分析装置及电子设备

摘要

分析装置及电子设备。具备电场增强元件，包括金属层、透光层及多个金属粒子；光源及检测器，金属粒子配置满足P1＜P2≤Q+P1[P1是第一节距，P2是第二节距，金属粒子列上激发的局域型等离子体角频率为ω、构成金属层的金属介电常数为ε(ω)、金属粒子周边介电常数为ε、真空中光速为c、为激发光照射角的金属层厚度方向的倾斜角为θ，Q是满足(ω/c)·{ε·ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2＝ε1/2·(ω/c)·sinθ+2aπ/Q(a＝±1，±2，…)的衍射光栅节距]，透光层厚度设为G、透光层有效折射率设为neff、激发光波长设为λi时，满足20＜G·(neff/1.46)≤160·(λi/785)。

权利要求

1.一种分析装置，其特征在于，具备：

电场增强元件，包括：金属层、设置于所述金属层上并使激发光透过的透光层、及设置于所述透光层上的多个金属粒子，多个所述金属粒子在第一方向上以第一节距排列，并在与所述第一方向交叉的第二方向上以第二节距排列；

光源，将沿所述第一方向偏振的直线偏振光、沿所述第二方向偏振的直线偏振光和圆偏振光中的至少一个作为所述激发光而照射至所述电场增强元件；以及检测器，检测从所述电场增强元件发射的光，

所述电场增强元件的所述金属粒子的配置满足下述式(1)的关系：P1＜P2≤Q+P1···(1)

其中，P1表示所述第一节距，P2表示所述第二节距，将在所述金属粒子的列上激发的局域型等离子体的角频率设为ω、将构成所述金属层的金属的介电常数设为ε(ω)、将所述金属粒子的周边的介电常数设为ε、将真空中的光速设为c、将作为所述激发光的照射角的来自所述金属层的厚度方向的倾斜角设为θ，Q表示满足下述式(2)的衍射光栅的节距：(ω/c)·{ε·ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2＝ε1/2·(ω/c)·sinθ+2aπ/Q(a＝±1，±

2，…)···(2)，

将所述透光层的厚度设为G、将所述透光层的有效折射率设为neff、将所述激发光的波长设为λi时，下述式(3)的关系被满足：

20[nm]＜G·(neff/1.46)≤160[nm]·(λi/785[nm])···(3)，其中，所述G和所述λi的单位为nm。

2.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于，所述G、所述neff、所述λi满足下述式(4)的关系，

30[nm]≤G·(neff/1.46)≤160[nm]·(λi/785[nm])···(4)。

3.一种分析装置，其特征在于，具备：

电场增强元件，包括：金属层、设置于所述金属层上并使激发光透过的透光层、及设置于所述透光层上的多个金属粒子，多个所述金属粒子在第一方向上以第一节距排列，并在与所述第一方向交叉的第二方向上以第二节距排列；

光源，将沿所述第一方向偏振的直线偏振光、沿所述第二方向偏振的直线偏振光和圆偏振光中的至少一个作为所述激发光而照射至所述电场增强元件；以及检测器，检测从所述电场增强元件发射的光，

所述电场增强元件的所述金属粒子的配置满足下述式(1)的关系：P1＜P2≤Q+P1···(1)

其中，P1表示所述第一节距，P2表示所述第二节距，将在所述金属粒子的列上激发的局域型等离子体的角频率设为ω、将构成所述金属层的金属的介电常数设为ε(ω)、将所述金属粒子的周边的介电常数设为ε、将真空中的光速设为c、将作为所述激发光的照射角的来自所述金属层的厚度方向的倾斜角设为θ，Q表示满足下述式(2)的衍射光栅的节距：(ω/c)·{ε·ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2＝ε1/2·(ω/c)·sinθ+2aπ/Q(a＝±1，±

2，…)···(2)，

所述透光层由通过m层的层层叠而成的层叠体构成，m是自然数，

所述透光层从所述金属粒子侧向所述金属层侧按照第一透光层、第二透光层、…、第m-

1透光层、第m透光层的顺序层叠，

将所述金属粒子的周边的折射率设为n0、将所述金属层的法线方向与所述激发光的入射方向所成的角设为θ0、将所述金属层的法线方向与所述第m透光层中的所述激发光的折射光朝向所述金属层的入射方向所成的角设为θm、将所述第m透光层的折射率设为nm、将所述第m透光层的厚度设为Gm、将所述激发光的波长设为λi时，下述式(5)以及式(6)的关系被满足：n0·sinθ0＝nm·sinθm···(5)其中，所述Gm和所述λi的单位为nm。

4.根据权利要求3所述的分析装置，其特征在于，所述θm、所述nm、所述Gm、所述λi满足下述式(7)的关系，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的分析装置，其特征在于，在所述金属粒子远离所述透光层一侧的角部上激发的局域型表面等离子体的强度与在所述金属粒子靠近所述透光层一侧的角部上激发的局域型表面等离子体的强度之比不管所述透光层的厚度如何都为一定值。

6.一种电子设备，其特征在于，具备：

权利要求1至权利要求5中任一项所述的分析装置；

运算部，根据来自所述检测器的检测信息而运算健康医疗信息；

存储部，存储所述健康医疗信息；以及

显示部，显示所述健康医疗信息。

说明书

分析装置及电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及分析装置以及电子设备。

背景技术

[0002] 近年来，在医疗诊断和食物检查等中的需求日益增大，要求开发小型、高速的传感技术。虽然已经研究了以电化学方法为代表的各种各样类型的传感器，但由于可集成化、低成本而且不选择测定环境这些理由，对采用了表面等离子体共振(SPR：Surface Plasmon Resonance)的传感器的关心不断在提高。例如，已知有使用在设置于全反射型棱镜表面的金属薄膜上所产生的表面等离子体而检测在抗原抗体反应中有无抗原的吸附等有无物质吸附的传感器。

[0003] 另外，也已经研究使用表面增强拉曼散射(SERS：Surface Enhanced Raman Scattering)，检测附着于传感器部位的物质的拉曼散射而进行附着物质的鉴定等的方法。所谓SERS就是在纳米级的金属的表面上拉曼散射光被增强为102～1014倍的现象。当在成为标目标的物质吸附于该表面的状态下照射激光等激发光时，从激发光的波长仅偏离了相当于物质(分子)的振动能的波长的光(拉曼散射光)被散射。如果对该散射光进行分光处理，则能够获得物质的种类(分子种类)所固有的光谱(指纹图谱)。通过分析该指纹图谱的位置和形状，能够极高灵敏度地鉴定物质。

[0004] 这种传感器优选基于通过光照射而被激发的表面等离子体的光的增强度大。

[0005] 例如，在专利文献1中，具有局域型表面等离子体(LSP：Localized Surface Plasmon)与表面等离子体激元(SPP：Surface Plasmon Polariton)的相互作用的记载，并公开了GSPP(Gap type Surface Plasmon Polariton，间隙型表面等离子体激元)模型的一些参数。

[0006] 在专利文献1的GSPP中，具有引起等离子体共振的粒子的大小为50～200nm且比激发波长短的周期性的粒子间间隔、且将粒子层与镜层隔开的电介质厚度为2～40nm的尺寸，形成由在粒子尺寸上增加了0～20nm后的粒子间间隔所产生的细密填充等离子体共振粒子的有规则的阵列。

[0007] 然而，已经知道，在专利文献1中公开的结构的传感器中，将粒子层与镜层隔开的电介质的厚度为2～40nm，根据发明人的研究，电场增强度的波长依赖性(增强度光谱或反射率光谱)中的峰虽然宽，但是整体上成为低而不充分的增强度。并且，已经知道，在该文献公开的传感器中，在多个粒子的尺寸不均匀的情况(产生了偏差的情况)下，会导致增强度光谱中的峰的波长大大地偏移。

[0008] 在先技术文献

[0009] 专利文献

[0010] 专利文献1：日本专利特表2007-538264号公报

发明内容

[0011] 本发明的几种方式所涉及的目的之一在于，提供在增强度光谱中能够获得高增强度，进而能够高灵敏度地检测、分析目标物质的分析装置以及电子设备。另外，本发明的几种方式所涉及的目的之一在于，提供目标物质容易附着于成为高增强度的位置的分析装置以及电子设备。并且，本发明的几种方式所涉及的目的之一在于，提供制造上的偏差的允许范围大的分析装置以及电子设备。

[0012] 本发明为了解决上述问题的至少一部分而做出，能够作为以下的方式或应用例而实现。

[0013] 本发明所涉及的一种方式的分析装置具备：

[0014] 电场增强元件，包括金属层、设于所述金属层上并使激发光透过的透光层、及设于所述透光层上并在第一方向上以第一节距排列、在与所述第一方向交叉的第二方向上以第二节距排列的多个金属粒子；

[0015] 光源，将沿所述第一方向偏振的直线偏振光、沿所述第二方向偏振的直线偏振光和圆偏振光中的至少一个作为所述激发光而照射至所述电场增强元件；以及

[0016] 检测器，检测从所述电场增强元件发射的光，

[0017] 所述电场增强元件的所述金属粒子的配置满足下述式(1)的关系：

[0018] P1＜P2≤Q+P1···(1)

[0019] [其中，P1表示所述第一节距，P2表示所述第二节距，将在所述金属粒子的列上激发的局域型等离子体的角频率设为ω、将构成所述金属层的金属的介电常数设为ε(ω)、将所述金属粒子的周边的介电常数设为ε、将真空中的光速设为c、将作为所述激发光的照射角的来自所述金属层的厚度方向的倾斜角设为θ，Q表示满足下述式(2)的衍射光栅的节距：

[0020] (ω/c)·{ε·ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2＝ε1/2·(ω/c)·sinθ+2aπ/Q(a＝±1，±2，…)···(2)]

[0021] 将所述透光层的厚度设为G[nm]、将所述透光层的有效折射率设为neff、将所述激发光的波长设为λi[nm]时，满足下述式(3)的关系：

[0022] 20[nm]＜G·(neff/1.46)≤160[nm]·(λi/785[nm])···(3)

[0023] 这种分析装置，在增强度光谱中能够获得非常高的增强度，能够高灵敏度地检测、分析目标物质。另外，由于这样的分析装置的能够获得高增强度的位置至少存在于金属粒子的上表面侧，因此目标物质容易接触于该位置，因而能够高灵敏度地检测、分析目标物质。

[0024] 在本发明所涉及的分析装置中，所述G[nm]、所述neff、所述λi[nm]可以满足下述式(4)的关系：

[0025] 30[nm]≤G·(neff/1.46)≤160[nm]·(λi/785[nm]···(4)

[0026] 这种分析装置由于满足30[nm]≤G·(neff/1.46)这样的关系，因此能够取得较大的制造上的偏差的允许范围。

[0027] 本发明所涉及的一种方式的分析装置具备：

[0028] 电场增强元件，包括金属层、设于所述金属层上并使激发光透过的透光层、及设于所述透光层上并在第一方向上以第一节距排列、在与所述第一方向交叉的第二方向上以第二节距排列的多个金属粒子；

[0029] 光源，将沿所述第一方向偏振的直线偏振光、沿所述第二方向偏振的直线偏振光和圆偏振光中的至少一个作为所述激发光而照射至所述电场增强元件；以及

[0030] 检测器，检测从所述电场增强元件发射的光，

[0031] 所述电场增强元件的所述金属粒子的配置满足下述式(1)的关系：

[0032] P1＜P2≤Q+P1···(1)

[0033] [其中，P1表示所述第一节距，P2表示所述第二节距，将在所述金属粒子的列上激发的局域型等离子体的角频率设为ω、将构成所述金属层的金属的介电常数设为ε(ω)、将所述金属粒子的周边的介电常数设为ε、将真空中的光速设为c、将作为所述激发光的照射角的来自所述金属层的厚度方向的倾斜角设为θ，Q表示满足下述式(2)的衍射光栅的节距：

[0034] (ω/c)·{ε·ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2＝ε1/2·(ω/c)·sinθ+2aπ/Q(a＝±1，±2，…)···(2)]

[0035] 所述透光层由通过m层的层层叠而成的层叠体构成，

[0036] m是自然数，

[0037] 所述透光层从所述金属粒子侧向所述金属层侧按照第一透光层、第二透光层、…、第m-1透光层、第m透光层的顺序层叠，

[0038] 将所述金属粒子的周边的折射率设为n0、

[0039] 将所述金属层的法线方向与所述激发光的入射方向所成的角设为θ0、

[0040] 将所述金属层的法线方向与所述第m透光层中的所述激发光的折射光朝向所述金属层的入射方向所成的角设为θm、

[0041] 将所述第m透光层的折射率设为nm、

[0042] 将所述第m透光层的厚度设为Gm[nm]、

[0043] 将所述激发光的波长设为λi[nm]时，

[0044] 满足下述式(5)以及式(6)的关系：

[0045] n0·sinθ0＝nm·sinθm···(5)

