による照射を受ける２００ｎｍＡｕ層）から発せられた超音波信号５２の検出に関して試験した。
【０１１０】
図１０に、導波路５０に組み込まれた光共振部５５について得られる周波数応答を、点音響源で発生して当該光共振部５５に入射する音響波の周波数の関数として示す。帯域幅＝２３０ＭＨｚ（検出中心周波数＝１０５ＭＨｚ）が測定された（determined）。グラフ９０は、ファイバーブラッググレーティング部５３を介して光共振部５５外へ結合し且つ導波路５０の前記第２の端部に結合した前記検出部により検出される光４２の強度の変化を、光共振部５５に入射する音響波の周波数の関数としてそれぞれ表したものである。図示のように、広い検出帯域幅が得られる。
【０１１１】
導波路５０に組み込まれた光共振部５５の、超音波５２に対する感度を、校正済みのニードル型ハイドロフォンを利用して測定すると、中心周波数を中心とした２５ＭＨｚの帯域幅の雑音等価圧力が３０Ｐａであることが分かった。このように、広範な帯域幅にわたって高い感度を得ることができる。
【０１１２】
光共振部５５を有する導波路５０は、比較的小さい直径の端面５１に入射した超音波などの音響波に反応する。このため、後で図１６を参照しながら説明するように、光共振部５５を有する複数の導波路５０を１次元または２次元センサ配列で配置することが可能である。
【０１１３】
図１１に、導波路５０に組み込まれた光共振部５５の、光の波長の関数としてのスペクトル９５を示す。スペクトル反転による測定技術を用いたので、前記光共振部の共振周波数はスペクトル中に負のピークとして出現した。このスペクトル応答は、光共振部５５の共振に対応した顕著なピーク９６を有する。光共振部５５の前記内側部分の長さと源３１（図１を参照）で発せられる光の波長とは、整合させられ得る。前記光共振部の共振周波数を有する光が、長さＬＣ（すなわち、前記ブラッググレーティング部のうちの前記端面に最も近い表面から前記少なくとも１つの反射鏡のうちの当該ブラッググレーティング部の最も近くに位置した表面までの距離に換算して）通過後約π又は約整数倍のπの位相シフトを得て、かつ／あるいは、前記光共振部の前記内側部分往復の総位相シフトが、約πまたは約奇数倍のπ（すなわち、π、３π、５π、７πなど）となり得る。
【０１１４】
図６及び図７を参照しながら説明した導波路５０は、光音響顕微鏡の用途に極めて適し得るが、これに限定されない。
【０１１５】
他にも様々な種類の導波路が使用されてよい。例示であるが、光共振部が組み込まれた前記導波路は、マイクロエレクトロニクス業界やシリコンフォトニクス分野の標準的な製造技術を用いてSilicon-on-Insulator（ＳＯＩ）プラットフォームで実現されたものであってもよい。
【０１１６】
図８は、光共振部７５が組み込まれた導波路７０の概略斜視図である。図９は、導波路７０の端面７１に対する平面図である。
【０１１７】
導波路７０は、ＳＯＩウェーハに形成されている。導波路７０は、フォトニック集積回路であり得る。導波路７０は、長手方向軸心に沿って延びて端面７１（ファセットとも称される）を有する。端面７１は、当該長手方向軸心を横切って（特には、当該長手方向軸心と直交に）延びるものであり得る。端面７１には、光反射層７４が例えば被覆や、既述したいずれかの技術を用いる等して適用されている。
【０１１８】
導波路７０には、ファイバーブラッググレーティング部７３が形成されている。ファイバーブラッググレーティング部７３は、導波路７０の側壁におけるコルゲーション７８で形成されている。
【０１１９】
場合によっては、反射層７４に加えて、さらなる光学体７７が導波路７０内に設けられ得る。さらなる光学体７７は、光共振部７５の前記内側部分と光反射層７４との間に介在するように導波路７０内に設けられ得る。さらなる光学体７７は、導波路７０内に設けられた、ブラッググレーティング部７３よりも短いさらなるファイバーブラッググレーティング部などの、反射体であり得る。
【０１２０】
ファイバーブラッググレーティング部７３は、導波路７０の前記長手方向軸心に沿って長さＬＢ８３を有する。光共振部７５の前記内側部分は、導波路７０の前記長手方向軸心に沿って長さＬＣ８５を有する。さらなる光学体７７は、前記長手方向軸心に沿って長さＬＲ８７を有する。ブラッググレーティング部７３は、端面７１からＬＲ＋ＬＣに等しい距離ＬＧ８６のところから始まる。
【０１２１】
Ｓｉ結晶方位（１００）のＳＯＩウェーハに作製された導波路７０について、実験を実施した。光共振部７５は、２２０ｎｍ×５００ｎｍの断面のＳｉ方形導波路に形成されている。当該導波路は、２μｍ層厚の埋込みＳｉＯ２層と１．２５μｍ層厚のＳｉＯ２クラッドとの間に埋設されたものである。当該導波路は、約２ｍｍ長であり、幾つかの部位に分かれている。部位の一つは、長さＬＢ＝１２５μｍのブラッググレーティング部７３である。ファイバーブラッググレーティング部７３は、光共振部７５の光反射面のうちの一つを形成している。Ｓｉ導波路に周期性８４＝３２０ｎｍ、デューティ比＝５０％の側方コルゲーションを追加することにより、実効屈折率の周期的変化が形成されている。コルゲーション深さΔｗ（符号８８で図示）は、４０ｎｍである。
【０１２２】
導波路７０の次の部位は、光共振部７５の、長さＬＣを有する前記内側部分である。共振周波数の光が、長さＬＣ（すなわち、ブラッググレーティング部７３を出てからさらなるブラッググレーティング部７７に衝突するまで）の前記内側部分を一回通過した後約π又は約πの整数倍の位相シフトを得得て、かつ／あるいは、長さＬＣ（すなわち、ブラッググレーティング部７３を出てから当該ブラッググレーティング部７３に再び衝突するまで）の前記内側部分往復の総位相シフトが、約πまたは約πの奇数倍（すなわち、π、３π、５π、７πなど）になり得る。さらなる光学体７７は、約１０μｍ長のさらなるファイバーブラッググレーティング部７７を形成している。周期性＝３２０ｎｍ、デューティ比＝５０％の側方コルゲーションを追加することにより、その実効屈折率の周期的変化が形成されている。前記導波路と反射面との交差部分が、センシング領域を形成する。
【０１２３】
ＳＯＩプラットフォーム内の大きな屈折率コントラストによって前記導波路内で光モードの強力な空間的閉込めがもたらされるので、前記センシング領域は前記導波路の断面に相当する。
【０１２４】
シリコン光共振部７５を、広帯域点超音波源（３ｐｍの点に集束させた５２３ｎｍパルスレーザ（パルス持続時間＝１ｎｓ）による照射を受ける２００ｎｍＡｕ層）から発せられた超音波信号７２の検出に関して試験した。前記光共振部７５の周波数応答として２３０ＭＨｚの帯域幅を有し、８８ＭＨｚの検出中心周波数が測定された。このように、高い帯域幅が得られる。
【０１２５】
シリコン光共振部７５の、超音波に対する感度を、校正済みのニードル型ハイドロフォンを利用して測定すると、中心周波数を中心とした２５ＭＨｚの帯域幅の雑音等価圧力が６０Ｐａであることが分かった。このように、広範な帯域幅にわたって高い感度が得られる。
【０１２６】
光共振部２５，５５，７５が組み込まれた既述のどの導波路においても、当該光共振部の前記内側部分と端面２１との間にさらなる光学体が介在していない場合には、ブラッググレーティング部２３，５３，７３のうちの端面２１側に面する端部が、当該端面２１から距離ＬＧ＝ＬＣのところに位置し、当該光共振部の前記内側部分と端面２１との間にさらなる光学体が介在している場合には、距離ＬＧ＝ＬＣ＋ＬＲとなる。距離ＬＧは、１００ｎｍ〜１ｃｍの範囲内、好ましくは２００ｎｍ〜５ｍｍの範囲内であり得る。距離ＬＧは、１００ｎｍ超、特には２００ｎｍ超、特には５００ｎｍ超であり得る。距離ＬＧは、好ましくは１０ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満であり得る。光共振部２５，５５，７５は、前記導波路のうちの、当該導波路の端面２１から１００ｎｍ〜１ｃｍ、好ましくは２００ｎｍ〜５ｍｍの範囲内に位置した部分内に光を閉じ込め得る。
【０１２７】
光共振部２５，５５，７５を有する前記導波路はそれぞれ、前記反射鏡を有するほうの端面が検出対象の刺激（当該刺激は、例えば音響波、特には超音波、温度又はその他の刺激であり得る）に曝されるようにして使用され得る。このため、光共振部を有する複数の導波路同士を、高い空間分解能を提供し且つ単位面積当たり多数のセンサを集積させたセンサアレイへと組み合わせることが可能となる。また、光共振部２５，５５，７５を有する前記導波路は、当該光共振部２５，５５，７５及び／又はブラッググレーティング部２３，５３，７３の横側面が検出対象の刺激に曝されるようにして使用されてもよい。
【０１２８】
光共振部２５，５５，７５を有する前記導波路を備えたセンサには多種多様な用途があり、それらの幾つかを以下に述べる：
【０１２９】
ａ．音響センシング
