分析裝置及方法、光學元件及其設計方法以及電子設備的制作方法
【專利摘要】提供一種具備基于由光照射激發(fā)的等離子體的增強電場大的光學元件的分析裝置及方法、光學元件及其設計方法以及電子設備。本發(fā)明的分析裝置具備：光學元件，其包括金屬層、設置于金屬層上且透過光的透光層、在透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子；光源，其照射入射至光學元件的入射光；檢測器，其檢測從光學元件放射的光，光學元件的金屬粒子的配置滿足下式（1）的關系，向光學元件照射與第一方向相同方向的直線偏振光以及與第二方向相同方向的直線偏振光。P1＜P2…（1），其中，P1表示第一間隔，P2表示第二間隔。
【專利說明】分析裝置及方法、光學元件及其設計方法以及電子設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分析裝置、分析方法、使用它們的光學元件以及電子設備、以及光學元件的設計方法。
【背景技術】
[0002]不但在醫(yī)療健康領域而且在環(huán)境、食品、公安等領域中，需要高靈敏度、高精度、迅速且簡便地檢測微量物質的傳感技術。作為傳感的對象的微量的物質涉及非常多的方面，例如細菌、病毒、蛋白質、核酸、各種抗原抗體等生物體關聯(lián)物質、包括無機分子、有機分子、高分子在內的各種化合物成為傳感對象。目前，微量物質的檢測可經(jīng)過取樣、分析、解析而進行，然而由于需要專用的裝置，要求檢查操作人員的熟練，很多情況下現(xiàn)場分析較困難。因此，到得到檢查結果需要長時間(數(shù)日以上)。在傳感技術中，迅速且簡便的要求非常強烈，期望能夠適應該要求的傳感器的開發(fā)。
[0003]例如，從所謂集成化比較容易、難以受到檢查、測量環(huán)境影響的期待出發(fā)，對利用表面等離子體共振(SPR:Surface Plasmon Resonance)的傳感器、利用表面增強拉曼散射(SERS:Surface-Enhanced Raman Scattering)的傳感器的關心日益增高。
[0004]并且，以更高靈敏度的傳感為目的，作為具備實現(xiàn)使局域型等離子體(LSP:Localized Surface Plasmon)和傳播型等離子體(PSP:Propageted Surface Plasmon)的雙模式同時共振的混合模式的構造的傳感器元件的一個例子，在專利文獻I以及專利文獻2中提出一種所謂GSPP (Gap type Surface Plasmon Polariton:間隙式表面等離子體激元)的元件。此外，在非專利文獻I中提出使用能夠使LSP以及PSP的混合的元件而使拉曼散射光增強的方法。
[0005]在上述非專利文獻I中公開的SERS中，沒有考慮入射光的波長、偏振狀態(tài)與陣列的排列的關系是一個原因，不一定能得到在寬頻帶中的充分的信號增強度。
[0006]現(xiàn)行技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:國際公開2009/002524號
[0009]專利文獻2:國際公開2005/114298號
[0010]非專利文獻
[0011]非專利文獻I:0PTIC EXPRESS Vol.19Νο.16 (2011) 14919-14928。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明的幾個方式的一個目的在于提供基于由光照射激發(fā)的等離子體的光的增強度曲線良好的光學元件及其設計方法。此外，本發(fā)明的幾個方式的一個目的在于提供具備那樣的光學元件的分析裝置以及電子設備和分析方法。
[0013]本發(fā)明的分析裝置的一個方式具備:光學元件，其包括金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子；光源，其照射入射至所述光學元件的入射光；以及檢測器，其檢測從所述光學元件放射的光，其中，所述光學元件的所述金屬粒子的配置滿足下式(I)的關系，向所述光學兀件照射與所述第一方向相同方向的直線偏振光以及與所述第二方向相同方向的直線偏振光，Pl < Pt..(I),其中,Pl表不所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
[0014]根據(jù)這樣的分析裝置，由于可使基于光學元件的等離子體的光增強度曲線變寬，因此能夠容易地進行廣泛的微量物質的檢測、測量。
[0015]本發(fā)明的分析裝置的一個方式具備:光學元件，其包括金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子；光源，其照射入射至所述光學元件的入射光；以及檢測器，其檢測從所述光學元件放射的光，其中，所述光學元件的所述金屬粒子的配置滿足下式(I)的關系，向所述光學兀件照射圓偏振光，Pl < P2…(I),其中，Pl表不所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
[0016]根據(jù)這樣的分析裝置，由于可使基于光學元件的等離子體的光增強度曲線變寬，因此能夠容易地進行廣泛的微量物質的檢測、測量。
[0017]在本發(fā)明的分析裝置中，所述光學元件的所述金屬粒子的配置滿足下式(2)的關系:P1 <P2 ^ Q+Pl...(2)，其中，當設所述金屬粒子列激發(fā)的局域型等離子體的角頻率為ω、構成所述金屬層的金屬的介電常數(shù)為ε (ω)、所述金屬層的周邊的介電常數(shù)為ε、真空中的光速為C、所述入射光的照射角即從所述透光層的厚度方向的傾斜角為Θ時，Q由下式(3)給出:(ω/(?).{ε.ε ( ω ) / (ε + ε ( ω )) }1/2 = ( ω/c).ε 1/2.sin θ +2m η /Q(m = ± 1、±2、...)...(3)。
[0018]根據(jù)這樣的分析裝置可以進行光學元件的增強度曲線(enhancement degreeprofile)更大、靈敏度更高的微量物質的檢測、測量。
[0019]在與本發(fā)明相關的分析裝置中，所述檢測器檢測被所述光學元件增強的拉曼散射光。
[0020]根據(jù)這樣的分析裝置，使基于光學元件的等離子體的光增強度曲線變大變寬，因此能夠容易地進行廣泛的微量物質的檢測、測量。
[0021]在與本發(fā)明相關的分析裝置中，所述光源向所述光學元件照射具有比所述金屬粒子在所述透光層的厚度方向的大小以及所述金屬粒子在所述第二方向的大小大的波長的所述入射光。
[0022]根據(jù)這樣的分析裝置，使基于光學元件的等離子體的光增強度曲線變大變寬，因此能夠容易地進行廣泛的微量物質的檢測、測量。
[0023]在與本發(fā)明相關的分析裝置中，所述間隔Pl以及所述間隔P2為120nm以上720nm以下。
[0024]根據(jù)這樣的分析裝置，光學元件的增強度曲線更大，可以進行靈敏度更高的微量物質的檢測、測量。 [0025]在與本發(fā)明相關的分析裝置中，所述間隔Pl以及所述間隔P2為60nm以上180nm以下。
[0026]根據(jù)這樣的分析裝置，光學元件的增強度曲線更大，可以進行靈敏度更高的微量物質的檢測、測量。
[0027]在與本發(fā)明相關的分析裝置中，當以二氧化硅為所述透光層時，所述透光層的厚度為20nm以上60nm以下或者200nm以上300nm以下。
[0028]根據(jù)這樣的分析裝置，光學元件的增強度曲線更大，可以進行靈敏度更高的微量物質的檢測、測量。
[0029]在與本發(fā)明相關的分析裝置中，所述光源照射比所述間隔Pl長的波長的光。
[0030]根據(jù)這樣的分析裝置，光學元件的增強度曲線更大，可以進行靈敏度更高的微量物質的檢測、測量。
[0031 ] 本發(fā)明的分析方法的一個方式是向光學兀件照射光、根據(jù)所述光的照射檢測從所述光學元件放射的光、從而分析對象物的分析方法，其中，所述光學元件包括金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子；所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(I)的關系；所述分析方法中，向所述光學元件照射與所述第一方向相同方向的直線偏振光以及與所述第二方向相同方向的直線偏振光；P1 < Pt..(I),其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
[0032]如果這樣，可以容易地進行廣泛的微量物質的檢測、測量。
[0033]本發(fā)明的分析方法的一個方式是向光學兀件照射光、根據(jù)所述光的照射檢測從所述光學元件放射的光、從而分析對象物的分析方法，其中，所述光學元件包括金屬層、設置 、在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子；所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(I)的關系；所述分析方法中，向所述光學元件照射圓偏振光；P1< P2…(1)，其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
[0034]如果這樣，可以容易地進行廣泛的微量物質的檢測、測量。
