(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面光導波路または光ファイバと、
前記平面光導波路の一端面または前記光ファイバの一端面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンと、
前記平面光導波路の端面または前記光ファイバの端面に配置されたグラフェンと向かい合うように設けられ、前記グラフェンとの間に電圧を印加することが可能な対向電極とを備え、
前記グラフェンと前記対向電極とが間に被測定試料が存在する状態で対向するように配置され、前記平面光導波路または前記光ファイバから測定光を前記被測定試料に照射し、前記被測定試料からの反射光を前記平面光導波路または前記光ファイバで受光することを特徴とする光センサプローブ。
【請求項２】
請求項１記載の光センサプローブにおいて、
前記対向電極の表面積は、前記グラフェンの表面積よりも２倍以上大きいことを特徴とする光センサプローブ。
【請求項３】
第１、第２の２つの平面光導波路または第１、第２の２つの光ファイバと、
前記第１、第２の平面光導波路の各々の一端面または前記第１、第２の光ファイバの各々の一端面に、前記第１、第２の平面光導波路の伝搬光または前記第１、第２の光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェンとを備え、
前記グラフェンで覆われた前記第１の平面光導波路の端面または前記グラフェンで覆われた前記第１の光ファイバの端面と、前記グラフェンで覆われた前記第２の平面光導波路の端面または前記グラフェンで覆われた前記第２の光ファイバの端面とが間に被測定試料が存在する状態で対向するように、前記第１、第２の平面光導波路または前記第１、第２の光ファイバが配置され、前記第１の平面光導波路または前記第１の光ファイバから測定光を前記被測定試料に照射し、前記被測定試料からの透過光を前記第２の平面光導波路または前記第２の光ファイバで受光することを特徴とする光センサプローブ。
【請求項４】
請求項３記載の光センサプローブにおいて、
前記２つの平面光導波路の間隔または前記２つの光ファイバの間隔は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする光センサプローブ。
【請求項５】
平面光導波路または光ファイバと、
前記平面光導波路のコアまたは前記光ファイバのコアが分断され、分断されたコアが対向する両壁面に露出するように、前記平面光導波路または前記光ファイバに形成された溝と、
前記平面光導波路の溝の両壁面または前記光ファイバの溝の両壁面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを備え、
前記平面光導波路または前記光ファイバが前記溝の中に被測定試料が存在するように配置され、前記溝で分断されて対向する前記平面光導波路のコアまたは前記光ファイバのコアのうちの一方のコアから測定光を前記被測定試料に照射し、前記被測定試料からの透過光を他方のコアで受光することを特徴とする光センサプローブ。
【請求項６】
請求項５記載の光センサプローブにおいて、
前記溝の光伝搬方向の幅は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする光センサプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路または光ファイバの伝搬光を被測定試料に照射し、被測定試料からの反射光または透過光を受光するための光センサプローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１でも示されるように、グラフェンは、炭素原子とその結合からできた蜂の巣のような平面六角形格子構造を有するｓｐ結合炭素原子のシートであり、単層〜数原子層の２次元構造を有するシート構造物である。
グラフェンは、厚さが約０．３ｎｍの非常に薄い状態でも安定な物質であることから、単位面積当たりの質量が０．７７ｍｇ／ｍ2と非常に軽量なシート状材料としての特徴を有している。
【０００３】
また、グラフェンは、弾性限界が約２０％ある上に、破壊強度が１３０ＧＰａ以上であるため、非常に強靭な物質であるとともに、ヤング率が鉄の５倍となる約１．１ＴＰａであり、非常に機械的強度に優れた材料でもあるとともに、酸・アルカリなどに対する化学的安定性や熱的安定性も優れている。
【０００４】
さらに、グラフェン面内方向に約２３００Ｗ／ｍＫのダイアモンドを超える約５，０００Ｗ／ｍＫの熱伝導度を有し、欠陥が無ければ高圧のＨｅ気体も遮蔽可能であるガスバリアー性をも有している。
【０００５】
グラフェンの電子的性質は、ほとんどの既存の３次元的材料とは異なり、半金属、あるいはバンドギャップがゼロの半導体としての性質を有している。この性質の原因は、グラフェンの二次元的な六角形のブリュアンゾーンにおける６個の頂点付近で、低エネルギーでのエネルギーの分散関係（Ｅ−ｋ）が直線的となり、ディラックコーンと呼ばれる線形分散の特異なバンド構造のため、スピン１／２の粒子に関するディラック方程式で記述される相対論的粒子のように振舞うためと考えられており、キャリア電子の有効質量がゼロとなる。
【０００６】
このため、グラフェンは、室温下でＧａＡｓの約３０倍（ＧａＡｓのキャリア移動度：８５００（ｃｍ2／Ｖｓ））、Ｓｉの１００倍以上の約２０００００ｃｍ2／Ｖｓ以上の非常に高いキャリア移動度を有する。
【０００７】
また、グラフェンは、電流密度の許容量も大きく、銅の電流密度（１０6Ａ／ｃｍ2）の１０００倍以上の高い１０8Ａ／ｃｍ2以上の耐電流密度を有していることが見出されているため、高速電子デバイスへの応用やパワーデバイスへの応用も期待されている。
【０００８】
また前記の通り、グラフェンの電子的性質は、ディラックコーンと呼ばれる線形分散を有するバンド構造を有するため、半金属、あるいはバンドギャップがゼロの半導体としての特徴を持つことから、グラフェンの光学的性質は、バンドギャップによる特定の吸収光波長帯を持たず、原理的に光波長に依存しない。可視光帯では、π−π*の電子励起による光吸収が起こるが、単原子層での垂直光透過率で９７．７％の光透過性を有しており、単原子層で優れた電気伝導性を有していながら、優れた光透過性をも有している。
【０００９】
ところで、一般的に光ファイバおよび石英系光導波路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）は、ＳｉＯ2のクラッド中に、Ｇｅなどをドーピングし、使用光波長帯でクラッドより屈折率を高めたコア部分を形成し、コア部分を中心に光が伝搬する構造となっている。
光ファイバおよび石英系光導波路は優れた光透過性と光制御性を有するため、これまで様々な光通信デバイスの光回路部品や伝送線路として実用化されてきた。
【００１０】
しかし、光ファイバおよび石英系光導波路は主要材料がＳｉＯ2などの酸化物であることから、優れた電気絶縁性を有するが、電気伝導性を持たせるためには、金属等の導電性材料によって電極を形成する必要がある。導電性材料としては、一般的に金属が挙げられるが、光透過性に乏しい。また、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯなどの透明導電性材料についても、それらのバンド構造に起因して、たとえ可視光帯で透明であっても、赤外光域では不透明な材料が多いのが実状である。
