特許 6029179 光波長計測装置および光波長計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6029179

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】光波長計測装置および光波長計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 9/00 20060101AFI20161114BHJP

【ＦＩ】

   G01J9/00

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-171972(P2013-171972)

(22)【出願日】2013年8月22日

(65)【公開番号】特開2015-40767(P2015-40767A)

(43)【公開日】2015年3月2日

【審査請求日】2015年7月10日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 公益社団法人精密工学会、２０１３年度精密工学会春季大会プログラム＆アブストラクト集、平成２５年２月２７日発行

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100153006

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 勇三

(72)【発明者】

【氏名】山口 浩司

(72)【発明者】

【氏名】岡本 創

(72)【発明者】

【氏名】米谷 玲皇

(72)【発明者】

【氏名】石原 直

(72)【発明者】

【氏名】割澤 伸一

(72)【発明者】

【氏名】劉 琿

(72)【発明者】

【氏名】守屋 和樹

【審査官】 塚本 丈二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０４３１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７７６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０９６５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３１５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０８３７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７４５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１７０６５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−０７３８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４４３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５１６４４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ １／００−１／６０

Ｇ０１Ｊ ９／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光検出振動子と、
この光検出振動子の振動特性を計測する検出手段と、
前記光検出振動子への計測対象光の照射による前記光検出振動子の振動特性の変化に基づいて前記計測対象光の波長を求める光波長決定手段とを備え、
前記光検出振動子は、
基板上に形成された支持部によって前記基板から浮いた状態で支持される微小機械振動子と、
この微小機械振動子の上または周囲に配置された、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造とを備えることを特徴とする光波長計測装置。

【請求項2】

請求項１記載の光波長計測装置において、
所望の光波長に応じて前記光検出振動子のナノ周期構造の寸法と形状と材質が設定されていることを特徴とする光波長計測装置。

【請求項3】

請求項１記載の光波長計測装置において、
所望の計測感度、光波長分解能に応じて前記光検出振動子のナノ周期構造の寸法と形状と材質、および前記光検出振動子の微小機械振動子の材質と共振特性が設定されていることを特徴とする光波長計測装置。

【請求項4】

基板上に形成された支持部によって前記基板から浮いた状態で支持される微小機械振動子と、この微小機械振動子の上または周囲に配置された、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造とを備えた光検出振動子を利用して光波長を計測する光波長計測方法であって、
前記光検出振動子の振動特性を計測する検出ステップと、
前記光検出振動子への計測対象光の照射による前記光検出振動子の振動特性の変化に基づいて前記計測対象光の波長を求める光波長決定ステップとを含むことを特徴とする光波長計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光の波長検出が可能な光検出振動子を利用して光の波長を計測する光波長計測装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

基礎学術を扱う研究分野や工学、医療、セキュリティ、光通信分野などの様々な分野において、光波長の高精度な計測が必要とされ、様々な原理、手法の波長計測技術、装置の研究開発が進められてきた。波長計のコアコンポーネントの一つが波長検出素子であり、波長検出素子の代表例としてフォトダイオードやＣＣＤ等がある。波長計測装置は、用途によりその形態は多岐に渡る。分光実験においては、グレーティングやＣＣＤ等により高精度な波長計測が達成される。また、光通信分野においても通信用レーザーの波長安定化のために、波長依存フィルタやフォトダイオードを用いた波長計測が行われている。これらの波長計測技術は、基礎学術分野や産業の発展を牽引してきたといえる。

【0003】

波長計測技術のさらなる高度化は、様々な分野に、より一層貢献するものと期待できる。光波長の高精度計測達成には、波長検出素子の高性能化（高感度化、高分解能化）が必須である。また、様々な分野において広く利用されるためには、波長検出素子がプロセス技術等で安価に製造できることも要求される。波長計測技術のさらなる高度化に向け、安価に作製可能で、尚且つ高精度に波長検出可能な新たな原理・機構により動作する波長計測素子が求められている。

【0004】

以上のような要求を満たす波長計測素子として、ナノ振動子センサを利用することが考えられる。ナノ振動子センサは、質量、温度や圧力変化など様々な物理量の変化を共振特性の変化として高感度に検出することができることから、振動を介した光波長検出が期待できる（非特許文献１、非特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】A.K.Naik，et al.，Nature Nanotechnology，4，445，2009