[0035]在本發(fā)明的分析方法中，所述光學元件的所述金屬粒子可以被配置為滿足下式(2)的關系:P1 <P2 ^ 0+Ρ1...(2)，其中，當設所述金屬粒子列激發(fā)的局域型等離子體的角頻率為ω、構成所述金屬層的金屬的介電常數(shù)為ε (ω)、所述金屬層的周邊的介電常數(shù)為ε、真空中的光速為C、所述入射光的照射角即從所述透光層的厚度方向的傾斜角為Θ時，Q 由下式(3)給出:(ω/c).{ ε.ε ( ω )/ (ε + ε ( ω ))}1/2 = ( ω/c).ε 1/2.sin θ+2m π /Q Cm = ±1、±2、...)...(3)。
[0036]如果這樣，可以進行靈敏度更高的微量物質的檢測、測量。
[0037]在與本發(fā)明相關的分析方法中，所述檢測器檢測被所述光學元件增強的拉曼散射光。
[0038]如果這樣，可以進行靈敏度更高的微量物質的檢測、測量。
[0039]在與本發(fā)明相關的分析方中，調整所述間隔Pl以及所述間隔Ρ2的至少一個，使所述光學元件的增強度曲線與所述拉曼散射光的波長相對應。
[0040]如果這樣，可以進行靈敏度更高的微量物質的檢測、測量。
[0041]本發(fā)明的光學元件的一個方式包括:金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子；所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(I)的關系；所述光學兀件被照射所述第一方向的直線偏振光以及所述第二方向的直線偏振光，以增強拉曼散射光；P1 < P2…(1)，其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
[0042]根據(jù)這樣的光學元件，可使基于等離子體的光增強度曲線變寬，因此能夠用于廣泛的微量物質的檢測、測量。
[0043]本發(fā)明的光學元件的一個方式包括:金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子；所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(I)的關系；所述光學元件被照射圓偏振光，以增強拉曼散射光；P1 < P2…(1)，其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
[0044]根據(jù)這樣的光學元件，可使基于等離子體的光增強度曲線變寬，因此能夠用于廣泛的微量物質的檢測、測量。 [0045]在本發(fā)明的光學元件中，所述光學元件的所述金屬粒子可以被配置為滿足下式
(2)的關系:P1 <P2 ^ 0+Ρ1...(2)，其中，當設所述金屬粒子列激發(fā)的局域型等離子體的角頻率為ω、構成所述金屬層的金屬的介電常數(shù)為ε (ω)、所述金屬層的周邊的介電常數(shù)為ε、真空中的光速為C、所述入射光的照射角即從所述透光層的厚度方向的傾斜角為Θ時，Q 由下式(3)給出:(ω/c).{ ε.ε ( ω )/ (ε + ε ( ω ))}1/2 = ( ω/c).ε 1/2.sin θ+2m π /Q Cm = ±1、±2、...)...(3)。
[0046]根據(jù)這樣的光學元件，增強度曲線更大，可以用于靈敏度更高的微量物質的檢測、測量。
[0047]本發(fā)明的光學元件的設計方法的一個方式中，所述光學元件包括金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、在所述透光層上在第一方向以間隔Pl排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以間隔Ρ2排列的多個金屬粒子；調節(jié)所述間隔Pl以及所述間隔Ρ2的至少一個，使所述光學元件的增強度曲線與對象物的拉曼散射光的波長以及激發(fā)光的波長相對應。
[0048]如果這樣，可以使光學元件適合于廣泛的微量物質的檢測、測量。
[0049]本發(fā)明的電子設備的一個方式具備:上述分析裝置、根據(jù)來自所述檢測器的檢測信息運算健康醫(yī)療信息的運算部、存儲所述健康醫(yī)療信息的存儲部、顯示所述健康醫(yī)療信息的顯示部。
[0050]根據(jù)這樣的電子設備，可以進行靈敏度高的微量物質的檢測、測量。
[0051]在與本發(fā)明相關的電子設備中，所述健康醫(yī)療信息包括關于選自由細菌、病毒、蛋白質、核酸以及抗原、抗體組成的組中的至少一種生物體關聯(lián)物質或者選自無機分子以及有機分子中的至少一種化合物的有無或者量的信息。
[0052]根據(jù)這樣的電子設備，可以提供有用的健康醫(yī)療信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0053]圖1是實施方式的分析裝置的概略圖。
[0054]圖2是模式地示出實施方式的光學元件的立體圖。
[0055]圖3是從透光層的厚度方向觀察實施方式的光學元件的模式圖。
[0056]圖4是與實施方式的光學元件的第一方向垂直的截面的模式圖。[0057]圖5是與實施方式的光學元件的第二方向垂直的截面的模式圖。
[0058]圖6是從透光層的厚度方向觀察實施方式的光學元件的模式圖。
[0059]圖7是示出亮線(light line)以及金的分散曲線的分散關系的圖表。
[0060]圖8是從透光層的厚度方向觀察實施方式的變形例的光學元件的模式圖。
[0061]圖9是示出Ag的介電常數(shù)和波長的關系的圖表。
[0062]圖10是示出金屬的分散曲線、局域型等離子體以及入射光的分散關系的圖表。
[0063]圖11是實施方式的電子設備的概略圖。
[0064]圖12是示出與實驗例相關的模型的一個例子的模式圖。
[0065]圖13是示出與實驗例相關的反射率的波長依賴性的一個例子的圖表。
[0066]圖14是示出與實驗例相關的ECS的波長依賴性的一個例子的圖表。
[0067]圖15是示出與實驗例相關的ECS的波長依賴性的一個例子的圖表。
[0068]圖16是示出與實驗例相關的ECS的波長依賴性的一個例子的圖表。
[0069]圖17是示出與實驗例相關的ECS的波長依賴性的一個例子的圖表。
[0070]圖18是示出與實驗例相關的ECS的波長依賴性的一個例子的圖表。
[0071]圖19是示出與實驗例相關的ECS的波長依賴性的一個例子的圖表。
[0072]圖20是示出與實驗例相關的ECS的波長依賴性的一個例子的圖表。
【具體實施方式】
[0073]以下對本發(fā)明的幾個實施方式進行說明。以下說明的實施方式說明了本發(fā)明的一個例子。本發(fā)明不限定于以下的實施方式，還包含在不變更本發(fā)明的宗旨的范圍內實施的各種變形方式。另外不限定在以下說明的全部構成為本發(fā)明的必需構成。
[0074]1.分析裝置
[0075]與本實施方式相關的分析裝置1000具備光學元件100、向光學元件100照射入射光的光源300、檢測從光學元件100放射的光的檢測器400。
[0076]1.1.光學元件
[0077]光學元件100在分析裝置1000中起到增強光的作用。光學元件100可以與分析裝置1000的分析對象的樣品接觸而使用。分析裝置1000中的光學元件100的配置沒有特別限定，可以設置于設置角度等可調整的工作臺上等。
[0078]以下對光學元件100進行詳細地說明。
[0079]圖2是模式地示出本實施方式的光學元件100的立體圖。圖3是俯視本實施方式的光學元件100的模式圖。圖4以及圖5是本實施方式的光學元件100的截面的模式圖。圖6是從透光層30的厚度方向觀察本實施方式的光學元件100的模式圖。本實施方式的光學兀件100包括金屬層10、金屬粒子20以及透光層30。
[0080]1.1.1.金屬層
[0081]金屬層10如果提供不透過光的金屬的表面，則就沒有特別限定，例如可以是厚板狀，也可以具有薄膜、層或者膜的形狀。金屬層10可以設置于例如基板I的上面。作為此時的基板I沒有特別限定，優(yōu)選是難以對金屬層10激發(fā)的傳播型等離子體施加影響的基板。作為基板I可以列舉例如玻璃基板、硅基板、樹脂基板等。設置基板I的設置了金屬層10的面的形狀也沒有特別限定。在金屬層10的表面形成規(guī)則構造的情況下可以具有與該規(guī)則構造相對應的表面，在以金屬層10的表面為平面的情況下還可以為平面。在圖2?圖6的例子中，可以在基板I的表面(平面)的上面設置金屬層10。
[0082]在此，使用以平面的表達，然而相關的表達不是指表面沒有一點兒凹凸的平坦(光滑)的數(shù)學上嚴格的平面。例如有時在表面存在由構成的原子引起的凹凸、構成的物質的二維構造(結晶、粒塊、晶粒間界等)引起的凹凸等，有時從微觀上觀察不是嚴格的平面?？墒?，在這樣的情況下，從更宏觀的視點觀察，這些凹凸也不引人注目，在將表面稱為平面也沒關系的程度下可進行觀測。因而，在本說明書中，從這樣更宏觀的視點觀察的情況下如可識別為平面，即稱此為平面。
[0083]此外，在本實施方式中，金屬層10的厚度方向與后述的透光層30的厚度方向一致。在本說明書中，在對后述的金屬粒子20進行說明的情況等下，有時將金屬層10的厚度方向或者透光層30的厚度方向稱為厚度方向、高度方向等。此外，例如在基板I的表面設置金屬層10的情況下，有時將基板I的表面的法線方向稱為厚度方向、厚度方向或者高度方向。
[0084]金屬層10可以利用例如蒸鍍、濺射、鑄造、機械加工等方法形成。在基板I上設置金屬層10的情況下，可以設置與基板I的整個表面，還可以設置于基板I的一部分表面上。金屬層10的厚度只要在金屬層10可以激發(fā)傳播型等離子體就沒有特別限定，例如可以是1nm以上Imm以下，優(yōu)選為20nm以上100 μ m以下，更優(yōu)選為30nm以上I μ m以下。
