(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパが施されていないセグメントと先細りのテーパが施されたセグメントとを有する光ファイバと、
前記先細りのテーパが施されたセグメントの側面に向かって開口する光開口を有する集光デバイスと備え、前記先細りのテーパが施されたセグメントの外側でありかつ前記先細りのテーパが施されたセグメントの前記側面に隣接して標本が配置され、そして、前記光ファイバへ光を伝送することで生成されるエバネッセント・フィールドに前記標本が晒されたことに応動して前記標本が放出する光を集光するように、前記光開口が構成され、
前記集光デバイスの前記光開口が、前記光ファイバの端部から放出される光を前記集光デバイスの視野から阻止するように構成されている装置。
【請求項２】
前記集光デバイスが、前記先細りのテーパが施されたセグメントによって前記集光デバイスに境界が画定される立体角の外側から受け取る光を阻止するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記集光デバイスが集光した光の強度を測定し、かつ、測定した光強度から前記標本の化学種のラマン・スペクトルもしくはルミネセンス・スペクトルを決定するように構成された分光計をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記光ファイバの前記テーパが施されていないセグメントが単一モード光ファイバとして機能するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記先細りのテーパが施されたセグメントの前記側面の一部に配置された内部表面を有する金属層をさらに備え、
前記光ファイバの前記テーパが施されていないセグメントが単一モード光ファイバとして機能するように構成され、そして、
前記光開口が、前記金属層の外部表面に位置する化学種が放出する光を集光するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記標本の近傍の前記先細りのテーパが施された部分の直径が、前記単一モード・ファイバが運ぶようになされた光の波長以下である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
標本をスペクトル分析する方法であって、
光ファイバの先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントに光が伝搬し、そして前記先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントの外側で横に隣接して配置された前記標本においてエバネッセント・フィールドを前記光が生成するよう、前記光をクラッド光ファイバに伝送する工程と、
前記光を伝送する工程に応答して、前記標本が集光デバイスの光開口に放出された光を集光する工程とを含み、前記光開口は、前記テーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントの側面に向かって開口しており、さらに、
前記集光した光の強度を測定する工程を含み、
前記集光デバイスの前記光開口が、前記光ファイバの端部から放出される光を前記集光デバイスの視野から阻止する、方法。
【請求項８】
前記伝送する工程は前記光ファイバのテーパが施されていないセグメントへ光を伝送するものであり、前記テーパが施されていないセグメントは、光に対して単一モード光ファイバとして動作するよう構成されている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記集光する工程が、前記先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントによって集光デバイスに境界が画定される立体角の外側から受け取る光を阻止する方法で実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光ファイバの前記先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントが、光ファイバの先細りのテーパが施されたセグメントであり、前記光ファイバの先細りのテーパが施されたセグメントの一部の上に金属層が位置し、
前記伝送する工程によって、前記エバネッセント・フィールドの少なくとも一部を生成する表面プラズモンが前記先細りのテーパが施されたセグメントに沿って伝搬する、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に分光測定(spectrographic measuring)方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
標本をスペクトル分析するためには、通常、光を使用して標本を照射し、かつ、照射された標本による光の吸収、散乱あるいは蛍光発光の強度を波長の関数として測定する必要がある。スペクトル分析の感度は、いくつかの照射条件に大きく左右される。
【０００３】