【非特許文献2】Takahito Ono, et al.，Rev. Sci. Instrum.，74，5141，2002

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

光波長の計測を高精度、安価に達成するためには、半導体製造プロセス技術で作製可能な機構・原理により動作する新たな素子が必要である。ナノ振動子センサは半導体製造プロセス技術により大量生産可能なデバイスであり、安価なデバイスの実現が期待できる。しかし、ナノ振動子センサを用いた光波長の検出原理は未だ確立されていない。波長検出達成のためには、新たな原理を確立する必要がある。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光波長の計測を高精度、安価に実現することができる光波長計測装置および光波長計測方法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】

【0008】

本発明の光波長計測装置は、光検出振動子と、この光検出振動子の振動特性を計測する検出手段と、前記光検出振動子への計測対象光の照射による前記光検出振動子の振動特性の変化に基づいて前記計測対象光の波長を求める光波長決定手段とを備え、前記光検出振動子は、基板上に形成された支持部によって前記基板から浮いた状態で支持される微小機械振動子と、この微小機械振動子の上または周囲に配置された、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造とを備えることを特徴とするものである。

【0009】

また、本発明の光波長計測装置の１構成例は、所望の光波長に応じて前記光検出振動子のナノ周期構造の寸法と形状と材質が設定されていることを特徴とするものである。
また、本発明の光波長計測装置の１構成例は、所望の計測感度、光波長分解能に応じて前記光検出振動子のナノ周期構造の寸法と形状と材質、および前記光検出振動子の微小機械振動子の材質と共振特性が設定されていることを特徴とするものである。

【0010】

また、本発明は、基板上に形成された支持部によって前記基板から浮いた状態で支持される微小機械振動子と、この微小機械振動子の上または周囲に配置された、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造とを備えた光検出振動子を利用して光波長を計測する光波長計測方法であって、前記光検出振動子の振動特性を計測する検出ステップと、前記光検出振動子への計測対象光の照射による前記光検出振動子の振動特性の変化に基づいて前記計測対象光の波長を求める光波長決定ステップとを含むことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、微小機械振動子の上または周囲に、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造を設けることにより、光波長の計測を高精度、安価に行なうことが可能な光検出振動子を実現することができる。光の波長計測技術は、基礎学術を扱う研究分野や工学、医療、セキュリティ、光通信分野などの様々な分野でその高精度化、高感度化、経済化が求められている技術である。本発明の光検出振動子による光波長の計測方法は、量産可能な機構による新たな原理に基づく波長計測方法であり、様々な分野における光を活用した計測・分析技術の向上や新技術の創発に貢献するものと期待できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る光検出振動子の概略構造を示す斜視図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る光波長検出原理を説明する図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態に係る光検出振動子の作製方法を説明する工程断面図である。

【図4】本発明の第１の実施の形態に係る光検出振動子を上方から撮影した電子顕微鏡写真である。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係る光検出振動子の詳細な構造を示す斜視図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態に係る光検出振動子の振動スペクトルを示す図である。

【図7】計測対象光の波長と光検出振動子の初期共振周波数からの共振周波数シフト量との関係を示す図である。

【図8】本発明の第１の実施の形態に係る光波長計測装置の構成例を示す図である。

【図9】本発明の第２の実施の形態に係る光検出振動子の構造を示す斜視図である。

【図10】本発明の第２の実施の形態に係る他の光検出振動子の構造を示す斜視図である。

【図11】本発明の第２の実施の形態に係る他の光検出振動子の構造を示す斜視図である。

【図12】本発明の第２の実施の形態に係る他の光検出振動子の構造を示す斜視図である。

【図13】本発明の第２の実施の形態に係る他の光検出振動子の構造を示す斜視図である。

【図14】本発明の第２の実施の形態に係る他の光検出振動子の構造を示す斜視図である。

【図15】本発明の第２の実施の形態に係る光検出振動子の作製方法を説明する工程断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１の実施の形態］
以下、本発明を用いた実施の形態について詳細に説明する。本実施の形態では、両持ち梁型の微小機械振動子に、表面プラズモン共鳴による光の異常透過現象（文献「K.L.van der Molen，et al.，“Influence of hole size on the extraordinary transmission through subwavelength hole arrays”，Appl. Phys. Lett.，Vol.85，p.4316-4318，2004」参照）を励起可能なナノ周期構造を組み合わせることにより波長計測機械振動子を作製した。

