JPH03502726A - 集積光学干渉法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 集ｆ　千を法 本発明は請求の範囲の請求項１の前提頂部分に記載の集積光学干渉法に係るもの である。

光学的なフィルムウェーブガイドは低い屈折係数の基板の上に付着した高い屈折 係数の薄いウェーブガイドフィルムから成る。ストリップウェーブガイドは低い 屈折係数の基板の上に付着した高い屈折係数のストリップから成るか、もしくは その基板の表面に埋め込んだストリップから成る。又、フィルムもしくはストリ ップウェーブガイドを覆つている上層の屈折係数はフィルムもしくはストリップ ウェーブガイドの屈折係数よりも低くなければならない、幾何光学に従って光波 はフィルム内で全内部反射によってフィルムウェーブガイド内を導かれる。スト リップウェーブガイド内では光波は更に横方向にも導かれる。フィルムウェーブ ガイドの重要な特別の場合は基板が平らであるプランナーウェーブガイドである 。

ウェーブオプティカルもしくはエレクトロダイナミカル理論によればウェーブガ イド内の光波の伝播モードの形は、周波数ν、もしくは真空的波長λ−Ｃ／ν、 偏光、横フィールド分布そして位相速度Ｖ　ｐ　＝　Ｃ／　Ｎによって決まって くる。ここでＣは真空内の光速度であり、モしてＮはそのモードの実効屈折係数 である。プラナ−ウェーブガイドではそれらの偏光に従ってモードをＴＥｍ　（ 横電気）モードとＴＭ、（横磁気）モードと称する、モード数ｍｓ＋＋ｏ、！、 ２．・・・は異なる横フィールド分布を持つモードを示している。又ストリップ ウェーブガイドでは異なる偏光と横フィールド分布を持つモードが伝播する。実 効屈折率Ｎは周波数ν、偏光、モード数そしてウェーブガイドの特性例えば基板 、上層、ウェーブガイドのフィルムやストリップの屈折係数によって、そしてフ ィルムやストリップでは厚みと幅によって変わる。同じ周波数νの光はウェーブ ガイド内を、異なる偏光のモードの形で、例えばプラナ−ウェーブガイド内では 同じモード数ｍｍｏ、１．２．・・・のＴＥ、モードとＴＭ、モードとして同時 に伝播する。実効屈折係数Ｎ（ＴＥ、）とＮ　（ＴＭ、）とは相互に異なる。

マイケルソン干渉計やマツハ・ゼンダ干渉計のような、先行技術の集積光学の２ ビーム干渉計では導かれる波もしくはモードはビームスプリッタで２つの部分波 １と２に分けられ、これらは異なる路に沿って伝播し、そしてビーム再結合器に よって重ね合わされる。ビームスプリッタと再結合器とはプラナ−ウェーブガイ ドでは例えば格子によって実現され、そしてストリップウェーブガイドでは３デ シベルカツプラーによりて実現される０部分波１と２とは位層差φ、−φ、！（ ２π／λ）（ｉ　＋Ｎｄ５−　ｉ　１Ｎｄｓ）で干渉する。ここで、増分路要素 ｄｓを有する積分ＳＪ　Ｎｄｓは、部分波ｊ−１，２の路の上の実効屈折係数Ｎ の路積分であり、そして括弧内は光路差である。干渉計の出力口での強度は、ｊ 冨Ｉ　Ｈ＋　１２　＋２　（１，ｌａ）　”’Ｃｏ５（φ１−φ２）この強度は 光電的に測定できる。干渉縞すなわち強度■の最大と最小とを数えることにより 位相差φ１−φ２の値を２πとπの整数倍としてそれぞれ決ぬれる。

従来の集積光学干渉計で実効屈折係数Ｎの変化は、もし干渉計の二本の脚の幾何 学的長さを異なる長さにするか、または一方の脚のＮを変え、他方の脚のＮを一 定としておけば、測定できる。従来の集積光学干渉計の欠点は高価であること、 その製作は微細構造を非常に精確に作らなければならないので、複雑であること である。

本発明の目的は、液体もしくは気体のサンプル内の物質を選択的に検出するため の、及び又は液体もしくは気体のサンプルの屈折係数の変化を測定するための、 及び又はイオン濃度の変化を測定するための集積光学的干渉法であって、高感度 で広範囲に測定できるにもかかわらず簡単にそして廉価で実現でき、ビームスプ リッタ、格子、３デシベルカツプラといったような構造対を持つウェーブガイド を必要とせず、単一のプラナ−ウェーブガイドや単一のストリップウェーブガイ ドを必要とするだけの集積光学的干渉法を提供することであり、そして分析しよ うとするサンプル内に直接挿入できる装置を提供することである。

本発明は、請求の範囲１項の方法によりて、そして請求の範囲１５項の装置によ ってその問題を解決している。

プラナ−ウェーブガイド内で２つの直交偏光モードはＴＥ、モードとＴＭ、’　 モードであり、ここでモード数ｍとｍｏとは同じでも、違っていてもよい、２つ のモードはＴＥｏモードとＴＭ、モードであるのが好ましい。

レーザ光はウェーブガイド中へはその正面から最も簡単に結合できる。ウェーブ ガイドの外へも後面または正面を通して最も簡単に結合できる０入射レーザ光は ウェーブガイドの垂直面に対して角ψで線形に偏光されているか（ここで、ψは ０度でなく、９０度でなく、そして好ましくは４５度である）、もしくはそれは 楕円、好ましくは円偏光されていなければならない、外結合レーザ光は２つの直 交偏光成分Ｓとｐとを有し、クエープガイドに垂直の方向に線形に偏光されてい るｐ成分は７Ｍモードであり、そしてフィルムの面に平行に偏光されているＳ成 分はＴＥモードで発生している。

サンプルはウェーブガイドの表面に、少なくとも測定セクションと呼ばれるウェ ーブガイドの部分に塗布され、そしてもし表面が以下で化学応答性と称される化 学的に選択的に鋭敏な層で被覆されているならば、サンプルはこの化学応答性の 層に塗布されるか、又は測定セクションを持つウェーブガイドの一部をサンプル に挿入する。

外結合の光の２つの直交偏光成分Ｓとｐの光は相互に干渉性であり、もし時間の 関数の変化がサンプルに生じたり、又はサンプルが測定セクシ日ンに加えられる と、これらの成分Ｓとｐの光の間に時間ｔの関数である位相差ΔΦ（１）が存在 することとなる０位相差ΔΦ（１）は時間ｔの関数として測定され、そして測定 しようとする量の変化をその位相差ΔΦ（１）から推測したり、量的に決定でき る０位相差ΔΦ（１）を測定する幾つかの適当な方法を以下に説明する。

本発明の方法にとフて以下の点が重要である。

非複屈折媒体、例えば空気やレンズのような光学素子を光が伝播するとき光学路 、すなわち局所屈折係数ｘ路増分の路積分は２つの直交偏光成分に対して同じで ある。２つの偏光成分の間の位相差はそれらの伝播中変化しない１本発明の方法 では、この結果はウェーブガイドの前とウェーブガイドの後の、すなわちレーザ とウェーブガイドとの間の路とウェーブガイドとホトディテクタとの間の路の光 伝播にあってそれぞれ成立している。従って、２つの偏光成分の間の位相差ΔΦ （１）は外結合光ではどこでも同じである。それ故、干渉計は光路長を変える振 動や温度変化に対して不惑である。この特性は非常に有利である。干渉計の機械 的構成は、３次元光学要素である他の干渉計が必要とする大きい安定性を有しな くてもよいからである。