光共振部２５，５５，７５は、機械的振動に対して極めて高感度である。このため、当該光共振部２５，５５，７５は、生体医用超音波画像化、光音響／光電音響画像化、材料の非破壊検査（ＮＤＴ）などの各種分野での音響検出器として極めて適している。
【０１３０】
ｂ．医療センシング装置
光共振部２５，５５，７５の超広範な周波数応答は、多種多様な吸収体サイズやそれらの吸光度スペクトルの測定を可能にする。医療センシングの文脈では、これにより、組織内深くの生化学的な特徴や生物物理学的な特徴を監視及び解析することができる。血液の吸光スペクトルを検出及び監視することにより、血液酸素化などの代謝物パラメータや、心血管健康の指標となる血管系の密度、平均血管径などの物理的パラメータについての情報を明らかにすることができる。
【０１３１】
ｃ．バイオセンシング
２つの異なる光反射面により画定された光共振部２５，５５，７５の設計は、各導波路の端部近傍に強力な光閉込めを生じさせる。このため、光共振部２５，５５，７５は、例えば被験物の分子組成や物理的パラメータの変化が監視対象となり得るバイオセンシングの分野で利用することができる。例えば、前記導波路の前記端面における前記反射層が金属製であるか又は金属粒子を含有していることで、表面プラズモン（ＳＰ）が誘起され得る。他の変形例は、半透過性の又は極端に薄い反射層を適用することである。これにより、前記導波路内に閉じ込められた光モードを周囲に曝して検査対象の被験物と相互作用させることが可能となる。
【０１３２】
ｄ．温度センシング
光共振部２５，５５，７５の共振波長は、当該光共振部の長さや前記ブラッググレーティング部のパラメータに依存する。したがって、共振周波数、共振周波数のシフト、他のスペクトル特性またはこれらの経時的変化を監視することにより、温度を正確に測定することが可能である。これにより、例えば、スタンドアローン装置としての超低フットプリントの温度センサや、組織切除用途の温度・超音波センシング用の複合センサがもたらされ（lead）得る。
【０１３３】
ｅ．周波数判別画像化
一部の導波路では、高度なモード閉込めにより、前述のような構造を有する超微小の非対称光共振部を構築することが可能である。サブミクロンのセンササイズにより、センサの周波数応答は数百ＭＨｚの超広帯域になる。例えば光音響／光電音響画像化の分野では、吸収体から放出される超音波信号の中心周波数が当該吸収体のサイズに比例する。これにより、非対称の光共振部は、中心周波数を分解して各吸収体を当該吸収体のサイズに従って識別することが可能である。補足的情報として、組織内で超音波が周波数に依存して減衰することから、検出された吸収体の深さについても結論を下すことができる。これら２段階の情報により、画像化用途や（先の例示的な用途「ｂ．医療センシング装置」で述べたような）生体医用センシングの光音響モダリティに、サイズ及び深さに依存したコントラストを付け加えることができる。超音波信号の時間遅延を計算することによって音速の変化が算出されるので、測定結果に密度や組成の情報を補充することが可能となる。例えば、点測定で皮膚から取得した超音波信号をスペクトル解析することにより、血管の密度や深さについて知ることができる。
【０１３４】
ｆ．投影画像化
サブミクロンのセンササイズにより、１００°を上回る超広の検出角度がもたらされる。これにより、例示的な用途「ｅ．周波数判別画像化」で述べた方法を用いて、数ｍｍ２の広い皮膚領域に亘ってラスタ走査の必要なく血管系の特性を監視することができる。
【０１３５】
前記光共振部は、光反射モードで動作する。当該光共振部内へ前記ブラッググレーティング部を介して結合する光４１と、当該光共振部外へ前記ブラッググレーティング部を介して結合する戻り光４２とが、前記導波路のうちの同じ部位を相対する方向に進行する。場合によっては、光共振部を有する前記導波路が、図１２〜図１４を参照しながら詳細に後述するように、光共振部が組み込まれた当該導波路へと音響信号を収集及び集束させる音響キャビティと組み合わせて使用され得る。
【０１３６】
図１２に、一実施形態におけるセンサ１０を示す。センサ１０は、音響トランスデューサと音響ミラー１００とを備える。当該音響トランスデューサは、図１〜図１１を参照しながら既述したいずれかの構成を有し得る導波路２０として構成され得る。当該導波路は、当該導波路２０の端面側に光共振部を含み得る。当該光共振部は、一方の側のブラッググレーティング部および当該ブラッググレーティング部と同一でない反対側の少なくとも１つの反射鏡によって形成されている。これらの間には、前記光共振部の内側部分が延びている。別の音響トランスデューサが使用されてもよい。
【０１３７】
音響ミラー１００は、回転楕円面の表面の一部のように形成された音響反射面１０２を有している。音響反射面１０２は、音響ミラー１００のフェース面１０３に対して凹入した音響キャビティ１０７の境界である。フェース面１０３は、平面状であり得るか又は平面を形成するものであり得る。例示であるが、フェース面１０３は、被験物に接する環状部を有し得る。この環状面は、回転楕円面の一部を形成する音響反射面１０２の向きについての基準面を定めるものとされ得る。
【０１３８】
音響ミラー１００は、一般的に、前記キャビティ内に設置された超音波トランスデューサに音響信号を収集及び集束させるように構成されている。
【０１３９】
音響ミラー１００は、反射モードの光音響センシングを、これまで例えばサイズの制約や幾何形状の制約が原因で適用出来なかった用途や装置において実現することができる。音響ミラー１００は、２つの音響焦点空間（「音響焦点」とも称される）を有する楕円状の音響キャビティ１０７を具備している。これらの音響焦点は、反射面１０２を形成する回転楕円面の焦点１０４，１０５に位置し得る。楕円状の音響キャビティ１０７は、第１の焦点１０４が当該音響キャビティ１０７内にあり且つ第２の焦点１０５が当該音響キャビティ１０７外にあるように構成されている。音響源が例えば外側にある第２の焦点１０５に又は当該焦点１０５付近に位置していると、当該音響源の音響信号は、キャビティ１０７内の内側にある第１の焦点１０４へと収集及び放射される。内側にあるこの第１の焦点１０４に前記音響トランスデューサが配置されて増幅後の音響信号を記録する。
【０１４０】
保持機構が、前記音響トランスデューサを音響ミラー１００に対して配置し得る。例示であるが、当該保持機構は、音響ミラー１００の側面から音響キャビティ１０７へと当該音響ミラー１００を貫通する通路１０８を含み得る。前記音響トランスデューサは、第１の焦点１０４近傍に、好ましくは当該第１の焦点１０４と重なる関係で配置されるように通路１０８によって保持され得る。また、別の保持機構が使用されてもよい。
【０１４１】
音響ミラー１００の重要な特徴の一つは、楕円面の主軸１０６が傾いている（例えば、フェース面１０３で形成された平面に対して傾いている）という点である。これにより、音響キャビティ１０７外からの音響波が当該音響キャビティ１０７内の第１の焦点１０４に集束し、前記音響トランスデューサで取り出すことが可能となる。
【０１４２】
主軸１０６とフェース面１０３で形成された平面との間の角度は、５°以上、特には１０°以上、特には１２°以上であり得る。フェース面１０３で形成された平面に対する主軸１０６の最大傾斜角度は、９０°であり得る。
【０１４３】
音響ミラー１００は、光音響励起ビーム１１０が第２の開口１０９を通って前記音響キャビティに入り当該音響キャビティを通過するのを可能にするものであり得る。ビーム経路は前記楕円面の第１の焦点１０４に設置された前記音響トランスデューサに合わされず、励起経路と音響経路とが実質的に切り離されることになる。変形例として、音響ミラー１００は、第２の開口がなくとも励起ビーム１１０が当該音響ミラー１００を透過するのを可能にする光透過性材料で作製され得るか又は当該光透過性材料を含み得る。この場合、音響ミラー１００の形状に起因した光回折に対する補正光学系を実現する必要がある。励起ビームは、光、他の電磁放射線、または粒子ビームであり得る。
【０１４４】
音響ミラー１００の音響インピーダンスと音響キャビティ１０７内に設けられ得る結合媒体の音響インピーダンスとが大きく異なるため、音響反射率を確実に高くすることができる。電磁場近傍の磁気音響画像化や磁気音響測定といった新たな分野などの、金属部品を使うことができない用途では、前記音響キャビティが、プラスチック（例えば、ＰＶＣ）などの非金属材料から形成され得る。
【０１４５】
前記音響トランスデューサは、圧電素子、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、または光学式超音波トランスデューサであり得る。具体的に述べると、前記音響トランスデューサは、本明細書に開示し図１〜図１１を参照しながら詳述したいずれかの実施形態における、光共振部が組み込まれた前記導波路を含み得る。
【０１４６】