【0015】

微小機械振動子は、質量や電磁気的力、電荷など様々な微小物理量を、振動変化を介して取り出し可能なメカニカル構造体である。光照射に伴う熱の発生によっても内部応力の変化等が原因でその共振特性を変化させる。この効果は、波長計測に活用できるものと考えられるものの、光の波長と機械振動子の材質によっては、光照射箇所の材料の吸収率が波長依存を示さないこともあり、機械振動子への熱吸収を任意に制御する必要があった。例えば、波長１．５μｍ帯の光に対し、Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ａｇなど様々な物質は，波長変化に応じて吸収率がほとんど変化しない。

【0016】

本実施の形態では、図１に示すように、波長１．５μｍ帯の光に対し異常透過現象を励起可能なナノ周期構造３を、両持ち梁型の微小機械振動子２に組み込むことにより、微小機械振動子２における熱吸収に波長依存性をもたせた。熱吸収による梁内部の応力変化に伴う微小機械振動子２の振動特性変化を計測することで、光の波長を計測する。

【0017】

図２は本実施の形態の光波長検出原理を説明する図である。図１に示したような光検出振動子１に光を照射すると（図２ステップＳ１）、光検出振動子１のナノ周期構造３において表面プラズモン共鳴による光の異常透過現象が励起され（ステップＳ２）、このナノ周期構造３の熱吸収率の光波長依存性に応じて微小機械振動子２に応力変化が生じ（ステップＳ３）、これにより微小機械振動子２の振動特性（共振周波数、Ｑ値、振幅）に変化が生じる（ステップＳ４）。微小機械振動子２の振動特性の変化と光の波長との関係を予め調べておけば、光検出振動子１に照射された光の波長を求めることができる（ステップＳ５）。

【0018】

図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は本実施の形態の光検出振動子１の作製方法を説明する工程断面図である。本実施の形態では、集束イオンビーム化学気相成長法（特開２００１−１０７２５２号公報、文献「S.Matsui，et al.，“Three-dimensional nanostructure fabrication by focused-ion-beam chemical vapor deposition”，J. Vac. Sci. Tech.，B，18，p.3181-3184，2000」参照）、及びウェットエッチング、蒸着、集束イオンビームエッチングを用いて光検出振動子１を作製する。

【0019】

具体的には、まず最初にＳｉ基板１０上に、集束イオンビーム化学気相成長法を用いてダイアモンドライクカーボン（diamond-like carbon：ＤＬＣ）からなる振動子パターン１１を製膜する（図３（Ａ））。ここでは、加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流６．３ｐＡのガリウム集束イオンビーム（Ｇａ⁺ＦＩＢ）を、フェナントレン（Ｃ₁₄Ｈ₁₀）雰囲気下においてＳｉ基板１０上で走査し、ＤＬＣからなる薄膜状の振動子パターン１１を堆積させた。フェナントレン導入圧力はおよそ１×１０^-4Ｐａ、ドーズ（Dose）量５０×１０¹⁵ｉｏｎｓ／ｃｍ²、ビーム滞在時間（Dwell time）１５μｓｅｃで作製した。

【0020】

その後、水酸化テトラメチルアンモニウム（Tetramethylammonium hydroxide：ＴＭＡＨ）系ウェットエッチング溶液を用いて、Ｓｉ基板１０の表面のＳｉ露出層をエッチングし、ＤＬＣからなる微小機械振動子２を作製する（図３（Ｂ））。微小機械振動子２の厚さは７４ｎｍ、微小機械振動子２の梁の長さは例えば数μｍ程度である。ここでは、６５℃のＴＭＡＨ溶液で３０分エッチングした後、６５℃の純水で５分間リンスを行った。微小機械振動子２は、エッチングによって形成されたＳｉ製の支持部４によって両端付近が固定されることによりＳｉ基板１０から浮いた状態で支持される両持ち梁型の構造を有する。