[0046] 数学式1

[0047]

[0048] 根据这种分析装置，在增强度光谱中能够获得非常高的增强度，能够高灵敏度地检测、分析目标物质。另外，由于这样的分析装置的能够获得高增强度的位置至少存在于金属粒子的上表面侧，因此目标物质容易接触于该位置，因而能够高灵敏度地检测、分析目标物质。

[0049] 在本发明所涉及的分析装置中，所述θm、所述nm、所述Gm[nm]、所述λi[nm]可以满足下述式(7)的关系：

[0050] 数学式2

[0051]

[0052] 这种分析装置由于满足

[0053] 数学式3

[0054]

[0055] 这样的关系，因此能够取得较大的制造上的偏差的允许范围。

[0056] 在本发明所涉及的分析装置中，在所述金属粒子远离所述透光层一侧的角部上所激发的局域型表面等离子体的强度与在所述金属粒子靠近所述透光层一侧的角部上所激发的局域型表面等离子体的强度之比，可以不管所述透光层的厚度如何都为一定。

[0057] 根据这种分析装置，即使透光层的厚度变动，在所述金属粒子的上表面侧所激发的局域型表面等离子体的强度与在所述金属粒子的下表面侧所激发的局域型表面等离子体的强度之比也不变化，因此更容易制造。

[0058] 本发明所涉及的一种方式的电子设备具备：上述的分析装置；运算部，根据来自所述检测器的检测信息而运算健康医疗信息；存储部，存储所述健康医疗信息；以及显示部，显示所述健康医疗信息。

[0059] 根据这种电子设备，增强度极其增大，能够高灵敏度地检测、分析目标物质，能够提供高灵敏度、高精度的健康医疗信息。

附图说明

[0060] 图1是示意性显示实施方式所涉及的电场增强元件的主要部分的立体图。

[0061] 图2是俯视观察实施方式所涉及的电场增强元件的主要部分的示意图。

[0062] 图3是实施方式所涉及的电场增强元件的主要部分的截面的示意图。

[0063] 图4是实施方式所涉及的电场增强元件的主要部分的截面的示意图。

[0064] 图5是示出激发光的光路的一例的示意图。

[0065] 图6是示出激发光的光路的一例的示意图。

[0066] 图7是对应于金属层周边的折射率的色散关系。

[0067] 图8是银的介电常数的波长特性。

[0068] 图9是示出金属层的传播型表面等离子体和金属粒子的局域型表面等离子体的色散关系电磁耦合的图。

[0069] 图10是实施方式所涉及的分析装置的示意图。

[0070] 图11是实施方式所涉及的电子设备的示意图。

[0071] 图12是实施例所涉及的模型的示意图。

[0072] 图13是实验例所涉及的模型的反射率光谱。

[0073] 图14是实验例所涉及的模型的反射率光谱。

[0074] 图15是示出实验例所涉及的模型的反射率光谱的FWHM的透光层厚度依赖的曲线图。

[0075] 图16是示出实验例所涉及的模型的反射率光谱中的峰的波长以及反射率光谱中的峰的最小值对透光层厚度的依赖性的曲线图。

[0076] 图17是实验例所涉及的模型的反射率光谱。

[0077] 图18是示出实验例所涉及的模型的SQRT以及顶部/底部比的透光层厚度依赖性的曲线图。

[0078] 图19是示出实验例所涉及的模型的SQRT以及顶部/底部比的透光层厚度依赖性的曲线图。

[0079] 图20是实验例所涉及的模型的反射率光谱。

[0080] 图21是示出实验例所涉及的模型的反射率光谱中的峰的波长以及反射率光谱中的峰的最小值对透光层厚度的依赖性的曲线图。

[0081] 图22是示出实验例所涉及的模型的SQRT的透光层厚度依赖性的曲线图。

[0082] 图23是示出实验例所涉及的模型的反射率光谱中的峰的最小值的波长的透光层厚度依赖性的曲线图。

[0083] 图24是实验例所涉及的模型的反射率光谱。

[0084] 图25是示出实验例所涉及的模型的反射率光谱中的峰的最小值的波长的透光层厚度依赖性的曲线图。

[0085] 图26是实验例所涉及的模型的反射率光谱。

[0086] 图27是示出金属粒子的排列与LSP及PSP的关系的示意图。

[0087] 符号说明

[0088] 1…基板，10…金属层，20…透光层，30…金属粒子，31…金属粒子列，100…电场增强元件，110…气体样品保持部，112…盖，113…吸引口，114…吸引流路，115…除尘过滤器，116…排出流路，117…吸引机构，118…排出口，120…检测部，122a、122b、122c、122d…透镜，124…半反射镜，126…过滤器，127…分光器，128…受光元件，130…控制部，132…检测控制部，134…电力控制部，136…连接部，140…框体，200…拉曼光谱装置，210…光源，
220…光检测器，300…电子设备，310…运算部，320…存储部，330…显示部

具体实施方式

[0089] 以下对本发明的几种实施方式进行说明。以下说明的实施方式只是说明本发明的一个例子。本发明并非受以下的实施方式任何限制，也包括在不变更本发明的宗旨的范围内所实施的各种变形方式。此外，在以下说明的所有结构未必是本发明的必需结构。

[0090] 1.电场增强元件

[0091] 图1是实施方式的一例所涉及的电场增强元件100的立体图。图2是俯视观察(从透光层的厚度方向观察)到的实施方式的一例所涉及的电场增强元件100的示意图。图3以及图4是实施方式的一例所涉及的电场增强元件100的截面的示意图。本实施方式的电场增强元件100包括金属层10、透光层20以及金属粒子30。

[0092] 1.1.金属层

[0093] 金属层10只要提供金属的表面，则就没有特别限制，例如，既可以是厚板状，也可以具有薄膜、层或者膜的形状。金属层10可以设置于例如基板1的上面。作为这种情况下的基板1，虽然没有特别限制，但是优选难以对在金属层10上所激发的传播型表面等离子体带来影响的基板。作为基板1，可以列举出例如，玻璃基板、硅基板、树脂基板等。基板1的设置金属层10的面的形状也不特别限制。在金属层10的表面具有规则结构的情况下，可以具有对应于该规则结构的表面，在将金属层10的表面形成为平面的情况下也可以设置为平面。在图1～图4的例子中，在基板1的表面(平面)上设置有金属层10。

[0094] 在此，虽然使用了平面这样的表达，但这种表达并非是指表面是一点凹凸也没有而平坦(平滑)的、在数学上严格的平面。例如，在表面上，有时存在起因于构成的原子的凹凸或起因于构成的物质的二次结构(结晶、粒块、粒界等)的凹凸等，从微观上来看，有时并不是严格的平面。但是，即使在那样的情况下，在更宏观的视点上来看，这些凹凸不明显，观测为不妨碍将表面称为平面的程度。因此，在本说明书中，如果像这种在更宏观的视点上来看的情况下能够识别为平面，则就将其称为平面。

[0095] 另外，在本实施方式中，金属层10的厚度方向与后述的透光层20的厚度方向一致。在本说明书中，在对金属粒子30进行说明的情况等下，有时将金属层10的厚度方向或者透光层20的厚度方向称为厚度方向、高度方向等。另外，在金属层10设置于基板1的表面的情况下，有时将基板1的表面的法线方向称为厚度方向或者高度方向。

[0096] 并且，有时从基板1观察而将金属层10一侧的方向表达为上或上方，将其相反方向表达为下或下方。采用该上方、下方这种表达与重力作用的方向无关，是适当地规定观察元件时的视点或视线的方向而进行表达。另外，在本说明书中，例如“在部件A的上面设置部件B”这样的表达包括与部件A的上面接触而设置部件B的情况和在部件A的上面间隔着其它部件或空间而配置部件B的情况的意思。

[0097] 金属层10能够通过例如蒸镀、溅射、铸造、机械加工等方法而形成。在金属层10设置于基板1上的情况下，既可以设置于基板1的表面的整个面上，也可以设置于基板1的表面的一部分上。金属层10的厚度只要能够在金属层10的表面或金属层10与透光层20的界面附近激发传播型表面等离子体，则就没有特别限制，例如，能够为10nm以上1mm以下，优选为20nm以上100μm以下，更优选为30nm以上1μm以下。

[0098] 金属层10由存在由激发光提供的电场和由该电场感应出的极化以反相位振动这样的电场的金属，即，在已提供特定的电场的情况下，能够具有介电函数的实数部具有负值(具有负介电常数)、虚数部的介电常数比实数部的介电常数的绝对值小的介电常数的金属构成。作为能够具有这种介电常数的金属的例子，能够列举出金、银、铝、铜、铂以及它们的合金等。在作为激发光而使用可见光区域的光的情况下，金属层10优选包括由这些金属中的金、银或铜构成的层。另外，金属层10的表面(厚度方向的端面)是不是特定的晶面均可。另外，金属层10也可以由多层的金属层形成。

[0099] 金属层10具有在本实施方式的电场增强元件100中使传播型表面等离子体产生的功能。通过在后述的条件下将光射入至金属层10，从而在金属层10的表面(厚度方向的端面)附近产生传播型表面等离子体。另外，在本说明书中，将金属层10的表面附近的电荷的振动与电磁波耦合后的振动量子称为表面等离子体激元(SPP：Surface  Plasmon Polaritons)。在金属层10上已产生的传播型表面等离子体能够与在后述的金属粒子30上所产生的局域型表面等离子体在一定的条件下相互作用(杂化)。并且，金属层10具有使光(例如激发光的折射光)向透光层20一侧反射的反射镜的功能。

[0100] 1.2.透光层

[0101] 本实施方式的电场增强元件100具有用于将金属层10与金属粒子30隔开的透光层20。在图1、3、4中绘制出透光层20。透光层20能够具有薄膜、层或者膜的形状。透光层20设置于金属层10的上面。由此，能够将金属层10与金属粒子30在空间上、电气地隔开。另外，透光层20能够使激发光透过。

[0102] 透光层20能够通过例如蒸镀、溅射、CVD、各种涂覆等方法而形成。另外，在俯视观察的情况下，透光层20既可以设置于金属层10的表面的整个面上，也可以设置于金属层10的表面的一部分上。

[0103] 透光层20只要具有正介电常数即可，能够由例如氧化硅(SiOx例如SiO2)、氧化铝(AlxOy例如Al2O3)、氧化钽(Ta2O5)、氮化硅(Si3N4)、氧化钛(TiOx例如TiO2)、PMMA(Polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)等高分子、ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)等形成。另外，透光层20能够由电介质构成。并且，透光层20也可以由材质互不相同的多个层构成。

[0104] 透光层20的厚度G以金属层10的传播型表面等离子体与金属粒子30的局域型表面等离子体能够相互作用的方式设定。例如，透光层20的厚度G[nm]按以下方式设定。

[0105] (i)在将透光层20的有效折射率设为neff、将激发光的波长设为λi[nm]的情况下，透光层20的厚度G[nm]以满足下述式(4)的关系的方式而设定：

[0106] 20[nm]＜G·(neff/1.46)≤160[nm]·(λi/785[nm])···(4)

[0107] 在此，在透光层20由单一的层构成的情况下，透光层20的有效折射率neff与构成该单一层的材料的折射率的值相等。另一方面，在透光层20由多个层构成的情况下，透光层20的有效折射率neff与用透光层20的整体厚度G去除构成透光层20的各层的厚度和各层的折射率之积后的值(平均值)相等。

[0108] 图5是示意性说明在透光层20由折射率n的单一层构成的情况下的激发光的光路的图。参照图5，在透光层20由折射率n的单一层构成的情况、且激发光从n0的折射率的相以相对于透光层20的法线方向(厚度方向)倾斜角θ0的角度倾斜射入透光层20的情况下，根据斯涅尔定律，以满足n0·sinθ0＝n·sinθ的关系的、相对于透光层20的法线方向的倾斜角θ而在透光层20内产生激发光的折射光(式中“·”是指乘积)。

[0109] 而且，在透光层20的上表面反射后的光与在透光层20的下表面反射后的光的光路差为2·n·G·cosθ(参照图5)。另外，由于在金属层10上的反射中偏离半波长，因此在将激发光的波长设为λi时，光路差＝k·λi(但是，k为整数)。因此，2·n·G·cosθ＝k·λi成立，sinθ＝(n0/n)·sinθ0以及θ＝sin-1{(n0/n)sinθ0}的关系成立。