重要な照射条件の１つは、スペクトル分析に使用される光検出器内の背景光の強度に関係している。背景光には、照射光および標本によって散乱し、あるいは吸収される光、もしくは標本外部への蛍光発光が含まれている。背景光は、標本による吸収、散乱および／または蛍光を損ねている。
【０００４】
もう１つの重要な照射条件は、標本部分における照射光の強度に関係している。通常、標本のスペクトル感度は、標本中の照射光の強度が強いほど高くなる。標本中の照射光の強度は、物理的な制約によって制限されており、たとえば波長より短い直径に光ビームを集束させる能力は回折によって制限されている。したがって回折は、集束による標本中の照射強度を強くする能力を制限している。
【特許文献１】米国特許出願第１０／８２４，２４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スペクトルを分析している間、総合感度を高くする照射条件を生成することが望ましいことがしばしばである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
集光デバイス内の背景光の強度を小さくし、かつ、高い強度の励起フィールドを標本に提供する条件の下で様々な実施形態がスペクトル分析を実行することができる。詳細には、光ファイバ中を伝搬する光によって生成されるエバネッセント・フィールド(evanescent field)に標本がさらされ、標本によって光ファイバの外部に放出され、放射され、あるいは散乱する光からスペクトル測値が得られる。光ファイバは、標本のスペクトル感度が背景照射光によって台無しにならないよう、実質的に照射光を閉じ込めている。
【０００７】
一実施形態は、光ファイバと集光デバイスとを有する装置を特徴としている。光ファイバは、テーパが施されていないセグメントおよび先細りのテーパが施されたセグメントを有している。集光デバイスは、標本を先細りのテーパが施されたセグメントの側面の外側に、側面に隣接して配置することによって標本が放出する光を集光する光開口を有している。光開口は、光ファイバの端部から放出される光を阻止している。
【０００８】
いくつかの装置は、集光デバイスによって集光された光の強度を測定し、かつ、測定した光強度から標本の二次放出スペクトルを決定する光強度検出器を備えている。
【０００９】
他の実施形態は、標本をスペクトル分析するための方法を特徴としている。この方法には、光をクラッド光ファイバ中に伝送する工程が含まれている。光は、光ファイバの先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントへ伝搬し、標本部分にエバネッセント・フィールドを生成する。標本は、先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントの外側に、セグメントに横方向に隣接して配置される。また、上記方法には、標本が光の伝送に応答して光開口中に放出する光を集光する工程が含まれている。光開口は、先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントの側面に向かって開いている。また、上記方法には、集光した光の強度を測定する工程が含まれている。
【００１０】
また、上記方法のいくつかの実施形態には、前記測定した強度から前記標本の二次放出スペクトル、ルミネセンス・スペクトルもしくはラマン放出スペクトルを決定する工程が含まれている。
【００１１】
上記装置および方法のいくつかの実施形態では、光ファイバのテーパが施されていないセグメントは、単一モード光ファイバとして機能している。
【００１２】
他の実施形態は、単一モード光ファイバと集光デバイスとを備えた装置を特徴としている。単一モード光ファイバは、光コアおよび光クラッドを有しており、また、テーパが施されていないセグメントおよびチップ・セグメントを有している。チップ・セグメントの内部は、クラッドの一部が除去されており、光コアの側面が露出している。集光デバイスは、標本が放出する光を集光する光開口を有している。標本は、チップ・セグメント内の露出側面に横方向に隣接して配置される。光開口は、光ファイバの端部から放出される光を阻止している。
【００１３】
以下、実例実施形態について、添付の図および詳細な説明を参照してより完全に記述するが、本発明は、様々な形態で具体化することが可能であり、本明細書において説明する実施形態に何ら限定されない。
本明細書においては、類似の参照数表示は、類似の機能を備えたフィーチャを表している。
また、本明細書においては、いくつかのフィーチャの寸法は、実施形態をより良好に示すべく拡大もしくは縮小されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
様々なタイプのスペクトル分析において、背景光は、所望の光を台無しにする雑音として作用している。たとえばラマン・スペクトル分析では、背景光の強度は、測定すべきラマン光の強度より数桁大きい。ラマン光は、標本の分子を励起するために使用される照射光の強度よりはるかに微弱な強度を有していることがしばしばであり、そのため、ラマン・スペクトルは、照射光すなわち迷光の波長付近の測定が困難であることがしばしばである。迷照射光を除去することにより、ラマン光に基づくスペクトル分析の感度が著しく向上する。