偏光光学要素、例えばλ／４プレート及び又はビームスプリッタといったような 位相遅延プレートを使って偏光成分間の追加的な位相差Φ０をつくることもでき る。

この位相差Φ。は、位相差ΔΦ（１）を測定するために導入するのであるが、こ れについて以下で更に考えてみる。

非常に驚くことであるが、ウェーブガイド内を光が伝播している間２つの相互に 直交する偏光モード間の位相差ΔΦ（１）はサンプルとの相互作用によって生じ るのである。この位相差ΔΦ（１）は、もしサンプルに一時的な変化が生じたり 、又はもしサンプルが測定セクシ■ンへ適用されると、時間で変化する０位相差 ΔΦ（１）の存在は次のように理解できる。それらのモードの光がウェーブガイ ドのフィルムやストリップ内の全内部反射によって案内される。しかしながら、 フィールド分布は、消え易い、つかの間の波の形で、上層内に、すなわち化学応 答性の層及び又はサンプル内へ入っていく、２つの直交偏光モードの消え易いフ ィールドの浸透深さは異なり、従ってサンプルとの相互作用の強さも異なる。

定量的には、この振る舞いは２つの直交偏光モードの実効屈折係数で説明される ことができ、プラナ−ウェーブガイドのＴ　Ｅ　ｏモードとＴＭＯモードについ てもっと詳しく説明されることで、説明できる。２つのモードの実効屈折係数Ｎ （ＴＥｏ）とＮ（ＴＭｏ）とは異なる。

又、モードとサンプルとの相互作用のため発生する実効屈折係数の変化ΔＮ（Ｔ Ｅｏ）とΔＮ　（ＴＭ、）とは異なる。１１＜べきことが判フたのであるが、Δ Ｎ−ΔＮ（ＴＥｏ）−ΔＮ　（ＴＭＯ）はむしろ大きい値であり、ΔＮ（ＴＥｏ ）それ自体の値の、例えば３０−５０％となることがある。

長さしの測定セクションの伝播中そ一部の位相の変化は次の式により与えられる 。

ΔΦ（Ｌ）−ΔΦ（０）＝２π（Ｌ／λ）Ｎ・・・（２）測定セクションの端で ２つのモードの位相差ΔΦ（Ｌ）は（２）式から求められる。

ΔΦ　（Ｌ）−２π　（Ｌ／λ）　　（Ｎ　（ＴＥｏ）　　−Ｎ　（ＴＭ・）　 ）＋ΔΦ　（０）　　　　　　　　　　　　　　　−・・　（３）ここでΔΦ（ ０）は測定セクシ鑓ンの始端での位相差である。もし実効屈折係数が時間ｔの関 数として変化すると、すなわち、Ｎ　（ＴＥｏ）がΔＮ（ｔ；ＴＥｏ）だけ、モ してＮ　（ＴＭｏ）がΔＮ（ｔ；ＴＭｏ）だけ変化すると、位相差ΔΦ（Ｌ）は 時間につれて次の式だけ変化する。

ΔΦ（１）層２π（Ｌ／λ）ΔＮ　（ｔ）　　　・・・（４）ここで ΔΦ　（１）　　冒ΔＮ　　（ｔ　　：ＴＥｏ　）−Ｎ　　（ｔ　　：ＴＭＯ） ・・・　（５） サンプルが一時的に変化するとき、もしくは測定セクシｅンに加えられるとき実 効屈折係数が、従って位相差ΔΦ（１）が時間につれて変化する理由を以下に説 明する。

プラナ−ウェーブガイドの場合、ウェーブガイドの外で結合したＴＥｏモードは 偏光要素Ｓを発生し、そしてＴＭｏそ−ドは偏光要素Ｐを発生する。これら２つ の偏光成分ｓ、ｐの間の位相差はΔΦ（１）＋ΔΦである。ここでΔΦは定数で ある０位相差ΔΦ（１）は幾つかの方法で測定できる。これらの方法に共通のこ とは、外結合光における２つの相互に直交の偏光成分は偏光プリズムもしくは別 の偏光光学要素によって重ねられて、それらは相互に干渉し合い、そしてその結 果の強度ＩＪ　　（ｔ）は一つもしくは幾つかの測定チャンネルＪ−１，・・・ １Ｍ（Ｍ−１，２，３もしくは４）で測定される。もし単一の測定チャンネルを 使用するのであれば、外結合光は偏光プリズムを通りてホトディテクタに入る。

偏光プリズムの透過方向は線形偏光成分ｓ、ｐの偏光方向の二等分線と一致して 向いている。ホトディテクタによって測定された強度は次のようになる。

トＩｍ＋１．＋２（１，１，）””ｃｏｓ　　（ΔΦ＋ΔΦ（ｔ））・・・（６ ） ここで１１と１．とは偏光成分Ｓ、ｐが別々につくるであろう強度、ΔΦ（１） は測定しようとする量の一時変化から生じる時間関数の位相差である。もしＩ　 （ｔ）の最大と最小とが計数されると、δ（ΔΦ）■πの細かさでΔΦ（１）が 測定できる。干渉縞のコントラストを最大とするには１．−１．が好ましい。

本発明の方法の感度は測定セクシ日ンの長さしに比例する６例えば、数ミリメー トルから数センチメートルという広い範囲で長さしを選択できるという利点があ る。

ヘリウムネオンレーザの波長λ閣６３３ナノメータ（モしてレーザダイオードの 波長λ諺７５０ナノメータ）で測定長が例えばＬｗ１５ミリメートルであると、 僅かＡＮ−４−１０−’（そしてＡＮ−５−１０−’）　だｉ＋実効屈折係数が 変化すると、位相変化はΔΦ−２πとなる。

位相差を測定する方法によって、位相差ΔΦ（１）はδ（ΔΦ）＝πから６（Δ Φ）−２π／１００まで、更にδ（ΔΦ）−２π／１０００まで変化することが できる。したがって、説明した例では、δ（ΔＮ）−２・１０４からδ（ΔＮ） 冒４・１Ｏ−７、さらにはδ（ΔＮ）■４・１０′″８までの細かさで実効屈折 係数ΔＮの変化を分解して見せる。

ウェーブガイドを覆っている媒体の屈折係数により、そしてウェーブガイド・フ ィルムもしくはストリップの表面に吸収されたアトレイヤー（ａｄｌａｙｅｒ） の厚みによって実効係数Ｎは変わる。ΔＮ　（ｔ）の変化、従って位相差ΔΦ（ １）の変化が生じるのは次の場合である。すなわち、Ａ）ウェーブガイド・フィ ルムもしくはストリップの測定セクションを覆っている媒体の屈折係数が変化す るとき、もしくはＢ）物質、すなわち分子、原子もしくはイオンがａ）不特定な 吸着、化学吸着もしくは結合によってウェーブガイドフィルムもしくはストリッ プの測定セクションに沈着したとき、すなわち吸着アトレイヤーが形成されたと き、もしくはｂ）ウェーブガイドフィルムもしくはストリップに微小孔があり、 これらの微小孔に吸着もしくは沈着がるときである。