[0085]金屬層10由存在由入射光施加的電場和由該電場誘發(fā)的極化以相反相位進行振蕩的電場的金屬、即可以在施加特定電場的情況下介電函數(shù)的實數(shù)部具有負值(具有負的介電常數(shù))、虛數(shù)部的介電常數(shù)具有小于實數(shù)部的介電常數(shù)的絕對值的介電常數(shù)的金屬構成。并且，由于虛數(shù)部的介電常數(shù)如果接近于零，等離子體為無限大，因此虛數(shù)部越小越優(yōu)選。作為在可見光區(qū)域中可具有這樣的介電常數(shù)的金屬的例子，可以列舉金、銀、鋁、銅以及它們的合金等。此外，金屬層10的表面(厚度方向的端面)可以為特定的結晶面也可以不是。
[0086]金屬層10具有在本實施方式的光學元件100中使傳播型等離子體發(fā)生的作用。通過向金屬層10在后述的條件下入射光，在金屬層10的表面(厚度方向的端面)附近發(fā)生傳播型等離子體。此外，在本說明書中，將金屬層10的表面附近的電荷振蕩與電磁波耦合了的振蕩量子稱為表面等離子體激元(SPP:Surface Plasmon Plariton)。在金屬層10發(fā)生的傳播型等離子體與在后述的金屬粒子20發(fā)生的局域型等離子體可以在一定的條件下相互作用(混合)。
[0087]1.1.2.金屬粒子
[0088]金屬粒子20從金屬層10在厚度方向分離而設置。金屬粒子20可以與金屬層10在空間上分離而配置，絕緣體、電介質、半導體等其他物質也可以單層或者多層介于金屬粒子20和金屬層10之間。在本實施方式的圖1?圖5的例子中，通過在金屬層10上設置透光層30,在其上形成金屬粒子20,金屬層10和金屬粒子20在透光層的厚度方向可分離而配置。
[0089]金屬粒子20的形狀沒有特別限定。例如金屬粒子20的形狀在金屬層10或者透光層30的厚度方向投影的情況下(在從厚度方向的俯視圖中)可以是圓形、橢圓形、多邊形、不定形或者將它們組合的形狀，在與厚度方向正交的方向投影的情況下可以是圓形、橢圓形、多邊形、不定形或者將它們組合的形狀。在圖2?圖6的例子中，金屬粒子20都被描繪為在透光層30的厚度方向具有中心軸的圓柱狀的形狀，然而，金屬粒子20的形狀不限定于此。
[0090]金屬粒子20的高度方向(透光層30的厚度方向)的大小是指由垂直于高度方向的平面切斷金屬粒子20而形成的區(qū)間的長度，為Inm以上10nm以下。此外，正交于金屬粒子20的高度方向的第一方向的大小是指由垂直于第一方向的平面切斷金屬粒子20而形成的的區(qū)間的長度，為5nm以上200nm以下。例如，在金屬粒子20的形狀是以高度方向為中心軸的圓柱的情況下，金屬粒子20的高度方向的大小(圓柱的高度)為Inm以上10nm以下，優(yōu)選為2nm以上50nm以下，更優(yōu)選為3nm以上30nm以下，進一步優(yōu)選為4nm以上20nm以下。而且在金屬粒子20的形狀是以高度方向為中心軸的圓柱的情況下，金屬粒子20的第一方向的大小(圓柱底面的直徑)為1nm以上200nm以下,優(yōu)選為20nm以上150nm以下，更優(yōu)選為25nm以上10nm以下，進一步優(yōu)選為30nm以上72nm以下。
[0091]金屬粒子20的形狀、材質只要是由入射光的照射可產(chǎn)生局域型等離子體的任意情況，然而金屬粒子20由存在由入射光施加的電場和由該電場誘發(fā)的極化以相反相位進行振蕩的電場的金屬、即可以在施加特定電場的情況下介電函數(shù)的實數(shù)部具有負值(具有負的介電常數(shù))、虛數(shù)部的介電常數(shù)具有小于實數(shù)部的介電常數(shù)的絕對值的介電常數(shù)的金屬構成。并且，由于虛數(shù)部的介電常數(shù)如果接近于零，等離子體為無限大，因此虛數(shù)部越小越優(yōu)選。作為在可見光附近的光可產(chǎn)生的局域型等離子體的材質可以列舉金、銀、鋁、銅以及它們的合金等。
[0092]金屬粒子20可以通過例如在利用濺射、蒸鍍等形成薄膜之后進行圖案形成的方法、微接觸印刷法、納米壓印法等形成。此外，金屬粒子20可以通過膠體化學方法形成，可以通過適當?shù)姆椒▽⑵渑渲迷趶慕饘賹?0分離的位置。
[0093]金屬粒子20在本實施方式的光學元件100中具有使局域型等離子體發(fā)生的功能。通過對金屬粒子20在后述的條件下照射入射光，在金屬粒子20的周邊可以使局域型等離子體發(fā)生。在金屬粒子20所發(fā)生的局域型等離子體與在上述金屬層10所發(fā)生的傳播型等離子體在一定的條件下可以相互作用(混合)。
[0094]1.1.3.金屬粒子的配置
[0095]如圖2?圖6所示，金屬粒子20多個并列構成金屬粒子列21。金屬粒子20在金屬粒子列21中在與金屬層10的厚度方向正交的第一方向并列配置。換而言之，金屬粒子列21具有金屬粒子20在與高度方向正交的第一方向多個并列的構造。金屬粒子20并列的第一方向在金屬粒子20具有長邊的形狀的情況(具有各向異性的形狀的情況)下可以不與其長邊方向一致。在一個金屬粒子列21并列的金屬粒子20的數(shù)可以是多個，優(yōu)選為10個以上。
[0096]在此將在金屬粒子列21內的第一方向的金屬粒子20的間隔定義為間隔Pl(參照圖3、圖5、圖6)。間隔Pl是指在第一方向中的兩個金屬粒子20的重心間的距離(節(jié)距)。另外，在金屬粒子20是以金屬層10的厚度方向為中心軸的圓柱的情況下，金屬粒子列21內的兩個金屬粒子20的粒子間距離等于從間隔Pl減去圓柱的直徑的長度。該粒子間距離如果小，則粒子間作用的局域型等離子體的效果增大，增強度有增大的趨勢。粒子間距離可以為5nm以上I μ m以下，優(yōu)選為5nm以上10nm以下，更優(yōu)選為5nm以上30nm以下。[0097]在金屬粒子列21內的第一方向的金屬粒子20的間隔Pl可以為1nmWilym以下，優(yōu)選為20nm以上800nm以下，更優(yōu)選為30nm以上且不滿780nm，進一步優(yōu)選為50nm以上且不滿700nm。
[0098]金屬粒子列21由在第一方向以間隔Pl并列的多個金屬粒子20構成，然而在金屬粒子20發(fā)生的局域型等離子體的分布、強度等依賴于該金屬粒子20的排列。因而，與在金屬層10發(fā)生的傳播型等離子體相互作用的局域型等離子體不僅是單一的金屬粒子20所發(fā)生的局域型等離子體，還是考慮金屬粒子列21中的金屬粒子20的排列以及透光層30的厚度的局域型等離子體。
[0099]如圖2~圖6所示，金屬粒子列21在與金屬層10的厚度方向以及第一方向交叉的第二方向以間隔P2并列配置。金屬粒子列21并列的數(shù)可以為多個，優(yōu)選為10列以上。
[0100]在此，將相鄰的金屬粒子列21的第二方向中的間隔定義為間隔P2。間隔P2是指第二方向中的兩個金屬粒子列21的重心間的距離(節(jié)距)。此外，間隔P2是指在金屬粒子列21由多個列22構成的情況下，多個列22的第二方向中的重心的位置和相鄰的金屬粒子列21的多個列22的第二方向中的重心的位置之間的距離(參照圖8)。
[0101]金屬粒子列21之間的間隔P2大于金屬粒子20之間的間隔P1。即，在間隔Pl以及間隔P2之間有下式(I)的關系。
[0102]Pl < P2…(I)
[0103]通過具有式(I)的關系，光學元件100中的金屬粒子20的配置在從透光層30的厚度方向觀察的情況下具有各向異性。金屬粒子列21之間的間隔P2可以為例如1nm以上10 μ m以下,優(yōu)選為20 nm以上2 μ m以下，更優(yōu)選為30nm以上1500nm以下,進一步優(yōu)選為60nm以上1310nm以下，特別優(yōu)選為60nm以上660nm以下。
[0104]此外，金屬粒子列21之間的間隔P2可以按照以下“1.1.3.1.傳播型等離子體以及局域型等離子體”中說明的條件進行設定，在該情況下，有時可以進一步提高光的增強度。
[0105]另外，金屬粒子列21延伸的第一方向的線與連接分別屬于相鄰的金屬粒子列21的兩個金屬粒子20且相互最接近的兩個金屬粒子20的線形成的角沒有特別限定，可以是直角也可以不是直角。例如如圖3所示兩者形成的角可以是直角，如圖6所示兩者形成的角可以不是直角。即，在將從厚度方向觀察的金屬粒子20的排列看做是以金屬粒子20的位置為晶格點的二維晶格的情況下，不可約基本單位晶格(irreducible fundamental unitlattice)可以是長方形形狀，可以是平行四邊形的形狀。此外，金屬粒子列21延伸的第一方向的線與連接分別屬于相鄰的金屬粒子列21的兩個金屬粒子20且相互最接近的兩個金屬粒子20的線形成的角不是直角的情況下，分別屬于相鄰的金屬粒子列21的兩個金屬粒子20且相互最接近的兩個金屬粒子20之間的間隔可以為間隔P2。
[0106]1.1.3.1.傳播型等離子體以及局域型等離子體
[0107]首先，對傳播型等離子體進行說明。圖7是示出入射光以及金的分散曲線的分散關系的圖表。通常，即使將光以O~90度的入射角(照射角θ )入射至金屬層10，傳播型等離子體也不發(fā)生。例如在金屬層10由Au構成且金屬層10的周邊的折射率η = I的情況下，如圖7所示，是因為亮線(Light Line)與Au的SPP的分散曲線沒有交點。此外，由于光通過的介質的折射率即使變化，Au的SPP也根據(jù)周邊的折射而變化，因此仍然沒有交點。為了使其有交點使傳播型等離子體發(fā)生，有在棱鏡上如Kretschmann配置那樣設置金屬層而根據(jù)棱鏡的折射率使入射光的波數(shù)增加的方法或利用衍射光柵使亮線的波數(shù)增加的方法。另外圖7是示出所謂的分散關系的圖表(縱軸為角頻率[ω (eV)]，橫軸為波數(shù)矢量[k(eV/c)])。