【００１５】
様々な実施形態によれば、標本の照射に使用される波長およびその近辺における迷光の強度が著しく低減される。
【００１６】
図１および２は、化学種（chemical species）８によって形成された標本をスペクトル分析するためのシステム１０を示したものである。システム１０は、照射源１２、光ファイバ１４、集光系１６、光分光計１８およびデータ・プロセッサ２０を備えている。
【００１７】
照射源１２は、強度が強く、かつ、単色である光を生成し、集束光学系１３を介して照射光を光ファイバ１４の端部に伝送している。例示的照射源は、様々なタイプのレーザ、たとえば半導体ダイオード・レーザを備えている。
【００１８】
光ファイバ１４は、テーパが施されていないセグメント２２およびテーパが施されたセグメント２４を備えている。テーパが施されていないセグメント２２は、照射源１２によって生成される波長で標準の単一モード光ファイバとして機能している。テーパが施されたセグメント２４は、テーパが施されていないセグメント２２の直径から端面２６のより小さい直径まで、徐々に先細りのテーパが施されている。本明細書においては、先細りのテーパが施された光ファイバ・セグメント内の光クラッド層および／または光コアの外径は、徐々に小さくなっている。端面２６には、テーパが施されていないセグメント２２の直径より著しく小さい直径を持たせることができるが、先細りのテーパが施されたセグメント２４が、照射源１２の波長の光を横方向にリークさせることはない。先細りのテーパが施された例示的セグメント２４は、当分野で知られている技法に従って標準の単一モード光ファイバを引っ張ることによって構築されている。
【００１９】
集光デバイス１６は、先細りのテーパが施されたセグメント２４の側面３４に向かって開いた入口開口１７を有している。入口開口１７は、側面３４に横方向に隣接した局部側方領域２８から放出される光を集光している。標本には、側方領域２８上に位置する化学種８が含まれている。
【００２０】
集光デバイス１６は、光拡大鏡３２、視野開口３０および光分光計１８を備えている。光拡大鏡３２は、単一のレンズであるか、あるいは多重レンズ倍率系である。視野開口３０は、光拡大鏡３２と光分光計１８の間に配置されている。視野開口は、局部側方領域２８を通過する光を除く実質的にすべての背景光を阻止している。光分光計１８は、光強度検出器を備えた回折ベースの分光計である。ラマン多段分光計のような分光計は、内部で生成される迷光を制御するため、いくつかのアプリケーションではラマン多段分光計が有利である。例示的光分光計は、米国のＮＪ０８８２０−３０１２、Ｅｄｉｓｏｎ、Ｐａｒｋ  Ａｖｅｎｕｅ３８８０在所のＪｏｂｉｎ  Ｙｖｏｎ社（ｗｗｗ．ｊｏｂｉｎｙｖｏｎ．ｃｏｍ）が製造しているモデルＴ６４０００三段ラマン分光計、モデルＵ１０００二段分光計およびモデルＬａｂＲａｍ  ＨＲ  ８００高解像度ラマン分析器を備えることができる。
【００２１】
光拡大鏡３２は、側方領域２８が概ね拡大鏡の焦点に位置するように配置されている。光拡大鏡３２は、たとえば照射波長の約１／２の半径を有する回折限界スポットを分光計１８の視野絞り３０上に投影していることが好ましく、それにより領域２８によって画定される円錐からの光のみが集光デバイス１６のスリット形もしくは円形の視野開口３０を通過することができる。照射光は、領域２８を介して先細りのテーパが施されたセグメント２４からリークしないため、照射光が標本の化学種８による集光デバイス１６中への微弱な光放出を台無しにすることはない。
【００２２】
例示的光拡大鏡３２は、倍率の大きい、たとえば約１０倍ないし１００倍の顕微鏡対物レンズを備えている。部分的にはこの高倍率のため、集光デバイス１６の視野は、微小な側方領域２８に限定されている。集光デバイス１６の視野には、光ファイバ１４の両端は含まれていない。光ファイバの両端は、たとえば視野絞り３０によって視野から閉め出されている。通常、集光デバイス１６の視野は、さらに、先細りのテーパが施されたセグメント２４が集光デバイス１６に境界を画定する立体角に限定されている。視野がこのように制限されているため、集光デバイス１６および光分光計１８内の迷光の集光が少なくなっている。さもなければ分析中の標本からの光がこのような迷光によって台無しになる。
【００２３】
また、集光デバイス１６は、焦点距離が短いこと、および光拡大鏡が領域２８に近接して配置されていることによって標本の周りの大きな立体角中に放出されるすべての光を集光することができる。たとえば、集光デバイス１６は、標本がπ以上の立体角中に放出するすべての光を集光することができる。
【００２４】
光分光計１８は、選択された波長範囲で集光された光の強度を測定している。選択される波長範囲は、照射源１２の波長に晒すことによって化学種８が生成するラマン光もしくは二次放出光の波長に対応している。測定する光は、たとえば化学種８を自由伝搬光で照射することによって生成され、あるいは光ファイバ１４のテーパが施されていない部分２２が移送するようになされた波長範囲の光のエバネッセント・フィールドに化学種８を露出することによって生成される。