そのため、光ファイバおよび石英系光導波路に導電性の機能を付与する場合、伝搬光を遮る部分に導電性材料を形成するのは、特に赤外光域では困難であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】越野幹人，“グラフェンの物性基礎”，炭素，炭素材料学会，Ｎｏ．２４３，ｐｐ．１０４−１０９，２０１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
これまで光ファイバや光導波路を用いた光センサとしては、単純に伝搬光路の途中に被測定試料を挿入し、透過光スペクトルや反射光スペクトルを測定するものや、光ファイバ先端から測定光を照射し、光ファイバに戻ってくる反射光のスペクトルを測定するもの等が挙げられる。
【００１３】
しかし、その場合は、単純に光スペクトルを検出するのみで、被測定量に対するＳ／Ｎ比（信号とノイズの強度比）を向上させるための機能や、静電的状態に応じた電気的に被測定物質を選別する機能、電子注入により発光する電気化学ルミネセンスの機能などを有していない。
【００１４】
既存の電気化学ルミネッセンスを測定する光センサプローブとしては、光ファイバの先端にＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明な導電性薄膜を被覆しているものが挙げられる。しかし、前述のとおり、これらの導電性薄膜は赤外光域では不透明な材料が多いため、光センサプローブで可視光域の蛍光を検出することは可能であっても、可視光域〜赤外光域の広帯域な同時測定は困難であった。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光センサプローブに電気的な機能を付与することができ、かつ広帯域な測定が可能な光センサプローブ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】
【００１６】
本発明の光センサプローブは、平面光導波路または光ファイバと、前記平面光導波路の一端面または前記光ファイバの一端面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンと、前記平面光導波路の端面または前記光ファイバの端面に配置されたグラフェンと向かい合うように設けられ、前記グラフェンとの間に電圧を印加することが可能な対向電極とを備え、前記グラフェンと前記対向電極とが間に被測定試料が存在する状態で対向するように配置され、前記平面光導波路または前記光ファイバから測定光を前記被測定試料に照射し、前記被測定試料からの反射光を前記平面光導波路または前記光ファイバで受光することを特徴とするものである。
また、本発明の光センサプローブの１構成例において、前記対向電極の表面積は、前記グラフェンの表面積よりも２倍以上大きいことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の光センサプローブは、第１、第２の２つの平面光導波路または第１、第２の２つの光ファイバと、前記第１、第２の平面光導波路の各々の一端面または前記第１、第２の光ファイバの各々の一端面に、前記第１、第２の平面光導波路の伝搬光または前記第１、第２の光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェンとを備え、前記グラフェンで覆われた前記第１の平面光導波路の端面または前記グラフェンで覆われた前記第１の光ファイバの端面と、前記グラフェンで覆われた前記第２の平面光導波路の端面または前記グラフェンで覆われた前記第２の光ファイバの端面とが間に被測定試料が存在する状態で対向するように、前記第１、第２の平面光導波路または前記第１、第２の光ファイバが配置され、前記第１の平面光導波路または前記第１の光ファイバから測定光を前記被測定試料に照射し、前記被測定試料からの透過光を前記第２の平面光導波路または前記第２の光ファイバで受光することを特徴とするものである。
また、本発明の光センサプローブの１構成例において、前記２つの平面光導波路の間隔または前記２つの光ファイバの間隔は、１μｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００１８】
また、本発明の光センサプローブは、平面光導波路または光ファイバと、前記平面光導波路のコアまたは前記光ファイバのコアが分断され、分断されたコアが対向する両壁面に露出するように、前記平面光導波路または前記光ファイバに形成された溝と、前記平面光導波路の溝の両壁面または前記光ファイバの溝の両壁面に、前記平面光導波路の伝搬光または前記光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを備え、前記平面光導波路または前記光ファイバが前記溝の中に被測定試料が存在するように配置され、前記溝で分断されて対向する前記平面光導波路のコアまたは前記光ファイバのコアのうちの一方のコアから測定光を前記被測定試料に照射し、前記被測定試料からの透過光を他方のコアで受光することを特徴とするものである。
また、本発明の光センサプローブの１構成例において、前記溝の光伝搬方向の幅は、１μｍ以上１０ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、平面光導波路または光ファイバと、平面光導波路の一端面または光ファイバの一端面に、平面光導波路の伝搬光または光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを設けることにより、光センサプローブに電気的な機能を付与することができる。本発明では、グラフェン電極による電界印加やキャリア注入によって被測定試料の密度増加などを引き起こすことができ、気体や液体の被測定試料の光強度、光スペクトル測定において、Ｓ／Ｎ比の向上や、光物性評価が可能となる。また、本発明の光センサプローブをアレイ状に配置することにより、これまで得にくかった多波長同時測定や多点同時測定も可能となる。これにより、医療分野、材料分析分野、環境センシング分野で有用な光センサプローブを実現することが可能となり、その産業上の利用価値は極めて大である。また、光センサプローブをアレイ状に一括で作製することが可能であるため、小型化や、低コスト化が期待できる。また、本発明では、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明な導電性薄膜の代わりに、電極としてグラフェンを用いることにより、可視光域〜赤外光域の広帯域な同時測定を実現することができる。また、本発明では、マイクロ流体チップ（μＴＡＳ）やマイクロリアクターのような液体流路と光センサプローブとを組み合わせることも可能であり、流路を流れる液体の連続測定や、多チャンネル同時測定などを実現することができる。
【００２０】
また、本発明では、平面光導波路の端面または光ファイバの端面に配置されたグラフェンと向かい合うように対向電極を設け、グラフェンと対向電極間に電圧を印加することにより、グラフェンの表面に被測定試料を吸着させることができ、Ｓ／Ｎ比の向上や測定感度の高感度化が可能である。また、被測定試料に外力を印加した状態での光測定も可能となる。さらに、グラフェンと対向電極間に電圧を印加して、グラフェンの表面から被測定試料中に電子などのキャリアを注入することにより、電気化学ルミネセンスを起こすことが可能である。
【００２１】