[0110] (ii)图6是示意性说明在透光层20由多层构成的情况下的激发光的光路的图。参照图6，在透光层20由多层构成的情况、且激发光以相对于透光层20的法线方向(厚度方向)倾斜角θ0的角度倾斜射入的情况下，将m设为2以上的整数，可以认为透光层20是从远离金属层10的一侧向金属层10按照第一透光层、第二透光层的顺序一直层叠至第m-1透光层、第m透光层的结构。而且，激发光从n0的折射率的相以相对于透光层20的法线方向(厚度方向)倾斜角θ0的角度倾斜射入透光层20。在这种情况下，在将透光层20的法线方向与第m透光层中的激发光的折射光所成的角设为θm、第m透光层的折射率设为nm、第m透光层的厚度设为Gm[nm]时，根据斯涅尔定律，以满足n0·sinθ0＝nm·sinθm的关系的、相对于透光层20的法线方向的倾斜角θm在第m透光层内产生激发光的折射光。因此，在将第m透光层的厚度设为Gm、将折射率设为nm时，在各层中产生2·nm·Gm·cosθm的光路差。

[0111] 根据这一点，总光路差L为L＝Σ(2·nm·Gm·cosθm)。而且，在这样的光路差L成为入射光的波长的整数倍(k·λi)的情况下，光就会互相增强。另外，在垂直射入(激发光的射入方向与透光层20的厚度方向平行)的情况下θ0＝0，cosθm的值为1，在倾斜射入的情况下，cosθm的值变得比1小，因此可以理解为，成为使光相互增强的条件的厚度Gm在倾斜射入时比垂直射入时大(厚)。

[0112] 另外，在透光层20由通过m层的层层叠而成的层叠体构成的情况(m为自然数)下，可以认为透光层20的厚度G是透光层20从远离金属层10的一侧向金属层10按照第一透光层、第二透光层的顺序一直层叠至第m-1透光层、第m透光层的厚度。而且，激发光从n0的折射率的相以相对于透光层20的法线方向(厚度方向)倾斜角θ0的角度倾斜射入到透光层20。在这种情况下，在将透光层20的法线方向与第m透光层中的激发光的折射光所成的角设为θm、第m透光层的折射率设为nm、第m透光层的厚度设为Gm[nm]时，根据斯涅尔定律，以满足n0·sinθ0＝nm·sinθm的关系的、相对于透光层20的法线方向的倾斜角θm在第m透光层内产生激发光的折射光。

[0113] 而且，在将激发光的波长设为λi[nm]时，能够以满足下述式(5)以及式(6)的关系的方式而设定。

[0114] n0·sinθ0＝nm·sinθm···(5)

[0115] 数学式4

[0116]

[0117] 上述式(4)、式(5)中，“20[nm]”、“160[nm]”、“785[nm]”以及“1.46[－](无量纲数)”都是根据发明者们的研究而在实验上得到的经验值，是本发明的重要参数之一。通过根据上述(i)、(ii)中的任意的方法而设定透光层20的厚度G，本实施方式的电场增强元件100的电场增强度变得极高。

[0118] 正如通过后述的实验例已证实的那样，将上述式(4)以及式(6)中的下限值设定为20nm的原因在于是在实验上求得的值。另外，由于即使激发光的波长变化，各式也成立，因此与上述式(4)以及式(6)中的上限值相乘的(λi/785[nm])是用于表现这种情况的校正项。
并且，由于即使透光层的折射率变化，各式也成立，因此与上述式(4)以及式(6)中的G相乘的(n/1.46)是用于表现这种情况的校正项。对于这些校正项，将在后述的实验例中证明。

[0119] 并且，由于以下这样的理由，上述式(4)以及式(6)中的下限值可以考虑设定为30nm、40nm等。根据本实施方式的电场增强元件100的结构，在透光层20上设置多个金属粒子30。当透光层20的厚度G低于大约20nm时，有时导致由于金属粒子30的大小的偏差所引起的、电场增强元件100的电场增强光谱中的增强度峰的位置的变动量变得非常大。例如，如后述的实验例所示，如果透光层20的厚度G为大约20nm左右，则能够获得强增强度，但是增强度的峰位置对金属粒子30的直径的变化变得敏感，因此有时导致电场增强元件100的电场增强度轮廓(プロファイル)的设计变得繁杂一些。因此，作为其相反情况，可以使透光层
20的厚度G超过20nm(20nm＜G)，更优选设定为大约30nm以上，由此使电场增强元件100的设计变得容易，能够取得较大的制造上的偏差的允许范围。

[0120] 并且，当透光层20的厚度G低于大约40nm时，金属粒子30附近的局域型表面等离子体与金属层10表面附近的传播型表面等离子体的相互作用增大。正如在后述的实验例中也示出的那样，如果透光层20的厚度G低于大约40nm，则金属粒子30的顶部的增强度与其底部的增强度之比变小。这样一来，用于电场增强的能量的分配就偏向于金属粒子30的底部，因此导致为了形成用于检测微量物质的增强电场而使用的激发光的能量的利用效率下降。因此，通过将透光层20的厚度G设定为大约40nm以上，从而能够更加有效地利用为了形成用于检测微量物质的增强电场而使用的激发光的能量。此外，这些内容在“1.5.热点的位置”等项中也将说明。

[0121] 1.3.金属粒子

[0122] 金属粒子30与金属层10在厚度方向上隔离而设置。即，金属粒子30设置于透光层20上，与金属层10在空间上隔离而配置。在金属粒子30与金属层10之间存在透光层20。在本实施方式的图1～图4的电场增强元件100的例子中，通过在金属层10上设置透光层20，在透光层20上形成金属粒子30，从而金属层10与金属粒子30在透光层的厚度方向上隔离而配置。

[0123] 金属粒子30的形状没有特别限制。例如，金属粒子30的形状在金属层10或透光层20的厚度方向上投影的情况下(在从厚度方向进行的俯视观察中)能够为圆形、椭圆形、多边形、不定形或者使那些形状组合后的形状，在与厚度方向正交的方向上投影的情况下也能够为圆形、椭圆形、多边形、不定形或者使那些形状组合后的形状。在图1～图4的例子中，金属粒子30虽然都是以在透光层20的厚度方向上具有中心轴的圆柱状的形状而画出，但是金属粒子30的形状不局限于此。

[0124] 金属粒子30的高度方向的大小T指由垂直于高度方向的平面能够切割金属粒子30的区间的长度，为1nm以上100nm以下。另外，与金属粒子30的高度方向正交的第一方向的大小指由垂直于第一方向的平面切割金属粒子30的区间的长度，为5nm以上200nm以下。例如，在金属粒子30的形状为将高度方向作为中心轴的圆柱的情况下，金属粒子30的高度方向的大小(圆柱的高度)为1nm以上100nm以下，优选为2nm以上50nm以下，更优选为3nm以上30nm以下，进一步优选为4nm以上20nm以下。另外，在金属粒子30的形状为将高度方向作为中心轴的圆柱的情况下，金属粒子30的第一方向的大小(圆柱底面的直径)为10nm以上200nm以下，优选为20nm以上150nm以下，更优选为25nm以上100nm以下，进一步优选为30nm以上72nm以下。

[0125] 金属粒子30的形状、材质只要通过激发光的照射而能够产生局域型表面等离子体则就为任意，但作为通过可见光附近的光而能够产生局域型表面等离子体的材质，能够列举出金、银、铝、铜、铂以及它们的合金等。

[0126] 金属粒子30能够通过例如在利用溅射、蒸镀等形成了薄膜之后进行图案化的方法、微接触印刷法、纳米压印法等而形成。另外，金属粒子30能够通过胶体化学的方法而形成，可以通过适当的方法将其配置在与从金属层10隔离开的位置。

[0127] 金属粒子30具有在本实施方式的电场增强元件100中使局域型表面等离子体(LSP)产生的功能。通过将激发光照射至金属粒子30，从而能够使局域型表面等离子体在金属粒子30的周边产生。在金属粒子30上产生出的局域型表面等离子体能够与在上述的金属层10上所产生的传播型表面等离子体(PSP：Propagating Surface Plasmon)在一定的条件下相互作用(杂化)。

[0128] 1.3.1金属粒子的配置

[0129] 如图1～图4所示，金属粒子30通过多个并列而构成金属粒子列31。金属粒子30在金属粒子列31中沿与金属层10的厚度方向正交的第一方向并排而配置。换而言之，金属粒子列31具有金属粒子30在与高度方向正交的第一方向上并排了多个的结构。在金属粒子30具有长边的形状的情况(具有各向异性的形状的情况)下，金属粒子30并排的第一方向可以与其长边方向不一致。在一个金属粒子列31上并排的金属粒子30的个数只要为多个即可，优选为10个以上。

[0130] 在此，将金属粒子列31内的第一方向上的金属粒子30的节距定义为第一节距P1(参照图2～图4)。第一节距P1是指在第一方向上的两个金属粒子30的重心间的距离。此外，在金属粒子30为将金属层10的厚度方向作为中心轴的圆柱的情况下，金属粒子列31内的两个金属粒子30的粒子间距离与从第一节距P1减去圆柱的直径后的长度相等。

[0131] 金属粒子列31内的第一方向上的金属粒子30的第一节距P1能够为10nm以上2μm以下，优选为20nm以上1500nm以下，更优选为30nm以上且小于1000nm，进一步优选为50nm以上且小于800nm。

[0132] 金属粒子列31由在第一方向上以节距P1并排的多个金属粒子30构成，而在金属粒子30上所产生的局域型表面等离子体的分布、强度等也依赖于该金属粒子30的排列。因此，与在金属层10上所产生的传播型表面等离子体相互作用的局域型表面等离子体，有时不仅包括在单一的金属粒子30上所产生的局域型表面等离子体，而且还包括考虑了金属粒子列31中的金属粒子30的排列的局域型表面等离子体。

[0133] 如图1～图4所示，金属粒子列31在与金属层10的厚度方向以及第一方向交叉的第二方向上以第二节距P2并排而配置。金属粒子列31并排的个数只要为多个即可，优选为10列以上。

[0134] 在此，将相邻的金属粒子列31在第二方向上的间隔定义为第二节距P2。第二节距P2是指两个金属粒子列31在第二方向上的重心间的距离。另外，在金属粒子列31由多个列构成的情况下，第二节距P2是指多个列在第二方向上的重心位置与相邻的金属粒子列31的多个列在第二方向上的重心位置之间的距离。

[0135] 金属粒子列31间的第二节距P2与第一节距P1同样，能够为10nm以上2μm以下，优选为20nm以上1500nm以下，更优选为30nm以上且小于1000nm，进一步优选为50nm以上且小于800nm。

[0136] 此外，金属粒子列31延伸的第一方向的线与连结分别属于相邻的金属粒子列31的两个金属粒子30且彼此最接近的两个金属粒子30的线所成的角没有特别限制，是不是直角均可。例如，两者所成的角既可以是直角，两者所成的角也可以不是直角。即，在将从厚度方向观察到的金属粒子30的排列看作将金属粒子30的位置作为格点的二维格子的情况下，不可约基本单元格子既可以是长方形的形状，也可以是平行四边形的形状。另外，在金属粒子列31延伸的第一方向的线与连结分别属于相邻的金属粒子列31的两个金属粒子30且彼此最接近的两个金属粒子30的线所成的角不是直角的情况下，可以将分别属于相邻的金属粒子列31的两个金属粒子30且彼此最接近的两个金属粒子30之间的节距作为第二节距P2。

[0137] 1.3.2传播型表面等离子体以及局域型表面等离子体

[0138] 首先，针对传播型表面等离子体进行说明。图7是示出激发光、金(实线)以及银(虚线)的色散曲线的色散关系的曲线图。通常，即使将光以0～90度的入射角θ(照射角θ)射入金属的表面，也不产生传播型表面等离子体。这是因为，例如在金属由Au构成的情况下，如图7所示，光线(Light Line)与Au的SPP的色散曲线不具有交点。另外，即使光所通过的介质的折射率变化，Au的SPP也随周边的折射率而变化，因此结果仍然不具有交点。为了使它们具有交点，使其产生传播型表面等离子体，有如Kretschmann配置那样在棱镜上设置金属层，进而通过棱镜的折射率而使激发光的波数增加的方法、或通过衍射光栅而使光线的波数增加的方法。此外，图7是示出所谓的色散关系的曲线图(将纵轴作为角频率[ω(eV)]，横轴作为波矢[k(eV/c)])。