それ故、本発明の方法に従って次の３つの測定が実施できる。

１、）サンプル、特に液体サンプルの屈折係数の変化を測定できる０本発明の方 法は差動屈折計として使用するのに遺している。

２、）気体もしくは液体サンプルから物質の吸着を測定できる０本発明の方法は 感度がよいので、吸着分子の単分子層近くまで検出できる。

これの例としては、５１０２−Ｔ１０ｔのウェーブガイドフィルムでは、相対湿 度の変化、例えば空気の相対湿度の変化は、水が表面に吸着し、モして５ＩＯｉ −ＴＩＯｉのフィルムの微小孔に吸着するので、測定できる０本発明の方法は湿 度センサとして適している。

３、）サンプル内の特定の物質を選択的に検出できる。その目的のため測定セク シ叢ンの表面に化学反応層を形成することが必要である。この化学反応層は、検 出しようとする物質を選択的に吸収し、化学吸着し、もしくは結合して屈折係数 や厚みを変えるか、もしくは化学反応層の上にアトレイヤーを沈着させるような 化学反応層である。化学反応層は、多孔性のウェーブガイドの微小孔にもつくれ る。化学反応層の前面に準透過膜を設けて、この膜を通り拡散するサンプル内の 物質だけが化学反応層と相互作用するようにする。

化学反応層の例を以下に示す。

ａ）化学反応層は、ウェーブガイドフィルムもしくはストリップへ結合している 、好ましくは共有結合している例えば抗体の分子の単分子層から成る。もしその 抗体に対応する抗原もしくはハブテンがサンプルに存在すると、その抗原もしく はハブテンの分子が抗体分子へ結合し、そしてアトレイヤーを形成する。このア トレイヤーの形成は本発明の方法によって検出される。抗原もしくはハブテンと それに対応する抗体との間の免疫反応は、特にモノクロナルな（ｍｏｎｏｃｌｏ ｎａｌ）抗体を使用すると、非常に特徴的であり、そして選択的である。似てい ることとして、もし測定セクションを抗体もしくは抗抗体分子で被覆すると、そ れらの不動の分子へサンプル内のその対応抗体分子は結合する。

文献からモノクロナルな抗体（ＭＡＲ）の製造技術は知られており、多くの抗体 、例えばバクテリア、菌類、ビールスもしくはそれらのフラグメント、そしてハ ブテン例えばホルモンや毒性物質に対するＭＡＢがつくられた。それ故、本発明 の方法は、医学的診断における体液内の抗体や抗原の検出に、農業診断における 植物の病気の検出に、食産業における細菌汚染検出に、そして有毒物質の検出に 利用できる６表面、例えばガラスや５１０２の表面へ抗体を共有固定する方法は 文献に記載されている。

ｂ）文献［Ａ、　Ｋｉｎｄｌｕｎｄ　ａｎｄ　１．　Ｌｕｎｄｓｔｒｏｍ、５ｅ ｎｓｏｒｓａｎｄ　　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　　３．８３−７７（１９８２／８３ ）：Ｍ、Ｓ、Ｎｉｅｕｗｅｎｈｕｉｚｅｎａｎｄ　　＾Ｊ、　　Ｂａｒｅｎｄｓ 、５ｅｎｓｏｒｓ　　ａｎｄ　　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　　１１．４５−６２（１ ９８７）；Ｌｉｅｄｂｅｒｇ、Ｎｙｌａｎｄｅｒ、ａｎｄ　　Ｌｕｎｄｓｔｒｏ ｍ、５ｚｅｎｓｏｒｓ　　ａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ　４．２２９−３０４（１ ９８３）］　　（エイ・キノドランドとアイ・ルノドストローム、センサーとア クチュエータ３．６３−７７　（１９８２／８３）、エム、ニス、ニューペンフ イゼンと工仁ダブリエ、パレンズ、センサーとアクチュエータ１１．４５−６２ （１９８））；リードベルブ、ナイランダーとランドストローム、センサーとア クチュエータ４．２２９−３０４　（１９８３））からある気体と選択的に結合 し、もしくは吸収して、それにより屈折係数を変える化合物は判る。この例とし てはハロゲン化した炭化水素を吸収するのはシリコンオイルである。もしこれら の物質を化学反応層として使用すると本発明の方法によれば、気体例えば有毒も しくは危険なガスを非常に感度よく検出できる。

水素の検出にはパラジウムをウェーブガイドフィルムの表面もしくは孔に沈着す る。

Ｃ）炭化水素を吸着もしくは結合する親油性の化学反応層では、油もしくはジー ゼル燃料のような汚染を水中で検出できる０文献［Ｆ、に、にａｗａｋａｒａ　 ａｎｄ　Ｒ，＾、Ｆｉｕｔｅｓ。

＾ｎａｌｙｔｉｃａ　Ｃｈｅｍｉｃａ　Ａｃｔａ　１５１，３１５（１９８３） ］　　（エフ。

ケ仁カワカラとアール、工仁フェーテム、アナリチカ　ケミ力　アクタ１５１． ３１５　（１９８３））からシランがこの親油性を有することが知られている。

ｄ）イオン濃度の測定、例えばＨ０イオン（ｐＨ値）もしくはに−イオンの濃度 測定は適当な化学反応層を使用して実施できる。ｐＨ値の測定に適している化学 反応層はポリマーに化学吸着もしくは結合させた、又は埋め込んだ指示染料から 成る。指示染料はｐＨ値で色を変えるので、それらは低い光吸収を呈する波長範 囲で屈折係数を変える。このことは分散関数から出てくるよく知られた事実であ る。に″イオンの濃度測定に適している化学反応層はポリマーに埋め込まれたパ リノマイシン分子から成り、これは非常に選択的にに９イオンと結合する。