また、本発明では、２つの平面光導波路または２つの光ファイバと、２つの平面光導波路の各々の一端面または２つの光ファイバの各々の一端面に、平面光導波路の伝搬光または光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェンとを設け、グラフェンで覆われた２つの平面光導波路の端面同士またはグラフェンで覆われた２つの光ファイバの端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、２つの平面光導波路の間または２つの光ファイバの間で光が伝搬可能なように、２つの平面光導波路または２つの光ファイバを対向配置することにより、被測定試料からの反射光だけでなく、被測定試料を透過した透過光の測定も行えるようになる。また、本発明では、対向する２つの平面光導波路または対向する２つの光ファイバのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェンに異なる電位を印加すれば、異なる電位における反射光と透過光とを検出することができる。また、本発明では、２つのグラフェンに交流電圧を印加することにより、被測定試料を配向させることが可能となる。また、本発明では、対向する２つの平面光導波路の組、または対向する２つの光ファイバの組をアレイ状に複数配置した光センサプローブを作製することにより、散乱光についても測定することが可能である。
【００２２】
また、本発明では、平面光導波路または光ファイバと、平面光導波路のコアまたは光ファイバのコアが分断され、分断されたコアが対向する両壁面に露出するように、平面光導波路または光ファイバに形成された溝と、平面光導波路の溝の両壁面または光ファイバの溝の両壁面に、平面光導波路の伝搬光または光ファイバの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェンとを設けることにより、被測定試料からの反射光だけでなく、被測定試料を透過した透過光の測定も行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光センサプローブの断面図および正面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る光センサプローブの断面図および正面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る光センサプローブを用いた測定例を説明する模式図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る光センサプローブを用いた別の測定例を説明する模式図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブの断面図および正面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブの他の構成例を示す断面図および正面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブの他の構成例を示す断面図および正面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブを用いた測定例を説明する模式図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る光センサプローブの断面図および正面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る光センサプローブの他の構成例を示す断面図および正面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る光センサプローブの他の構成例を示す断面図および正面図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態に係る光センサプローブの製造方法を説明する断面図および正面図である。
【図１３】本発明の第７の実施の形態に係る光センサプローブの製造方法を説明する断面図および正面図である。
【図１４】本発明の第８の実施の形態に係る光センサプローブの製造方法を説明する断面図および正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［発明の原理］
発明者は、前記の課題に鑑み鋭意検討した結果、光ファイバや平面光導波路の出射光部分にグラフェンを用いた電極を形成することにより、出射光をわずかに減衰させるだけで、電界印加や、被測定物の収集機能を実現できることを見出した。さらに、本発明の光センサプローブを用いることにより、電気化学ルミネッセンスの電極としても利用可能である。
【００２５】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る光センサプローブの断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の光センサプローブを被測定試料側から見た正面図である。本実施の形態の光センサプローブは、平面光導波路１と、平面光導波路１の一端面に、平面光導波路１の伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェン２とを備えることを特徴とするものである。
【００２６】
平面光導波路１は、下部クラッド層４と、下部クラッド層４の上に形成される光導波路コア５と、下部クラッド層４の上に光導波路コア５を覆うように形成される上部クラッド層６とから構成される。
平面光導波路１の上面および下面に配置されるグラフェン２の端部には電極３が形成される。
【００２７】
平面光導波路１は、前述のとおり、ＳｉＯ2からなるクラッド層４，６中に、Ｇｅなどをドーピングして、使用光波長帯でクラッド層４，６よりも屈折率を高めた光導波路コア５を形成した構造であり、光導波路コア５の部分を中心に光が伝搬するようになっている。平面光導波路１では、ＧｅをドーピングしたＳｉＯ2以外に、ＳｉＯＮ、ＡｌＯ2、Ｔａ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｓｉなどを光導波路コア５の材料として用いることができる。
【００２８】
図示しない測定装置を出射した測定光は、図１（Ａ）に示すように平面光導波路１に入射して平面光導波路１中を伝搬し、先端のグラフェン２を透過して、液体や気体などの被測定試料（不図示）に照射される。被測定試料からの反射光および多重散乱光の一部が元の平面光導波路１に入射し、平面光導波路１中を測定光と逆方向に伝搬して測定装置に戻る。測定装置が平面光導波路１からの戻り光をスペクトル強度分析することによって、被測定試料の物性情報を得ることができる。
【００２９】
このとき、単原子層のグラフェンを透過する際に生じる光損失は、グラフェンに対する垂直光１回透過で原理的に約２．３％と僅かな量である。したがって、前記のように被測定試料の反射光を測定する場合には、単原子層のグラフェンに対して垂直光が２回透過することになるので、この２回の透過の際に生じる光損失は約４．６％程度と非常に小さい。
【００３０】
ただし、単原子層グラフェンで光損失が約２．３％と僅かであっても、複数原子層であればグラファイトのような光物性が生じ光損失も増加してくるため、単原子層以上１０原子層未満のグラフェン２を用いることが必要となる。光損失の低減化としては、グラフェン２の原子層は単原子層に近く薄い方が望ましい。さらに、２原子層以上のグラフェン２になると、ディラックコーンだけでなくバンドギャップを有するため、光学的に低損失、かつ光波長が広帯域の特性を実現するためには、単原子層のグラフェン２であることがより望ましい。