[0139] 另外，图7的曲线图的纵轴的角频率ω(eV)具有λ[nm]＝1240/ω(eV)的关系，能够换算成波长。另外，该曲线图的横轴的波矢k(eV/c)具有k(eV/c)＝2π·2/[λ[nm]/100]的关系。因此，在例如将衍射光栅间隔设为Q时，在Q＝600nm时，就成为k＝2.09(eV/c)。另外，照射角θ是激发光的照射角，是从金属层10或透光层20的厚度方向，或者金属粒子30的高度方向起算的倾斜角。

[0140] 在图7上示出了金(Au)以及银(Ag)的SPP的色散曲线，一般而言，在将射入金属表面的激发光的角频率设为ω、将真空中的光速设为c、将构成金属层10的金属的介电常数设为ε(ω)、将周边的介电常数设为ε时，该金属的SPP的色散曲线可以由式(A)给出：

[0141] KSPP＝ω/c[ε·ε(ω)/(ε+ε(ω))]1/2···(A)

[0142] 另一方面，将是激发光的照射角且从金属层10或透光层20的厚度方向，或者金属粒子30的高度方向起算的倾斜角设为θ，通过了具有间隔Q的、假想的衍射光栅的激发光的波数K能够由式(B)表示，

[0143] K＝n·(ω/c)·sinθ+a·2π/Q(a＝±1，±2，…)···(B)

[0144] 该关系在色散关系的曲线图上不是曲线而以直线呈现。

[0145] 此外，式(B)中，n为周边折射率，如果将消光系数设为k，则光的振动频率中的相对介电常数ε的实数部ε’和虚数部ε”分别由ε’＝n2－k2、ε”＝2nk给出，如果周边的物质透明，则k接近0，因此ε为实数，成为ε＝n2，进而由n＝ε1/2给出。

[0146] 在色散关系的曲线图上，在金属的SPP的色散曲线(上述式(A))与衍射光的直线(上述式(B))具有交点的情况下，激发传播型表面等离子体。即，当KSPP＝K的关系成立时，在金属层10上激发传播型表面等离子体。

[0147] 因此，由上述式(A)以及(B)得到以下的式(2)：

[0148] (ω/c)·{ε·ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2＝ε1/2·(ω/c)·sinθ+2aπ/Q(a＝±1，±2，…)···(2)

[0149] 可以理解，如果满足该式(2)的关系，则在金属层10上激发传播型表面等离子体。在这种情况下，以图7的SPP的例子来说，通过使θ以及m变化，能够使光线的斜率以及/或者截距变化，进而能够使光线的直线与Au的SPP的色散曲线交叉。

[0150] 接下来，针对局域型表面等离子体进行说明。

[0151] 使局域型表面等离子体在金属粒子30上产生的条件通过介电常数的实数部而由下式给出：

[0152] Real[ε(ω)]＝－2ε···(C)

[0153] 当将周边的折射率n设为1时，ε＝n2－k2＝1，因此成为Real[ε(ω)]＝－2。

[0154] 图8是示出Ag的介电常数与波长的关系的曲线图。例如，Ag的介电常数如图8那样，在大约366nm的波长激发局域型表面等离子体，但在多个银粒子以纳米级别接近的情况下、或银粒子与金属层10(Au膜等)由透光层20(例如SiO2等)隔开而配置的情况下，由于该间隙(透光层20的厚度G)的影响，局域型表面等离子体的激发峰波长进行红移(向长波长侧偏移)。该偏移量虽然依赖于银粒子的直径D、银粒子的厚度T、银粒子的粒子间隔、透光层20的厚度G等尺寸，但会显示出例如在500nm～900nm具有局域型表面等离子体的峰的波长特性。

[0155] 另外，局域型表面等离子体与传播型表面等离子体不同，不具有速度，是不移动的等离子体，当绘制成色散关系的曲线图时，斜率为零、即ω/k＝0。

[0156] 图9是示出金属层10的表面等离子体激元(SPP)与在金属粒子30上所产生的局域型表面等离子体(LSP)的色散关系和电磁耦合的图。本实施方式的电场增强元件100就是通过使传播型表面等离子体与局域型表面等离子体电磁耦合(Electromagnetic Coupling)而获得电场的极大的增强度的元件。即，本实施方式的电场增强元件100在色散关系的曲线图上，并非将衍射光的直线与金属的SPP的色散曲线的交点作为任意的点，而是以在金属粒子30(金属粒子列31)上所产生的局域型表面等离子体中给予最大或极大的增强度的点的附近使两者交叉的方式配置成为衍射光栅的金属粒子30，将此作为特征之一(参照图7、9)。因此，在本实施方式的电场增强元件100中，在金属粒子30上所激发的局域型表面等离子体(LSP)与在金属层10和透光层20的界面上所激发的传播型表面等离子体(PSP)电磁地相互作用。此外，当使传播型表面等离子体与局域型表面等离子体电磁耦合(Electromagnetic Coupling)时，发生例如在文献：OPTICS LETTERS/Vol.34,No.3/2月1日,2009等中所记载那样的反交叉行为。

[0157] 换而言之，在本实施方式的电场增强元件100中，设计成在色散关系的曲线图上，衍射光的直线通过金属的SPP的色散曲线与在金属粒子30(金属粒子列31)上所产生的局域型表面等离子体中给予最大或极大的增强度的激发光的角频率(在图9的色散关系的曲线图上标有LSP的平行于横轴的线)的交点的附近。

[0158] 1.3.3第二节距P2

[0159] 金属粒子列31之间的第二节距P2如上所述既可以与第一节距P1相同，也可以不同，但是例如在垂直射入(入射角θ＝0)激发光且使用一级衍射光(a＝0)的情况下，如果采用上述的衍射光栅的间隔Q作为第二节距P2，则能够满足式(C)。但是，根据所选择的入射角θ以及衍射光的级数m不同，能够满足式(C)的间隔Q就会具有范围。此外，这种情况下的入射角θ优选为从厚度方向向第二方向的倾斜角，但也可以是向包括第一方向的成分的方向的倾斜角。

[0160] 因此，考虑到为上述的交点附近(±P1的范围)这一点，能够使局域型表面等离子体与传播型表面等离子体的杂化产生的第二节距P2的范围可以设定为满足式(D)的关系。

[0161] Q－P1≤P2≤Q+P1···(D)

[0162] 此外，第二节距P2可以设定为P 1≤P2，也可以使其满足下述式(1)的关系：

[0163] P1

[0164] 此外，一般而言，在垂直入射的情况(如果是倾斜射入，则通过LSP与SPP的交点的衍射光栅节距随入射角不同而变动，因此在说明上缺乏准确性，因而以垂直入射说明)下，当第一节距P1以及第二节距P2的值比激发光的波长小时，作用于金属粒子3之间的局域型表面等离子体的强度具有增大的趋势，相反，当第一节距P1以及第二节距P2的值接近于激发光的波长时，在金属层10上所产生的传播型表面等离子体的强度处于增大的趋势。并且，由于电场增强元件100的总体的电场增强度也依赖于热点密度(每单位面积的、电场增强度高的区域的比例)(HSD)，因此第一节距P1以及第二节距P2的值越大，HSD越下降。因此，第一节距P1以及第二节距P2的值存在优选的范围，例如，优选在60nm≤P 1≤1310nm、60nm≤P2≤1310nm的范围内。

[0165] 1.4.表面增强拉曼散射

[0166] 本实施方式的电场增强元件100显示高的电场增强度。因此，这样的电场增强元件100能够优选用于表面增强拉曼散射(SERS：Surface enhanced Raman Scattering)测定。

[0167] 在拉曼散射中，在将激发光的波长设为λi、散射光的波长设为λs时，由拉曼散射所引起的偏移量(cm-1)由下述式(a)给出：

[0168] 拉曼散射的偏移量＝(1/λi)－(1/λs)···(a)

[0169] 下面，作为显示拉曼散射效应的目标物质而列举丙酮为例进行说明。

[0170] 已经知道，丙酮在787cm-1、1708cm-1、2921cm-1处引起拉曼散射。

[0171] 根据上述式(a)，当激发光的波长设定为λi＝633nm时，由丙酮引起的斯托克斯拉曼散射光的波长λs对应于上述偏移量而分别成为666nm、709nm、777nm。另外，当激发光的波长设定为λi＝785nm时，波长λs对应于上述偏移量而分别成为837nm、907nm、1019nm。

[0172] 另外，虽然也存在反斯托克斯拉曼散射，但是在原理上来说斯托克斯拉曼散射的产生概率高，在SERS测定中，通常大多使用散射波长比激发波长变长的斯托克斯散射。

[0173] 另一方面，SERS测定利用通过使用由表面等离子体所产生的电场增强效应而能够使强度非常低的拉曼散射光的强度飞跃地变大的现象。即，要求激发光的波长λi的电场增强度Ei和拉曼散射光的波长λs的电场增强度Es强且HSD大，SERS强度(SERS intensity)与下述式(b)成正比：

[0174] Ei2·Es2·HSD··(b)

[0175] 其中，Ei为在激发光的波长λi上的电场增强度，Es为在拉曼散射光的波长λs上的电场增强度，HSD表示热点密度(Hot Spot Density)，是每单位面积的热点的个数。

[0176] 即，SERS的测定优选在掌握了所使用的激发光的波长和想要检测的目标物质的拉曼散射光的波长特性的基础上，为了使与上述式(b)成正比的SERS增强度变大，以激发光的波长、散射光的波长以及表面等离子体的电场增强度(反射率(Reflectance))光谱中的峰的波长设计成分别大体上一致。另外，SERS传感器优选电场增强度(反射率)光谱中的峰较宽且具有高增强度的值。

[0177] 另外，当通过激发光的照射而产生表面等离子体共振(SPR)时，发生起因于共振的吸收，反射率(Reflectance)下降。因此，SPR增强电场的强度能够使用反射率而由(1－r)表示。由于具有反射率R的值越接近于零，增强电场的强度越强这样的关系，因此能够将反射率用作SPR增强电场的强度的指标。因此，在本说明书中，认为增强度轮廓(增强度光谱)和反射率轮廓(反射率光谱)彼此相关，在立足于上述关系上将两者作为同等的图谱对待。

[0178] 1.5.热点的位置

[0179] 当将激发光照射至本实施方式的电场增强元件100上时，至少在金属粒子30的上表面侧的边缘、即金属粒子30的远离透光层20的一侧的角部(以下，有时将该位置称为“顶部”，在图中标记t符号)，以及金属粒子的下表面侧的边缘、即金属粒子30的靠近透光层20的一侧的角部(以下，有时将该位置称为“底部”，在图中标记b符号)上产生增强电场大的区域。此外，所谓金属粒子30的远离透光层20的一侧的角部，相当于金属粒子30的顶部，在例如金属粒子30为将透光层20的法线方向作为中心轴的圆柱形状的情况下，是指离透光层20远的一侧的表面(圆形的面)的周围附近。另外，金属粒子30的靠近透光层20的一侧的角部，相当于金属粒子30的底部，在例如金属粒子30为将透光层20的法线方向作为中心轴的圆柱形状的情况下，是指离透光层20近的一侧的表面(圆形的面)的周围附近。

[0180] 由于金属粒子30在透光层20上配置成凸状，因此可以认为在目标物质接近电场增强元件100时，接触金属粒子30的顶部的概率比接触底部的概率大。

[0181] 在这种考察之下，如果着眼于在金属粒子30的顶部电场增强度变大的条件，则能够决定上述的透光层20的厚度G的范围。即，如上所述，本实施方式的电场增强元件100是如下的元件：包括金属层10、设于金属层10上并使激发光透过的透光层20、以及设于透光层20上并沿第一方向和与第一方向交叉的第二方向排列的多个金属粒子30，在被照射激发光的情况下，在金属粒子30(附近)上激发的局域型表面等离子体和在金属层10与透光层20的界面(附近)上所激发的传播型表面等离子体电磁地相互作用。而且，通过按照在“1.2.透光层”项中已说明的(i)、(ii)条件中的至少一个而选择透光层20的厚度G，从而能够使在金属粒子30的顶部的电场增强度变得非常大。

[0182] 另外，根据本实施方式的电场增强元件100的结构，在透光层20上设置多个金属粒子30。虽然已经说明过，但当透光层20的厚度G低于大约40nm时，金属粒子30附近的局域型表面等离子体与金属层10表面附近的传播型表面等离子体的相互作用增大，金属粒子30的顶部的增强度与底部的增强度之比变小。即、用于电场增强的能量的分配偏向于金属粒子30的底部。