音響キャビティ１０７への前記音響トランスデューサの挿通を可能にする開口１０８を有する音響ミラー１００により、生体医用画像化、医療センシング、非破壊検査などの様々な用途での光電音響／光音響センシング用の落射照明幾何構成が可能となる。
【０１４７】
音響ミラー１００を備えたセンサは、所与の空間内に光音響信号を励起すると同時に音響トランスデューサで同じ空間を調査しなければならない場合に生じる、光音響センシングの一般的な限界に対処することができる。特に光音響画像化や非破壊検査（ＮＤＴ）でのミクロンサイズの対象物では、トランスデューサのサイズやセットアップ幾何構成に物理的制約があるため、この点は極めて重要である（relevant）。従来の高感度音響トランスデューサのサイズでは、通常、所与の試料のうちの同じ側から励起と音響検出を行うことができない。そのため、光音響センシングは透過モード幾何構成で行われるのが普通であり、用途は薄い試料に限られてしまう。
【０１４８】
対照的に、音響ミラー１００は、励起ビーム１１０と前記音響トランスデューサとを被験物のうちの同じ側に配置させるという反射モードで、励起および光音響センシングを実行することが可能である。光音響励起用の励起ビーム１１０は、音響ミラー１００下部の当該音響ミラー１００の開口１０９を通って当該音響ミラー１００に入り、音響キャビティ１０７内を進行し得る。ビーム１１０の焦点は、音響ミラー１００の外側にある第２の焦点１０５と合致し得る（但し、励起エネルギーは集束していなくてよい）。励起ビーム１００により生じた音響信号は、音響ミラー１００により収集されて、内側にある第１の焦点１０４に集束される。当該焦点１０４には、増幅後の当該音響信号を記録するように前記音響トランスデューサが配置されている。
【０１４９】
図１２を参照しながら説明したセンサには多種多様な用途があるが、そのうちの幾つかを以下で説明する：
【０１５０】
ａ．光音響画像化
光音響顕微鏡（ＯＡＭ）やＯＡトモグラフィ（ＯＡＴ）は、光電音響効果に基づき有機試料や非有機試料の吸収コントラストの画像を記録する。顕微鏡では、共焦点顕微鏡、多光子蛍光顕微鏡などの既存の顕微鏡モダリティに、この強力かつ標識不要の光学モダリティが加わることになれば望ましい。しかし、透過モード幾何構成の必要性、さらには、反射モードでの励起ビーム経路と音響ミラーとの干渉が、今日それを阻んでいる要因である。音響ミラー１００は、透過モード幾何構成で今日実装されているセンサに比べて感度や帯域幅を減らすことなく、これらの障害を克服する。これにより、音響ミラー１００は、ＯＡＭやＯＡＴを標準的なマルチモーダルの顕微鏡セットアップに簡単に組み込むことができる。水中浸漬対物レンズの場合、前記結合媒体が前記開口部に入り込むと共にアダプタが顕微鏡対物レンズとの界面をシールし得る。当該アダプタには、光焦点に対する外側の音響焦点の位置を調節するように微小アクチュエータが導入され得る。当該光焦点は、ガルバノメトリックミラーで外側の音響平面に沿って走査され得る。
【０１５１】
ｂ．非侵襲型医療センサ
ＯＡ分光法では、吸光と様々な光波長で放出させられた音響信号とを観察することにより、所与の試料の光電音響スペクトルが記録される。この手法は、生体医用試料を検査したり、環境センシングで固体や液体や気体の組成を調べたりするのに適用され得る。生体医用用途として、音響ミラー１００の微小サイズおよび設計により、携帯型装置にセンサを埋め込むことが可能である。音響ミラー１００を経済的な照明（例えば、レーザダイオード）やＵＳＴ（例えば、圧電素子、図１〜図１１を参照しながら説明した光共振部が組み込まれた導波路等）と合わせることで、この組合せによってＯＡを医療装置に幅広く適用することが可能になる。よって、音響ミラー１００で可能となった医療センサは、ホームモニタリング／リモートモニタリング用途に適用されることで病気の早期警告や病気の進行の継続的監視を可能にし得る。皮膚の（すなわち、血液や血管系の）生化学的構造や生物物理学的パラメータを検出することにより、心血管疾患や糖尿病の状態についての診断が可能となる。
【０１５２】
図１３に、このようなセンサ１２０の動作原理を示す。当該センサは、音響ミラー１００と、音響トランスデューサ１２３と、音響トランスデューサ１２３を音響ミラー１００に対して配置する保持機構と、を備える。ハウジング１２１は、レーザダイオードなどのさらなる構成要素も収容し得る。指１２２の光音響画像化や光音響分光法により、組織や血管系の生理学的情報が前記音響トランスデューサを介して取得される。
【０１５３】
音響ミラー１００は、非侵襲型のマルチモーダルな医療センサの基礎として使用され得る。音響整合した光透過性の音響ミラー１００が、開口部を介してヒトの指１２２と接する。光源から励起ビームが出て、被験物１２２に衝突する。発生した音響信号は、内側にある音響焦点１０４と重なるように配置された音響トランスデューサ１２３へと収集及び放射される。音響ミラー１００には、前記音響トランスデューサの光学的又は電気的な入出力コンタクトが貫通し得る。
【０１５４】
ｃ．光音響非破壊検査（ＮＤＴ）
レーザ超音波ＮＤＴという十分に確立された分野と同様に、ＯＡ ＮＤＴは、加工材料や設備の欠陥を検出するうえでの大きな前進である。ＯＡ ＮＤＴが未だ広く適用されていない主な理由の一つは、携帯性がなく、しかも、電流を用いた透過モード幾何構成が必要だからである。この短所は、音響ミラー１００の使用により克服される。音響ミラー１００が、ＯＡ ＮＤＴを可能にする。例えば、炭素複合材などの複雑な材料を検査する場合、このような小さい吸収体から放出される超音波信号の振幅は小さくなることから、音響トランスデューサを備えた音響ミラー１００の、純粋な圧電式センサに比べて高い感度や高い周波数成分は有益である。
【０１５５】
音響ミラー１００のコンセプトを、ＯＡ顕微鏡実験で試験した。このとき、図１４に示す音響ミラーのサイズは、１０ｍｍ×８ｍｍほどの小ささであった。音響キャビティ１０７は、水や超音波ゲルなどの音響結合媒体で充填されて光透過性媒体としての薄いＰＥ箔でシールされた。音響キャビティ１０７は、水中に適用された際に高い反射係数を示す硬化ステンレス鋼からＣＮＣで削り出された。励起ビーム１１０の光焦点は外側にある音響焦点１０５と合わせられて、位相シフタブラッググレーティング部（π−ＦＢＧ）に基づく光ＵＳＴ１３０が内側にある音響焦点１０４に配置された。図１４に概略的に示すように、内側にある音響焦点１０４は、光ＵＳＴ１３０内に位置し得るか又は光ＵＳＴ１３０と揃えられ得る。
【０１５６】
音響ミラー１００の性能を、ＯＡ顕微鏡セットアップの実験で複数回試験した。キャビティの外側にある音響焦点に吸収体が位置した状態で、波長＝５１５ｎｍ及び２ｋＨｚ繰返しレートで動作するパルスレーザにより生じた光音響信号を用いて、キャラクタリゼーションを実施した。音響信号の増幅が７ｄＢ前後であることが判明した一方で、その帯域幅は音響ミラー１００による影響を受けなかった。まとめると、音響ミラー１００により、マルチモーダルセットアップや同時第二高調波画像化（ＳＨＧ）顕微鏡での落射照明ＯＡ顕微鏡が可能になった。
【０１５７】
図１５は、一実施形態における方法１４０のフロー図である。方法１４０は、光共振部が組み込まれた導波路を備える、本明細書に開示したどのセンサを用いて実行されてもよい。当該光共振部は、一方の側のブラッググレーティング部および当該ブラッググレーティング部とは構造が異なる他方の側の少なくとも１つの反射鏡によって形成されており、これらの間には、当該光共振部の内側部分が延びている。
【０１５８】
ステップ１４１では、光が、前記ブラッググレーティング部を介して前記光共振部内へ結合する。
【０１５９】
ステップ１４２では、前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性、または前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性の変化が検出される。当該少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の変化は、前記光共振部外へ結合した、決まった周波数の出射光の強度を含み得る。前記少なくとも１つのスペクトル特性は、前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数を含み得る。前記少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の変化は、前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数のシフトを示す、強度または強度変化を含み得る。前記少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の変化は、複数の周波数について測定されたスペクトル応答を含み得る。当該検出は、時間分解で実行され得る。
【０１６０】