使用するウェーブガイドの特性に本発明の方法の感度が依存していることを、プ ラナ−ウェーブガイドとＴＥ。モードと７Ｍ０モードを使用する場合について以 下に考慮してみる。サンプルによって生ぜしめられる、２つのモードの実効屈折 係数の差ΔＮ　（ｔ）　ＩＩｍＡＮ　（ｔ　；Ｔ　Ｅ　ｏ　）　−Ｎ　（ｔ　； 　Ｔ　Ｍ　ｏ　）の時間的変化に感度は比例する。２つのモードそれ自体の実効 屈折係数の変化ΔＮ（ｔ；ＴＥｏ）とＮ（ｔ；ＴＭｏ）とは、これらのモードが サンプルとそしてサンプルによって変化させられる化学反応層とそれぞれ強く相 互作用するならば、大きい、これは、もしそれらのフィールドが空間的に強く凝 縮している。すなわちもし実効フィルム厚みｄ　ｏｆｆができるだけ小さければ 、そうなるのである、実効フィルム厚みｄ　ｏｆｆは、ウェーブガイドフィルム の幾何学的厚みｄと、一方では基体に消えていくフィールドの浸透深さと、他方 ではサンプル及び又は化学反応層とサンプルに消えていくフィールドの浸透深さ との和として定義される。もしｄが小さく、そしてもしウェーブガイドフィルム の屈折係数（ｎ、）と物買の屈折係数（ｎ２）の差ｎ、−ｎ２ができるだけ大き い、好ましくはｎ、−ｎ３〉０．２５であると、厚みｄ　ｏｆｆは小さい、ＴＥ ＯとＴ　Ｍ　ｏの両モードがウェーブガイド内を伝播するためには、フィルム厚 みｄはＴ　Ｍ　ｏモードの遮断厚みｄｃ　（ＴＭＯ）より大きく選ばなければな らない０本発明の方法の感度が高くなる厚みｄの範囲は、その与えられた場合に おける一連の実験もしくは簡単な計算によって当業者によって簡単に決定できる 。この範囲は、ウェーブガイドフィルムの屈折係数いｈ）と物質の屈折係数（ｎ ２）、そしてサンプルの屈折係数（ｎ４）、そして吸着アトレイヤーの化学反応 層の屈折係数と厚みとによって変わる。厚みｄを、少なくとも測定セクションの 厚みＴＥ、モードの遮断厚みｄ　ｃ　　（Ｔ　Ｅ　ｓ　）より小さく選んで、案 内波がＴ　Ｅ　ｏモードとＴ　Ｍ　ｏモードとしてだけ伝播できるようにし、モ してｍ＞１より高いオーダのモードは伝播できず、そして潜在的に撹乱を生じな いようにするのが有利である。ｎ２が１．４７のパイレックス・ガラスの上のｎ 、が１．フ５のｓｔｏｗとＴ　ｉ　Ｏ２のウェーブガイドのフィルムについて高 感度である範囲は、サンプルの屈折係数の変化とウェーブガイドの表面上の蛋白 貢の測定の場合、ａ）気体サンプル（ｎ４ＩＩＩ１１）では２２０ｎｍ＜ｄ＜４ ２０ｎｍであり、そしてｂ）液体サンプル（ｎ、ｍｌ、３３）では１５０ｎｍ＜ ｄ＜３９０ｎｍである。ｄの下方の境界の所与の値は７Ｍ０モードの遮断厚みｄ 、（ＴＭｏ）の約５／３に一致する。

ウェーブガイドフィルムもしくはストリップは高い屈折係数ｎ、の材料、例えば ｓｔｏｗとＴｉｅ、の混合物（ｒｚ　ｍｌ、７５）もしくは５ｉｓＮ４とＴ　ｉ 　Ｏ＊の混合物（ｎｔ１２．０）からつくるのが好ましく、この材料を道かに小 さい屈折係数ｎ２の材料、好ましくはガラス（ｎ、＜ｔ、ｓ）、例えばパイレッ クスガラスの基体の上に付ける。もし光を吸収しない、好ましくは５ｉ０２から 成る緩衝層で被覆して案内波を減量させないようにしたらば、基体としてシリコ ンウニ八も使用できる。ガラスもしくはポリマー、好ましくはポリメチルメタク リレート（ＰＭＭＡ）もしくはポリカーボネートの基体の上にポリイミド（ｎ、 ！１．８）を付着してウェーブガイドフィルムもしくはストリップをつくれる。

ＳｉＯ３とＴｉＯ２の混合物のフィルムはゾル・ゲルプロセスにより有機金属溶 液でディップ・コーティングすることによりつくることができ、Ｓｉ３Ｎ、のフ ィルムはＣｖＤプロセスによってつくれる。

以下、本発明の実施例を添付図を参照して以下に説明する。

第１図は、測定セクションとサンプルとを持つプラナ−ウェーブガイドの縦断面 図である。

第２図は、測定セクションと反射器とを持つプラナ−ウェーブガイドの縦断面図 である。

第３図は、プラナ−基体上のストリップウェーブガイドの横断面図である。

第４図は、円筒基体上のストリップウェーブガイドの横断面図である。

第５図は、ウェーブガイドを縦断面で表わした、本発明の装置の略図である。

第６図は、案内波がサンプルと２回干渉するウェーブガイドを縦断面で表わした 本発明の装置の略図である。

第７図は、測定セクションの外側よりも測定セクションの厚みが小さくなってい るプラナ−ウェーブガイドの縦断面図である。

第８図は、測定セクションの外側は保護層で被覆され、測定セクションは化学反 応層で被覆され、そしてウェーブガイドと基体との間に加熱層があり、そして測 定セクションの上にセルを設けたウェーブガイドの縦断面図である。

第９図は、単一測定チャンネル内で位相差ΔΦ（１）を測定する本発明の装置の 部分の斜視図である。

第１０図は、外結合光を２つの測定チャンネルに分けるウオールストンプリズム を有する、位相差ΔΦ（１）を測定する本発明の部分の斜視図である。

第１１図は、外結合光を２つの測定チャンネルに分ける２つのウオールストンプ リズムとビームスプリッタとを有する、位相差ΔΦ（１）を測定する本発明の部 分の斜視図である。

′ｔＳ１図は基体２の上のウェーブガイドフィルム１から成るプラナ−ウェーブ ガイドを示す、可干渉励起され、相互に直交偏光した２つのモード、ＴＥモード と７Ｍモード、好ましくはＴＥＯモードとＴ　Ｍ　ｏモードから案内波３は成る 。ウェーブガイド１．２内に波３を結合させる手段は示していない、この案内波 ３は、以下で測定セクションと称するウェーブガイド１の長さしの部分１゛のサ ンプル４と相互作用する。

第２図は反射器５を有するプラナ−ウェーブガイド１．２を示す、内結合案内波 ３は測定セクション１°でサンプル４と相互作用し、その後反射器５で反射され る。この反射波３ｒもサンプル４と相互作用する。第２図では、案内波３の内結 合も、反射波３ｒの内結合も示されていない、ウェーブガイドの鋭く切った、破 壊した、もしくは磨いた端面は、金属もしくは誘電体のコーティングで被覆され ているのが好ましいが、反射器５として働く０図示していないが、もしブラッグ 条件を満足していれば、ウェーブガイド１．２の上の格子、例えば表面レリーフ 格子は反射器として働く。

第３図は平らな基体２の上のウェーブガイドストリップ１ａを示している。典型 的にはストリップの幅は数マイクロメータから数ミリメータである。この横断面 ではサンプル４は示されていないが、長さＬの測定セクション１′に付着してい る０図示されてはいないが、同一基体２上に互いに平行な複数のストリップウェ ーブガイドを設けることができる。基体の典型的な厚みは０．１から１ミリメー トルである。基体の寸法は広い範囲で変化できる。典型的には基体は数ミリメー トルから７５ミリメートルの長さであり、数ミリメートルから２５ミリメートル の幅である。

第４図は、円筒基体２上のウェーブガイドストリップ１ａの横断面図である。基 体２の直径は典型的には０゜１ミリメートルから１０ミリメートルであり、それ の長さは数ミリメートルから１００ミリメートルである。ｆｌに反射器５を有す るこのウェーブガイド！８．２はサンプル（図示せず）内に漬けたり、もしくは 挿入するのに特に適している。ウェーブガイドストリップ１ａの幅は典型的には 約１０ミクロンメートルから数ミリメートルの間である。しかし、それの幅を基 体２の周囲に等しくして、基体２の全面をウェーブガイドフィルムで被覆しても よい。