[0183] 当透光层20的厚度G低于大约40nm时，可以认为即使在总电场增强度上没有变化，目标物质易于接触的金属粒子30顶部的电场增强度也会相对地下降，进而电场增强元件100的电场增强的效率降低。从这种观点出发，如果是按照(i)、(ii)条件中的至少一个而设定，将透光层20的厚度G的下限值设定为40nm以上，则无论透光层20的厚度G如何，在金属粒子30的上表面侧(顶部)所激发的局域型表面等离子体(LSP)的强度与在金属粒子30的下表面侧(底部)所激发的局域型表面等离子体的强度之比都为一定，因此也能够说电场增强的能量的利用效率高。

[0184] 此外，在此所谓“一定”包括特定的值没有变动的情况、特定的值在±10％的范围内变动的情况、以及优选特定的值在±5％的范围内变动的情况。

[0185] 1.6.激发光

[0186] 射入电场增强元件100的激发光的波长只要能够在金属粒子30的附近产生局域型表面等离子体(LSP)、且满足在“1.2.透光层”项中已说明的(i)、(ii)条件中的至少一个关系，则不受限制，可以是包括紫外光、可见光、红外光在内的电磁波。激发光可以是例如沿第一方向偏振的直线偏振光、沿第二方向偏振的直线偏振光以及圆偏振光中的至少一个。这样一来，能够通过电场增强元件100而获得非常大的光的增强度。

[0187] 此外，在将电场增强元件100用作SERS的传感器的情况下，通过使沿第一方向偏振的直线偏振光、沿第二方向偏振的直线偏振光以及圆偏振光适当组合使用而作为激发光，有时能够使电场增强光谱中的增强度峰的个数、大小、形状(宽度)与激发光的波长λi和目标物质的拉曼散射光的波长λs相匹配。

[0188] 本实施方式的电场增强元件100具有以下的特征。本实施方式的电场增强元件100能够基于通过光照射而激发的等离子体而以非常高的增强度将光增强。本实施方式的电场增强元件100由于具有高增强度，因此能够用于在例如医疗健康、环境、食品、公安等领域中用来高灵敏度、高精度、快速且简便地检测细菌、病毒、蛋白质、核酸、各种抗原抗体等生物体相关物质或含有无机分子、有机分子、高分子的各种化合物的传感器。例如，预先将抗体与本实施方式的电场增强元件100的金属粒子30结合而求出此时的增强度，进而能够根据抗原与该抗体结合后的情况下的增强度的峰值波长的变化、或者在峰值波长附近设定的波长上的反射率的变化而检查抗原的有无或者量。另外，能够利用本实施方式的电场增强元件100的光增强度而用于微量物质的拉曼散射光的增强。

[0189] 2.分析装置

[0190] 本实施方式的分析装置具备上述的电场增强元件、光源以及检测器。下面，将分析装置为拉曼光谱装置的情况作为例子而说明。

[0191] 图10是示意性显示本实施方式所涉及的拉曼光谱装置200的图。拉曼光谱装置200是检测来自目标物质的拉曼散射光而分析(定性分析、定量分析)的装置，如图7所示，包括：光源210、气体样品保持部110、检测部120、控制部130以及容纳有检测部120及控制部130的框体140。气体样品保持部110包括本发明所涉及的电场增强元件。以下，针对包括上述的电场增强元件100的例子进行说明。

[0192] 气体样品保持部110具有：电场增强元件100、覆盖电场增强元件100的盖112、吸引流路114以及排出流路116。检测部120具有：光源210、透镜122a、122b、122c、122d、半反射镜124以及光检测器220。控制部130具有通过处理在光检测器220中检测出的信号而进行光检测器220的控制的检测控制部132，以及控制光源210等的电力和电压的电力控制部134。如图7所示，控制部130可以与用于进行与外部的连接的连接部136电连接。

[0193] 在拉曼光谱装置200中，当使设置于排出流路116的吸引机构117动作时，吸引流路114以及排出流路116内变为负压，进而从吸引口113吸引含有成为检测对象的目标物质的气体样品。在吸引口113设置有除尘过滤器115，能够除去比较大的粉尘和部分水蒸气等。气体样品通过吸引流路114以及排出流路116，从排出口118排出。气体样品在通过这样的路径时与电场增强元件100的金属粒子30接触。

[0194] 吸引流路114以及排出流路116的形状是来自外部的光不会射入电场增强元件100的形状。由此，由于拉曼散射光以外的噪声的光不射入，因此能够使信号的S/N比提高。构成流路114、116的材料例如是难以反射光的材料和颜色。

[0195] 吸引流路114以及排出流路116的形状是对气体样品的流体阻力变小的形状。由此，可以进行高灵敏的检测。例如，通过将流路114、116的形状尽量采用无角部而圆滑的形状，从而能够消除气体样品在角部中的滞留。作为吸引机构117，例如使用对应于流路阻力的静压、风量的风扇马达或泵。

[0196] 在拉曼光谱装置200中，光源210向电场增强元件100照射激发光。光源210配置成能够照射在电场增强元件100的第一方向(金属粒子30并排的方向且金属粒子列31延伸的方向)上进行了直线偏振的光(与第一方向相同的方向的直线偏振光)、在第二方向上进行了直线偏振的光、以及圆偏振光中的至少一种。虽然未图示，但可以根据电场增强元件100的表面等离子体的激发条件而使从光源210照射的激发光的入射角θ适当变化。光源210可以设置于未图示的测角仪等。

[0197] 光源210照射的光与在“1.6.激发光”项中说明过的同样。具体而言，作为光源210，能够例示在半导体激光器、气体激光器、卤素灯、高压水银灯、疝气灯等上适当设置了波长选择元件、滤波器、偏光器等的光源。

[0198] 从光源210射出的光由透镜122a汇聚之后，经由半反射镜124以及透镜122b而射入电场增强元件100。从电场增强元件100发射SERS光，该光经由透镜122b、半反射镜124以及透镜122c、122d而到达光检测器220。即，光检测器220检测从电场增强元件100发射的光。由于在SERS光中含有与来自光源210的入射波长相同的波长的瑞利散射光，因而可以通过光检测器220的滤波器126而除去瑞利散射光。瑞利散射光被除去后的光作为拉曼散射光经由光检测器220的分光器127被受光元件128接收。作为受光元件128，使用例如光电二极管。

[0199] 光检测器220的分光器127例如由利用了法布里-珀罗共振的标准具等形成，能够使通过波长带域可变。通过光检测器220的受光元件128可以获得目标物质所特有的拉曼光谱，例如，通过将获得的拉曼光谱与预先保存的数据对照，从而能够检测目标物质的信号强度。

[0200] 此外，拉曼光谱装置200只要包括电场增强元件100、光源210以及光检测器220，使目标物质吸附于电场增强元件100，能够取得其拉曼散射光，则就不限于上述的示例。

[0201] 另外，在如上述的本实施方式所涉及的拉曼光谱法那样检测瑞利散射光的情况下，拉曼光谱装置200可以不具有滤波器126，而通过分光器将瑞利散射光与拉曼散射光分光。

[0202] 在拉曼光谱装置200中，包括上述的电场增强元件100。根据这种拉曼光谱装置200(分析装置)，在增强度(反射率)光谱中能够获得非常高的增强度，进而能够高灵敏度地检测、分析目标物质。另外，由于在拉曼光谱装置200所具备的电场增强元件100中能够获得高增强度的位置，至少存在于金属粒子30的上表面侧(顶部)，因此由于目标物质容易接触该位置，因而能够高灵敏度地检测、分析目标物质。

[0203] 另外，这种拉曼光谱装置由于按照在“1.2.透光层”项中已说明的(i)、(ii)条件中的至少一个而设定电场增强元件100的透光层20的厚度G，因此通过将透光层20的厚度G设定为大约20nm以上，从而能够取得较大的制造上的误差的允许范围。

[0204] 并且，根据这种拉曼光谱装置200，由于使用了无论透光层20的厚度G如何，在金属粒子30的上表面侧(顶部)所激发的局域型表面等离子体(LSP)的强度与在金属粒子30的下表面侧(底部)所激发的局域型表面等离子体的强度之比都为一定的电场增强元件100，因此电场增强的能量的利用效率高。

[0205] 3.电子设备

[0206] 接下来，一面参照附图，一面对本实施方式所涉及的电子设备300进行说明。图11是示意性显示本实施方式所涉及的电子设备300的图。电子设备300可以包括本发明所涉及的分析装置(拉曼光谱装置)。以下，对作为本发明所涉及的分析装置而包含上述的拉曼光谱装置200的例子进行说明。

[0207] 如图11所示，电子设备300包括：拉曼光谱装置200、根据来自光检测器220的检测信息而运算健康医疗信息的运算部310、存储健康医疗信息的存储部320以及显示健康医疗信息的显示部330。

[0208] 运算部310例如是个人计算机、便携式信息终端(PDA，Personal Digital Assistance，个人数字助理)，接受从光检测器220发送的检测信息(信号等)。运算部310根据来自光检测器220的检测信息而运算健康医疗信息。运算出的健康医疗信息被存储于存储部320。

[0209] 存储部320例如是半导体存储器、硬盘驱动器等，可以与运算部310一体地构成。存储于存储部320的健康医疗信息被发送至显示部330。

[0210] 显示部330例如由显示板(液晶显示器等)、打印机、发光体、扬声器等构成。显示部330根据由运算部310运算出的健康医疗信息等，进行显示或发送警报，使得用户能够识别其内容。

[0211] 作为健康医疗信息，能够包括关于从由细菌、病毒、蛋白质、核酸以及抗原抗体组成的群所选择的至少一种生物体关联物质、或者选自无机分子以及有机分子的至少一种化合物的有无或量的信息。

[0212] 在电子设备300中，包括上述的拉曼光谱装置200。因此，在电子设备300中，能够高灵敏度、高效地进行微量物质的检测，进而能够提供高精度的健康医疗信息。

[0213] 例如，本发明所涉及的电场增强元件也能够用作检测如有无抗原抗体反应中的抗原吸附的有无等那样、检测有无物质吸附的亲和型传感器等。通过将白色光射入亲和型传感器，由分光器测定波长光谱，进而检测由于吸附所引起的表面等离子体共振波长的偏移量，该传感器能够高灵敏度地检测检测物质在传感器芯片的吸附。

[0214] 4.实验例

[0215] 以下示出实验例，进一步说明本发明，但是，本发明并非受以下示例任何限制。

[0216] 在各实验例中，使用如在图12示意性示出的模型。设计了使用金(Au)层作为充分地厚至光不透过的程度的金属层、在该金属层(金)上使用折射率1.46的SiO2层作为透光层、在其上以一定的周期形成了圆柱状的银而作为金属粒子的GSPP(Gap type Surface Plasmon Polariton，间隙型表面等离子体激元)模型。此外，金属层、金属粒子的材质不受限制，只要是在激发光的波长区域中介电常数的实数部为负且大、虚数部比实数部小的金属，则就能够使等离子体产生。此外，模型设定为在金的金属层上形成SiO2作为透光层，以规定的节距形成了银或金作为金属粒子，金属粒子的直径选择了LSP与PSP的相互作用增大的尺寸。

[0217] (计算模型的参数等)

[0218] 在各实验例中示出的曲线图等上使用了例如“X180Y780”等标注。“X180Y780”是指在第一方向(X方向)上以180nm节距(第一节距P1)、在第二方向(Y方向)上以780nm节距(第二节距P2)配置金属粒子。

[0219] 另外，在数值上添附有“D”、“T”这样的文字的情况下，是指用于模型的金属粒子为直径D、高度T的圆柱状。另外，在数值上添附有“G”这样的记号的情况下，是指透光层的厚度G为该数值[nm]。另外，在曲线图的横轴上标有“间隙厚度”是指透光层的厚度G。并且，在数值标注为具有例如“20－100”等这样的范围的情况下，表示在该范围内在计算上采用在该数值范围内连续或分散(离散的)值而进行了计算。

[0220] 并且，图中标有“Ag”或者“AG”处表示所关注的结构的材质是银，标有“Au”或者“AU”处表示所关注的结构的材质是金。另外，标有“@”是指“在接着@记载的波长上”，例如，如果是“SQRT＿@815nm”这样的记载，则是指在波长815nm上的SQRT。

[0221] (计算的概要)

[0222] 计算使用了Rsoft公司(现Cybernet System株式会社)的FDTD soft FullWAVE。另外，在各实验例中，求出近场特性以及/或者远场特性。近场特性的FDTD计算条件使用在XY方向上均匀的1nm网格，在Z方向上1－5nm的网格等级(GG)(计算时间cT＝10μm)或者XYZ方向上2－10nm的GG(计算时间cT＝7μm)。另外，所使用的网格的条件在各实验例中示出，例如记载有“XY1Z1－5nmGG”的指“XY 1nmZ1－5nm Grid Grading”，记载有“2－10nmGG”的指“XYZ2－10nm Grid Grading”。金属粒子的周边折射率n0设为1。另外，关于激发光，采用从透光层的厚度方向(Z)的垂直射入，采用了X方向的直线偏振光。