ステップ１４３では、前記スペクトル特性の時間依存変化を用いて、さらなる解析又は処理が行われ得る。例示であるが、前記スペクトル特性の時間依存変化を用いて：音響センシング；医療センシング；バイオセンシング；温度センシング；周波数判別画像化；投影画像化；光音響画像化；光音響非破壊検査；化学センシング；およびプラズモンセンシング；のうちの少なくとも一つが実行され得る。
【０１６１】
実施形態におけるセンサはサイズが小さいので、複数のセンサをセンサアレイへと組み合わせるのは容易である。
【０１６２】
図１６は、一実施形態におけるセンサアレイ１５０の概略図である。光共振部がそれぞれ組み込まれた複数の導波路１５１〜１５８が、１次元または２次元配列で設けられ得る。読出し機構１５９が、前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性、または各種導波路１５１〜１５８の前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性の変化を、同時に又は時系列的に読み出し得る。複数の導波路１５１〜１５８の前記端面同士が、同一平面状の形態で並置され得る。
【０１６３】
図１７は、一実施形態における光共振部が組み込まれた導波路の概略図である。
【０１６４】
前述したどの導波路においても、音響結合体１６１が当該導波路の前記端面に取り付けられてもよい。音響結合体１６１は、セルであり得る。音響結合体１６１は、どのような形状かつどのような材料のものであってもよく、例えばセンシングを行う環境と前記光共振部との間で音響インピーダンスを整合させるように選択され得る。前記音響結合体の長さ１６２は、検出対象の音響波の少なくとも１つの中心周波数と整合するように選択され得る。所望の波長にもよるが、前記音響結合体の長さ１６２は、１μｍ〜１０ｃｍ、好ましくは２μｍ〜１ｃｍ、より好ましくは３μｍ〜５ｍｍであり得る。
【０１６５】
なお、図１７では、音響結合体１６１が縮尺どおり描かれていないという点を理解されたい。典型的に、音響結合体１６１の長さ１６２は、前記光共振部の長さを大幅に上回る。
【０１６６】
下記の実施形態も開示する。
【０１６７】
（実施形態１）
長手方向軸心および端面を有し、ブラッググレーティング部を含む導波路と、
前記導波路の前記端面における少なくとも１つの反射鏡と、
を備え、光共振部が、前記ブラッググレーティング部、前記少なくとも１つの反射鏡、および当該光共振部のうちの前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡との間の内側部分によって形成されており、前記光共振部の当該内側部分が、前記導波路の一部の内部に延在している、センサ。
【０１６８】
（実施形態２）
実施形態１に記載のセンサにおいて、前記光共振部が、前記端面近傍に電磁放射線を閉じ込めるように構成されており、場合によっては、前記光共振部が、前記導波路のうちの前記端面から１００ｎｍ〜１ｃｍ、好ましくは２００ｎｍ〜５ｍｍの範囲内の距離に延びる部分内に電磁放射線を閉じ込めるように構成されている、センサ。
【０１６９】
（実施形態３）
実施形態１または２に記載のセンサにおいて、当該センサが、音響センサ、圧力センサ、または温度センサである、センサ。
【０１７０】
（実施形態４）
実施形態１から３のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、さらに、
前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の変化を検出するように構成された検出部、
を備え、場合によっては、前記少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の変化が：前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数；前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数のシフト；調査光によって検出された光の、コヒーレント連続波（ｃｗ）干渉法または非コヒーレントｃｗ干渉法を用いて測定される強度；前記光共振部のスペクトル応答；および前記光共振部の少なくとも１つの共振ピークの帯域幅；のうちの任意の一つ又は任意の組合せを含み得る、センサ。
【０１７１】
（実施形態５）
実施形態４に記載のセンサにおいて、さらに、
電磁放射線を前記ブラッググレーティング部を介して前記光共振部へと供給するように構成された源、
を備え、前記検出部が、前記光共振部から前記ブラッググレーティング部を通過して前記導波路に沿って伝播した電磁放射線を検出するように構成されており、場合によっては、前記源は、光を、当該光が前記ブラッググレーティング部から前記少なくとも１つの反射鏡まで前記光共振部の前記内側部分を通過した後に約πまたは約πの整数倍の位相となるように且つ／或いは前記光共振部の前記内側部分往復の総位相シフトが約πまたは約πの奇数倍になるように選択された波長で出力する、センサ。
【０１７２】
（実施形態６）
実施形態５に記載のセンサにおいて、前記導波路が、前記端面とは反対側の第２の端部を有しており、前記端面と当該第２の端部は、前記長手方向軸心に沿って離間しており、電磁放射線の前記源と前記検出部の両方が、前記導波路の前記第２の端部に結合している、センサ。
【０１７３】
（実施形態７）
実施形態４から６のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記検出部が、前記光共振部のスペクトル応答を検出するように構成されている、センサ。
【０１７４】
（実施形態８）
実施形態４から７のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記検出部が、前記光共振部の複数の共振周波数を検出するように構成されている、センサ。
【０１７５】
（実施形態９）
実施形態４から８のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記検出部が、前記光共振部からの電磁放射線の強度を、時間の関数として検出するように構成されている、センサ。
【０１７６】
（実施形態１０）
実施形態４から９のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記検出部が、前記光共振部外へ結合した光のスペクトル応答の変化または強度の変化を検出するように構成されており、場合によっては、前記検出部が、スペクトル応答の当該変化または強度の変化を、時間の関数として検出するように構成されている、センサ。
【０１７７】
（実施形態１１）
実施形態１０に記載のセンサにおいて、前記検出部が、前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡との間の距離の変化、前記導波路の前記部分の屈折率の変化、および前記ブラッググレーティング部の反射率の変化のうちの少なくとも一つにより生じた、スペクトル応答の前記変化または強度の変化を検出するように構成されている、センサ。
【０１７８】
（実施形態１２）
実施形態１から１１のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が、フォトニック集積回路、シングルモード導波路、マルチモード導波路、偏光保持導波路、非偏光保持導波路、モード複合型導波路、およびフォトニック結晶ファイバーからなる群から選択される、センサ。
【０１７９】
（実施形態１３）
実施形態１から１２のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が光ファイバーであり、前記ブラッググレーティング部がファイバーブラッググレーティング部であり、前記少なくとも１つの反射鏡が光反射層を含む、センサ。
【０１８０】
（実施形態１４）
実施形態１から１３のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が、シリコン導波路である、センサ。
【０１８１】
（実施形態１５）
実施形態１４に記載のセンサにおいて、前記ブラッググレーティング部が、前記シリコン導波路の側壁に沿って形成されたコルゲーションを有する、センサ。
【０１８２】
（実施形態１６）
実施形態１４または１５に記載のセンサにおいて、前記導波路が、silicon-on-insulator導波路である、センサ。
【０１８３】
（実施形態１７）
実施形態１から１６のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射鏡が、少なくとも１つの反射層を含む、センサ。
【０１８４】
（実施形態１８）
実施形態１７に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射層が、少なくとも１つの金属層および／または少なくとも１つの誘電体層からなる、センサ。