【００３１】
また、単原子層のグラフェン２は前述のとおり２．３％の白色光を吸収するが、比較的長光波長での光透過性も有することから、特に光波長１０００〜３０００ｎｍの領域で、本実施の形態の光センサプローブを使用することが望ましい。
【００３２】
図１（Ａ）、図１（Ｂ）の平面光導波路１の光導波路コア５の幅をテーパ状に広げるなどして、測定光の被測定試料への光分布を大きく取ることや、平面光導波路１から出射される伝搬光の開口度（ＮＡ）を小さくして、反射戻り光が光導波路コア５に戻り易くする構造を用いることも望ましい。
【００３３】
また、１本の平面光導波路１だけでなく、複数の平面光導波路１を一定周期でアレイ状に配置した光センサプローブを作製することも可能である。複数の平面光導波路１の各々に対して図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示したような構造を作製し、複数の平面光導波路１への測定光の同時出力及び複数の平面光導波路１からの戻り光の同時入力が可能な測定装置を使用すれば、一定周期での被測定試料の面内分布を同時測定することが可能である。また、各平面光導波路１の測定結果の時間変化を分析することにより被測定試料の液体や気体などの流速、流量を測定することも可能となる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態では、平面光導波路１の先端部に導電性のグラフェン２を配置することにより、電界印加や、被測定物の収集などの電気的な機能を光センサプローブに付与することができ、またＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明な導電性薄膜の代わりに、電極としてグラフェン２を用いることにより、可視光域〜赤外光域の広帯域な同時測定を実現することができる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る光センサプローブの断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の光センサプローブを被測定試料側から見た正面図である。本実施の形態の光センサプローブは、光ファイバ１１と、光ファイバ１１の一端面に、光ファイバ１１の伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェン１２とを備えることを特徴とするものである。
【００３６】
光ファイバ１１は、クラッド１４と、クラッド１４中に配置されるコア１５とから構成される。第１の実施の形態と同様に、グラフェン１２の端部には電極１３が形成される。本実施の形態の例では、Ｖ溝基板１６とガラス製の押え板１７で光ファイバ１１を挟むようにして固定している。
【００３７】
光ファイバ１１は、前述のとおり、ＳｉＯ2からなるクラッド１４中に、Ｇｅなどをドーピングし、使用光波長帯でクラッド１４より屈折率を高めたコア１５を形成した構造であり、コア１５の部分を中心に光が伝搬するようになっている。
【００３８】
図示しない測定装置を出射した測定光は、図２（Ａ）に示すように光ファイバ１１に入射して光ファイバ１１中を伝搬し、先端のグラフェン１２を透過して、液体や気体などの被測定試料（不図示）に照射される。被測定試料からの反射光および多重散乱光の一部が元の光ファイバ１１に入射し、光ファイバ１１中を測定光と逆方向に伝搬して測定装置に戻る。測定装置が光ファイバ１１からの戻り光をスペクトル強度分析することによって、被測定試料の物性情報を得ることができる。
【００３９】
第１の実施の形態と同様に、グラフェン１２としては、単原子層以上１０原子層未満のグラフェンを用いることが必要となる。
また、第１の実施の形態と同様に、光ファイバ１１のコア１５の幅を熱処理による熱拡散でテーパ状に広げるなどして、測定光の被測定試料への光分布を大きく取ることや、光ファイバ１１から出射される伝搬光の開口度（ＮＡ）を小さくして、反射戻り光がコア１５に戻り易くする構造を用いることも望ましい。
【００４０】
また、第１の実施の形態と同様に、１本の光ファイバ１１だけでなく、複数の光ファイバ１１を一定周期でアレイ状に配置した光センサプローブを作製することも可能である。複数の光ファイバ１１の各々に対して図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示したような構造を作製し、複数の光ファイバ１１への測定光の同時出力及び複数の光ファイバ１１からの戻り光の同時入力が可能な測定装置を使用すれば、一定周期での被測定試料の面内分布を同時測定することが可能である。また、各光ファイバ１１の測定結果の時間変化を分析することにより被測定試料の液体や気体などの流速、流量を測定することも可能となる。
以上のようにして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係る光センサプローブを用いた測定例を説明する模式図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の光センサプローブは、第１の実施の形態で説明した平面光導波路１とグラフェン２に加えて、平面光導波路１の先端面のグラフェン２と向かい合うように設けられた対向電極７と、グラフェン２と対向電極７間に電圧を印加する電圧印加手段８とを備えるものである。
【００４２】
グラフェン２に電圧を印加しない場合には、測定光と被測定試料からの反射光とがグラフェン２を透過するのみで、単純に測定光を被測定試料に照射して反射光を受光する光センサプローブとして機能する。これに対して、電圧印加手段８によりグラフェン２と対向電極７間に電圧を印加することにより、グラフェン２の表面をプラス電位またはマイナス電位にすることが可能となる。
【００４３】
例えば、図３に示すように媒体２０中に拡散している被測定試料２１の表面がマイナス電位に帯電している場合、グラフェン２にプラス電圧を印加すれば、グラフェン２の表面に被測定試料２１を吸着させることが可能となる。
【００４４】
通常の状態では液体や気体などの媒体２０中に拡散していた被測定試料２１を平面光導波路１の先端に集めることが可能となり、平面光導波路１の先端に集められた被測定試料２１に対して、平面光導波路１の先端のグラフェン２を透過して測定光が照射され、被測定試料２１からの反射光がグラフェン２を透過して平面光導波路１に戻ることになるので、被測定試料２１に照射される測定光の強度と平面光導波路１に戻る反射光の強度とを高めることができる。その結果、反射光のスペクトル光強度などの測定時に測定信号強度を高めることが可能となり、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。また、測定感度の高感度化が可能である。
【００４５】
被測定試料２１の表面がプラス電位に帯電している場合には、グラフェン２にマイナス電位を印加すれば、グラフェン２の表面に被測定試料２１を吸着させることができ、図３の場合と同様の効果を得ることができる。つまり、本実施の形態では、グラフェン２と対向電極７間に印加する電圧を調整することにより、被測定試料２１の表面電位に応じて信号強度を増強することが可能となる。