[0223] 在增强位置(热点)上，由于由电场Ex和Ez两个成分构成，因此在以下的实验例中所有的增强度都用SQRT(Ex2+Ez2)表示。在此，E x表示入射光的偏振方向(第一方向)的电场强度，EZ表示厚度方向的电场强度。此外，在这种情况下，由于第二方向的电场强度小，因此不予考虑。另外，以下有时将SQRT(Ex2+Ez2)只称为“SQRT”。

[0224] 另外，当通过激发光的照射而产生表面等离子体共振(SPR)时，发生共振吸收，反射率下降。因此，SPR增强电场的强度能够使用反射率而由(1－r)表示。由于具有反射率r的值越接近于零，增强电场的强度越强这样的关系，因此有时将反射率用作SPR增强电场的强度(SQRT)的平方的指标。

[0225] 远场特性的FDTD计算条件设定为将监视器放置于元件的远方，使在0.5μm具有中心波长的脉冲光作为激发光而射入，进而取得反射率的波长特性。根据该方法，反射率的极小值表示增强度的最大值，同时也能够取得增强度成为最大的峰的波长。另外，远场特性虽然也是各部的热点的近场特性的积分值，但通常能够获得与近场特性大致相等的结果。远场特性主要在2－10nmGG取得，计算时间设定为cT＝32.7μm。此外，在远场特性中，在产生了依赖于网格尺寸的异常值的情况下，将网格尺寸调整为1－5nmGG，进行了再计算。

[0226] 在计算上都使用了X方向的直线偏振光的入射光，例如，标有“X120Y160”的与在节距P1为120nm、节距P2为600nm的情况下由“第一方向”的直线偏振光的入射光所产生的结果等价，标有“X600Y120”的与在节距P1为120nm、列节距P2为600nm的情况下由“第二方向”的直线偏振光的入射光所产生的结果等价。

[0227] 另外，为了说明上的方便起见，有时将X180Y780以及X780Y180等XY方向的一方是激发光的波长附近的长度、另一方比其短的模型都称为一排(line)模型，有时将使在X方向(第一方向)上偏振的激发光射入至一排模型即X180Y780的情况(其方向沿着节距短的方向的直线偏振光)标记为“PSP⊥LSP”或者只标记为“⊥”，将使在Y方向(第二方向)上偏振的激发光射入的情况(其方向沿着节距长的方向的直线偏振光)标记为“PSP∥LSP”或者只标记为“∥”。

[0228] 4.1.实验例1

[0229] (一排⊥模型的峰波长相对于金属粒子大小的偏差的偏移)

[0230] 电场增强元件的金属粒子的尺寸的偏差很难在制造元件上完全排除。发明人们使用电子束描画装置(EB)而试制具有直径150nm的金属粒子的多个电场增强元件并进行了分析，结果发现，金属粒子的直径产生标准偏差σ＝5nm的分布(偏差)。即，已经清楚，作为本实验例的前提，即金属粒子的直径的最大与最小之差平均为10nm左右。

[0231] (一排⊥模型)

[0232] 首先，作为用于633nm的激发波长的模型，计算了将金属层设定为150nm厚度的金(Au)、将透光层设定为10－50nm的SiO2、将金属粒子设定为80－90D30T的银(Ag)并按X140Y600排列后的模型。这样的模型用X140Y600＿80－90D30T＿AG简记。透光层的折射率设定为1.46，将使透光层的厚度(间隙G)从10nm以10nm刻度变化至50nm而取得的反射率的波长依赖性(反射率光谱)的结果显示于图13。

[0233] 激发光的条件为垂直入射，偏振方向为X方向。在该模型中，是LSP在X方向产生、PSP在Y方向产生的混合模式，不产生反交叉行为，在反射率光谱中发现了一个表示极小值的峰。

[0234] 由图13可知，在使金属粒子的直径分别变化为80、85、90nm时，10G的模型的反射率光谱中的极小值的波长分别大大地红移至700nm、730nm、745nm。另外，已判明，20G的模型的反射率极小值的波长虽然与10G的情况相比偏移量较小，但是也分别红移至615nm、640nm、652nm。

[0235] 与此相对，已判明，在使金属粒子的直径分别变化为80、85、90nm时，30G的模型的反射率极小值的波长分别红移至605nm、620nm、628nm，红移的偏移量非常地小，在40G以及50G的模型中，反射率极小值的波长几乎没有变化。

[0236] 由这种结果可知，透光层的厚度在20nm以下时，给出反射率的极小值的波长针对金属粒子直径的变化敏感地变化，但是厚度在30nm以上，则对金属粒子直径的变化迟钝，厚度在40nm以上，则相对于金属粒子直径的变化几乎不变化。因此可判明，通过透光层的厚度G设定为30nm至40nm左右以上，在产生金属粒子直径的偏差的情况下，给出反射率的极小值的波长难以变化，能够取得较大的制造上的偏差的允许范围。

[0237] 接着，作为785nm的激发光的模型，取得了一排X180Y780的尺寸的模型的反射率光谱。该模型考虑了在AG和AU中要使峰波长变为785nm前后，AG的直径比AU的直径大，并且反之AU的情况比AG的情况下的直径小这一点。在该模型中，是LSP在X方向产生、PSP在Y方向产生的混合模式，不产生反交叉行为，在反射率光谱中发现了一个表示极小值的峰。

[0238] 图14示出了一排＿X180Y780＿125－135D30T＿AG＿20－80G、以及一排＿X180Y780＿115－125D30T＿AU＿20－80G的反射率的波长特性(反射率光谱)。

[0239] 已判明，在透光层的厚度(G)为20nm的情况下，随着金属粒子的直径变化10nm，在金属粒子为银(AG)的情况下红移55nm，在金属粒子为金(AU)的情况下红移40nm。

[0240] 与此相对，随着透光层的厚度(G)增厚至40nm、60nm、80nm，反射率的极小值本身上升(变大)，但是例如在60G的Ag的情况下，随着直径变化10nm，给出反射率的极小值的波长为35nm；在60G的Au的情况下给出反射率的极小值的波长为20nm，与20G的情况相比，可知给出反射率的极小值的波长的变化量下降了20nm左右。

[0241] 因此，由该结果可知，不论金属粒子是Ag还是Au都同样，透光层的厚度为20nm以下时，给出反射率的极小值的波长针对金属粒子直径的变化敏感地变化，透光层的厚度为40nm以上时，给出反射率的极小值的波长针对金属粒子直径的变化迟钝地变化。因此，可以判明，通过透光层的厚度G设定为30nm至40nm左右以上，从而在产生了金属粒子直径的偏差的情况下，给出反射率极小值的波长难以变化，进而能够取得较大的制造上的偏差的允许范围。

[0242] 图15是示出一排＿X180Y780＿130D30T＿AG的反射率光谱中的极小峰的半值宽度(半峰全宽)与透光层的厚度(G)的关系的曲线图。图15的计算使用了1－5GG的网格。另外，此处的半值宽度是对向下的峰进行测定，图中标记为“FWHM”。FWHM是Full Width at Half Maximum的缩写，在本说明书中，Maximum对应于极小值。

[0243] 由图15可知，半值宽度(FWHM)＞60nm的透光层的厚度G在20nm≤G≤140(nm)的范围。并且可知，显示出透光层的厚度G为100nm、半值宽度为100nm这样的较宽的特性。半值宽度较宽这一点因为下述的理由而在拉曼光谱测定中有效。

[0244] 对于拉曼散射波长λs、激发光的波长λi，(λs－λi)的值能够覆盖至100nm。在785nm波长的激发光的情况下，能够覆盖至1450cm-1的范围的拉曼位移。

[0245] 接下来，对一排＿X180Y780＿130D30T＿AG以及一排＿X180Y780＿120D30T＿AU研究了给出反射率光谱的极小值的波长的透光层的厚度G的依赖性。图16是将给出反射率光谱中的极小值的波长相对于透光层的厚度G绘图后的曲线图。在图16上，除了主要的极小峰(黑四边形(filled square))以外，还绘制出了次要的极小峰(黑菱形(黑斜四边形)(filled rhombus；filled diamond))，但是，后者是由于在透光层上所产生的干涉共振效应所产生的，并非产生了反交叉行为。

[0246] 观察图16，在金属粒子为AG的情况下透光层的厚度G在220nm附近处、在金属粒子为AU的情况下透光层的厚度G在260nm附近处观测到由于干涉共振效应所产生的反射率极小峰的值的最小值，在比这些厚度G小的情况下，反射率的极小值的值变大。

[0247] 因此，在AG的情况下透光层的厚度G在220nm处、在AU的情况下透光层的厚度G在260nm处分别取得了反射率光谱(远场特性)。其结果显示于图17。图17示出X180Y780＿AG＿
220G＿120－140D以及X180Y780＿AU＿260G＿110－130D模型在产生干涉共振的透光层厚度G下的远场特性。

[0248] 观察图17，干涉共振效应是短波长侧的峰，对于Ag，在220G时半值宽度FWHM为26nm，对于Au，在260G时半值宽度FWHM为46nm。与此相对，在图15的一排＿X180Y780＿
130D＿AG模型中，在20G至140G的范围内，FWHM为60nm以上，因此通过对这些进行比较可知，在反射率光谱中干涉共振产生的峰的半值宽度窄，很难在宽波长频带上提高增强度，作为拉曼传感器，使用这种效应而设计电场增强元件未必最适合。例如，Ag的FWHM为26nm的情况下，只能测量0cm－1－400cm－1的拉曼位移，不适合作为拉曼传感器。例如，在日本专利特开
2009－115492号公报中公开的设备是利用干涉共振的设备，是使半值宽度变窄而检测由于感测物质的附着所引起的介电常数的变化的方式，即检测峰波长的偏移量或者峰波长附近的固定波长上的反射率的变化的方式，与通过使半值宽度增大而在宽波长频带上获得高增强度的本说明书中记载的方式不同。

[0249] 4.2.实验例2

[0250] (一排⊥模型的近场特性)

[0251] 参照在图16下段所示的远场的反射率特性，当透光层的厚度G变大时，反射率的极小值逐渐上升。可以认为其理由之一是，远场特性表示金属粒子的下部(底部)或上部(顶部)的热点的积分值。在本实验例中，为了研究各热点的透光层的厚度G依赖性，取得了该模型的近场特性。其结果显示于图18。

[0252] 底部表示金属粒子与SiO2(透光层)之间的界面的增强度、顶部表示金属粒子上表面的增强度、(顶部/底部)比表示各自的位置的SQRT的比值。如由上述的图16所知那样，由于给出增强度的峰的波长随透光层的厚度G而变化，因此图18的SQRT是分别求出给出最大增强度(最小反射率)的波长上的增强度(SQRT)而对其绘图后的曲线图。

[0253] 图18是一排⊥＿X180Y780＿130D30T＿AG模型、以及一排⊥＿X180Y780＿120D30T＿AU模型的SQRT相对于透光层的厚度G的绘图以及该模型的(顶部/底部)比相对于厚度G的绘图。

[0254] 观察图18，不管金属粒子是Ag、Au的哪一种材质，底部的SQRT都随着G的值从20nm开始变大而逐渐变小，而顶部的SQRT在金属粒子为Ag的情况下在G大约为60nm处显示最大值，在金属粒子为Au的情况下在G大约为80nm处显示最大值。

[0255] 也就是说，能够解释为，底部的电场增强度(SQRT)是以在透光层的厚度方向上所产生的LSP为主体的模式，顶部的电场增强度是以在金属层上所产生的PSP为主体的模式。这一点也与图18的模型通过复合的LSP与在金属层上产生的Y方向上的PSP相互作用而显示高增强度的机理相吻合，没有矛盾，其中，复合后的LSP是X方向(平行于透光层的平面的方向)上的金属粒子间所产生的LSP和在透光层的厚度方向上产生的LSP复合而成的LSP。

[0256] 已经说明过，样品中的目标物质容易附着于金属粒子的顶部的位置。在图18的模型中，显示透光层的厚度G为20nm时的SQRT以上的SQRT的透光层厚度G，能够读取为20nm以上170nm以下。另外，观察图18可知，(顶部/底部)比从透光层的厚度G超过40nm至50nm的附近开始成为一定值。即，透光层的厚度G为40nm以上时，即使G变动，(顶部/底部)比也难以变化，例如，能够取得较大的透光层制造上的膜厚的偏差的允许范围。另外，透光层的厚度G为40nm以上时，与小于40nm的情况相比，(顶部/底部)比大，因此能够将由激发光提供的能量更多地分配至顶部侧，因而能够更加有效地进行目标物质的测定。