【０１８５】
（実施形態１９）
実施形態１７または１８に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射層が、前記導波路の前記端面に直接被覆している、センサ。
【０１８６】
（実施形態２０）
実施形態１７または１８に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射層が、前記導波路とは異なる搬送体（carrier）に被覆している、センサ。
【０１８７】
（実施形態２１）
実施形態１から２０のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射鏡が、表面プラズモンを生成し前記ブラッググレーティング部と共に前記光共振部を形成するように構成された粒子又は材料を含み、前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数が、被験物と前記粒子又は材料との相互作用によってシフトし、場合によっては、前記粒子又は材料が、金属ナノ粒子、誘電体素子、および構造化された金属層のうちの少なくとも一つを含む、センサ。
【０１８８】
（実施形態２２）
実施形態１から２１のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射鏡が、前記導波路に組み込まれた少なくとも１つのさらなる光学的構造を含む、センサ。
【０１８９】
（実施形態２３）
実施形態２２に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つのさらなる光学的構造が、前記端面近傍で当該端面と前記ブラッググレーティング部との間に介在して設けられている、センサ。
【０１９０】
（実施形態２４）
実施形態１から２３のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路は、前記光共振部のうちの、前記ブラッググレーティング部が当該光共振部を画定している側だけから延びている、センサ。
【０１９１】
（実施形態２５）
実施形態１から２４のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記光共振部は、相対する側の相異なる構造を有する前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡とによって画定された、非対称の光共振部である、センサ。
【０１９２】
（実施形態２６）
実施形態１から２５のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、さらに、
音響ミラーと、
前記光共振部を前記音響ミラーに対して配置する保持機構と、
を備える、センサ。
【０１９３】
（実施形態２７）
実施形態２６に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、回転楕円面の少なくとも一部を形成する表面を有する、センサ。
【０１９４】
（実施形態２８）
実施形態２７に記載のセンサにおいて、前記回転楕円面の長軸が、前記音響ミラーのフェース面に対して傾いている、センサ。
【０１９５】
（実施形態２９）
実施形態２８に記載のセンサにおいて、前記回転楕円面の少なくとも一部を形成する前記表面が、前記フェース面から凹入したものである、センサ。
【０１９６】
（実施形態３０）
実施形態２８または２９に記載のセンサにおいて、前記フェース面が、平面状フェース面である、センサ。
【０１９７】
（実施形態３１）
実施形態２６から３０のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記保持機構は、前記導波路を、当該導波路が前記回転楕円面の焦点に重なるか又は前記回転楕円面の当該焦点近傍に位置するよう配置するように構成されている、センサ。
【０１９８】
（実施形態３２）
実施形態３１に記載のセンサにおいて、前記保持機構は、導波路を、前記光共振部が前記回転楕円面の前記焦点に重なるか又は前記回転楕円面の当該焦点近傍に位置するよう配置するように構成されている、センサ。
【０１９９】
（実施形態３３）
実施形態３１または３２に記載のセンサにおいて、前記焦点が、前記音響ミラーの音響キャビティ内に位置している、センサ。
【０２００】
（実施形態３４）
実施形態３１から３３のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記回転楕円面のさらなる焦点が、前記音響ミラーの前記音響キャビティ外に位置している、センサ。
【０２０１】
（実施形態３５）
実施形態２６から３４のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記保持機構は、前記音響ミラーにおいて前記導波路が貫通する保持通路を含む、センサ。
【０２０２】
（実施形態３６）
実施形態２６から３５のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、電磁放射線の全体又は一部を透過する、センサ。
【０２０３】
（実施形態３７）
実施形態２６から３６のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、光の全体又は一部を透過する、センサ。
【０２０４】
（実施形態３８）
実施形態１から３７のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、さらに、
励起エネルギーを被験物に供給するように構成された励起源、
を備え、場合によっては、当該励起源が、前記被験物との衝突によって音響波の放出を引き起こす励起エネルギーを提供するように構成されており、当該センサは、当該音響波により生じた圧力変化を検出するように構成されている、センサ。
【０２０５】
（実施形態３９）
実施形態３８に記載のセンサにおいて、前記励起源が、レーザ、電磁放射線の源、および粒子源のうちの少なくとも一つを含む、センサ。
【０２０６】
（実施形態４０）
実施形態２６から３７のいずれかの実施形態に従属した場合の、実施形態３８または３９に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが当該音響ミラーを貫通する励起通路を有し前記励起源が前記励起エネルギーを当該励起通路を介して前記被験物へと供給するように構成されており、かつ／あるいは、前記音響ミラーが前記励起エネルギーを透過する部位を有している、センサ。
【０２０７】
（実施形態４１）
実施形態１から４０のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、さらに、
前記導波路の前記端面に取り付けられた音響結合体、
を備え、場合によっては、当該音響結合体の長さが、検出対象の音響波の中心周波数と整合するように選択されており、場合によっては、当該音響結合体の長さが、１μｍ〜１０ｃｍである、センサ。
【０２０８】
（実施形態４２）
実施形態１から４１のいずれかの実施形態に記載の複数のセンサ、
を備える、センサアレイ。
【０２０９】
（実施形態４３）
実施形態４２に記載のセンサアレイにおいて、前記複数のセンサが、１次元配列または２次元配列で配置されている、センサアレイ。
【０２１０】
（実施形態４４）
実施形態４２または４３に記載のセンサアレイにおいて、当該センサアレイが、圧力変化、温度変化またはプラズモンの、空間分解検出または時間分解検出を実行するように動作可能である、センサアレイ。
【０２１１】
（実施形態４５）
実施形態４２から４４のいずれかの実施形態に記載のセンサアレイにおいて、当該センサアレイが、音響画像化、特には超音波画像化を実行するように動作可能である、センサアレイ。
【０２１２】
（実施形態４６）
実施形態４２から４５のいずれかの実施形態に記載のセンサアレイにおいて、当該センサアレイが、圧力画像化または温度画像化を実行するように動作可能である、センサアレイ。
【０２１３】
（実施形態４７）
実施形態４２から４６のいずれかの実施形態に記載のセンサアレイにおいて、さらに、
前記複数のセンサを読み出すように構成された読出し機構、
を備える、センサアレイ。
【０２１４】
（実施形態４８）
実施形態４７に記載のセンサアレイにおいて、前記読出し機構が、前記複数のセンサの各々の前記光共振部を読み出すように構成されている、センサアレイ。
【０２１５】
（実施形態４９）
実施形態４７または４８に記載のセンサアレイにおいて、前記読出し機構が、前記複数のセンサを同時に読み出すように構成されている、センサアレイ。
【０２１６】
（実施形態５０）
実施形態４７または４８に記載のセンサアレイにおいて、前記読出し機構が、前記複数のセンサを時系列的に読み出すように構成されている、センサアレイ。