【００４６】
また、図４に示すように被測定試料２１が電気的に中性な粒子であっても電界によって分極し、グラフェン２によって生じた局所的な電界（電位勾配）が、被測定試料２１に対して一様ではなく、グラフェン２の表面の電界密度が高くなるような電界集中の状態が生じる状態にすれば、電界強度の強度差による電気泳動力によって、グラフェン２側に中性の被測定試料２１を集めることが可能となる。このとき、直流電界中の半径Ｒの粒子に働く誘電泳動力Ｆは、以下の式で表される。
Ｆ＝２πε1Ｒ＾３（（ε2−ε1）／（ε1＋ε2））∇Ｅ             ・・・（１）
【００４７】
ここでε1は被測定試料２１の媒質の誘電率、ε2は被測定試料２１となる中性粒子の誘電率、Ｅは電界であり、∇Ｅは電界分布の勾配で電界集中度合いを表している。式（１）より電界方向が逆（マイナス）になっても、中性粒子の分極が逆（マイナス）になるため、逆方向の電界でも、交流電界でも同じ方向への電気泳動力が働くこととなる特徴を有する。
【００４８】
また、本実施の形態のようにグラフェン２と対向電極７間に電圧を印加すれば、グラフェン２と被測定試料とに生じる電位差による静電力によって、被測定試料に外力を与えることが可能となるため、被測定試料に外力を印加した状態での反射光の測定も可能となる。
【００４９】
加えて、グラフェン２と対向電極７間に電圧を印加すれば、グラフェン２の表面から被測定試料中に電子などのキャリアを注入することにより、電気化学ルミネセンスを起こすことが可能である。そのため、例えば電気化学ルミネセンスの発光材料を追跡用マーカとして被測定試料に加え、光センサプローブに接続された測定装置によって被測定試料からの電気化学ルミネセンスの発光を測定すれば、被測定試料の状態変化を測定することが可能となる。
【００５０】
なお、対向電極７の表面積は、グラフェン２の表面積よりも２倍以上大きいことが望ましい。対向電極７の表面積がグラフェン２の表面積よりも２倍以上大きい場合には、グラフェン２によって生じた局所的な電界（電位勾配）が、被測定試料に対して一様ではなく、グラフェン２の表面の電界密度が高くなるような電界集中の状態となり、たとえ液体中の被測定試料が電気的に中性であっても、電界強度の強いグラフェン２の表面に向かう電気泳動力が働く。
【００５１】
また、この電気泳動力は、定電位でなく、交流電位でも電界強度の強い方向に働く特徴を有している。この電気泳動力によって、例えば液体中のポリスチレン球などの中性材料もグラフェン２の表面に集めることが可能となり、光測定のＳ／Ｎ比を高めることができる。対向電極７の表面積は、原理的にはグラフェン２の表面積の２倍以上でなくてもよいが、実際にはグラフェン２の表面の汚染や被測定試料の環境の影響もあり、グラフェン２の表面積の２倍以上であることが望ましい。
【００５２】
なお、本実施の形態では、平面光導波路１を例に挙げて説明しているが、光ファイバ１１を用いる第２の実施の形態に、対向電極７を設ける本実施の形態の構造を適用してもよい。
【００５３】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図５（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る光センサプローブの断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の光センサプローブを透過光の出射側から見た正面図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。
【００５４】
本実施の形態の光センサプローブは、２つの平面光導波路１ａ，１ｂと、２つの平面光導波路１ａ，１ｂの各々の一端面に、平面光導波路１ａ，１ｂの伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェン２とを設け、グラフェン２で覆われた２つの平面光導波路１ａ，１ｂの端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、２つの平面光導波路１ａ，１ｂの間で光が伝搬可能なように、２つの平面光導波路１ａ，１ｂを対向配置したことを特徴とするものである。
【００５５】
平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの構造は、第１の実施の形態で説明した平面光導波路１と同じである。
本実施の形態では、前記のようにグラフェン２で覆われた２つの光導波路コア５の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合うように２つの平面光導波路１ａ，１ｂを対向配置する必要があるので、実際の光センサプローブの構造としては、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように２つの平面光導波路１ａ，１ｂを支持板９などに固定した構造とすればよい。
【００５６】
また、別の構成として、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、１つの平面光導波路１に溝１０を形成し、この溝１０の部分にグラフェン２を形成することにより、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）と同様の構造を実現するようにしてもよい。この図７（Ａ）、図７（Ｂ）の構造では、平面光導波路１の光導波路コア５が分断され、分断されたコア５が対向する両壁面に露出するように、平面光導波路１に溝１０を形成し、溝１０の両壁面に、平面光導波路１の伝搬光と交差するように単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェン２を配置すればよい。
【００５７】
第１の実施の形態では、被測定試料からの反射光のみを測定できるだけであったが、本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの端面間に存在する被測定試料２１からの反射光だけでなく、平面光導波路１ｂの出力側に接続された測定装置（不図示）によって被測定試料２１を透過した透過光の測定も行えるようになる。
【００５８】
本実施の形態では、１つの電位での測定を行う目的では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェン２の電位を同一電位とすることが望ましい。
【００５９】
しかし、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの距離が光導波路コア５の幅に比べて十分大きい場合には、図８に示すように測定光入力・反射光出力側の平面光導波路１ａの光導波路コア５に戻る反射光の強度は、対向する透過光出力側の平面光導波路１ｂのグラフェン２の表面からの反射光の強度よりも十分に大きくなる。したがって、測定光入力・反射光出力側の平面光導波路１ａのグラフェン２の表面に吸着された被測定試料２１からの反射光のみを、平面光導波路１ａの入力側（図８左側）に接続された測定装置（不図示）によって測定可能である。
【００６０】
一方、透過光出力側の平面光導波路１ｂ中を伝搬する光には、測定光入力・反射光出力側の平面光導波路１ａのグラフェン２の表面に吸着された被測定試料２１を透過した光だけでなく、透過光出力側の平面光導波路１ｂのグラフェン２の表面に吸着された被測定試料２１を透過した光が含まれるため、平面光導波路１ｂの出力側（図８右側）に接続された測定装置（不図示）によって、対向する２つのグラフェン２の表面に吸着された被測定試料２１の透過光の同時測定が可能となる。