【0021】

微小機械振動子２の作製後、蒸着法により厚さ６０ｎｍのＡｕ薄膜１２を微小機械振動子２上に製膜した（図３（Ｃ））。
最後に、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）を利用したエッチング加工によってＡｕ薄膜１２にナノ周期構造３を作製する（図３（Ｄ））。本実施の形態では、金属材料からなる凹凸構造をｎｍオーダーで周期的に配置したものをナノ周期構造３としている。具体的には、図１に示したようにＡｕ薄膜１２に平面視円形の穴をドットマトリクス状（正方配列）に形成したものをナノ周期構造３とした。穴の直径は３００ｎｍ、穴の間隔は７５０ｎｍである。ここでは、加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流６．３ｐＡのＦＩＢを用いた。また、ドーズ（Dose）量を３５×１０¹⁵ｉｏｎｓ／ｃｍ²、ビーム滞在時間（Dwell time）を１５μｓｅｃとした。以上で、光検出振動子１の作製が完了する。

【0022】

図４に本実施の形態の光検出振動子１の電子顕微鏡写真を示す。本実施の形態で作製した光検出振動子１は、図５に示すように熱吸収層（プラズモン吸収層）及び振動構造体としてのＤＬＣ製の微小機械振動子２と、波長依存性を有する光の異常透過現象（プラズモン）励起のためのＡｕ製のナノ周期構造３と、Ｓｉ製の支持部４とから構成されている。

【0023】

この光検出振動子１の振動特性は、光ヘテロダイン振動計を用いて計測することができる。光ヘテロダイン振動計は、計測光を光検出振動子１に照射して、光検出振動子１の振動特性を非接触で検出する装置である。計測光として用いたレーザー光の波長は、６３２．８ｎｍである。また、励振は、波長４０８ｎｍの半導体レーザーから励振光を光検出振動子１に照射する光励振法により行った。なお、光ヘテロダイン振動計は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。図６は本実施の形態の光検出振動子１の振動スペクトルを示す図である。光検出振動子１の初期共振周波数は、４．２１ＭＨｚであった。

【0024】

次に、光検出振動子１に対し、計測対象となる波長１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍのレーザー光を照射し、光検出振動子１の共振周波数を計測した。本実施の形態では、計測対象光の光源として、波長１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍの波長可変レーザーを用いた。また、レーザー光の対物出射パワーは、各々の波長において２ｍＷとした。図７に、計測対象光の波長と光検出振動子１の初期共振周波数からの共振周波数シフト量との関係を示す。図７に示すように初期共振周波数からの共振周波数シフト量は計測対象光の波長に依存し、計測対象光の波長の長波長化に伴い、共振周波数シフト量は減少した。

【0025】

この図７の結果は、本実施の形態の光検出振動子１を用いて、光波長の計測が可能であることを示している。以上により、微小機械振動子２に、光の異常透過現象を励起可能なナノ周期構造３を組み合わせることにより、光の波長計測が可能であることを実証した。

【0026】

図８は本実施の形態の光波長計測装置の構成例を示す図である。光波長計測装置は、光検出振動子１と、光検出振動子１に計測対象光を照射する波長可変レーザー等の光源５と、光検出振動子１の振動特性を計測する光ヘテロダイン振動計等の検出部６と、計測対象光の照射による光検出振動子１の振動特性の変化から計測対象光の波長を求める光波長決定部７とから構成される。

【0027】

光波長決定部７には、光検出振動子１の初期の振動特性（例えば初期共振周波数）が予め登録されると共に、光検出振動子１の振動特性の変化量（例えば共振周波数シフト量）と計測対象光の波長との関係が予め登録されている。光波長決定部７は、光検出振動子１の初期の振動特性と検出部６の計測結果とから、光検出振動子１の振動特性の変化量を算出し、この光検出振動子１の振動特性の変化量に対応する計測対象光の波長を、予め登録された関係に基づいて決定すればよい。

【0028】

なお、光検出振動子１の振動特性の変化量と計測対象光の波長との関係を数式で近似できる場合には、光検出振動子１の振動特性の変化量と計測対象光の波長との関係を表す数式を光波長決定部７に予め登録しておけばよい。この場合、光波長決定部７は、光検出振動子１の振動特性の変化量に対応する計測対象光の波長を予め登録された数式に基づいて算出すればよい。以上のような光波長決定部７は、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って上記のような処理を実行する。

【0029】

以上、詳細に説明したように、本実施の形態によれば以下のような効果を奏することができる。
（１）光波長依存性を有する光学ナノ周期構造を用いて微小機械振動子での熱吸収を制御することにより、計測対象光の波長に応じて振動特性が変化する光検出振動子を作製することができ、この光検出振動子を用いて光の波長計測を達成できる。
（２）形状や寸法により光波長に対する特性を設計することのできる光学ナノ周期構造を、微小機械振動子上あるいは微小機械振動子の周辺に配置することにより、さまざまな光波長帯に対し振動特性を変化させることが可能な光検出振動子を作製することができ、この光検出振動子を用いて様々な波長を有する光の波長計測に有効な波長計を作製することができる。