【０２１７】
（実施形態５１）
センサを被験物に対して配置する過程であって、前記センサが、
長手方向軸心および端面を有し、ブラッググレーティング部を含む導波路、ならびに
前記導波路の前記端面における少なくとも１つの反射鏡、
を具備し、光共振部が、前記ブラッググレーティング部、前記少なくとも１つの反射鏡、および当該光共振部のうちの前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡との間の内側部分によって形成されており、前記光共振部の当該内側部分が、前記導波路の一部の内部に延在している、過程と、
前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性、または前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性の変化を検出する過程と、
を備える、センシング方法。
【０２１８】
（実施形態５２）
実施形態５１に記載のセンシング方法において、前記少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の変化が：前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数；前記光共振部の少なくとも１つの共振周波数のシフト；調査光によって検出された光の、コヒーレント連続波（ｃｗ）干渉法または非コヒーレントｃｗ干渉法を用いて測定される強度；前記光共振部のスペクトル応答；および前記光共振部の少なくとも１つの共振ピークの帯域幅；のうちの任意の一つ又は任意の組合せを含み得る、センシング方法。
【０２１９】
（実施形態５３）
実施形態５１または５２に記載のセンシング方法において、前記少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の前記変化を検出する過程が、前記ブラッググレーティング部を通過した電磁放射線を検出することを含む、センシング方法。
【０２２０】
（実施形態５４）
実施形態５１から５３のいずれかの実施形態に記載のセンシング方法において、さらに、
電磁放射線を前記ブラッググレーティング部を介して前記光共振部へと供給する過程、
を備える、センシング方法。
【０２２１】
（実施形態５５）
実施形態５１から５４のいずれかの実施形態に記載のセンシング方法において、前記光共振部の複数の共振周波数が検出される、センシング方法。
【０２２２】
（実施形態５６）
実施形態５１から５５のいずれかの実施形態に記載のセンシング方法において、さらに、
検出された前記少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の検出された前記変化に基づき、前記光共振部に入射した音響波の周波数および／または強度を求める過程、
を備える、センシング方法。
【０２２３】
（実施形態５７）
実施形態５１から５６のいずれかの実施形態に記載のセンシング方法において、さらに、
検出された前記少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の検出された前記変化に基づき、温度または温度の時間的変化を求める過程、
を備える、センシング方法。
【０２２４】
（実施形態５８）
実施形態５１から５７のいずれかの実施形態に記載のセンシング方法において、さらに、
検出された前記少なくとも１つのスペクトル特性または少なくとも１つのスペクトル特性の検出された前記変化に基づき、圧力または圧力の時間的変化を処理し求める過程、
を備える、センシング方法。
【０２２５】
（実施形態５９）
実施形態５１から５８のいずれかの実施形態に記載のセンシング方法において、前記光共振部が、前記導波路の前記端面近傍に光を閉じ込める、センシング方法。
【０２２６】
（実施形態６０）
実施形態５１から５９のいずれかの実施形態に記載のセンシング方法において、前記光共振部の前記スペクトル特性が、前記被験物のプラズモンまたは表面プラズモンによって変化する、センシング方法。
【０２２７】
（実施形態６１）
実施形態５１から６０のいずれかの実施形態に記載のセンシング方法において、前記光共振部の前記少なくとも１つのスペクトル特性、または前記光共振部の少なくとも１つのスペクトル特性の前記変化を用いて：音響センシング；医療センシング；バイオセンシング；温度センシング；周波数判別画像化；投影画像化；光音響画像化；光音響非破壊検査；化学センシング；およびプラズモンセンシング；のうちの少なくとも一つを実行する、センシング方法。
【０２２８】
（実施形態６２）
実施形態５１から６１のいずれかの実施形態に記載のセンシング方法において、前記センサが実施形態１から４１のいずれかの実施形態に記載のセンサであり、あるいは、当該方法が実施形態４２から５０のいずれかの実施形態に記載のセンサアレイを使用する、センシング方法。
【０２２９】
（実施形態６３）
光共振部が組み込まれた、長手方向軸心および端面を有する導波路であって、
当該導波路内のブラッググレーティング部と、
当該導波路の前記端面における少なくとも１つの反射鏡と、
を備え、光共振部が、前記ブラッググレーティング部、前記少なくとも１つの反射鏡、および当該光共振部のうちの前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡との間の内側部分によって形成されており、前記光共振部の当該内側部分が、当該導波路の一部の内部に延在している、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３０】
（実施形態６４）
実施形態６３に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、前記光共振部が、前記端面近傍に電磁放射線を閉じ込めるように構成されている、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３１】
（実施形態６５）
実施形態６３または６４に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、当該導波路が、フォトニック集積回路である、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３２】
（実施形態６６）
実施形態６３から６５のいずれかの実施形態に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、当該導波路が、シングルモード導波路、マルチモード導波路、偏光保持導波路、非偏光保持導波路、モード複合型導波路、およびフォトニック結晶ファイバーからなる群から選択される、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３３】
（実施形態６７）
実施形態６３から６６のいずれかの実施形態に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、当該導波路が光ファイバーであり、前記ブラッググレーティング部がファイバーブラッググレーティング部であり、前記少なくとも１つの反射鏡が光反射層を含む、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３４】
（実施形態６８）
実施形態６３から６７のいずれかの実施形態に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、当該導波路が、シリコン導波路である、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３５】
（実施形態６９）
実施形態６８に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、前記ブラッググレーティング部が、前記シリコン導波路の側壁に沿って形成されたコルゲーションを有する、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３６】
（実施形態７０）
実施形態６８または６９に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、当該導波路が、silicon-on-insulator導波路である、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３７】
（実施形態７１）
実施形態６３から７０のいずれかの実施形態に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、前記少なくとも１つの反射鏡が少なくとも１つの反射層を含み、かつ／あるいは、前記少なくとも１つの反射鏡が：機能化表面；構造化された金属層；および当該導波路内で前記端面側に設けられた反射体；のうちの少なくとも一つを含む、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３８】