【００６１】
加えて、本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェン２に異なる電位（例えば電位Ａと電位Ｂ）を印加すれば、一方の平面光導波路１ａの入力側に接続された測定装置では電位Ａにおける被測定試料からの反射光を検出することができ、他方の平面光導波路１ｂの出力側に接続された測定装置では電位Ｂにおける被測定試料からの透過光を検出することができる。
【００６２】
さらに、本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェン２に一定電圧でなく、交流電圧を印加するようにしてもよい。交流電圧を印加することにより、被測定試料を配向させることが可能となるため、測定光に偏向光を用いることにより、被測定試料の二色性などの配向度や偏光解析が可能となる。
【００６３】
また、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの組をアレイ状に複数配置した光センサプローブを作製することにより、散乱光についても測定することが可能である。散乱光を測定する場合には、例えば１つの平面光導波路１ａから入射した測定光を、対向する複数の平面光導波路１ｂによって受光し、この複数の平面光導波路１ｂの出力側に接続された測定装置によってスペクトル強度や偏光強度の分析をすることにより、散乱光の評価ができる。
【００６４】
本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの間隔を１μｍ以上１０ｍｍ以下とすることが望ましい。本実施の形態では、対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂのそれぞれの端面を覆うように設けられた２つのグラフェン２を透過して測定光が伝搬する必要があるため、２つの平面光導波路１ａ，１ｂの間隔が長くなると光損失が大きくなってしまうので、１０ｍｍ以下の間隔であることが必要である。また、気体や液体などの被測定試料を対向する２つの平面光導波路１ａ，１ｂの間に入れる必要があるため、間隔が１μｍ未満では実用上困難となる。
【００６５】
また、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した構成においても、対向する２つの光導波路コア５の間隔、すなわち溝１０の光伝搬方向（図７（Ａ）左右方向）の幅は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００６６】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図９（Ａ）は本発明の第５の実施の形態に係る光センサプローブの断面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の光センサプローブを透過光の出射側から見た正面図であり、図２（Ａ）、図２（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。
【００６７】
本実施の形態の光センサプローブは、２つの光ファイバ１１と、２つの光ファイバ１１の各々の一端面に、光ファイバ１１の伝搬光と交差するように配置された単原子層もしくは１０原子層未満の２つのグラフェン２とを設け、グラフェン２で覆われた２つの光ファイバ１１の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、２つの光ファイバ１１の間で光が伝搬可能なように、２つの光ファイバ１１を対向配置したことを特徴とするものである。
【００６８】
光ファイバ１１ａ，１１ｂのそれぞれの構造は、第２の実施の形態で説明した光ファイバ１１と同じである。
本実施の形態では、前記のようにグラフェン２で覆われた２つのコア１５の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合うように光ファイバ１１ａ，１１ｂを対向配置する必要があるので、実際の光センサプローブの構造としては、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように２つの光ファイバ１１ａ，１１ｂを支持板９などに固定した構造とすればよい。
【００６９】
また、別の構成として、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、１本の光ファイバ１１に溝１０を形成し、この溝１０の部分にグラフェン２を形成することにより、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）と同様の構造を実現するようにしてもよい。この図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）の構造では、光ファイバ１１のコア１５が分断され、分断されたコア１５が対向する両壁面に露出するように、光ファイバ１１に溝１０を形成し、溝１０の両壁面に、光ファイバ１１の伝搬光と交差するように単原子層もしくは１０原子層未満のグラフェン１２を配置すればよい。
【００７０】
本実施の形態の光センサプローブを用いた光測定の方法は第４の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
第４の実施の形態と同様に、対向する２つの光ファイバ１１ａ，１１ｂの間隔は１μｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００７１】
また、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示した構成においても、対向する２つのコア１５の間隔、すなわち溝１０の光伝搬方向（図１１（Ａ）左右方向）の幅は、１μｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００７２】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の光センサプローブの製造方法を説明するものである。図１２（Ａ）、図１２（Ｃ）、図１２（Ｅ）、図１２（Ｇ）、図１２（Ｉ）は光センサプローブの製造方法を説明する断面図、図１２（Ｂ）、図１２（Ｄ）、図１２（Ｆ）、図１２（Ｈ）、図１２（Ｊ）は図１２（Ａ）、図１２（Ｃ）、図１２（Ｅ）、図１２（Ｇ）、図１２（Ｉ）の光センサプローブを被測定試料側から見た正面図である。
【００７３】
まず、平面光導波路のクラッド材料基板（下部クラッド層４）を用意し、このクラッド材料基板の表面に、火炎堆積法（ＦＨＤ：Flame Hydrolysis Deposition）、スパッタ法、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やプラズマＣＶＤ法によりコア材料を堆積し、必要に応じて熱処理を行うことにより、コア層２５を作製する（図１２（Ａ）、図１２（Ｂ））。
【００７４】
コア層２５の表面にフォトレジストによるコアパターンをパターニングし、フッ素プラズマなどで反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）加工することにより光導波路コア５を作製する（図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ））。