【0030】

なお、光検出振動子１の作製は、既存の超微細加工技術（電子ビーム露光技術、フォトリソグラフィー、ナノインプリント技術、ドライエッチング技術、ウェットエッチング技術、蒸着、スパッタリング、化学気相成長法等）を複数組み合わせ使用することでも可能であり、光検出振動子１の作製方法は本実施の形態に限定するものではない。

【0031】

また、本実施の形態では、微小機械振動子２の構造材料としてＤＬＣを用いているが、本発明の趣旨に基づき他の材料を用いることも可能であり、それら他の材料を本発明の範囲から排除するものでない。また、本実施の形態では、ナノ周期構造３をＡｕを用いて作製しているが、Ｐｔ，Ａｇなどの他の金属材料を用いて作製することも可能である。

【0032】

本発明において、計測可能な光波長は、ナノ周期構造３の寸法と形状と材質（誘電率）により決定される。したがって、計測したい光波長に応じてナノ周期構造３の寸法と形状と材質を設計すればよい。また、光波長に対する計測感度、光波長に対する分解能は、ナノ周期構造３の寸法と形状と材質（誘電率）、および微小機械振動子２の材質（光吸収率、線膨張係数）と共振特性（共振周波数、Ｑ値、振動モード等）により決定される。したがって、所望の計測感度、所望の分解能に応じてナノ周期構造３の寸法と形状と材質、および微小機械振動子２の材質と共振特性を設計すればよい。

【0033】

また、本実施の形態では、波長１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍ、パワー２ｍＷの光を計測対象としているが、上記のとおり光の特性（波長やパワー）に応じて計測可能波長、計測感度を制御することが可能なので、本実施の形態以外の波長およびパワーの光を計測対象としてもよい。

【0034】

［第２の実施の形態］
光検出振動子の形状は、本発明の趣旨に基づいて、種々の変形・応用が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。微小機械振動子の形状については、例えば両持ち梁型、片持ち梁型、薄膜型などの形状が考えられる。
図９は本実施の形態の光検出振動子１ａの構造を示す斜視図である。光検出振動子１ａは、例えばＤＬＣからなる両持ち梁型の微小機械振動子２の表面全体にＡｕ薄膜１２を形成し、微小機械振動子２の一方の固定端の位置に、ナノ周期構造３と同形状のナノ周期構造３ａを形成したものである。

【0035】

図１０は本実施の形態の別の光検出振動子１ｂの構造を示す斜視図である。光検出振動子１ｂは、例えばＤＬＣからなる両持ち梁型の微小機械振動子２の表面の特定箇所、具体的には一方の固定端の位置にＡｕ薄膜１２を形成し、このＡｕ薄膜１２にナノ周期構造３と同形状のナノ周期構造３ｂを形成したものである。

【0036】

図１１は本実施の形態の別の光検出振動子１ｃの構造を示す斜視図である。光検出振動子１ｃは、例えばＤＬＣからなる片持ち梁型の微小機械振動子２ｃの表面の特定箇所、具体的には固定端の位置にＡｕ薄膜１２を形成し、このＡｕ薄膜１２にナノ周期構造３と同形状のナノ周期構造３ｃを形成したものである。

【0037】

図１２は本実施の形態の別の光検出振動子１ｄの構造を示す斜視図である。光検出振動子１ｄは、例えばＤＬＣからなる両持ち梁型の微小機械振動子２の表面の特定箇所、具体的には２つの支持部４のうちの一方の支持部４の位置にＡｕ薄膜１２を形成し、このＡｕ薄膜１２を加工して同心円弧状のナノ周期構造３ｄを形成したものである。

【0038】

図１３は本実施の形態の別の光検出振動子１ｅの構造を示す斜視図である。光検出振動子１ｅは、例えばＤＬＣからなる両持ち梁型の微小機械振動子２ｅの周囲にＡｕ薄膜１２を形成し、このＡｕ薄膜１２を加工して同心円状のナノ周期構造３ｅを形成したものである。ここでは、第１の実施の形態と同様に微小機械振動子２ｅの下部のＳｉ基板をエッチングすることによって、微小機械振動子２ｅの下に空洞１３が形成されている。これにより、微小機械振動子２ｅは、中央が空洞のＳｉ製の支持部４ｅによって両端が固定されることによりＳｉ基板から浮いた状態で支持される両持ち梁型の構造となっている。