第５図に略図として示した本発明の方法では、レーザ６、好ましくはヘリウム・ ネオンレーザもしくは半導体レーザからの偏光の焦点を、球形もしくは円筒レン ズフで、例えば顕微鏡の対物レンズによりプラナ−ウェーブガイド１．２の前面 ８に結ばせて偏光を内結合させ、その内結合の案内波３は２つの相互に可干渉で 且つ直交した偏光モード、好ましくはＴＥＯモードとＴＭＯモードから成り、測 定セクション１°でサンプル４と相互作用し、そして端面８°を通ってウェーブ ガイド１．２の外へ結合させられている。外結合光３ａの２つの直交偏光成分Ｓ とｐの間の位相差ΔΦ（１）をデバイス１０で計る０球形レンズ７に比較して円 筒レンズの利点は、第５図で投光面だけに、すなわち投光面に垂直な面にではな くて、ウェーブガイドフィルム１の前面だけに光は焦点を結ぶということである ０球体レンズ７もウェーブガイドフィルム１の面に光の焦点を結ばせるが、内部 結合の案内波３を発散させてしまい、これは不都合である。もしレーザ放射の、 偏光していない光を使用するのであれば、偏光プリズムをレーザとレンズ７との 間に挿入する。ウェーブガイド１．２の入射光は投光面に対して角’Ｐ−４５” で先ず偏光されるのが好ましく、それによりＴＥモードと７Ｍモードとは同じ強 度で励起される。外結合光３ａは２つの直交成分Ｓとｐとを含み、これらの成分 は投光面に対して垂直に線形偏光され（ｐ）、そして投光面に対して平行に線形 偏光され（Ｓ）ており、そして外結合のＴＥモードと７Ｍモードにそれぞれ対応 している。好ましくは角！を調整し直して、外結合光３ａの偏光成分Ｓとｐの強 度を等しくし、そして干渉縞の変調を最大とする。偏光光学要素、ホトディテク タそしてデータ記録、処理そして記憶のための電子要素を備えるデバイス１０内 で、偏光成分Ｓとｐは重畳され、それらは相互に干渉する。その結果の強度ＩＪ 　　（ｔ）は単一のもしくは幾つかの測定チャンネルＪ−１，２，・・・Ｍ（こ こでＭ−１，２，３，もしくは４）で計る０位相差ΔΦ（１）に余弦的に依存し て変化する強度ＩＪ　（ｔ）から位相差ΔΦ（１）は時間の関数として決定され る。これを以下に第９〜１１図を参照して説明する。

第６図に略図的に示す本発明の方法において、′ｓ５図の方法におけるように案 内波３をつくる。測定セクション１°でのサンプル４との相互作用後、案内波３ は反射器５で反射され、その反射波３ｒは測定セクション１゜でサンプル４と相 互作用し、それからウェーブガイド１．２内に光を結合させたのと同じ前面８を 通つて外で結合される。ビームスプリッタ９で外結合光３ａを入射光３ｅがら空 間的に分離し、それからデバイス１０へ導いて位相差ΔΦ（１）を測定する。こ の方法の利点はウェーブガイド１．２を直接サンプルに挿入できるということで あり、そしてサンプル４と二度相互作用するので感度が２倍になるということで ある。第５．６図に縦断面図で略図的に示したウェーブガイド１．２はストリッ プウェーブガイド１ａ、２とすることもできる。この場合本発明の方法は類似の 仕方で作用する。

図には示さないが、入射光３ｅと外結合光３ａとをファイバーウェーブガイドで 、特に偏光保存モノモードファイバーウェーブガイドでレーザ６からプラナウェ ーブガイド１．２へもしくはストリップウェーブガイドＩａ、２へ、及び又はこ れらのウェーブガイドからデバイス１０へ案内することもできる。ファイバーは 例えば、プラナ−ウェーブガイド１．２もしくはストリップウェーブガイド１ａ 、２の前面８と端面８′へ直接取りつけれる。

やはり図に示してはいないが、プリズム、格子もしくはテーバカップラーにより 、ウェーブガイド１．２もしくは１８．２内に及び又はそれらのウェーブガイド の外へ光を結合することもできる。

第７図のプラナ−ウェーブガイド】は測定セクション１゛で、その測定セクショ ン１°の外、すなわち前面８と端面８′の区域におけるよりもフィルム厚みｄは 小さい０本発明のこの装置の利点は、１）前面８を通ってウェーブガイド１．２ に入りてレーザ光３ｅを内結合させるためにはフィルムの厚みは厚いほうが有利 である。レンズの調整が容易となり、また内結合効率が高くなるから有利である という点にある。また、２）本発明の方法の感度は、フィルム厚みｄが測定セク ション１°で薄いと、上に述べたように、高くなるという点にある。このことは ウェーブガイドストリップ１８．２でも同じである。

第８図は保護層１２を示し、この層で測定セクション１°を除いて何処もウェー ブガイドフィルム１を被覆して案内波が周囲と望ましくない相互作用をしないよ うにしている。ウェーブガイドフィルム１もしくはストリップ１ａの屈折係数よ りも小さい、そしてまた、案内波３の２つのモードの実効屈折係数Ｎよりも小さ い屈折係数ｎ１２を保護層１２は持たなければならない、保護層１２内の案内波 ３のフィールドの消えていく波の浸透深さくλ／　２　ｒｔ　）　　（Ｎ　２　 ＋＋　ｔｌ　、、２　）−１７２よりも保護層１２の厚みは大きくなければなら ない、保護層１２の適当な材料としてはＳｉｎ、、ガラス樹脂ポリマーもしくは ＰＭＭ＾もしくはポリカーボネートのようなポリマーが好ましく、これを例えば スピン・コーティングもしくは浸漬コーティングによって塗布する。測定セクシ ョン１゛ではウェーブガイドフィルム１を化学反応層１１で被覆してもよい、基 体２とウェーブガイドフィルム１との間に加熱層、例えばインジェーム・錫酸化 物（Ｉ　Ｔｏ）の層を少なくとも測定セクション１°の区域に設けてもよい、電 流により加熱層１３を加熱する。その結果の温度上昇により特に気体サンプルで は吸着分子の脱着を生じ、測定セクション１°から吸着物を除去できる。サンプ ル４は測定セクション１′へ適用される。測定セクション１゛もセル１４で被覆 する。このセルにサンプルが充填されている。セル１４の壁を保護層１２へ取り つけるのが好ましい。

第９〜１１図は、外結合の光３ａの偏光成分Ｓとｐとの間の位相差ΔΦ（１）を 測定するのに使用する本発明の部分１０の例を示す、′ｓ９図は単一の測定チャ ンネルを有する実施例を示す、伝達方向が偏光成分Ｓとｐの偏光方向の２等分線 と一致している偏光プリズム１５を外結合の光３ａが通ってホトディテクタ１フ に入り、強度１　（ｔ）を測定し、電子装置２０でこれを記録し、処理し、そし て評価する０位相差ΔΦ（１）の時間的変化を１　（ｔ）から、例えばＩ　（ｔ ）の最大と最小とを求めることにより決定できることが（６）式から判る。