【００２５】
データ・プロセッサ２０は、測定された光強度の電気データを光分光計１８からケーブル１９を介して受け取っている。データ・プロセッサ２０は、受け取ったデータから化学種８の二次放出スペクトル、たとえばラマン・スペクトルを生成している。
【００２６】
化学種８は、側方領域２８で、光ファイバ１４中を伝搬する光によって生成されるエバネッセント・フィールドに晒される。このエバネッセント・フィールドによって化学種８が励起され、光を二次放出する。光ファイバ１４は、側方領域２８部分における光ファイバの直径が、テーパが施されていないセグメント２２に沿った光ファイバの直径より著しく小さい場合であっても、側方領域２８を介して照射光がリークしないようになされている。このような光のリークがないのは、一部には、照射源１２の波長で単一モード光ファイバとして機能している、テーパが施されていないセグメント２２によるものである。テーパが施されていないセグメント２２内では、伝搬モードは、光ファイバの中心部分で強い強度を有しており、そのため、伝搬モードと先細りのテーパが施されたセグメント２４内におけるクラッド・モードとの結合、つまり先細りのテーパが施されたセグメント２４からリークすることになるモードとの結合が極めて微弱な結合になっている。先細りのテーパが施されたセグメント２４は、このようなリークを回避するだけの十分な大きさの直径を有し、かつ、伝搬モードのエバネッセント・フィールドが側方領域２８内の外部表面３４を超えて展開するよう、十分に小さい直径を有している。
【００２７】
これらの理由により、先細りのテーパが施されたセグメント２４は、セグメント２４からの光のリークをもたらすことなく、その側面３４に隣接する強力なエバネッセント・フィールドを生成している。領域２８内では、標本の化学種８は自由伝搬照射光ではなく「エバネッセント・フィールド」に晒されるため、集光される光には実質的に照射光が存在せず、したがって領域２８に位置する化学種８による超微弱な光放出が照射光によって台無しになることはない。この超微弱な光放出は、その波長が照射光の波長に近い波長であっても台無しになることはない。
【００２８】
同様に、光ファイバ１４の不純物が実質的な雑音光を集光デバイス１６内に生成することはない。このような不純物は、先細りのテーパが施されたセグメント２４中を伝搬する照射光に応答してラマン光を放出するが、不純物によるこのような放出のほとんどは、先細りのテーパが施されたセグメント２４内の伝搬が拘束されているため、自由伝搬光として領域２８を介して放出されることはない。
【００２９】
照射波長およびその近辺の波長の迷光がこのように著しく除去されるため、システム１０は、化学種８の微弱な二次放出スペクトル、たとえば微弱なラマン・スペクトルの測定に有利である。
【００３０】
先細りのテーパが施されたセグメント２４の例示的実施形態は、側方領域２８に隣接する微小な直径を有している。先細りのテーパが施されたセグメント２４の直径は照射光の波長より小さくすることが可能であり、したがって極めて強力なエバネッセント・フィールドが側方領域２８に生成される。直径をこのように小さくすることにより、先細りのテーパが施されたセグメント２４に隣接する測方の空間のエバネッセント・フィールドを極めて強力にすることができる。領域２８では、先細りのテーパが施された例示的セグメント２４は、照射波長よりはるかに小さくすることも可能な直径を有している。例示的光ファイバ１４は、標準の単一モード光ファイバを引っ張ることによって形成された、先細りのテーパが施されたセグメント２４を有している。このような先細りのテーパが施されたチップ・セグメントを備えた光ファイバは、イスラエルのＪｅｒｕｓａｌｅｍ９１４８７、Ｍａｌｃｈａ、Ｍａｎｈａｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｐａｒｋ在所のＮａｎｏｎｉｃｓ  Ｉｍａｇｉｎｇ社（ｗｗｗ．ｎａｎｏｎｉｃｓ．ｃｏ．ｉｌ）が、裸ＮＳＯＭ光ファイバ・プローブとして市販している。
【００３１】
図３Ａ〜３Ｄは、図１に示すシステム１０の他の実施形態の光ファイバ１４に取って代わる光ファイバ・デバイス１４Ａ〜１４Ｄを示したものである。
【００３２】
図３Ａ〜３Ｄを参照すると、光ファイバ・デバイス１４Ａ〜１４Ｄは、単一モード光ファイバ１４を備えており、金属層３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄが光ファイバ１４の先細りのテーパが施されたセグメント２４の外部表面３４を覆っている。例示的金属層３６Ａ〜３６Ｄは、厚さが概ね表面プラズモン侵入度に等しいか、あるいはそれより薄い金、白金および／または銀の膜である。
【００３３】
光ファイバ・デバイス１４Ａ〜１４Ｄの各々は、テーパが施されていないセグメント２２が光ファイバ１４の反対側の端部から受け取る照射に応答して、先細りのテーパが施されたセグメント２４に沿って表面プラズモンを生成している。表面プラズモンは、金属層３６Ａ〜３６Ｄと光ファイバ１４の間の側面３４に沿って伝搬する。表面プラズモンは、金属層３６Ａ〜３６Ｄの外部表面３８上に位置する標本の化学種８を励起するエバネッセント・フィールドに寄与している。エバネッセント・フィールドに対する表面プラズモンの寄与により、標本の化学種８による光放出が促進される。