（実施形態７２）
実施形態７１に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、前記少なくとも１つの反射層が、少なくとも１つの金属層および／または少なくとも１つの誘電体層を含み、場合によっては、前記少なくとも１つの反射層が当該導波路の前記端面に直接被覆しており、あるいは、場合によっては、前記少なくとも１つの反射層が当該導波路とは異なる搬送体（carrier）に設けられている、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２３９】
（実施形態７３）
実施形態６３から７２のいずれかの実施形態に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、前記少なくとも１つの反射鏡が、表面プラズモンを生成し前記ブラッググレーティング部と共に前記光共振部を形成するように構成された粒子又は材料を含み、前記光共振部の前記少なくとも１つのスペクトル特性が、被験物と前記粒子又は材料との相互作用によってシフトする、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２４０】
（実施形態７４）
実施形態７３に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、前記粒子又は材料が、金属ナノ粒子、誘電体要素、および構造化された金属層のうちの少なくとも一つを含む、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２４１】
（実施形態７５）
実施形態６３から７４のいずれかの実施形態に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、前記少なくとも１つの反射鏡が、当該導波路に組み込まれた少なくとも１つのさらなる光学的構造を含む、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２４２】
（実施形態７６）
実施形態７５に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、前記少なくとも１つのさらなる光学的構造が、前記端面近傍で当該端面と前記ブラッググレーティング部との間に介在して設けられている、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２４３】
（実施形態７７）
実施形態６３から７６のいずれかの実施形態に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、当該導波路は、前記光共振部のうちの、前記ブラッググレーティング部が当該光共振部を画定している側だけから延びている、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２４４】
（実施形態７８）
実施形態６３から７７のいずれかの実施形態に記載の光共振部が組み込まれた導波路において、前記光共振部は、相対する側の相異なる構造を有する前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡とによって画定された、非対称の光共振部である、光共振部が組み込まれた導波路。
【０２４５】
（実施形態７９）
音響トランスデューサと、
音響ミラーと、
前記音響トランスデューサを前記音響ミラーに対して配置する保持機構と、
を備える、センサ。
【０２４６】
（実施形態８０）
実施形態７９に記載のセンサにおいて、前記音響トランスデューサが、長手方向軸心を有する導波路を含み、当該センサが、さらに、
前記導波路に結合した、電磁放射線源および／または検出部、
を備える、センサ。
【０２４７】
（実施形態８１）
実施形態７９または８０に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、回転楕円面の少なくとも一部を形成する表面を有する、センサ。
【０２４８】
（実施形態８２）
実施形態８１に記載のセンサにおいて、前記回転楕円面の長軸が、前記音響ミラーのフェース面に対して傾いている、センサ。
【０２４９】
（実施形態８３）
実施形態８２に記載のセンサにおいて、前記回転楕円面の少なくとも一部を形成する前記表面が、前記フェース面から凹入したものである、センサ。
【０２５０】
（実施形態８４）
実施形態８２または８３に記載のセンサにおいて、前記フェース面が、平面状フェース面である、センサ。
【０２５１】
（実施形態８５）
実施形態８１から８４のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記保持機構は、前記音響トランスデューサを、当該音響トランスデューサが前記回転楕円面の焦点に重なるか又は前記回転楕円面の当該焦点近傍に位置するよう配置するように構成されている、センサ。
【０２５２】
（実施形態８６）
実施形態８５に記載のセンサにおいて、前記音響トランスデューサは、光共振部が組み込まれた導波路を含み、前記保持機構は、導波路を、前記光共振部が前記回転楕円面の前記焦点に重なるか又は前記回転楕円面の当該焦点近傍に位置するよう配置するように構成されている、センサ。
【０２５３】
（実施形態８７）
実施形態８５または８６に記載のセンサにおいて、前記音響トランスデューサが、導波路を含み、前記保持機構は、当該導波路を、当該導波路の端面が前記回転楕円面の前記焦点に重なるか又は前記回転楕円面の当該焦点近傍に位置するよう配置するように構成されている、センサ。
【０２５４】
（実施形態８８）
実施形態８５から８７のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記焦点が、前記音響ミラーの音響キャビティ内に位置している、センサ。
【０２５５】
（実施形態８９）
実施形態８５から８８のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記回転楕円面のさらなる焦点が、前記音響ミラーの前記キャビティ外に位置している、センサ。
【０２５６】
（実施形態９０）
実施形態７９から８９のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記保持機構は、前記音響ミラーにおいて前記音響トランスデューサが貫通する保持通路を含み、センサ。
【０２５７】
（実施形態９１）
実施形態７９から９０のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、電磁放射線、特には光の、全体又は一部を透過する、センサ。
【０２５８】
（実施形態９２）
実施形態７９から９１のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記音響トランスデューサが、導波路を含み、当該導波路は、当該導波路の端面近傍に電磁放射線を閉じ込めるように構成された光共振部を含み、当該光共振部が、前記導波路に組み込まれている、センサ。
【０２５９】
（実施形態９３）
実施形態７９から９２のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、当該センサが、音響センサ、圧力センサ、または温度センサである、センサ。
【０２６０】
（実施形態９４）
実施形態７９から９３のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、さらに、前記音響トランスデューサが、導波路、および当該導波路に結合した検出部を含む、センサ。
【０２６１】
（実施形態９５）
実施形態９４に記載のセンサにおいて、さらに、
電磁放射線を前記導波路内に第１の方向に沿って供給するように構成された源、
を備え、前記検出部が、前記第１の方向と反対の第２の方向で前記導波路に沿って伝播した電磁放射線を検出するように構成されている、センサ。
【０２６２】
（実施形態９６）
実施形態９５に記載のセンサにおいて、電磁放射線の前記源と前記検出部の両方が、前記導波路の同じ端部に結合している、センサ。
【０２６３】
（実施形態９７）
実施形態９５または９６に記載のセンサにおいて、前記導波路が、光共振部を含み、前記検出部が、当該光共振部の少なくとも１つの共振周波数を検出するように構成されている、センサ。
【０２６４】
（実施形態９８）
実施形態９５から９７のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が、光共振部を含み、前記検出部が、当該光共振部のスペクトル応答を検出するように構成されている、センサ。