[0257] 接着，对激发光的波长不同的情况进行了研究。图19是一排⊥＿X180Y600＿100D30T＿AG模型、以及一排⊥＿X180Y780＿130D30T＿AG模型的SQRT相对于透光层的厚度G的绘图以及该模型的(顶部/底部)比相对于厚度G的绘图。用于计算的网格是XY1nmZ1－
5nmGG。另外，与上述的图18的情况同样，由于给出增强度的峰的波长随透光层的厚度G而变化，因此图19的SQRT是分别求出给出最大增强度(最小反射率)的波长上的增强度(SQRT)而对其进行了绘图。

[0258] 观察图19，在Y600的情况(图19左侧)下，底部的SQRT虽然随着G的值从20nm开始变大而具有小的极大值，但是在逐渐地变小，在Y780的情况(图19右侧)下，底部的SQRT随着G的值从20nm开始变大而单调地逐渐变小。另一方面，顶部的SQRT在Y600的情况下在G为大约40nm至100nm处显示出最大值，在Y780的情况下在G大约为60nm处显示出最大值。

[0259] 在图19的模型中，显示透光层的厚度G为20nm时的SQRT以上的SQRT的透光层的厚度G，在Y600的情况(633nm激发模型)下能够读取为20nm以上140nm以下。另外，在Y780的情况(785nm激发模型)下，显示透光层的厚度G为20nm时的SQRT以上的SQRT的透光层的厚度G，能够读取为20nm以上175nm以下。

[0260] 并且，观察图19的下段的曲线图可知，(顶部/底部)比从透光层的厚度G超过40nm至50nm的附近开始大致成为一定值。即，透光层的厚度G为40nm以上时，即使G变动，(顶部/底部)比也难以变化，例如，能够取得较大的透光层制造上的膜厚的偏差的允许范围。另外，透光层的厚度G为40nm以上时，与小于40nm的情况相比，(顶部/底部)比大，因此能够将由激发光提供的能量更多地分配至顶部侧，因而能够更加有效地进行目标物质的测定。

[0261] 并且，可以认为，显示透光层的厚度G为20nm时的SQRT以上的SQRT的透光层厚度G的上限值与激发光的波长成正比，能够使用两者的值而进行标准化，能够将这种情况下的比例常数(校正项)设定为(633nm/785nm)。

[0262] 由图19的结果能够知道633nm激发模型与785nm激发模型之间的关系。即，在633nm激发模型(Y600)中，显示透光层的厚度G为20nm时的SQRT以上的SQRT的透光层的厚度G的上限值为140nm，在785nm激发模型(Y780)中，显示透光层的厚度G为20nm时的SQRT以上的SQRT的透光层的厚度G的上限值为175nm。

[0263] 于是能够确认，将785nm激发模型的情况下的透光层的厚度G的上限值175nm乘以(633nm/785nm)后就成为141nm，与633nm激发模型(Y600)的透光层的厚度G的上限值140nm基本一致。

[0264] 4.3.实验例3

[0265] (一排∥模型的远场特性)

[0266] 接着，将一排∥780Y180模型的反射率光谱显示于图20。激发光的偏振方向为X方向，是在X方向上产生PSP与LSP的混合的模式。这种情况产生反交叉行为，在反射率光谱上出现两个表示极小值的峰。

[0267] 在图20上，示出了一排∥＿X780Y180＿130－140D30T＿AG＿20－100G、以及一排∥＿X780Y180＿115－125D30T＿AU＿20－80G的反射率光谱。

[0268] 可知，在透光层的厚度G为20nm的情况下，780nm附近出现的峰(在具有极小值的曲线图上向下凸的峰)的峰波长不管金属粒子的材质为Ag、Au哪一种，都不依赖于其直径D而为一定，但是长波长侧的峰(在0.85μm～1μm的范围出现的峰)的峰波长不管金属粒子的材质为Ag、Au的哪一种，都随着其直径变化10nm而偏移大约30nm左右。

[0269] 另一方面，在透光层的厚度G为60nm的情况下，短波长的780nm附近的峰，反射率的极小值变大(峰变小)，而峰波长不管金属粒子的材质为Ag、Au哪一种都不依赖于其直径D而为一定，都是780nm。并且可知，长波长侧的峰不管金属粒子的材质为Ag、Au哪一种，都随着其直径变化10nm，停留在偏移10nm左右。

[0270] 图21是将从图20示出的远场特性读取的极小峰的波长对每个模型绘图后的曲线图。观察图21可知，在1排∥的模型中，不管是哪一个模型，即使透光层(SiO2)的厚度G在40nm至140nm的范围内变化，短波长侧的峰的波长也几乎不变化(曲线图中的“黑四边形(filled square)”)。与此相对，长波长侧的峰的波长随着透光层(SiO2)的厚度G从40nm开始变大而向长波长侧单调地偏移(曲线图中的“黑三角形(filled triangle)”)。

[0271] 可以认为，长波长侧的峰的峰波长随着G的增大而向长波长侧偏移的现象的原因之一为，由金(Au)构成的金属层的周边的有效折射率与G的增大成正比地变高，在金属层上所产生的传播型等离子体(PSP)的色散关系向长波长侧偏移。

[0272] 4.4.实验例4

[0273] (一排∥模型的近场特性)

[0274] 与实验例2同样的方式，对一排∥X780Y180模型的金属粒子的顶部位置的增强度(SQRT)研究了对透光层厚度G的依赖性。给出增强度的峰的波长由于随透光层的厚度G而变化，因此SQRT分别使用了620nm、630nm以及640nm波长上的增强度(SQRT)。

[0275] 图22是将一排∥＿X600Y180＿100D30T＿AU模型的、金属粒子顶部的SQRT相对于透光层的厚度G绘图后的曲线图。

[0276] 参照图22可判明，在透光层的厚度G为20nm时，当以630nm以及640nm的波长激发时，显示高的SQRT值。而且，可以读出，显示比这样的值大的SQRT值的透光层的厚度G的范围不管激发光的波长如何都为20nm以上130nm以下。

[0277] 由这些结果可知以下事项。可知，在一排∥模型的近场特性中，在透光层的厚度G为20nm时，不管模型的尺寸如何，(顶部/底部)比都变小，即、在金属粒子的底部所产生的等离子体相对地增强。可以认为，这是由于在透光层的厚度G为20nm左右的情况下，增强度由透光层的厚度方向的LSP主导。另外发现，透光层的厚度G为20nm左右时，由于金属粒子的直径D的偏差，表示反射率的极小值的峰的波长变化得较大，因此例如在制造时要求高的尺寸精度。并且可以认为，透光层的厚度G为20nm左右时，由于目标物质容易附着的金属粒子顶部端的增强度相对地变小，因此能量的利用效率下降。因此可知，在一排∥的633nm激发模型中，通过将透光层的厚度G设定为超过20nm且在130nm以下，从而成为综合性的电场增强效果高的电场增强元件。

[0278] 4.5.实验例5

[0279] (数值范围的一般化(关于校正项))

[0280] 正如在上述的各实验例中已获得的那样，20nm＜G≤160nm这一优选的透光层的厚度G的范围，是从垂直入射的激发光的波长为785nm、透光层的材质为n＝1.46的SiO2的某种情况导出的范围。另外，根据图19和图22，在785nm激发模型(X180Y780)以及633nm激发模型(X180Y600)中，显示超过G为20nm时的SQRT的SQRT的G的范围在一排⊥模型中，633nm激发模型为20nm＜G≤140nm，785nm激发模型为20nm＜G≤175nm。

[0281] 另外，在一排∥模型中，633nm激发模型为20nm＜G≤130nm。

[0282] 因此，在785nm激发模型中，G的上限值导出130nm·(785nm/6633nm)＝161nm，将式的上限设定为160nm，进而导出20nm＜G≤160nm·(激发光的波长[nm])/785nm。

[0283] 另外，虽然上述模型中的优选的透光层厚度G成为将透光层的材质设定为SiO2的情况下的范围，但是该范围相对于透光层的折射率偏移。具体而言，在透光层的材质为SiO2时，20nm＜G≤160nm的范围的情况能够对其他材料的透光层进行标准化。即，能够使用SiO2的折射率1.46而表达为20nm＜G·(透光层的折射率/1.46)≤160nm。例如，在将透光层的材质设定为TiO2的情况下，透光层的折射率为2.49，可知范围成为11nm＜G≤94nm。

[0284] 另外，透光层可以为多层，在那种情况下，能够使用有效折射率而同样地决定优选的范围。例如，在透光层具有10nm厚度的Al2O3层(折射率1.64)以及30nm厚度的SiO2层(折射率1.46)的层叠结构的情况下，成为(1.64·10nm+1.46·30nm)/1.46＝41.2nm，可以认为与形成41.2nm厚度的SiO2透光层的情况同样。

[0285] 4.6.实验例6

[0286] (增强度轮廓的设计)

[0287] 如图16那样，在LSP与PSP强烈地相互作用的一排⊥模型中，在40nm以上160nm以下的透光层厚度G，峰波长的变化少且出现一个宽峰，因此能够设计透光层的厚度G，以便对拉曼位移量小的目标物质能够获得高增强度。

[0288] 在这种情况下，虽然根据模型不同，半值宽度(FWHM)有些不同，但是如图15所示，由于FWHM为60nm以上，比较大，因此在633nm激发模型中，能够覆盖对应于直至693nm的波长－1的拉曼位移、即在波数上直至1350cm 的拉曼位移。另一方面，在785nm激发模型中，能够覆盖对应于直至845nm的波长的拉曼位移、即在波数上直至900cm－1的拉曼位移。

[0289] 在图23示出一排⊥模型的反射率光谱中的峰的波长的透光层厚度G依赖性。另一方面，在一排∥模型中，如图21所示可知，不管模型的尺寸如何，在透光层设定为SiO2的情况下，短波长侧的峰的峰波长相对于透光层厚度G几乎不变化，而长波长侧的峰当透光层厚度G变大时向长波长侧偏移。

[0290] 可以认为，长波长侧的峰的波长随着透光层厚度G的增加而向长波长侧偏移的原因是，金属层周边的有效折射率与间隙厚度成正比地增高，金属层的传播型等离子体(PSP)的色散关系向长波长侧偏移。

[0291] 在633nm激发模型中，长波长侧的峰能够覆盖波长710nm以上即波数1750cm－1以－1上、853nm以下即4100cm 以下。另外，在785nm激发模型中，长波长侧的峰能够覆盖波长
880nm以上即波数1400cm－1以上、976nm以下即2500cm－1以下。

[0292] 图24的上图是在X180Y780＿130D30T＿60G＿AG模型中将偏振方向设定为X方向(P1方向)的情况(⊥模型)，图24的下图是将偏振方向设定为Y方向(P2方向)的情况(∥模－1型)。可知，在⊥模型中，能够检测丙酮的拉曼散射光787cm (785nm激发、837nm散射)，在∥模型中，能够检测丙酮的拉曼散射光1708cm－1(785nm激发、907nm散射)。将这种情况一般化后的图是图25，由激发波长和欲感测的拉曼位移量导出拉曼散射波长，由图25可知，可以设定为在该拉曼散射波长上具有增强峰的透光层厚度。

[0293] 将以上情况归纳如下：

[0294] (1)633nm激发的情况

[0295] 在目标物质的拉曼位移为0cm－1～1350cm－1(692nm)的情况下使用一排⊥模型、在拉曼位移为1750cm－1(712nm)～4100cm－1(853nm)的情况下使用一排∥模型而设定为与拉曼位移的值对应的透光层厚度，由于在宽波长范围内能够提高增强度，因此是有效的。

[0296] (2)785nm激发的情况

[0297] 在目标物质的拉曼位移为0cm－1～900cm－1(845nm)的情况下使用一排⊥模型、在拉曼位移为1400cm－1(880nm)～2500cm－1(976nm)的情况下使用一排∥模型而设定为与拉曼位移的值对应的透光层厚度，由于在宽波长范围内能够提高增强度，因此是有效的。

[0298] 于是，在增强来自具有上述(1)的情况的1350cm-1(692nm)～1750cm-1(712nm)的拉曼位移、以及上述(2)的情况的900cm-1(845nm)～1400cm-1(880nm)的拉曼位移的目标物质的拉曼散射光的情况下，通过提高配置金属粒子的密度(例如，通过设定为X180Y400以代替X180Y600等而缩小Y方向的节距)、或者将金属粒子列的列数设定为多个(多排化)，从而能够使反射率光谱比一排⊥模型的情况变宽，能够进行该波数区域的散射光的增强。