[0108]此外，圖7的圖表的縱軸的角頻率ω (eV)有λ (nm) = 1240/ω (eV)的關系，可以換算為波長。此外，同一圖表的橫軸的波數(shù)矢量k (eV/c)有k (eV/c) = 2 π.2/[λ(nm) /100]的關系。因而，例如在 λ = 600nm 時，k = 2.09 (eV/c)。
[0109]在圖7中示出了 Au的SPP的分散曲線，通常，在入射金屬層10的入射光的角頻率為ω、真空中的光速為c、構成金屬層10的金屬的介電常數(shù)為ε (ω)、周邊的介電常數(shù)為ε 時,該金屬的 SPP 的分散曲線由式(4) Kspp = co/c[ ε.ε ( ω ) / (ε + ε (ω))]1/2—
(4)給出。
[0110]另一方面，入射光的照射角即從第一方向的傾斜角為Θ，則通過具有晶格間隔Q的衍射光柵的入射光的波數(shù)K可以用式(5) K = η.( ω/c).sin Θ +m.2 π /Q (m = ±1、±2、…)…(5)表不,該關系在分散關系的圖表上非曲線而是用直線表不。
[0111]另外，η是周邊折射率，消光系數(shù)為K，光的頻率中的相對介電常數(shù)ε的實數(shù)部ε '和虛數(shù)部ε "分別由ε ' = η2-κ2、ε " = 2n K給出，周邊的物質如果為透明的，則K~O,所以ε為實數(shù)，ε ' = η2,由η = ε 1/2給出。
[0112]在分散關系的圖表中 ，在金屬SPP的分散曲線(上式(4))和衍射光亮線的直線(上式(5))具有交點的情況下，可激發(fā)傳播型等離子體。即，如Kspp = K的關系成立，則在金屬層10激發(fā)傳播型等離子體。
[0113]因而，從上式(4)以及式(5)可得到以下的式(3)，(co/c)*{>.ε (ω)/ ( ε + ε(ω )) }1/2 = ε 1/2.sin θ+2ηιπ/Q (m = ±1、±2、…)…(3),如果滿足該式(3)的關系，則在金屬層10可激發(fā)傳播型等離子體。此時，如果在圖7的Au的SPP的例子中，通過使Θ以及m變化，則能夠使亮線的傾斜度和/或切片變化，能夠使衍射光的直線與Au的SPP的分散曲線交叉。
[0114]接著，對局域型等離子體進行說明。
[0115]在金屬粒子20使局域型等離子體產(chǎn)生的條件通過介電常數(shù)的實數(shù)部，由Real[ ε(ω ) ] = -2 ε…(6)給出。如周邊的折射率η為I,貝丨J ε = η2-κ 2 = 1，所以Real [ ε(ω ) ] = -2。例如，Ag的介電常數(shù)如圖9所示在單獨粒子的情況下，在370nm的波長可激發(fā)局域型等離子體，在多個Ag粒子接近納米等級的情況、Ag粒子和金屬層10 (Au膜等)被透光層30 (S12等)隔開而配置的情況下，由于該間隙的影響，局域型等離子體的峰值波長紅移(向長波長側位移)。該位移量依賴于Ag直徑、Ag厚度、Ag粒子間隔、透光層厚度等的規(guī)格，示出例如局域型等離子體在500nm~1200nm成峰的波長特性。
[0116]此外，局域型等離子體與傳播型等離子體不同，沒有速度，是不移動的等離子體，如繪制為分散關系的圖表，則傾斜度為零即ω/k = O。
[0117]本實施方式的光學元件100通過使傳播型等離子體和局域型等離子體電磁耦合(Electromagnetic Coupling),可以得到電場極大的增強度。即，本實施方式的光學元件100 —個特征在于(參照圖10),在分散關系的圖表中，衍射光的直線與金屬的SPP的分散曲線的交點不是任意的點，在對金屬粒子20 (金屬粒子列21)產(chǎn)生的局域型等離子體給出最大或者極大增強度的點的附近使兩者交叉。
[0118]換而言之，本實施方式的光學元件100中，在分散關系的圖表中，可以設計為衍射光的直線通過金屬的SPP的分散曲線與對金屬粒子20 (金屬粒子列21)產(chǎn)生的局域型等離子體給出最大或者極大增強度的入射光的角頻率(在圖10的分散關系的圖表上平行于附上LSP的橫軸的線)的交點附近。
[0119]在此，所謂交點的附近是在換算為波長的情況下入射光的波長的±10%左右的長度的波長范圍內，或者是入射光的波長的土Pl (金屬粒子20的金屬粒子列21內的間隔)左右的長度的波長范圍內。
[0120]在上式(4)、式(5)以及式(3)中，入射金屬層10的入射光的角頻率為ω，示出了使傳播型等離子體激發(fā)的條件，為了使局域型等離子體和傳播型等離子體的混合(相互作用)產(chǎn)生，在本實施方式的光 學元件100中，上式(4)、式(5)以及式(3)中的ω為對金屬粒子20 (金屬粒子列21)產(chǎn)生的局域型等離子體給出最大或者極大的增強度的入射光的角頻率。
[0121]因而，在金屬粒子列21激發(fā)的局域型等離子體的角頻率為ω的情況下，如滿足上式(3)，則可以使局域型等離子體和傳播型等離子體的混合產(chǎn)生。
[0122]因此，在金屬粒子20以間隔Pl并列的金屬粒子列21發(fā)生的局域型等離子體的角頻率為ω，在分散關系的圖表中在金屬的SPP的分散曲線的ω位置附近，如果以傾斜角Θ入射晶格間隔Q的虛擬的衍射光柵而衍射的衍射光亮線(次數(shù)m)的直線通過(如果使其滿足式(3))，就可以使局域型等離子體和傳播型等離子體的混合產(chǎn)生，可以得到極大的增強度。換而言之，在如圖10所示的分散關系的圖表中，通過使亮線變化，使亮線的傾斜度和/或切片變化，通過SPP和LSP的交點附近，可以使局域型等離子體和傳播型等離子體的混合產(chǎn)生，可以得到極大的增強度。在圖10中示出周邊折射率η = 1、在將激發(fā)光垂直入射Au膜的情況下配置金屬粒子20的衍射晶格節(jié)距為600nm的例子?？芍狶SP峰值波長與SPP和垂直的亮線的交點在一點交叉。該條件是示出混合增強效果的一個例子。
[0123]1.1.3.2.間隔
[0124]兩個金屬粒子列21之間的間隔P2只要滿足Pl < P2 (式(I))的關系，為任意距離，并且可以如下進行設定。在以垂直入射(入射角Θ = O)且使用一次衍射光(m= I)的情況下，如以間隔P2為晶格間隔Q，則可以滿足式(3)。可是，根據(jù)選擇的入射角Θ以及衍射光的次數(shù)m，能夠滿足式(3)的晶格間隔Q具有寬度。另外，此時的入射角Θ優(yōu)選為從透光層30的厚度方向向第二方向的傾斜角，然而也可以是包含向第一方向成分的方向的傾斜角。
[0125]因而，考慮上述交點附近(土Pl的寬度)，能夠使局域型等離子體和傳播型等離子體的混合產(chǎn)生的間隔P2的范圍為式(7) Q-Pl ^ P2 ^ Q+P1...(7)。
[0126]此外，在將上述交點附近用波長表現(xiàn)的(波長的±10%的寬度)情況下，以ω的單位為 eV 時，為 Q- λ /10 蘭 Ρ2 蘭 Q+ λ /10，由于 λ (nm) = 1240/ ω，因此 Q-124/ω ^ Ρ2 ^ Q+124/ω…(8)，ω表示對金屬粒子列產(chǎn)生的局域型等離子體給出最大或者極大的增強度的入射光的角頻率，在此用eV的單位表示。
[0127]另一方面，間隔P2是金屬粒子列21間的第二方向的間隔，然而根據(jù)兩個金屬粒子20的選擇方法，屬于相鄰的金屬粒子列21的兩個金屬粒子20之間的間隔可以使連接它們的線相對于第二方向傾斜。即，可以選擇屬于相鄰的金屬粒子列21的兩個金屬粒子20，使其具有長于間隔P2的間隔。在圖3中描繪了說明其的輔助線，沿著相對于第二方向傾斜的方向，可以從相鄰的金屬粒子列21選擇以長于間隔P2的間隔分離的兩個金屬粒子20。如已說明的，相鄰的金屬粒子列21由于是相互相同的金屬粒子列21，因此可以將從透光層30的厚度方向看見的金屬粒子20的排列看做是以金屬粒子20的位置為晶格點的二維晶格。這樣，在該二維晶格存在長于間隔P2的晶格間隔(衍射光柵)。
[0128]因而，以間隔Pl以及間隔P2排列的金屬粒子20的矩陣可以期待具有大于所述間隔P2的晶格間隔的衍射光柵的衍射光。因此，上式(7)、式(8)的左側的不等式可以是Pl<P2 (式(I))。換而言之，在式(7)、式(8)中，在間隔P2小于Q-Pl的情況下，由于具有能夠滿足式(3)的晶格間隔Q的衍射光柵可能存在，因此可以使局域型等離子體和傳播型等離子體的混合產(chǎn)生。因而，間隔P2可以是小于Q-Pl的數(shù)值，可以滿足Pl < P2的關系。
[0129]綜上，本實施方式的光學元件100中的金屬粒子列21之間的間隔P2如滿足下式
(2)、式(9)的關系，則能夠使局域型等離子體和傳播型等離子體的混合產(chǎn)生。
[0130]Pl < P2 ^ Q+P1...(2)
[0131]Pl < P2 芻 Q+124/ω …(9)
[0132]ω表示對金屬粒子列產(chǎn)生的局域型等離子體給出最大或者極大的增強度的入射光的角頻率，在此用eV的單位表示。
[0133]通過設定這樣的范圍的間隔P2，有時可以進一步提高光的增強度。 [0134]1.1.4.透光層
[0135]本實施方式的光學元件100具有用于隔離金屬層10和金屬粒子20的透光層30。圖2、4、5中描繪有透光層30。透光層30可以具有薄膜、層或者膜的形狀。透光層30設置于金屬層10上。據(jù)此，可以隔開金屬層10和金屬粒子20。