【００７５】
続いて、火炎堆積法（ＦＨＤ）、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などにより、下部クラッド層４の上に光導波路コア５を覆うように上部クラッド層６を堆積し、必要に応じて熱処理を行うことにより、平面光導波路を作製する。この平面光導波路を基板劈開やダイシングソーにより切断し、必要に応じ端面を研磨することにより、第１の実施の形態で説明したような端面が平滑な平面光導波路１を得る（図１２（Ｅ）、図１２（Ｆ））。
【００７６】
次に、平面光導波路１の一方の端面にグラフェン２を転写する（図１２（Ｇ）、図１２（Ｈ）））。このグラフェン２の具体的な作製方法としては、剥離法によりグラファイトから粘着シートを用いてグラフェン２を剥離し、平面光導波路１の端面に転写すればよい。
【００７７】
また、ＳｉＣ基板を１５００℃以上で熱分解してグラフェン２を形成した後に粘着シート等で剥離し、平面光導波路１の端面に転写してもよい。あるいは、ＣｕやＮｉなどの金属基板上に化学気相成長（ＣＶＤ）法でグラフェン２を製膜し、ＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate）などの有機膜を支持層にして、金属基板をエッチングし、グラフェン２を平面光導波路１の端面に転写してもよい。そして、転写後にグラフェン２の形状を加工するために、フォトレジストによってパターニングし、酸素プラズマを用いたＲＩＥ加工によりグラフェン２の不要部分を削除する。
【００７８】
その後、配線取り出しのために、グラフェン２の端部にスパッタ法や真空蒸着法で電極金属膜を堆積し、フォトレジストによるリフトオフ法やプラズマエッチング法もしくはイオンエッチング法などにより金属膜を加工して電極３を形成する（図１２（Ｉ）、図１２（Ｊ））。あるいは、銀ペーストなどの導電性接着剤をグラフェン２の端部に塗布して、電気配線接続を行うようにしてもよい。
【００７９】
以上で、第１の実施の形態の光センサプローブの作製が完了する。第３の実施の形態の光センサプローブも同様に作製できることは言うまでもない。
【００８０】
また、第４の実施の形態の図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）で説明した光センサプローブを作製するには、図１２（Ａ）〜図１２（Ｊ）の方法によって平面光導波路１を２つ作製する。そして、グラフェン２で覆われた２つの光導波路コア５の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、かつ２つの平面光導波路１の間で光が伝搬可能なように位置合わせした上で、２つの平面光導波路１を支持板９などに固定すればよい。
【００８１】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第２の実施の形態の光センサプローブの製造方法を説明するものである。図１３（Ａ）、図１３（Ｃ）、図１３（Ｅ）、図１３（Ｇ）は光センサプローブの製造方法を説明する断面図、図１３（Ｂ）、図１３（Ｄ）、図１３（Ｆ）、図１３（Ｈ）は図１３（Ａ）、図１３（Ｃ）、図１３（Ｅ）、図１３（Ｇ）の光センサプローブを被測定試料側から見た正面図である。
【００８２】
光ファイバ１１の場合、そのまま使用することも可能であるが、電極や配線形成のため、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように、Ｖ溝基板１６上に光ファイバ１１を配置する。そして、Ｖ溝基板１６とガラス製の押え板１７で光ファイバ１１を挟むようにして、Ｖ溝基板１６と押え板１７との間に接着剤を充填して硬化させることにより、光ファイバ１１を固定した光ファイバブロックを作製する。このような光ファイバブロックを用いた方がグラフェンの実装や電極加工がし易くなる。
【００８３】
使用する接着剤としては、エポキシ樹脂やアクリレート樹脂系のＵＶ硬化接着剤、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂あるいはシリコーン樹脂系の熱硬化樹脂、湿気硬化性のシアノアクリレート樹脂などが挙げられる。
光ファイバブロックを基板劈開やダイシングソーにより切断し、必要に応じて端面研磨することにより、端面が平滑な光ファイバブロックを得る（図１３（Ｃ）、図１３（Ｄ））。
【００８４】
次に、光ファイバブロックの端面にグラフェン１２を転写する（図１３（Ｅ）、図１３（Ｆ）））。グラフェン１２の作製方法は、第６の実施の形態のグラフェン２の作製方法と同じであるので、説明は省略する。転写後にグラフェン１２の形状を加工するために、フォトレジストによってパターニングし、酸素プラズマを用いたＲＩＥ加工によりグラフェン１２の不要部分を削除する。
【００８５】
最後に、グラフェン１２の端部にスパッタ法や真空蒸着法で電極金属膜を堆積し、フォトレジストによるリフトオフ法やプラズマエッチング法もしくはイオンエッチング法などにより金属膜を加工して電極１３を形成する（図１３（Ｇ）、図１３（Ｈ））。あるいは、銀ペーストなどの導電性接着剤をグラフェン１２の端部に塗布して、電気配線接続を行うようにしてもよい。
以上で、第２の実施の形態の光センサプローブの作製が完了する。
【００８６】
また、第５の実施の形態の図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）で説明した光センサプローブを作製するには、図１３（Ａ）〜図１３（Ｊ）の方法によって光ファイバブロックを２つ作製する。そして、グラフェン２で覆われた２つのコア１５の端面同士が一定距離だけ離れた状態で向かい合い、かつ２つの光ファイバブロックの間で光が伝搬可能なように位置合わせした上で、２つの光ファイバブロックを支持板９などに固定すればよい。
【００８７】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第４の実施の形態の図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した光センサプローブの製造方法を説明するものである。図１４（Ａ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｅ）、図１４（Ｇ）は光センサプローブの製造方法を説明する断面図、図１４（Ｂ）、図１４（Ｄ）、図１４（Ｆ）、図１４（Ｈ）は図１４（Ａ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｅ）、図１４（Ｇ）の光センサプローブを透過光の出射側から見た正面図である。
【００８８】
本実施の形態では、まず第６の実施の形態で説明した方法により平面光導波路１を作製する（図１４（Ａ）、図１４（Ｂ））。この平面光導波路１に対してフォトレジストで溝形状のパタンーングを行い、プラズマによるＲＩＥ加工やダイシングブレードや切削加工によって光導波路コア５の部分が露出する程度に溝１０を形成する（図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ））。このとき、平面光導波路１が石英系光導波路であれば、フッ素プラズマを用いて加工することが望ましい。
【００８９】