[0299] 以目标物质是丙酮的情况为例而具体地说明。首先，已知丙酮在787cm-1、1708cm－1、2921cm－1产生拉曼位移。然后，当将激发波长设定为λi＝633nm时，斯托克斯拉曼散射后的波长λs对应于拉曼位移而分别成为666nm、709nm、777nm。另外，当设定为激发波长λi＝785nm时，斯托克斯拉曼散射后的波长λs对应于拉曼位移而分别成为837nm、907nm、1019nm。

[0300] 图24是用于说明反射率(增强度)的波长特性与SERS的激发波长、散射波长的关系的图。例如，如图24所示，要检测丙酮的787cm－1的拉曼散射光，设定为激发波长λi＝785nm，斯托克斯拉曼散射后的波长λs分别成为837nm，因此只要将偏振方向设定为X方向，形成为－1一排＿X180Y780＿130D30T＿60G＿AG，则能够强烈地增强丙酮的787cm 的拉曼散射光，进而能够获得强的SERS信号。

[0301] 另外，为了强烈地增强丙酮的拉曼位移1708cm－1的拉曼散射光，在设定为激发波长λi＝785nm的情况下，斯托克斯拉曼散射后的波长λs成为907nm，因此只要将偏振方向设定为X方向，形成为一排＿X780Y180＿130D30T＿AG＿60G，则能够强烈地增强丙酮的1708cm－1的拉曼散射光，进而能够获得强的SERS信号。

[0302] 此外，将该偏振方向设定为X方向的一排＿X780Y180＿130D30T＿AG＿60G模型与偏振方向设定为Y方向的一排＿X180Y780＿130D30T＿AG＿60G模型完全地同义。因此，可以理解，在上述例子中，不必为了增强各个拉曼散射光而准备两个电场增强元件，只通过将激发光的偏振方向改变为X方向和Y方向，就能够通过一个电场增强元件而增强具有大范围的拉曼位移的拉曼散射光。另外，如果使用圆偏振光，则能够同时取得使用X方向的直线偏振光以及Y方向的直线偏振光而取得的SERS信号。

[0303] 在图25示出具有由图21求出的两个峰的系(一排∥模型)的峰波长的透光层厚度G依赖性、以及具有由图23求出的一个峰的系(一排⊥模型)的峰波长的透光层厚度G依赖性。

[0304] 可以理解，一排⊥模型和一排∥模型虽然在物理(结构)上成为相同的电场增强元件，但是根据将激发光的偏振方向设定为X方向还是设定为Y方向的不同，能够选择获得高增强度的波长区域，进而具有能够根据目标物质而取得高的SERS信号这样的自由度。

[0305] 4.7.实验例7

[0306] 上述实验例1－6将金属层作为全部由金(Au)构成的层而进行了计算。另一方面，虽然进行了设定为银(Ag)的情况的各实验，但是在两者中没有很大的差别。另外，透光层除了SiO2以外还能够设定为Al2O3、TiO2等。在透光层上使用SiO2以外的材质的情况下，可以将上述的实验例1－6的SiO2作为基本，考虑该SiO2以外的材质的折射率来设计透光层的厚度G。例如，在材质为SiO2的情况下的透光层的厚度优选为超过20nm且160nm以下的范围的情况下，如果将透光层的材质设定为TiO2，如果考虑TiO2的折射率(2.49)，则优选的透光层的厚度G能够通过将(1.46/2.49)的值与材质为SiO2的情况下的透光层的厚度相乘而求得。因此，在将透光层的材质设定为TiO2的情况下，优选的透光层厚度G成为大约超过12nm且94nm以下。

[0307] 另外，在上述实验例1－6中，虽然作为633nm激发模型而使用以600nm节距排列金属粒子的模型和作为785nm激发模型而使用以780nm节距排列金属粒子的模型，但是不局限于此。

[0308] 另外，作为633nm激发的一排⊥模型，作为缩小Y方向的节距而提高了金属粒子的存在密度的一例，在图26示出对一排⊥＿X140Y600＿90D30T模型和一排⊥＿X140Y400＿90D30T模型的反射率光谱进行比较的曲线图。

[0309] 如图26所示，可以理解，即使如一排⊥＿X140Y400＿90D30T模型那样提高了金属粒子的存在密度的情况下，也显示与一排⊥＿X140Y600＿90D30T模型同样的行为。此外，比较细节时，与一排⊥＿X140Y600＿90D30T模型相比，一排⊥＿X140Y400＿90D30T模型的一方，虽然峰的增强度(反射率的最小值)下降，但是半值宽度变宽，可以认为，对于有些目标物质来说，成为更适合的电场增强元件。并且，SERS的信号强度与热点密度成正比，因此，由于提高了金属粒子的存在密度而使热点密度(HSD)增加，相应地，SERS信号的强度变高。

[0310] 另外，虽然上述实验例都是将金属粒子的形状形成为了圆柱，但是也可以是椭圆或棱柱。在将金属粒子的形状形成为棱柱的情况下，有时能够使增强度进一步地提高。并且，作为激发光的波长，虽然设想了HeNe激光的633nm和半导体激光的785nm，但是不局限于此。即使激发光的波长与这些波长不同，也能够根据该波长而决定透光层的厚度G，这一点正如已说明的那样。并且，虽然金属粒子的尺寸以80nm－160nm直径，以厚度30nm进行了计算，但是对这些也不限制。此外，如果使直径变小且使厚度变薄，或者使直径变大且使厚度变厚，则能够使其接近于与各实验例同样或类似的波长特性。即使是例如34D4T等小尺寸，也与上述已说明的同样。

[0311] 5.其他事项

[0312] 图27是示出金属粒子的排列与LSP(LSPR：Localized  Surface Plasmon Resonance，局域型表面等离子体)以及PSP(PSPR：Propagating Surface Plasmon Resonance传播型表面等离子体)的关系的示意图。在本说明书中，为了说明的便利，作为LSP只考虑在金属粒子的周边产生的情况而进行了说明。本发明所涉及的电场增强元件由于在金属粒子的排列上具有各向异性(P1＜P2)，因此在本发明所涉及的电场增强元件中利用的SPR是LSP与PSP电磁地相互作用而产生的。

[0313] 在此，在金属粒子的周边所能够产生的LSP，已知存在在相邻的金属粒子间产生的模式(以下，称为“PPGM(Particle－Particle Gap Mode：粒子-粒子间模式)”)以及在金属粒子与金属层(也具有镜子的功能)之间产生的模式(以下，称为“PPGM(Particle－Mirror Gap Mode：粒子-镜间模式)”)两种模式(参照图27)。

[0314] PPGM以及PMGM两种模式的LSP都是通过将激发光射入至电场增强元件而产生。在这些中，对于PPGM的LSP，金属粒子越接近(金属粒子间的距离变小)，强度变得越高。另外，对于PPGM的LSP，激发光的电场的振动的成分(偏振光成分)在接近的金属粒子并排的方向上越多，强度越变高。另一方面，PMGM模式的LSP不受金属粒子的排列和激发光的偏振方向大的影响，通过照射激发光而在金属粒子与金属层之间(金属粒子的下方)生成。然后，正如以前已说明的那样，PSP是在金属层与透光层的界面上传播的等离子体，通过将激发光射入至金属层而在金属层与透光层的界面上各向同性地传播。

[0315] 图27示意性地示出在实验例等中已说明的一排(line)结构与其他结构(基础(Basic)结构以及混合(Hybrid)结构)的比较。激发光的偏振方向在图中由箭头示出。此外，基础结构、一排结构以及混合结构这样的语句是在本说明书中为了将各自区别而使用的新词，在以下说明它们的意义。

[0316] 首先，基础结构是金属粒子紧密地配置在透光层上的结构，通过照射激发光而激发PPGM的LSPR以及PMGM的LSPR。在该例子中，PPGM的LSPR在激发光的偏振方向上的金属粒子的两端产生，但是基础结构由于金属粒子的排列的各向异性小，因此在激发光不是偏振光的情况下也同样地按照激发光的电场矢量的成分而产生。在基础结构中，金属粒子紧密地配置，其结果激发光难以到达金属层，因此几乎或者完全不产生PSPR，在图示中省略表示PSPR的示意性的波浪线。

[0317] 其次，混合结构是与基础结构相比金属粒子稀疏地配置于透光层上的结构，通过照射激发光而激发PMGM的LSPR。在该例子中，由于金属粒子间分离，因此与基础结构相比微弱地生成PMGM的LSPR，在图示中省略。在混合结构中，金属粒子稀疏地配置的结果产生PSPR(图中波浪线)。

[0318] 然后，一排结构是金属粒子以基础结构和混合结构的中间密度配置在透光层上的结构。一排结构由于金属粒子的排列具有各向异性，因此所产生的LSPR依赖于激发光的偏振方向。在一排结构中的LSPR⊥PSPR的情况(即射入其方向沿着金属粒子间的间隔窄的方向的直线偏振光的情况)下，通过照射该激发光而激发PPGM的LSPR以及PMGM的LSPR。而且，由于是一排结构，因此金属粒子稀疏地配置的结果产生PSPR(图中波浪线)。

[0319] 另外，在为一排结构中的LSPR∥PSPR的情况(即射入其方向沿着金属粒子间的间隔宽的方向的直线偏振光的情况)下，通过照射该激发光而激发PMGM的LSPR。在这种情况下，由于沿激发光的偏振方向的方向上的金属粒子间分离，因此与LSPR⊥PSPR的情况相比PMGM的LSPR微弱，在图示中省略。而且，由于是一排结构，因此金属粒子稀疏地配置的结果产生PSPR(图中波浪线)。

[0320] 此外，在图27中，虽然对射入偏振光的情况进行说明，但是不管在哪种结构中，在射入未被偏振的激发光或圆偏振光的情况下，都对应于其电场的振动方向的成分而产生上述的SPR。

[0321] 各结构中的总体的SPR强度(电场增强度)与各自所产生的SPR的总和(或者积)关联。如上所述，PSPR对总SPR强度的贡献度按基础结构＜一排结构＜混合结构的顺序变大。另外，从金属粒子的密度(HSD)的观点出发，LSPR(PPGM以及PMGM)对总SPR强度的贡献度按混合结构＜一排结构＜基础结构的顺序变大。并且，如果着眼于HSD以及PPGM的LSPR，则PPGM的LSPR对总SPR强度的贡献度按混合结构＜一排∥结构＜一排⊥结构＜基础结构的顺序变大。

[0322] 正如已说明的那样，由于本发明所涉及的电场增强元件中的金属粒子的配置满足式(1)P1＜P2≤Q+P1···(1)

[0323] [在此，P1表示所述第一节距，P2表示所述第二节距，将在所述金属粒子的列上激发的局域型等离子体的角频率设为ω、将构成所述金属层的金属的介电常数设为ε(ω)、将所述金属粒子的周边的介电常数设为ε、将真空中的光速设为c、将作为所述激发光的照射角的来自所述金属层的厚度方向的倾斜角设为θ，Q表示满足下述式(2)的衍射光栅的节距：

[0324] (ω/c)·{ε·ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2＝ε1/2·(ω/c)·sinθ+2aπ/Q(a＝±1，±2，…)···(2)]的关系，因此在结构上如果按图27所示的结构分类，属于一排⊥结构或一排∥结构。

[0325] 一排⊥结构和一排∥结构与其他结构相比是中间强度的LSPR与PSPR电磁增大地相互作用(相乘耦合)的结构。另外，在一排⊥结构中，强度大的PPGM的LSPR与PSPR电磁增大地相互作用。另外，在一排∥结构中，以中间的密度(比混合结构高的密度)产生的PMGM的LSPR与PSPR电磁增大地相互作用。

[0326] 因此，可以说，一排⊥结构以及一排∥结构与几乎不产生PSPR的基础结构或几乎不产生PPGM的LSPR的混合结构，至少金属粒子的密度以及各SPR的贡献率不同，电场增强的机理不同。于是，在属于一排结构的本发明的电场增强元件中，通过LSPR与PSPR相乘地相互作用，从而能够获得极高的电场增强度。

[0327] 本发明并非局限于上述的实施方式，还可以进行各种变形。例如，本发明包括与在实施方式中已说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构，或者目的及效果相同的结构)。另外，本发明包括将在实施方式中已说明的结构的不是本质性的部分替换后的结构。另外，本发明包括能够取得与在实施方式中已说明的结构相同的作用效果的结构或能够达到相同的目的的结构。另外，本发明包括在实施方式中已说明的结构上附加了公知技术的结构。