[0136]透光層30可以利用例如蒸鍍、濺射、CVD、各種涂布等方法而形成。透光層30可以設置于金屬層10的整個表面，也可以設置于金屬層10的一部分表面。透光層30的厚度只要金屬層10的傳播型等離子體和金屬粒子20的局域型等離子體可以相互作用，就沒有特別限定，例如可以是Inm以上I μ m以下，優(yōu)選為5nm以上500nm以下，更優(yōu)選為1nm以上10nm以下，進一步優(yōu)選為15nm以上80nm以下，特別優(yōu)選為20nm以上60nm以下?；蛘?，可以是利用干涉效果的第二峰值厚度。在激發(fā)波長為λ、透光層30的厚度為d、透光層30的材料的薄膜的有效折射率為nrff、j為整數(shù)時，由d = j.λ / (2.neff)給出。具體而言，在隔離材料為S12時，可以為200nm以上300nm以下。
[0137]透光層30可以具有正的介電常數(shù)，例如可以由Si02、Al203、Ti02、Ta205、Si3N4、高分子、ITO (Indium Tin Oxide)等形成。透光層30可以由電介質構成。并且,透光層30可以由材質相互不同的多個層構成。
[0138]通過透光層30，由于有時在金屬粒子20產(chǎn)生的局域型等離子體的激發(fā)峰值頻率位移，因此間隔P2的設定時，在求局域型等離子體的峰值激發(fā)波長時，有時應該考慮這些情況。
[0139]1.1.5.其他的構成以及變形
[0140]1.1.5.1.包覆層
[0141]本實施方式的光學元件100可以根據(jù)需要具有包覆層。沒有圖示，包覆層可以形成為包覆金屬粒子20。此外，包覆層可以形成為使金屬粒子20露出而包覆其他構成。
[0142]包覆層例如具有機械地、化學地保護金屬粒子20或其他構成免受環(huán)境影響的功能。包覆層可以利用例如蒸鍍、濺射、CVD、各種涂布等方法形成。包覆層的厚度沒有特別限定。包覆層的材質沒有特別限定，不僅可以是例如Si02、A1203、T12, Ta2O5, Si3N4等絕緣體，還可以由IT0、Cu、Al等金屬以及高分子等形成,厚度期望薄到數(shù)nm以下。
[0143]在設置包覆層的情況下，與上述透光層30同樣，由于有時在金屬粒子20產(chǎn)生的局域型等離子體的激發(fā)峰值頻率位移，因此在列間隔P2的設定時，求局域型等離子體的峰值激發(fā)波長時，有時應該考慮這些情況。
[0144]1.1.5.2.變形
[0145]圖8是從第一方向觀察與變形例相關的光學元件200的模式圖。金屬粒子列21可以由多個列22構成。列22是多個金屬粒子20在第一方向以間隔Pl并列配置而成的，與上述金屬粒子列21同樣。因而，多個列22全都平行于第一方向。如圖8所示，間隔P2是指在金屬粒子列21由多個列22構成的情況下多個列22的第二方向中的重心的位置和相鄰的金屬粒子列21的多個列22的第二方向中的重心的位置之間的距離。圖8示出兩列的情況，還可以增加到3列、4列等。隨著列22增加，增強度降低，由于熱點密度(hot point)增加，有時拉曼散射的增強效果增高。此外，連接相同列22的相鄰的兩個金屬粒子20的第一方向的線和連接屬于相鄰的列22的金屬粒子20中最接近的金屬粒子20的線形成的角沒有特別限定，可以是直角也可以不是直角。在圖示的例子中示出兩者形成的角是直角的情況。此外，在此將相鄰的列22的間隔定義為間隔P3 (參照圖8)。間隔P3是指第二方向中的兩個列22的重心間的距離(節(jié)距)。
[0146]在金屬粒子列21由多個列22構成的情況下，通過設定間隔P2為滿足上式(2)以及式(9)的條件，有時可以進一步提高光的增強度和熱點密度(HSD)。
[0147]1.2.光源
[0148]本實施方式的分析裝置1000具備光源300。光源300對光學元件100照射入射光。光源300可以在光學兀件100的第一方向(為金屬粒子20并列的方向，金屬粒子列21延伸的方向)照射直線偏振的光(與第一方向相同方向的直線偏振光)以及在光學兀件100的第二方向(金屬粒子列21并列的方向即與金屬粒子列21交叉的方向)照射直線偏振的光(與第二方向相同方向的直線偏振光)、或者圓偏振光。
[0149]即，光源300可以是對光學兀件100照射與第一方向相同方向的直線偏振光以及與第二方向相同方向的直線偏振光的方式或者對光學兀件100照射圓偏振光的方式?？梢愿鶕?jù)光學元件100的表面等離子體的激發(fā)條件而能夠使來自透光層30的厚度方向的從光源300照射的入射光的傾斜角Θ適當變化。光源300可以設置在測角儀上等。
[0150]光源300照射的光如果能夠激發(fā)光學元件100的表面等離子體，就沒有特別限定，可以是包括紫外光、可見光、紅外光的電磁波。此外，光源300照射的光可以是相干光也可以不是相干光。具體而言，作為光源300可以例不在半導體激光器、氣體激光器、齒素燈、高壓水銀燈、氙燈等適當設置波長選擇元件、濾波器、偏振子等。
[0151]在使用偏振器的情況下可以使用公知的偏振器，可以具備使其適當旋轉的機構。來自光源300的光為激發(fā)光，光學元件100發(fā)生的等離子體的電場的集中、所謂熱點產(chǎn)生，附著于該熱點的物質的微弱的拉曼光被熱點的電場增強可以進行物質的檢測。[0152]1.3.檢測器
[0153]本實施方式的分析裝置1000具備檢測器400。檢測器400檢測從光學元件100放射的光。作為檢測器400可以使用例如CCD (Charge Coupled Device)、光電增倍管、光電
二極管、成像板等。
[0154]檢測器400可以設置于可以檢測從光學元件100放射的光的位置，與光源300的位置關系也沒有特別限定。此外，檢測器400可以設置于測角儀上等。
[0155]1.4.入射光
[0156]在本實施方式的分析裝置1000入射光學元件100的入射光例如是為了拉曼分光的激發(fā)光。入射光學元件100的入射光的波長沒有限制，可以是包括紫外光、可見光、紅外光的電磁波。此外，入射光的波長如可以選擇為能夠使產(chǎn)生局域型等離子體且滿足上式(3)的關系，就可以得到更高的增強度。
[0157]在本實施方式中，入射光是與光學兀件100的第一方向相同方向的直線偏振光以及與第二方向相同方向的直線偏振光的組合或者圓偏振光。通過將這樣的光入射光學兀件100，在寬頻帶可以增強光。
[0158]1.5.增強度曲線
[0159]對本實施方式的光學元件100中的增強度曲線進行說明。
[0160]拉曼增強度例如如非專利文獻I所記載與Cext (Extinct1n cross sect1n)成比例。
[0161]根據(jù)非專利文獻1，拉曼光譜強度與下式(X)的數(shù)值成比例。
[0162]Cext = ( 1-R).Λ χ.Λ y...(X)
[0163]其中，R是反射率，Λ χ和八y是X軸以及Y軸的金屬納米粒子的周期。
[0164]增強度的波長依賴性可以根據(jù)反射率的波長依賴性求出。
[0165]拉曼散射光的增強度與消光截面積(ECS Extinct1n Cross Sect1n)成比例。因而，通過求出ECS的波長依賴性(在本說明書中是指增強度曲線。)，可知增強度的波長依賴性。
[0166]拉曼光譜強度(Raman intensity)與Cext成比例(上式(X)),如使用本實施方式的光學元件100中的間隔Pl以及間隔P2表示，則為Cext = ECS, Λ x = PLA y = P2，拉曼光譜強度與式(Y) ECS =(1-R).Pl.P2…(Y)成比例，可以由此求出。
[0167]在隔開距離r的位置有兩個偶極(是指偶極a、偶極b)時，以r為矢量，各個偶極矢量p*a和偶極矢量P*b的偶極-偶極相互作用的能量U標記為r*,用下式(10)表示(在本說明書中，作為表示矢量的記號，使用*。)U = (1/4 ε 0) (l/r3) [p*a.p*b-3 (Pa.r*)(Pb.r*)]…(10)。
[0168]在本實施方式的構造的情況下，r*是透光層30的厚度方向，由于P*a和P*b分別是第一方向或者第二方向，P*a和r*、P氣和r*分別是垂直的關系，上式(10)的右邊第二項為零。
[0169]因而，偶極-偶極相互作用的能量U與P*a.P*b成比例。 [0170]在此，在將上式(10)的P*a設置為LSP*、P氣設置為PSP*，LSP*與PSP*正交的情況下能量U與零(PSP*和LSP*的內積)成比例，矢量LSP*的方向反轉的情況下也同樣與零成比例。即，在LSP*與PSP*正交的情況下，能級退化，取一個能級。[0171]另一方面，在PSP的矢量PSP*與LSP的矢量LSP*相互平行的情況下，由式(10)可知，存在能量U與PSP*和-LSP*的內積成比例的情況和矢量LSP*的方向反轉與PSP*和-LSP*的內積成比例的情況。S卩，LSP*和PSP*平行的情況下，能級不退化，取兩個能級。
[0172]據(jù)此，激發(fā)光的偏振方向導致的LSP*和PSP*平行的情況下，所謂反交叉現(xiàn)象(Anticrossing behav1r)產(chǎn)生,在增強度的波長依賴性方面,產(chǎn)生兩個峰。另外,后述的實驗例中示出，在兩個峰值波長接近的情況下，有時峰不分離而是看起來像一個峰。
[0173]對此，激發(fā)光的偏振方向導致的LSP*和PSP*正交的情況下，不產(chǎn)生所謂反交叉現(xiàn)象，在增強度的波長依賴性方面，產(chǎn)生一個峰。
[0174]1.6.增強度曲線的設計