【０２６５】
（実施形態９９）
実施形態９４から９８のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が、光共振部を含み、前記検出部が、当該光共振部からの電磁放射線の強度を、時間の関数として検出するように構成されている、センサ。
【０２６６】
（実施形態１００）
実施形態９４から９９のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が、光共振部を含み、前記検出部が、当該光共振部のスペクトル応答の変化、または当該光共振部外へ結合した光の強度の変化を検出するように構成されている、センサ。
【０２６７】
（実施形態１０１）
実施形態１００に記載のセンサにおいて、前記検出部が、スペクトル応答の前記変化または強度の変化を、時間の関数として検出するように構成されている、センサ。
【０２６８】
（実施形態１０２）
実施形態１００または１０１に記載のセンサにおいて、前記検出部が、前記光共振部の長さの変化、前記光共振部の屈折率の変化、および前記光共振部を画定する反射鏡の反射率の変化のうちの少なくとも一つにより生じた、スペクトル応答の前記変化または強度の変化を検出するように構成されている、センサ。
【０２６９】
（実施形態１０３）
実施形態９４から１０２のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が、フォトニック集積回路である、センサ。
【０２７０】
（実施形態１０４）
実施形態９４から１０３のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が、シングルモード導波路、マルチモード導波路、偏光保持導波路、非偏光保持導波路、モード複合型導波路、およびフォトニック結晶ファイバーからなる群から選択される、センサ。
【０２７１】
（実施形態１０５）
実施形態９４から１０４のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が光ファイバーであり、前記ブラッググレーティング部がファイバーブラッググレーティング部であり、前記少なくとも１つの反射鏡が光反射層を含む、センサ。
【０２７２】
（実施形態１０６）
実施形態９４から１０４のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記導波路が、シリコン導波路である、センサ。
【０２７３】
（実施形態１０７）
実施形態１０６に記載のセンサにおいて、前記導波路が、silicon-on-insulator導波路である、センサ。
【０２７４】
（実施形態１０８）
実施形態９４から１０７のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、さらに、
前記音響ミラーのキャビティ内に位置した、前記導波路の端面における少なくとも１つの反射鏡、
を備える、センサ。
【０２７５】
（実施形態１０９）
実施形態１０８に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射鏡が、少なくとも１つの反射層を含む、センサ。
【０２７６】
（実施形態１１０）
実施形態１０９に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射層が、少なくとも１つの金属層および／または少なくとも１つの誘電体層を含む、センサ。
【０２７７】
（実施形態１１１）
実施形態１０９または１１０に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射層が、前記導波路の前記端面に直接被覆している、センサ。
【０２７８】
（実施形態１１２）
実施形態１０９または１１０に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射層が、前記導波路とは異なる搬送体（carrier）に被覆している、センサ。
【０２７９】
（実施形態１１３）
実施形態１０８から１１２のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つの反射鏡が、前記導波路に組み込まれた少なくとも１つのさらなる光学的構造を含む、センサ。
【０２８０】
（実施形態１１４）
実施形態１１３に記載のセンサにおいて、前記少なくとも１つのさらなる光学的構造が、前記導波路の端面近傍に設けられている、センサ。
【０２８１】
（実施形態１１５）
実施形態７９から１１４のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記音響トランスデューサが導波路を含み、当該導波路が、当該導波路の端面側に位置した光共振部を含む、センサ。
【０２８２】
（実施形態１１６）
実施形態１１５に記載のセンサにおいて、前記光共振部は、相対する側の相異なる構造を有するブラッググレーティング部と少なくとも１つの反射鏡とによって画定された、非対称の光共振部である、センサ。
【０２８３】
（実施形態１１７）
実施形態７９から１１６のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、さらに、
励起エネルギーを被験物に供給するように構成された励起源、
を備える、センサ。
【０２８４】
（実施形態１１８）
実施形態１１７に記載のセンサにおいて、前記励起源が、前記被験物との衝突によって音響波の放出を引き起こす励起エネルギーを提供するように構成されており、当該センサは、当該音響波により生じた圧力変化を検出するように構成されている、センサ。
【０２８５】
（実施形態１１９）
実施形態１１７または１１８に記載のセンサにおいて、前記励起源が、レーザ、電磁放射線の源、および粒子源のうちの少なくとも一つを含む、センサ。
【０２８６】
（実施形態１２０）
実施形態１１７から１１９のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、当該音響ミラーを貫通する励起通路を有しており、前記励起源が、前記励起エネルギーを当該励起通路を介して前記被験物へと供給するように構成されている、センサ。
【０２８７】
（実施形態１２１）
実施形態７９から１２０のいずれかの実施形態に記載のセンサにおいて、当該センサが、携帯型のセンサ、特には手持ち式のセンサである、センサ。
【０２８８】
本明細書に開示した、非対称の光共振部を有する導波路を用いたどの実施形態においても、当該光共振部のうちの相対する側に設けられた前記ブラッググレーティング部と前記少なくとも１つの反射鏡は、光を反射する。前記ブラッググレーティング部の周期性は、前記光共振部の共振周波数で当該ブラッググレーティング部の反射率が高くなって当該共振周波数の光が前記光共振部の前記内側部分（すなわち、前記ブラッググレーティング部のうちの前記端面に最も近い表面から前記少なくとも１つの反射鏡のうちの前記ブラッググレーティング部の最も近くに位置した表面までの距離をカバーすると）通過後約π又は約πの整数倍の位相シフトを確実に得るように且つ／或いは前記光共振部の前記内側部分往復の総位相シフトが確実に約πまたは約πの奇数倍（すなわち、π、３π、５π、７πなど）になるように、前記光共振部の内側部分の長さＬＣと整合させられ得る。
【０２８９】
図面を参照しながら実施形態を説明してきたが、他の実施形態では様々な変形や変更が実現されてもよい。例示であるが、超音波センシングとの関連で実施形態を説明してきたが、実施形態におけるセンサは、これに限定されず多種多様な別の目的に適用されてもよい。
【図１】
2021517243.tif 000003
【図２】
2021517243.tif 000004
【図３】
2021517243.tif 000005
【図４】
2021517243.tif 000006
【図５】
2021517243.tif 000007
【図６】
2021517243.tif 000008
【図７】
2021517243.tif 000009
【図８】
2021517243.tif 000010
【図９】
2021517243.tif 000011
【図１０】
2021517243.tif 000012
【図１１】
2021517243.tif 000013
【図１２】
2021517243.tif 000014
【図１３】
2021517243.tif 000015
【図１４】
2021517243.tif 000016
【図１５】
2021517243.tif 000017
【図１６】
2021517243.tif 000018
【図１７】
2021517243.tif 000019
【国際調査報告】
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2021517243.tif 000021