第１０図と１１図とは、幾つかの測定チャンネルを持つ位相差ΔΦ（１）の測定 装置の実施例を示す、外結合光をビームスプリッタ及び又はウォラストンプリズ ムでＭ個の測定チャンネルに分ける。偏光成分Ｓとｐとの間の測定チャンネルｊ −１，２，・・・Ｍ内の付加的な位相差（Φ。）ｊは偏光光学的要素、例えばウ ォラストンプリズム、位相遅延プレート、例えばλ／４プレートによってつくら れる。そしてウォラストンプリズムで又は偏光プリズムで２つの偏光成分Ｓとｐ とは重畳されて、それらは相互に干渉する。その結果の強度 １−１．＋１．＋２　（１，１，）　”２ｃｏｓ　　（ΔΦ＋ΔΦ（１）　＋　 （Φ。）Ｊ）・・・（）） はホトディテクタにより測定される。ここで、！、と１、は偏光成分Ｓとｐとが 別個につくる強度であり、ΔΦは一定の位相差であり、モしてΔΦ（１）は時間 の関数の位相差である。

第１０図と１１図に示す縦断面図は、３４５図と６図に示す縦断面図を外結合光 の光学軸の周りに４５°だけ回転した断面図である。第１０図は２つの測定チャ ンネル（Ｍ−２）を持つデバイス１０を示す、外結合光３ａはウォラストンプリ ズム１８により２つの直交成分３ａｌと３ａ２とに分けられ、これらはホトディ テクタ１７ａと１７ｂに入る。２つの測定チャンネルｊｓ１１とｊ−２において 偏光成分Ｓとｐは重畳され、そして干渉し、それぞれ位相差は（Φ。）、＝０と （Φ。）２！πとなる０強度の差夏Ｉ（ｔ）　−１ｚ　（ｔ）はｃｏｓ　　（Δ Φ＋ΔΦ（ｔ））に比例することは式（７）から判り、この差信号を形成し、処 理しそして電子装置２１により、例えば零交差を数えることにより評価する。

＋１１図は４つの測定チャンネル（Ｍ−４）を持つデバイス１０を示す、外結合 光３ａはビームスプリッタ１９によって２つのビームに分けられる。各ビームは ウォラストンプリズム１８ａ、１８ｂにより２つの直交偏光ビームに分けられ、 その結果４つのビーム３ａｌ〜３ａ４がつくられる。ウォラストンプリズム１８ ｂの前に、λ／４プレート２０を挿入する。これが偏光成分Ｓとｐの間の位相差 π／２をつくる。４つの測定チャンネル１〜４内で偏光成分Ｓとｐは干渉して次 の値の位相差ΦＧをつくる。（Φｏ）＋＝Ｏ１（Φ。）、冨π、（Φ。）Ｓ麿π ／２、（Φ。）４−３π／２０式（７）％式％（）） に比例することが判る。電子装置２２においてこれらの差と比（Ｉ　ａ（ｔ）− １ｓ（ｔ））　／　（１＋（ｔ）−１２（ｔ））　＝　ｔａｎ（ΔΦ＋ΔΦ（ｔ ））をつくる。これから位相差ΔΦ（１）を決定する６位相差ΔΦ（１）はδ（ ΔΦ）諧２π／１００の細かさで決定できる。

図には示していないけれども、外結合光３ａを３つの測定チャンネル（Ｍ−３） に分け、偏光成分Ｓとｐを重畳させ、それらが測定チャンネル内で干渉し、付加 的位相差（Φ。）Ｊ、すなわち（Φ。）＋−０，（Φ。）。

＝２π／３、そして（Φａ　）　ｓ　ｓ＝４π／３、又は（Φｏ）＋−０、（Φ 。）、露π／２、そして（Φｏ）３冨πをつくり、そしてホトディテクタで強度 Ｉ　ｒ　（ｔ）　、　　Ｉ　１（ｔ）、モしてｌ５（ｔ）を測定し、そしてこれ らの強度を電子的に記録し、そして処理し、そして位相差ΔΦ＋ΔΦ（１）をそ れらから決定する。

単一の測定チャンネルで位相差ΔΦ（１）を決定する次の方法は図面には示して いない、デバイスは第９図と本貫的に同じであるが、追加の要素もある。

ａ）「疑似ヘテロダイン法」において、偏光成分Ｓとｐとの間に付加的な時間関 数の位相差Φ。（１）が、例えばエレクトロ・オプティカルもしくはエラスト・ オプティカルモジュレータを用いて、又はパービナットコンベンセータを移動さ せることにより（これらの要素は第９図にはない）、つくられる、Φ。（１）は １周期Ｔ中にＭ＝３もしくはＭ−４のステップで変えられる０例としてＭ＝３で は、（Φｏ）＋−０、（Φｏ）ａ−２π／３、そして（Φｏ）ｓ■４π／３が、 周期Ｔの１／３．２／３そして３／３で選ばれる。３つの時間間隔で測定された 強度値１　ｒ　（ｔ）　、Ｉ　ｚ（ｔ）、モして１３（ｔ）の３つから位相差Δ Φ（１）を次のようにして決定する。

ΔΦ＋ΔΦ（ｔ）−ｔａｎ−’　　（Ｊ　３　（ｌ５（ｔ）−１２（ｔ）　）　 ／（２１１（ｔ）１２（ｔ）−１３（ｔ））　）これは式（７）から導かれる０ Ｍ−４を例とすると、（Φｏ　）　ｌ　−０、（Φ。）２　Ｂπ、（Φ。）、＃ π／２、そして（Φ。）４＝３π／２の値を周期Ｔの１／４．２／４．３／４そ して４／４で選択する。４つの時間間隔で測定されたｌｒ　（ｔ）　、ｒ　ｚ（ ｔ）、ｌ５（ｔ）、モしてｒ４（ｔ）の４つから位相差ΔΦ（１）を次式から決 定する（この式は式（〕）から導かれる）。

ΔΦ＋ΔΦ（ｔ）　−ｔａｎ−’　（（Ｌ（ｔ＞−１ｓ（ｔ）　）／　　（Ｉｔ （ｔ）−１ｉ（ｔ）　）　）ｂ）位相差Φ。（１）は、（ａ）で説明したモジュ レータを使用して、周期Ｔで周期的に−πと＋πとの間で線形に変えられる。測 定された強度１　（ｔ）がそれの最小値をとるΦ。のΦ。′のどちらかの値で位 相差ΔΦ（１）は決定される０式７に従って位相差は次式から決定される。