[0175]本實施方式的分析裝置1000中在將光學元件100用于拉曼散射光的增強的情況下，至少考慮上述事項，優(yōu)選如下所示設定光學元件100的金屬粒子20的排列。
[0176]拉曼散射光的波長或者波數(shù)一般涉及寬頻帶。這樣的寬頻帶在僅向光學元件100給出特定方向的直線偏振光的激發(fā)光的情況下大多不能覆蓋整個該頻帶成為高的增強度。此外，在這樣的情況下，例如即使延長累計時間，在不覆蓋的頻帶中不能得到高的增強度。
[0177]在本實施方式的光學兀件100中，僅入射與第一方向相同方向的直線偏振光的入射光，即使可以得到高的增強度，由于增強度曲線為一個峰，因此難以增強拉曼散射光的整個頻帶?？墒?，向本實施方式的光學兀件100進一步入射與第二方向相同方向的直線偏振光的入射光。在與第二方向相同方向的直線偏振光的入射光的情況下，增強度與和第一方向相同方向的直線偏振光的入射光的情況相比較雖然不大，但是增強度曲線由于為兩個峰，因此可以增寬可得到一定增強度的頻帶。
[0178]在本實施方式的分析裝置1000中，通過使分別與第一方向以及第二方向相同方向的直線偏振光的兩個增強度曲線重合，在寬頻帶中，可以得到充分高的增強度。這兩個增強度曲線可以利用光學元件100中的金屬粒子20的配置、材質、金屬層10的厚度、材質等進行調整。
[0179]同樣，在本實施方式的光學兀件100中，入射圓偏振的入射光。圓偏振光的入射光由于包含沿著第一方向的偏振成分和沿著第二方向的偏振成分，因此產(chǎn)生增強度的曲線的重合，在寬頻帶可以得到充分高的增強度。
[0180]因而，在與本實施方式相關的光學元件100中，可以如以下所示設計增強度曲線。
[0181]例如，在已知物質的檢測中使用本實施方式的分析裝置1000的情況下，光學元件100的分別以第一方向以及第二方向的直線偏振光的兩個增強度曲線的重合設定為在該物質的拉曼散射光的波長或者波數(shù)的區(qū)域中增大。如果這樣，就可以以高靈敏度進行該物質的檢測。
[0182]此外，例如，在未知物質的檢測、鑒定使用本實施方式的分析裝置1000的情況下，光學元件100的分別以第一方向以及第二方向的直線偏振光的兩個增強度曲線的重合盡可能設定為在寬頻帶增大。如果這樣，可以以高靈敏度進行該物質的檢測、鑒定。
[0183]根據(jù)以上說明的分析裝置1000，由于基于光學元件的等離子體的光增強度曲線變寬，可以容易地進行廣泛的微量物質的檢測、測量。此外，本實施方式的分析裝置1000還可以具備殼體、輸入輸出單元等沒有圖示其他適宜的構成。
[0184]本實施方式的分析裝置1000具有以下的特征。[0185]本實施方式的分析裝置1000由于向光學元件100照射與第一方向相同方向的直線偏振光以及與第二方向相同方向的直線偏振光或者圓偏振光，因此可以在寬頻帶增強光。
[0186]此外，本實施方式的分析裝置1000由于光的增強度高，如在醫(yī)療健康、環(huán)境、食品、公安等領域，可以高靈敏度、高精度、迅速且簡便地檢測例細菌、病毒、蛋白質、核酸、各種抗原抗體等生物體關聯(lián)物質或包含無機分子、有機分子、高分子在內的各種化合物。例如可以利用本實施方式的分析裝置1000的光的增強度，增強微量物質的拉曼散射光。
[0187]2.光學元件的設計方法
[0188]本實施方式的光學元件100具有上述構造，如果具有Pl < P2 (式(I))的關系就可以充分發(fā)揮作用，以下具體說明用于增強度大的光學元件的設計方法的一個例子。
[0189]首先，設計光學元件包括:選擇間隔P2，使金屬粒子列21的衍射光柵產(chǎn)生的衍射光亮線在分散關系的圖表(縱軸為角頻率[ω (eV)]、橫軸為波數(shù)矢量[k (eV/c)])中的構成金屬層10的金屬的分散曲線與給出以間隔Pl并列的金屬粒子20 (金屬粒子列21)激發(fā)的局域型等離子體的峰的光的角頻率[ω (eV)]的交點附近交叉(參照圖10)。
[0190]本實施方式的光學元件的設計方法包括以下說明的工序。
[0191]調查金屬粒子20 (金屬粒子列21)中的局域型等離子體的激發(fā)波長依賴性，掌握在金屬粒子20使最大或者極大局域型等離子體發(fā)生的波長(在本說明書中，稱此為峰值波長。)。如已說明的，局域型等離子體根據(jù)金屬粒子20的材質、形狀、配置、其他構成的有無等而變化，峰值波長可以通過實測或者計算求得。
[0192]掌握構成金屬層10的分散曲線。該曲線根據(jù)金屬層10的材質除了可以從文獻等獲得之外，還可以通過計算求得。此外，還可以根據(jù)周邊的折射率求得亮線的傾斜度或SPP分散關系。
[0193]根據(jù)需要，將求得的峰值激發(fā)波長以及分散曲線繪制為分散關系的圖表(縱軸為角頻率[ω (eV)]，橫軸為波數(shù)矢量[k (eV/c)])。此時，局域型等離子體的峰值激發(fā)波長在圖表上為平行于橫軸的線。局域型等離子體由于是不具有速度而不移動的等離子體，因此在繪制為分散關系的圖表的情況下，傾斜度(ω/κ )為零。
[0194]確定入射光的入射角Θ以及使用的衍射光的次數(shù)m，由式(3)求得Q的數(shù)值，選擇間隔P2使其滿足式(2)或者式(9)的條件而配置金屬粒子列21。
[0195]如至少進行以上工序，設定間隔P1、間隔P2，則由于LSP和PSP的相互作用(混合)增強，因此可以設計具有非常大的增強度的光學元件。
[0196]3.分析方法
[0197]本實施方式的分析方法是使用上述分析裝置1000進行的。本實施方式的分析方法是向上述光學元件100照射入射光、根據(jù)該入射光的照射檢測從光學元件100放射的光從而分析對象物的分析方法，光學元件100包括金屬層10、設置于所述金屬層10上且透過光的透光層30、在第一方向以第一間隔排列同時在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列在所述透光層30上的多個金屬粒子20，光學元件100的金屬粒子20配置為滿足下式(I)的關系，向光學兀件100照射與其第一方向相同方向的直線偏振光以及第二方向相同方向的直線偏振光而進行的。
[0198]Pl < P2…(I)[0199]在此，Pl表示所述第一間隔。P2表示所述第二間隔。
[0200]4.電子設備
[0201]本實施方式的電子設備2000具備上述分析裝置1000、根據(jù)來自檢測器400的檢測信息運算健康醫(yī)療信息的運算部2010、存儲健康醫(yī)療信息的存儲部2020以及顯示健康醫(yī)療信息的顯示部2030。
[0202]圖11是本實施方式的電子設備2000的構成的概略圖。分析裝置1000是“1.分析裝置”中所述的分析裝置1000，省略詳細的說明。
[0203]運算部2010是例如個人計算機、移動信息終端(PDA personal DigitalAssistance)，收取從檢測器400輸出的檢測信息(信號等)，進行基于此的運算。此外，運算部2010可以進行分析裝置1000的控制。例如，運算部2010可以進行分析裝置1000的光源300的輸出、位置等的控制或檢測器400的位置的控制等。運算部2010根據(jù)來自檢測器400的檢測信息可以運算健康醫(yī)療信息。然后，由運算部2010運算的健康醫(yī)療信息被存儲于存儲部2020。
[0204]存儲部2020例如是半導體存儲器、硬盤驅動器等，可以與運算部2010構成為一體。存儲部2020存儲的健康醫(yī)療信息被輸出至顯示部2030。
[0205]顯示部2030例如由顯示板(液晶監(jiān)視器等)、打印機、發(fā)光體、揚聲器等構成。顯示部2030根據(jù)由運算部2010運算的健康醫(yī)療信息等顯示或者發(fā)報，使用戶能夠識別其內容。
[0206]作為健康醫(yī)療信息可以包括關于選自由細菌、病毒、蛋白質、核酸以及抗原、抗體組成的組中的至少一種生物體關聯(lián)物質或者從無機分子以及有機分子中選擇的至少一種化合物的有無或者量的信息。
[0207]5.實驗例
[0208]以下示出實驗例，進一步說明本發(fā)明，然而本發(fā)明不受以下例子任何限定。以下的例子是根據(jù)計算機的模擬。
[0209]5.1.計算模型
[0210]圖12是示出用于模擬的模型的基本構造的模式圖。
[0211]用于實驗例的計算的模型全都是在充分厚到不透過光的程度的Au (金屬層)上形成透光層(S12)膜。透光層的厚度固定為20nm。配置在透光層上的金屬粒子為Ag，以透光層的厚度方向為中心軸的圓柱，以圓柱的大小(底面直徑)為72nm，以高度為20nm。此外，入射光的波長為600nm或者633nm。
[0212]計算使用Rsoft 公司(現(xiàn)在的 CYBEBET SYSTEM株式會社)的 FDTD soft Fullwave。此外，使用的網(wǎng)格的條件為Inm最小網(wǎng)格,計算時間cT為10 μ m。
[0213]此外，周邊折射率η為I。關于入射光是以來自透光層的厚度方向(Z)的垂直入射與第一方向相同方向的直線偏振光以及與第二方向相同方向的直線偏振光的情況下，求出分別計算的繪圖或者計算以來自透光層的厚度方向(Z)的垂直入射為圓偏振光的情況的繪圖。
[0214]另外，在除了以下的實驗例6的其他各實驗例中示出的圖表中作為凡例使用例如Χ120Υ600、Χ600Υ120等標記。計算上都使用X方向的直線偏振光的入射光，附有Χ120Υ600與在間隔Pl為120nm、間隔P2為600nm的情況下“第一方向”的直線偏振光的入射光的結果等價，附有X600Y120與間隔Pl為120nm、間隔P2為600nm的情況下“第二方向”的直線偏振光的入射光的結果等價。
[0215]5.2.實驗例 I