【００３４】
光ファイバ・デバイス１４Ａ〜１４Ｃは、構造４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの１つまたは複数のアレイを備えている。構造４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃのアレイは、テーパが施されていないセグメント２２からの照射光を、先細りのテーパが施されたセグメント２４に沿って伝搬する表面プラズモンに変換するべく、テーパが施されていないセグメント２２に隣接して配置されている。個々のアレイにおける構造４０Ａ〜４０Ｃは、同様の断面輪郭を有しており、たとえば回折格子を形成するべく、先細りのテーパが施されたセグメント２４の一部の軸に沿って規則的に分布している。構造４０Ａ〜４０Ｃの例示的形態は、先細りのテーパが施されたセグメント２４の全円周もしくは円周の一部を取り囲むリングである。
【００３５】
図３Ａおよび３Ｃを参照すると、光ファイバ・デバイス１４Ａ、１４Ｃの構造４０Ａ、４０Ｃは、先細りのテーパが施されたセグメント２４の外部側面３４上に配置された誘電体あるいは半導体バンプもしくはディンプルである。半導体バンプは、光ファイバ１４の石英ガラスもしくは金属層３６Ａの金属のいずれかの誘電率とは実質的に異なる誘電率を有している。例示的バンプは、窒化ケイ素でできている。
【００３６】
光ファイバ・デバイス１４Ａ、１４Ｃは、先細りのテーパが施されたチップ・セグメントを備えた単一モード・ファイバ、たとえば上で説明した先端が引っ張られた光ファイバから製造することができる。製造方法の１つには、光ファイバ１４の先細りのテーパが施されたチップ・セグメント２４上にリソグラフィを使用してマスクを形成する工程、マスクされた、先細りのテーパが施されたチップ・セグメント２４上に誘電体を蒸着する工程、および残留マスク材料を除去し、構造４０Ａ、４０Ｃの規則的なアレイの製造を完成するべくプラズマ・エッチングを実施する工程が含まれている。また、この製造方法には、先細りのテーパが施されたセグメント２４および構造４０Ａ、４０Ｃの上への金属層３６Ａ、３６Ｃの蒸着を実施する工程が含まれている。たとえば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Ｇｉｒｓｈ  Ｂｌｕｍｂｅｒｇによる２００４年４月１４日出願の米国特許出願第１０／８２４，２４５号（本明細書においては「’２４５特許出願」）に、光ファイバ・デバイス１４Ａ、１４Ｃの製造に適した例示的プロセスが記載されている。
【００３７】
光ファイバ・デバイス１４Ｂの場合、構造４０Ｂは、先細りのテーパが施されたセグメント２４の外部表面３４のリング様ピットを充填するべく展開した金属層３６Ｂのディンプルである。
【００３８】
この光ファイバ・デバイス１４Ｂも、先細りのテーパが施されたチップ・セグメントを有する単一モード・ファイバ、たとえば上で説明した先端が引っ張られた光ファイバから製造することができる。製造には、先細りのテーパが施されたチップ・セグメント２４上にリソグラフィを使用してマスクを形成する工程、ガラス・エッチングを使用して、先細りのテーパが施されたチップ・セグメント２４にエッチングを施す工程、および残留マスク材料を除去するべくプラズマ・エッチングを施す工程が含まれている。エッチング工程により、先細りのテーパが施されたチップ・セグメント２４の外部側面３４にリング様ピットの規則的なアレイが生成される。また、製造には、リング形ピットを充填し、かつ、金属層３６Ｂおよび構造４０Ｂのアレイを生成するべく、先細りのテーパが施されたセグメント２４上への金属層３６Ｂの蒸着を実施する工程が含まれている。たとえば’２４５特許出願に、光ファイバ・デバイス１４Ｂの製造に適した例示的プロセスが記載されている。
【００３９】
光ファイバ・デバイス１４Ｃは、光ファイバ１４の端面２６を覆っている金属共振器を備えている。照射光を反射する金属共振器は、先細りのテーパが施されたセグメント２４内に定在波フィールド分布を生成することができる。このようなフィールド分布は、金属層３６Ｃの外部表面３８上に位置している標本の化学種８を励起するためのエバネッセント・フィールドの生成に有利である。
【００４０】
図３Ｄを参照すると、光ファイバ・デバイス１４Ｄは、先細りのテーパが施されたセグメント２４を有しており、その領域２８部分の直径は、単一モード光ファイバ１４が移送するようになされた照射光の波長より著しく小さくなっている。先細りのテーパが施されたセグメント２４のこの領域２８部分の直径の小ささが、伝搬する光に、構造の周期的なアレイのない表面３４に沿った表面プラズモンを生成させている。
【００４１】