ΔΦ＋ΔΦ（ｔ）＝π−Φ。′ 方法ａ）とｂ）との精度はδ（ΔΦ）≦２π／１００である。

Ｃ）位相差ΔΦ（１）はヘテロダイン干渉計を使用して測定することもできる。

それによりて周波数差Δνが、ウェーブガイド１，２．１ａ、２に入るレーザ光 ３ｅの偏光成分間に生じ、そして案内波３の直交偏光の２つのモード間に生じる 。この周波数差Δνは、例えばゼーマンスプリッティングによりヘリウム・ネオ ンレーザ内で、音響光学モジュレータを使用し、もしくは一定角速度で回転する 位相遅延λ／２プレートと固定λ／４プレートを使用して、つくることがで診る 。ホトディテクタ１フが測定する強度１　（ｔ）は周波数Δνで振動する、この 強度Ｉ　（ｔ）と同じ周波数Δνで振動する基準強度（これは′Ｍ２のホトディ テクタで測定する）との相対的位相差を測定する。基準強度は、ウェーブガイド １゜２．１ａ、２に入るレーザ光３ｅからビームスプリッタで取り出される。こ うして位相差ΔΦ（１）はδ（ΔΦ）≦２π／１０００の精度で測定できる。

Ｆｉｇ、　３　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｆｉｇ、　４Ｆｉｇ、　　 Ｓ ｒｌｇ、　　６ Ｆｉｇ、　９ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成２年　８月１３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体、気体もしくは固体サンブル内の物質を選択検出する、及び又は液体と 気体サンブルの屈折係数の変化を測定する、及び又はイオン濃度の変化を測定す る方法において、偏光レーザ光（３ｅ）を光学的なブラナーウエーブガイド（１ ，２）もしくはストリッブウェーブガイド（１ａ，２）に結合して、２つの相互 に可干渉で且つ直交している偏光モードを励起し、案内波（３）として同じ路に 一緒にウェーブガイド（１，２、１ａ，２）内を伝播させ、それにより少なくと も一方をウェーブガイド（１，２、１ａ，２）の測定セクション（１′）の表面 に付着したサンブル（４）と少なくとも一度相互作用させること、上記の案内波 （３）をウェーブガイド（１，２、１ａ，２）の外へ結合させること、そして２ つの直交偏光モードがつくる外結合光（３ａ）の相互に直交した偏光成分ｓとｐ との間の位相差ΔΦ（ｔ）を時間の関数として測定することを特徴とする方法。 ２．測定セクション（１′）の表面に化学反応層（１１）を設け、この反応層は 分析しようとするサンブル（４）からの分子、原子もしくはイオンと選択的に化 学結合、吸収、化学吸着吸収する請求項１に記載の方法。 ３．入射偏光レーザ光（３ｅ）をウェーブガイド（１，２、１ａ，２）の前面（ ８）を通してウェーブガイド（１，２、１ａ，２）に直接結合し、そして入射偏 光レーザー光（３ｅ）を前面（８）、もしくは端面（８′）のどちらかを通して 、外結合するのが好ましい請求項１に記載の方法。 ４．ウエーブガイド（１，２、１ａ，２）の垂直に対して角度ψ≠０度とψ≠９ ０度と、好ましくはψ≠４５度で線形に、もしくは楕円に好ましくは円形に入射 偏光レーザ光（３ｅ）を偏光させ、そして一個もしくは数個の球状もしくは円筒 レンズ（７）によってウェーブガイド（１，２、１ａ，２）の前面（８）に焦点 を結ばせる請求項１に記載の方法。 ５．サンブル４との相互作用後ウエーブガイド（１，２、１ａ，２）内の内結合 波（３）を反射器（５）により反射させ、そしてサンブル（４）との第２の相互 作用後、結合させたのと同じウエーブガイド（１，２、１ａ，２）の側で外帯合 させ、そしてその外結合した光（３ａ）を入射レーザ光（３ｅ）からビームスブ リッタ（９）により空間的に分離する請求項１に記載の方法。 ６．偏光レーザ光（３ｅ）をブラナーウェーブガイド（１，２）に結合させ、そ の内結合した案内波（３）は相互に可干渉励起されたＴＥモードとＴＭモード、 好ましくはＴＥｏモードとＴＭｏモードから成り、そして測定セクション（１′ ）のウェーブガイド・フィルム（１）のフィルム厚みはＴＭｏモードの遮断厚み ｄｃ（ＴＭｏ）の約５／３より大きく、そしてＴＥ１モードの遮断厚みｄｃ（Ｔ Ｅ１）より小さい請求項１に記載の方法。 ７．ファイバーウエーブガイドで、好ましくは偏光保存モノモードファイバーウ ェーブガイドで、偏光レーザ光（３ｅ）をブラナーウェーブガイドもしくはスト リッブウェーブガイド（１，２、１ａ，２）内に結合し、そしてファイバーウェ ーブガイドで、好ましくは偏光保存モノモードファイバーウェーブガイドで、外 結合光（３ａ）を位相差ΔΦ（ｔ）を測定するデバイスへ案内する請求項１に記 載の方法。 ８．外結合光（３ａ）の偏光成分ｓとｐの偏向方向の間の２等分線と伝達方向（ １６）が一致している偏向プリズム（１５）で偏光成分ｓとｐの重畳と干渉とを 行うことにより、時間ｔの関数としてホトディテクタ（１７）でその結果の強度 １（ｔ）を測定することにより、そしてＩ（ｔ）の変化を電子的に記録すること により、好ましくはＩ（ｔ）の最大と最小とを計数することにより位相差ΔΦ（ ｔ）を時間の関数として決定する請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。 ９．ウェーブガイド（１，２、１ａ，２）の外へ結合した外結合光（３ａ）の偏 光成分ｓとｐの重畳と干渉とをウオラストンプリズムで行い、それにより外結合 光（３ａ）を２つのビーム（３ａ１と３ａ２）に分割して、それらの強度Ｉ１（ ｔ）とＩ２（ｔ）を測定することにより、Ｉ１（ｔ）とＩ２（ｔ）を電子的に記 録することにより、そして差信号Ｉ１（ｔ）−Ｉ２（ｔ）を処理し、評価するこ とにより、好ましくはＩ１（ｔ）−Ｉ２（ｔ）の最大、最小を、そして零交差を 計数することにより、位相差ΔΦ（ｔ）を時間の関数として決定する請求項１乃 至７のいずれかに記載の方法。 １０．ウェーブガイド（１，２、１ａ，２）の外へ結合した外結合光（３ａ）を ビームスブリッタ（１９）と２つのウオラストンプリズム（１８ａ，１８ｂ）で ４つのビームｊ＝１、２、３、４（３ａ１〜３ａ４）に、好ましくはほぼ同じ強 度のビームに分け、それにより上記のウオラストンプリズム（１８ａ，１８ｂ） が、４つのビームｊ＝１〜４の偏向成分の重畳と干渉を行って位相差（Φｏ）ｊ 、すなわちウオラストンプリズム（１８ａ，１８ｂ）とλ／２ブレートによって つくられる、（Φｏ）１＝０１（Φｏ）２＝π、（Φｏ）３＝π／２、そして（ Φｏ）４を＝３π／２の位相差をつくり、４つの測定チャンネルでホトディテク タ（１７ａ〜１７ｃ）を使ってその結果の強度Ｉ１（ｔ）、Ｉ２（ｔ）、Ｉ３（ ｔ）、Ｉ４（ｔ）を測定することにより、そして強度差Ｉ１（ｔ）−Ｉ２（ｔ） 、強度差Ｉ４（ｔ）−Ｉ３（ｔ）および比〔Ｉ４（ｔ）−Ｉ３（ｔ）〕／〔Ｉ１ （ｔ）−Ｉ２（ｔ）〕であってこれらは更にアルゴリズムで処理され評価される もの、を電子的に引き出すことにより位相差ΔΦ（ｔ）を時間の関数として決定 する請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。 １１．ウエーブガイド（１，２、１ａ，２）の外へ結合した光（３８）の偏向成 分ｓとｐとの間に、各周期Ｔの３分の１、３分の２そして３分の３の時間に順次 に、ｊ＝１、２または３である付加的位相差（Φ。）ｊ、好ましくは（Φｏ）１ ＝０、（Φｏ）２＝π／２そして（Φｏ）３＝３π／２、あるいは（Φｏ）１＝ ０、（Φｏ）２＝２π／３および（Φｏ）３＝４π／３を、例えば、電気光学も しくは弾性光学モジュレータで、もしくはバビネット・コンベンセータの移動に よりつくって導入することによって、伝達方向（１６）が前記の偏向成分ｓとｐ の偏向方向の２等分線と一致している偏向プリズム（１５）で偏向成分ｓとｐの 重畳と干渉を行い、その結果の強度Ｉ（ｔ）をホトディテクタ（１７）で測定す ることにより、そしてＴ／３の期間で測定したＩ１（ｔ）、Ｉ２（ｔ）そしてＩ ３（ｔ）を更に処理することにより位相差ΔΦ（ｔ）を等しい時間間隔Ｔで連続 的に測定する請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。 １２．ウェーブガイド（１，２、１ａ，２）の外へ結合した光（３ａ）の偏向成 分ｓとｐとの間に、付加的な時間関数の位格差Φｏ（ｔ）を導入し、それにより Φｏ（ｔ）を−πとπとの間で、好ましくは時間的に線形に期間Ｔで周期的に変 えることにより、伝達方向（１６）が前記の偏向成分ｓとｐの偏向方向の２等分 線と一致している偏向プリズム（１５）で偏向成分ｓとｐの重畳と干渉を行い、 その結果の強度Ｉ（ｔ）をホトディテクタ１７で測定することにより、そしてＩ （ｔ）の一次的振る舞いを、特に期間下中のＩ（ｔ）の最大と最小とについて電 子的に記録することにより、そして更に信号処理と評価とをすることにより、こ の手続きを期間Ｔで周期的に反復して、位相差ΔΦ（ｔ）を等しい時間間隔Ｔで 連続的に時間ｔの関数として決定する請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。 １３．位相差ΔΦ（ｔ）をヘテロダイン法で測定する請求項１乃至７のいずれか に記載の方法。 １４．分析しようとするサンブル４を測定セクション（１′）に付着させるか、 測定セクション（１′）を被覆しているセル（１４）に詰めるかし、又は測定セ クション（１′）を持つウェーブガイドの部分を気体、液体もしくは固体サンブ ル４に挿入する請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。 １５．Ａ）基体（２）は好ましくは平坦であるか、もしくは円筒であって、少な きとも２つの直交偏光モードが伝播できるブラナーウェーブガイド（１，２）も しくはストリッブウエーブガイド（１ａ，２）と、Ｂ）入射レーザ光（３ｅ）の 案内のため及び又は外結合光（３ａ）の案内のために、入射レーザ光（３ｅ）の 路に配置した好ましくは一個もしくは数個の球形もしくは円筒形のレンズ（７） 、及び又はファイバ・ウエーブガイド、好ましくは偏光保持ファイバーウェーブ ガイドと、 Ｃ）偏光光学要素、例えば偏光子（１５）、ウオラストン・プリズム（１８，１ ８ａ，１８ｂ）、位相遅延ブレート（２０）、更にビームスブリッタ（１９）、 そして偏光成分ｓとｐの間の位相差ΔΦ（ｔ）の測定のため外結合光（３ａ）の 路に配置したホトディテクタ（１７，１７ａ〜１７ｄ）と を備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の方法を実施する装 置。 １６．案内波（３）の反射のための反射器（５）をウエーブガイド（１，２、１ ａ，２）に設け、反射器（５）は、好ましくは金属もしくは誘電物のミラーコー ティングを施した、例えば鋭く切断した、もしくは研磨したウエーブガイド（１ ，２、１ａ，２）の端面（８′）から成ることを特徴とする請求項１５に記載の 装置。 １７．ウェーブガイド（１，２、１ａ，２）の前面（８）とレンズ（７）との間 に液、例えば水もしくは油を入れることを特徴とする請求項１５に記載の装置。 １８．ウェーブガイドフィルム（１，１ａ）は、少なくとも測定セクション（１ ′）において化学反応層（１１）で被覆され、及び又はそれの孔に化学反応層（ １１）を含んでおり、化学反応層（１１）はサンブル（４）内の検出しようとす る物質と選択的、化学的に結合し、及び又は優先的にその物質を吸着しもしくは 化学吸着で吸収し、そしてサンブル（４）のイオン濃度につれてもしくはサンブ ル（４）内の検出しようとする物質の化学的効果によって化学反応層の屈折係数 を変えることを特徴とする請求項１５乃至１７いずれかに記載の装置。 １９．Ａ）サンブル（４）内の対応抗体を検出するため抗原、もしくは好ましく はモノクロナル抗抗体、又はＢ）サンブル（４）内の対応抗体もしくはハブテン を検出するための好ましくはモノクロナル抗抗体の何れかの分子層が化学反応層 （１１）であって、この分子層はウェーブガイドフィルム（１）もしくはストリ ッブ（１ａ）へ結合、好ましくは共有結合させられていることを特徴とする請求 項１８に記載の装置。 ２０．測定セクション（１′）の外側でウエーブガイドフィルム（１，１ａ）は 、好ましくは二酸化珪素、グラス樹脂もしくはポリマから成る保護層（１２）で 被覆されており、案内波（３）が周囲から望ましくない動揺をうけないようにし たことを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載の装置。 ２１．ウェーブガイドフィルム（１，１ａ）と基体（２）との間に、少なくとも 測定セクション（１′）と基体（２）との間に加熱層（１３）を設けたことを特 徴とする請求項１５乃至２０のいずれかに記載の装置。 ２２．Ａ）好ましくは二酸化珪素の非吸収性の緩衝層を有するガラス、好ましく はバイレックスガラス、もしくはシリコンウエハーから成る基体（２）の上の二 酸化珪素と二酸化チタンとの混合物もしくは窒化珪素から成るか、又は、Ｂ）ガ ラスもしくはポリマー、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）もしくは ポリカーボネートの基体（２）の上のポリマー例えはポリイミド樹脂からウェー ブガイドフィルム（１）もしくはストリッブ（１ａ）は成ることを特徴とする請 求項１５乃至２０のいずれかに記載の装置。 ２３．内結合の効率を高めるため、そして入射レーザービーム（３ｅ）の調整を 簡単にするためブラナーウェーブガイドフィルム（１）もしくはストリッブ（１ ａ）は、測定セクション（１′）の外で測定セクション（１′）それ自体におけ るより大きいフィルム厚みを有することを特徴とする請求項１５乃至２２のいず れかに記載の装置。