[0216]圖13是示出反射率特性的波長依賴性的圖表。在本實驗例中使用的模型是間隔Pl以及間隔P2分別為300nm以及600nm的情況。然后，繪制照射第一方向的直線偏振光的情況和照射第二方向的直線偏振光的情況。
[0217]其結果，第一方向的直線偏振光的反射率的曲線(X300Y600)是在620nm附近具有極小值的形狀，第二方向的直線偏振光的反射率的曲線(X600Y300 )是在61Onm附近以及670nm附近具有兩個極小值的形狀。
[0218]這樣的現(xiàn)象通過間隔Pl以及間隔P2的長度相互不同，由于金屬粒子(Ag粒子)的配置相對于第一方向以及第二方向具有各向異性，因此可考慮在光學特性(反射率特性)也示出各向異性的結果，如以下所示，進行詳細的研究。以下為實驗結果。
[0219]如上所述，以下驗證了如LSP*和PSP*有正交的關系則反射率的極小值為一個峰，如LSP*和PSP*有平行的關系，則反射率的極小值為兩個峰。
[0220]發(fā)明人深刻研究一個峰和兩個峰的理由的結果確認了局域型等離子體LSP在激發(fā)光的偏振方向激發(fā)，傳播型等離子體PSP不受激發(fā)光的偏振方向影響，在金屬層10的表面全方位走向。由于PSP全方位發(fā)生，因此在以滿足式(3)的節(jié)距配置金屬粒子20的方向上保持強的PSP。
[0221]g卩，X300Y600模型在將LSP的矢量標記為LSP*、將PSP的矢量標記為PSP*時，存在LSP*和PSP*正交的關系。如用圖3進行說明，激發(fā)方向為第一方向，Pl = 300nm、P2 =600nm，則LSP*保持在第一方向，PSP*保持在第二方向。S卩，存在LSP*和PSP*正交關系。因此可知，X300Y600模型存在LSP*和PSP*正交關系，由圖13可知反射率的極小值為一個峰。
[0222]另一方面可知，X600Y300模型存在LSP*和PSP*平行的關系。使用圖3進行說明，激發(fā)方向為第二方向，Pl = 300nm、P2 = 600nm，因為LSP*保持在激發(fā)光的偏振方向而為第二方向，PSP*保持在滿足式(3)的第二方向。S卩，存在LSP*和PSP*平行的關系。因而，存在LSP*和PSP*平行的關系，由圖13可知反射率極小值為兩個峰。
[0223]圖14將圖13的圖表中的縱軸(反射率)換算為ECS(Extinct1n Cross Sect1n)并進行繪制。已進行了說明，在該ECS的數(shù)值大的波長區(qū)域拉曼散射光被大幅度地放大。
[0224]如果觀察圖14的圖表則發(fā)現(xiàn)，在第一方向僅適用直線偏振的光的情況下，可期待從570nm附近到660nm附近的拉曼散射光的增強，如將在第二方向直線偏振的光合并使用，則通過兩個增強度曲線的加法，從550nm附近到700nm附近可期待拉曼散射光的增強。
[0225]5.3.實驗例 2
[0226]圖15是示出ECS的波長依賴性的圖表。在本實驗例中使用的模型將間隔Pl以及間隔P2設定為120nm、600nm、660nm以及720nm的組合。然后，繪制在第一方向照射直線偏振的光的情況和在第二方向照射直線偏振的光的情況。此外，圖中以波浪線示出的繪圖示出間隔Pl以及間隔P2全都為600nm的沒有各向異性的模型的結果。
[0227]如果觀察圖15可知，對于X600Y600的ECS，X120Y600以及X600Y120的ECS雖然ECS的峰值小，但是具有ECS的頻帶變寬。即，間隔Pl以及間隔P2分別設定為120nm以及600nm的情況下,第一方向的直線偏振光和第二方向的直線偏振光通過將入射光的偏振方向改變90度而進行兩次測量，可以在寬頻帶得到高的增強度。對此，在將間隔Pl以及間隔P2全都設定為600nm而不具有各向異性的情況下，即使增加測量的累計次數(shù)(例如進行兩次以上測量)，也不過在比較窄的頻帶得到高的增強度。
[0228]此外，由圖15的圖表可知，在固定為Y120的情況下，X的數(shù)值越大，長波長側的ECS的峰越向長波長側位移。即可知，在第二方向直線偏振的情況下，通過將間隔Pl固定于120nm，使間隔P2增加到600nm、660nm以及720nm，能夠使得到增強度的頻帶向更長波長側位移。因而可知，增強度所必需的頻帶位于長波長側的情況下，通過使間隔P2變化，可以設定金屬粒子的配置，可在該頻帶得到增強度。
[0229]5.4.實驗例 3
[0230]在本實驗例中，與實驗例2同樣，對X300Y300、X300Y600以及X600Y300調查ECS的行為。圖16是示出ECS的波長依賴性的圖表。圖中以波浪線示出的繪圖示出間隔Pl以及間隔P2全都為300nm的沒有各向異性的模型的結果。
[0231]如果觀察圖16則可知，對于X300Y300的ECS，X300Y600以及X600Y300的ECS其ECS的峰值大，具有ECS的頻帶也變寬。即可知，分別設定間隔Pl以及間隔P2為300nm以及600nm的情況下,與實驗例2同樣,對第一方向的直線偏振光和第二方向的直線偏振光通過將入射光的偏振方向改變90度進行兩次測量，可以在寬頻帶得到高的增強度。
[0232]5.5.實驗例 4
[0233]在本實驗例中，與實驗例2同樣，對X660Y660、X660Y120以及X120Y660調查ECS的行為。圖17是示出ECS的波長依賴性的圖表。圖中以波浪線示出的繪圖示出間隔Pl以及間隔P2全都為660nm的沒有各向異性的模型的結果。
[0234]如果觀察圖17可知，對于X660Y660的ECS，X120Y660以及X660Y120的ECS雖然ECS的峰值小，可是具有ECS的頻帶變寬。即可知，分別將間隔Pl以及間隔P2設定為120nm以及660nm的情況下,與實驗例2同樣,對第一方向的直線偏振光和第二方向的直線偏振光通過改變入射光的偏振方向90度進行兩次測量，可以在寬頻帶得到高的增強度。
[0235]5.6.實驗例 5
[0236]在本實驗例中，調查金屬粒子列21由兩個列22構成的情況下的ECS的行為。在該例中，金屬粒子列21由兩個列22構成，連接相同的列22的相鄰的兩個金屬粒子20的第二方向的線和連接屬于相鄰列22的金屬粒子20中最接近的金屬粒子20的線形成的角為90度。此外，相鄰的列22的間隔P3為120nm。
[0237]圖18是示出ECS的波長依賴性的圖表。金屬粒子列21由兩個列22構成，在圖中附上21ines。如果觀察圖18可知，即使是在第一方向以及第二方向的直線偏振光的入射光任一情況下，在由兩個列22構成金屬粒子列21的情況下，增強度大的頻帶也變寬。
[0238]另一方面，由圖18可知，在由兩個列22構成金屬粒子列21的情況與金屬粒子列21為一個列22的情況比較，最大增強度變小。在圖18的圖表中，可考慮是由于用每單位粒子數(shù)的面積標準化而導致這樣的結果?？墒牵饘倭Ｗ拥呐渲妹芏仍谟蓛蓚€列22構成金屬粒子列21的情況由于是金屬粒子列21為一個列的情況的兩倍，因此如將遵照該模型的光學元件用于極微量的物質的檢測，則該物質和金屬粒子相遇的概率為兩倍，可以在該點使檢測的靈敏度增大。
[0239]5.7.實驗例 6[0240]一個圓偏振光可以分解為相互正交、振幅相等、相位僅偏離π /2的兩個直線偏振光。即，所謂將入射光設定為圓偏振光而取得拉曼散射信號包含同時取得第一方向的直線偏振光的拉曼散射光和第二方向的直線偏振光的拉曼散射光。
[0241]用于本實驗例的計算的模型全都在充分厚到不透過光的程度的Au (金屬層)上形成透光層(S12)膜。透光層的厚度固定為60nm。配置在透光層上的金屬粒子為Ag，以透光層的厚度方向為中心軸的圓柱，以圓柱的大小(底面直徑)為32nm，高度為4nm。
[0242]在本實驗例中使用的模型將間隔Pl以及間隔P2分別設定為60nm以及180nm。然后，在圖19的圖表上繪制照射第一方向的直線偏振光的情況(Χ60Π80)、照射第二方向的直線偏振光的情況(X180Y60)、照射與從第一方向向第二方向傾斜30度的方向相同方向的直線偏振光的情況(30deg)、照射與從第一方向向第二方向傾斜60度的方向相同方向的直線偏振光的情況(60deg)。
[0243]如果觀察圖19可知，在傾斜方向直線偏振的入射光的情況(30deg、60deg)的ECS位于第一方向以及第二方向的直線偏振光的入射光的情況(X60Y180、X180Y60)的ECS的中間。
[0244]由此，如以圓偏振光為入射光而入射，貝1J發(fā)現(xiàn)將入射光的直線偏振光的方向旋轉O度~90度的情況，可以使用一次ECS的波長依賴性。據(jù)此可知，圓偏振光的一次拉曼散射測量可得到和第一方向的直線偏振光的拉曼散射測量以及第二方向的直線偏振光中的拉曼散射測量進行兩次測量的情況基本相等的數(shù)據(jù)。
[0245]5.8.實驗例 7
[0246]在本實驗例中，對丙酮的拉曼散射光的增強進行例示。
[0247]拉曼散射光的位移量(cm O在以激發(fā)光的波長為X1、散射光的波長為Xs的情況下，由I/X1-1VXs給出。可知,丙酮在787011'1708011^292101^1發(fā)生拉曼散射位移。
[0248]如激發(fā)波長為600nm,則拉曼散射后的波長分別為630nm、669nm、728nm。
[0249]該數(shù)值使用圖15的圖表中的X600Y600、X120Y600、X600Y120的各模型的ECS，在圖20中示出拉曼散射光的增強度曲線。在圖20中描繪了激發(fā)光的波長600nm的輔助線和各拉曼散射光的波長(630nm、669nm、728nm)的輔助線。