【0039】

図１４は本実施の形態の別の光検出振動子１ｆの構造を示す斜視図である。光検出振動子１ｆは、例えばＤＬＣからなる薄膜型の微小機械振動子２ｆの表面にＡｕ薄膜１２を形成し、このＡｕ薄膜１２を加工して同心円状のナノ周期構造３ｆを形成したものである。図１３の場合と同様に、微小機械振動子２ｆの下部のＳｉ基板をエッチングすることによって、微小機械振動子２ｆの下に空洞１３が形成されている。これにより、Ｓｉ製の支持部４ｆは中央が空洞の形状となっている。平面視円形の微小機械振動子２ｆは、複数本の梁を介して周辺部と接続され、この周辺部が支持部４ｆによって固定されることにより、Ｓｉ基板から浮いた状態で支持される構造となっている。

【0040】

図１１に示したような片持ち梁型の微小機械振動子２ｃを用いる場合は、発生熱による振動子２ｃの機械的特性（ヤング率や密度）の変化や長さの変化に伴う振動特性の変化を利用して光波長検出を行うこととなる。
ナノ周期構造については、第１の実施の形態のように微小機械振動子の梁中央に形成するだけでなく、図９〜図１２に示したように、梁の特定の位置に形成してもよいし、梁の固定端に形成してもよいし、支持部の上に形成してもよい。

【0041】

また、ナノ周期構造は、第１の実施の形態のようにドットマトリクス状（正方配列）だけでなく、平面視円形の穴を正三角形の頂点に配置する三角配列のナノ周期構造でもよいし、図１２に示したような同心円弧状のナノ周期構造でもよいし、図１３、図１４に示したような同心円状のナノ周期構造でもよい。同心円弧状や同心円状のナノ周期構造を用いた場合、アンテナ効果によるプラズモン集中に伴う発生熱に対し本発明の原理を適用することでも光波長検出が期待できる。

【0042】

なお、図１４に示した光検出振動子１ｆを作製するには以下のようにすればよい。最初に、Ｓｉ基板１０へのＦＩＢイオン注入によりＳｉベースのエッチングマスクとなる振動子パターン１１ｆを作製する（図１５（Ａ））。ここでは、加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流６０ｐＡ、ドーズ量７×１０¹⁵ｉｏｎｓ／ｃｍ²とした。振動子パターン１１ｆの厚さは５０ｎｍである。

【0043】

続いて、振動子パターン１１ｆの上に、集束イオンビーム化学気相成長法を用いてＤＬＣからなる同心円状のナノ凹凸構造１５を形成する（図１５（Ｂ））。ここでは、加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流６０ｐＡ、ドーズ量２５０×１０¹⁵ｉｏｎｓ／ｃｍ²、ビーム滞在時間８μｓｅｃとした。ナノ凹凸構造１５の高さは１５０ｎｍ、凹凸構造のピッチは１３４０〜１７００ｎｍである。

【0044】

その後、ＴＭＡＨ系ウェットエッチング溶液を用いて、Ｓｉ基板１０の表面のＳｉ露出層をエッチングし、Ｓｉ基板１０から浮いた微小機械振動子２ｆを作製する（図１５（Ｃ））。ここでは、６５℃のＴＭＡＨ溶液で１９分間エッチングを行なった。
最後に、ナノ凹凸構造１５の上に蒸着法により厚さ７０ｎｍのＡｕ薄膜１２を製膜することにより、同心円状のナノ周期構造３ｆを形成する（図５（Ｄ））。以上で、光検出振動子１ｆの作製が完了する。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明は、光の波長を計測する技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0046】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…光検出振動子、２，２ｃ，２ｅ，２ｆ…微小機械振動子、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ…ナノ周期構造、４，４ｅ，４ｆ…支持部、５…光源、６…検出部、７…光波長決定部、１０…Ｓｉ基板、１１…振動子パターン、１２…Ａｕ薄膜、１３…空洞、１４…梁。

【図2】

【図3】

【図6】

【図7】

【図15】

【図1】

【図4】

【図5】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】