次に、第６の実施の形態と同様にして溝１０の部分にグラフェン２を転写する。そして、フォトレジストによってパターニングし、酸素プラズマを用いたＲＩＥ加工によりグラフェン２の不要部分を削除することにより、光導波路コア５を覆う程度の幅にグラフェン２を加工する（図１４（Ｅ）、図１４（Ｆ））。
【００９０】
最後に、配線取り出しのために、グラフェン２の端部にスパッタ法や真空蒸着法で電極金属膜を堆積し、フォトレジストによるリフトオフ法やプラズマエッチング法もしくはイオンエッチング法などにより金属膜を加工して電極３を形成する（図１４（Ｇ）、図１４（Ｈ））。あるいは、銀ペーストなどの導電性接着剤をグラフェン２の端部に塗布して、電気配線接続を行うようにしてもよい。
こうして、第４の実施の形態の図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した光センサプローブの作製が完了する。
【００９１】
［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態、第３の実施の形態、および第６の実施の形態の光センサプローブについて更に具体的に説明するものである。ただし、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。
【００９２】
本実施の形態では、板厚１ｍｍのＳｉＯ2の石英基板（下部クラッド層４）を用意し、この石英基板の上に、ＳｉＯ2との比屈折率差が約０．３％になるようにＧｅをドープされ調整されたコア材料を火炎堆積法（ＦＨＤ）により堆積し、約１０００℃で酸素雰囲気中で熱処理することにより約１０μｍ厚の光導波路コア５を作製した（図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ））。
【００９３】
その後、下部クラッド層４の上に光導波路コア５を覆うようにＳｉＯ2からなる上部クラッド層６を火炎堆積法（ＦＨＤ）により堆積し、約１０００℃の酸素雰囲気中で熱処理した。そして、熱処理後の導波路構造を適当な大きさにダイシングにて切断し、端面を研磨することにより、平面光導波路１を得た（図１２（Ｅ）、図１２（Ｆ））。
【００９４】
次に、グラフェンプラットフォーム社製の銅箔上単層グラフェンサンプルの表面に５〜１０μｍ程度の厚さのＰＭＭＡ膜をスピンコートにて作製し、塩化鉄（III）水溶液を用いて、ＰＭＭＡ支持層付きの単層のグラフェン２の膜を作製した。平面光導波路１の端面に、水上にてＰＭＭＡ支持層付きの単層グラフェン２を転写した後、乾燥させた（図１２（Ｇ）、図１２（Ｈ）））。
【００９５】
そして、グラフェン２が光導波路コア５を覆う幅が３０μｍになるようにフォトレジストによりグラフェン２のパターニングを行い、Ｏ2−ＲＩＥによってグラフェン２を加工した後、有機溶剤等でレジストとＰＭＭＡ膜を剥離した。その後、藤倉化成製ドータイトＤ−７５３を用いてグラフェン２から配線を取り出し、グラフェン２との電気接続を行った。
【００９６】
以上の方法により、第１の実施の形態、第３の実施の形態、および第６の実施の形態で説明した光センサプローブを作製した。この光センサプローブに光ファイバをファイバブロックにより接続し、１．５μｍ帯用光アイソレータを接続した。
【００９７】
小型シャーレ中にＪＳＲ（株）製の濁度標準液（ポリスチレン）１００度を５０ｍｌ入れた。そして、第３の実施の形態で説明した対向電極７として、ＡｕコーティングしたＣｕ配線を用い、このＣｕを濁度標準液に液浸させ、対向電極７と離して光センサプローブを濁度標準液に液浸した。
【００９８】
波長１５５０ｎｍのＬＤ（Laser Diode）光源から光ファイバを介して光センサプローブに１０ｍＷの測定光を入射させて被測定試料である濁度標準液に照射し、濁度標準液から反射した戻り光の強度を光パワーメータで測定した。グラフェン２と対向電極７間に＋５０Ｖの電位差を与えたところ、反射した戻り光が１％以下ではあったが、光強度増加が見られた。
【００９９】
［第１０の実施の形態］
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第４の実施の形態の図７（Ａ）、図７（Ｂ）および第８の実施の形態の光センサプローブについて更に具体的に説明するものである。
【０１００】
第９の実施の形態と同様に平面光導波路１を作製した後に、この平面光導波路１の中央部に光導波路コア５の部分が露出する程度に２０μｍ程度ダイシングソーで切り込みをいれ、幅２００μｍ、深さ３０μｍ程度の溝１０を作製した（図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ））。
【０１０１】
次に、グラフェンプラットフォーム社製の銅箔上単層グラフェンサンプルの表面に５〜１０μｍ程度の厚さのＰＭＭＡ膜をスピンコートにて作製し、塩化鉄（III）水溶液を用いて、ＰＭＭＡ支持層付きの単層グラフェン２の膜を作製した。前記のように作製した平面光導波路１の溝１０に沿って、かつ平面光導波路１の光導波路コア５の端面を覆うように、水上にてＰＭＭＡ支持層付きの単層グラフェン２を転写した後、乾燥させた（図１４（Ｅ）、図１４（Ｆ）））。
【０１０２】
そして、グラフェン２が光導波路コア５を覆う幅が３０μｍになるようにフォトレジストによりグラフェン２のパターニングを行い、Ｏ2−ＲＩＥによってグラフェン２を加工した後、有機溶剤等でレジストとＰＭＭＡ膜を剥離した。その後、藤倉化成製ドータイトＤ−７５３を用いてグラフェン２から配線を取り出し、グラフェン２との電気接続を行った。また、溝１０の構造中で光導波路コア以外の部分にも藤倉化成製ドータイトＡ−３／Ｃ−３によって電極を作製し、配線を取り出した。
【０１０３】
以上の方法により、第４の実施の形態の図７（Ａ）、図７（Ｂ）および第８の実施の形態で説明した光センサプローブを作製した。この光センサプローブの一方の端に光入射用の光ファイバをファイバブロックにより接続すると共に、光センサプローブの他方の端に光受光用の光ファイバをファイバブロックにより接続した。
シャーレ中にＪＳＲ（株）製の濁度標準液（ポリスチレン）１００度を１００ｍｌ入れ、光センサプローブを濁度標準液に液浸した。
【０１０４】
波長１５５０ｎｍのＬＤ光源から光入射用の光ファイバを介して光センサプローブに１０ｍＷの測定光を入射させて被測定試料である濁度標準液に照射し、濁度標準液からの透過光の強度を光受光用の光ファイバを介して光パワーメータで測定した。グラフェン２の部分に＋５０Ｖの電位差を与えたところ、透過光の光損失が１％以下ではあったが、光損失増加が見られた。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、光導波路または光ファイバの伝搬光を被測定試料に照射し、被測定試料からの反射光または透過光を受光する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１，１ａ，１ｂ…平面光導波路、２，１２…グラフェン、３，１３…電極、４…下部クラッド層、５…光導波路コア、６…上部クラッド層、７…対向電極、８…電圧印加手段、９…支持板、１０…溝、１１，１１ａ，１１ｂ…光ファイバ１１、１４…クラッド、１５…コア、１６…Ｖ溝基板、１７…押え板、２１…被測定試料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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