[0250]拉曼散射光的強度用入射光的波長中的ECS和散射光的波長中的ECS的積表不。根據(jù)圖20的各模型的繪圖，將讀取波長600nm、630nm、669nm、728nm各個位置的ECS的結果記于以下表1中。
[0251]表1
【權利要求】
1.一種分析裝置，具備: 光學元件，其包括金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、及在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子； 光源，其照射入射至所述光學元件的入射光；以及 檢測器，其檢測從所述光學元件放射的光， 所述光學元件的所述金屬粒子的配置滿足下式(I)的關系， 所述光學兀件被照射與所述第一方向相同方向的直線偏振光以及與所述第二方向相同方向的直線偏振光， Pl < P2…(I) 其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
2.一種分析裝置，具備: 光學元件，其包括金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、及在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子； 光源，其照射入射至所述光學元件的入射光；以及 檢測器，其檢測從所述 光學元件放射的光， 所述光學元件的所述金屬粒子的配置滿足下式(I)的關系， 所述光學元件被照射圓偏振光，
Pl < P2...(I) 其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的分析裝置，其中， 所述光學元件的所述金屬粒子的配置滿足下式(2)的關系，
Pl < P2 ^ Q+P1...(2) 其中，當設所述金屬粒子列中激發(fā)的局域型等離子體的角頻率為ω、構成所述金屬層的金屬的介電常數(shù)為ε(ω)、所述金屬層的周邊的介電常數(shù)為ε、真空中的光速為C、所述入射光的照射角即從所述透光層的厚度方向的傾斜角為Θ時，Q由下式(3)給出，
(ω /c).{ ε.ε (ω) / (ε + ε ( ω )) }1/2 = ( ω /c).ε 1/2.sin θ +2m τι /Q (m =±1、±2、...)...(3)。
4.根據(jù)權利要求1~3中任一項所述的分析裝置，其中， 所述檢測器檢測被所述光學元件增強的拉曼散射光。
5.根據(jù)權利要求1~4中任一項所述的分析裝置，其中， 所述光源向所述光學元件照射具有比所述金屬粒子在所述透光層的厚度方向的大小以及所述金屬粒子在所述第二方向的大小大的波長的所述入射光。
6.根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的分析裝置，其中， 所述間隔Pl以及所述間隔P2為120nm以上720nm以下。
7.根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的分析裝置，其中， 所述間隔Pl以及所述間隔P2為60nm以上180nm以下。
8.根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的分析裝置，其中，當以二氧化硅為所述透光層時，所述透光層的厚度為20nm以上60nm以下或者200nm以上300nm以下。
9.根據(jù)權利要求1~8中任一項所述的分析裝置，其中， 所述光源照射比所述間隔Pl長的波長的光。
10.一種分析方法，其是向光學兀件照射光、根據(jù)所述光的照射檢測從所述光學兀件放射的光、從而分析對象物的分析方法，其中， 所述光學元件包括金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、及在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子， 所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(I)的關系， 所述分析方法中，向所述光學兀件照射與所述第一方向相同方向的直線偏振光以及與所述第二方向相同方 向的直線偏振光，
Pl < P2...(I) 其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
11.一種分析方法，其是向光學兀件照射光、根據(jù)所述光的照射檢測從所述光學兀件放射的光、從而分析對象物的分析方法，其中， 所述光學元件包括金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、及在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子， 所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(I)的關系， 所述分析方法中，向所述光學元件照射圓偏振光， Pl < P2…(I) 其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
12.根據(jù)權利要求10或者11所述的分析方法，其中， 所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(2)的關系，
Pl < P2 ^ Q+P1...(2) 其中，當設所述金屬粒子列中激發(fā)的局域型等離子體的角頻率為ω、構成所述金屬層的金屬的介電常數(shù)為ε(ω)、所述金屬層的周邊的介電常數(shù)為ε、真空中的光速為C、所述入射光的照射角即從所述透光層的厚度方向的傾斜角為Θ時，Q由下式(3)給出，
(ω /c).{ ε.ε (ω) / (ε + ε ( ω )) }1/2 = ( ω /c).ε 1/2.sin θ +2m τι /Q (m =±1、±2、...)...(3)。
13.根據(jù)權利要求10~12中任一項所述的分析方法，其中， 所述檢測器檢測被所述光學元件增強的拉曼散射光。
14.根據(jù)權利要求13所述的分析方法，其中， 調整所述間隔Pl以及所述間隔P2的至少一個，使所述光學元件的增強度曲線與所述拉曼散射光的波長相對應。
15.一種光學元件，包括:金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、及在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子，所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(I)的關系， 所述光學兀件被照射所述第一方向的直線偏振光以及所述第二方向的直線偏振光，以增強拉曼散射光， Pl < P2…(I) 其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
16.一種光學元件，包括:金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、及在所述透光層上在第一方向以第一間隔排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以第二間隔排列的多個金屬粒子， 所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(I)的關系， 所述光學元件被照射圓偏振光，以增強拉曼散射光，
Pl < P2...(I) 其中，Pl表示所述第一間隔，P2表示所述第二間隔。
17.根據(jù)權利要求15或者16所述的光學兀件,其中， 所述光學元件的所述金屬粒子被配置為滿足下式(2)的關系，
Pl < P2 ^ Q+P1...(2) 其中，當設所述金屬粒子列中激發(fā)的局域型等離子體的角頻率為ω、構成所述金屬層的金屬的介電常數(shù)為ε(ω)、所述金屬層的周邊的介電常數(shù)為ε、真空中的光速為C、所述入射光的照射角即從所述透光層的厚度方向的傾斜角為Θ時，Q由下式(3)給出，
(ω /c).{ ε.ε (ω) / (ε + ε ( ω )) }1/2 = ( ω /c).ε 1/2.sin θ +2m τι /Q (m =±1、±2、...)...(3)。
18.一種光學元件的設計方法，其中，該光學元件包括金屬層、設置于所述金屬層上且透過光的透光層、及在所述透光層上在第一方向以間隔Pl排列并且在與所述第一方向交叉的第二方向以間隔P2排列的多個金屬粒子， 調節(jié)所述間隔Pl以及所述間隔P2的至少一個，使所述光學元件的增強度曲線與對象物的拉曼散射光的波長以及激發(fā)光的波長相對應。
19.一種電子設備，具備權利要求1~9中任一項所述的分析裝置、根據(jù)來自所述檢測器的檢測信息運算健康醫(yī)療信息的運算部、存儲所述健康醫(yī)療信息的存儲部、及顯示所述健康醫(yī)療信息的顯示部。
20.根據(jù)權利要求19所述的電子設備，其中，所述健康醫(yī)療信息包括關于選自由細菌、病毒、蛋白質、核酸以及抗原、抗體組成的組中的至少一種生物體關聯(lián)物質或者選自無機分子以及有機分子中的至少一種化合物的有無或者量的信息。
【文檔編號】G02B5/00GK104034657SQ201410079129
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權日:2013年3月7日
【發(fā)明者】杉本守, 真野哲雄, 江成芽久美 申請人:精工愛普生株式會社