光ファイバ・デバイスは、たとえば標準の化学機械研磨プロセスによって光クラッドが部分的に除去され、あるいは完全に除去されたチップ・セグメントを有してもよい。光クラッドが除去されているため、単一モード光ファイバの光コアの側面は、チップ・セグメントの領域内で横方向に露出する。側面は、光コアの中心軸に対して微小角度をなすように製造される。本発明者らは、このような構造により、側面と光コアの中心軸の間の角度が十分に小さいことを条件として、照射光が自由に放射するのではなく、側方領域にエバネッセント・フィールドが生成されると考えている。また、一般的に分厚いクラッド層を除去することにより、領域内の照射フィールドの強度が実質的に増し、延いてはこのようなフィールドによって外部側面上に位置する標本の化学種中に生成される励起が強化される。
【００４２】
図４は、図１に示すシステム１０を使用して化学種をスペクトル分析する方法５０を示したもので、システム１０には、たとえば図２に示す光ファイバ１４あるいは図３Ａ〜３Ｄに示す光ファイバ・デバイス１４Ａ〜１４Ｄのうちのいずれか１つが使用されている。
【００４３】
方法５０には、光が光ファイバの先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントへ伝搬するよう、照射光を光クラッド単一モード光ファイバ中に伝送する工程が含まれている（工程５２）。先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメント中では、光ファイバの単一モード・セグメントの伝搬モードによって光が励起されており、また、先細りのテーパが施されたセグメントが適切な直径を有しているため、照射光が光ファイバの側面から部分的にリークすることはない。適切に先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントを備えた例示的光ファイバ１４は、図２、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄに示すセグメント２４、２５を備えている。
【００４４】
方法５０には、照射光の伝送に応答して、光ファイバの先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントに隣接して生成されるエバネッセント電磁界を使用して標本の化学種を励起する工程が含まれている（工程５４）。標本の化学種は、光ファイバの先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントの外側に横方向に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメント中の照射光によってエバネッセント・フィールドが生成されている。他の実施形態では、照射光が、先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントの側面に沿って伝搬する表面プラズモンを生成し、生成された表面プラズモンがエバネッセント・フィールドの少なくとも一部を生成している。
【００４５】
方法５０には、標本の化学種がその励起に応答して放出する光を集光する工程が含まれている（工程５６）。集光デバイスは、先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントの側面に向かって開いた入口開口を有している。集光デバイスは、図２、３Ａ〜３Ｄに示すデバイス１６のような１つまたは複数の光学レンズおよび視野開口を備えることができる。集光デバイスは、先細りのテーパが施されたセグメントもしくは部分的に非クラッドのセグメントによって境界が画定される立体角の外側の光を阻止し、それにより集光デバイス内の背景光を低減している。詳細には、集光デバイスは、光ファイバの端部からの照射光を阻止している。
【００４６】
方法５０には、集光した光の強度を測定し、測定した強度から標本の化学種のスペクトルを決定する工程が含まれている（工程５８）。例示的スペクトルには、二次放出スペクトルおよびラマン・スペクトルが含まれている。
【００４７】
当業者には、本明細書、図面および本出願の特許請求の範囲に照らして、本発明の他の実施形態が明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】標本のスペクトル分析を実行するためのシステムのブロック図である。
【図２】図１に示すシステムの一実施形態に使用される照射光ファイバの先端部分の拡大横断面図である。
【図３Ａ】図１に示すシステムの他の実施形態のための照射光ファイバ・デバイスの拡大横断面図である。
【図３Ｂ】図１に示すシステムの他の実施形態のための照射光ファイバ・デバイスの拡大横断面図である。
【図３Ｃ】図１に示すシステムの他の実施形態のための照射光ファイバ・デバイスの拡大横断面図である。
【図３Ｄ】図１に示すシステムの他の実施形態のための照射光ファイバ・デバイスの拡大横断面図である。
【図４】図１に示すシステムを使用して標本をスペクトル分析する方法を示す流れ図である。
【図１】
0004818636.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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