F顕微かくぶんかいスペクトルスペクトル儀

角度分解スペクトルは、その名の通り、信号光スペクトルと出射角度を同時に検出できる技術であり、マイクロキャビティフォトニクス、人工メタマテリアル超表面などの新しいマイクロナノフォトニック材料の発展と応用によって誕生した新しい分光探査技術。材料中を光が伝播すると、光と物質の相互作用を受けることで分散関係が変化し、従来の光検出手段では光のエネルギー（周波数）しか検出できなかったが、光の運動量（k)情報を取得できませんでした。研究により、光子の運動量は材料表面からの光子の出射角度（θ）と密接に関連していることが分かった。そのため、材料表面から異なる角度で出射された光を角度分解する探査を行うことで、光学マイクロキャビティを描くことができ、メタマテリアル等材料及びデバイスにおける光子エネルギー（E） -運動量（k）関係、すなわち分散関係を用いて、その光学的性質を深く研究する。

角度分解顕微鏡スペクトルの検出原理は光学フーリエ変換技術を利用し、フーリエ面を通過するイメージングの方法は、プローブ上で異なる角度の光を一度にイメージングする。その光学原理を下図に示す。サンプル表面から異なる角度で放出された光は顕微対物レンズを介してその後に配置されたフーリエ平面に集光され、異なる角度で放出された光がフーリエ平面上の異なる位置に集められることが想定され、これにより実現される角度から空間位置への変換。後に色収差除去イメージングシステムを介して、フーリエ面分光器の入口スリットに結像し、分光器のエネルギー分解を経て、CCDに空間位置（すなわち角度）と波長（すなわち周波数）の分散図を示す。

図1. 角度分解イメージング原理概略図

応用例：

1. フォトニック結晶結合空洞モード解析

角度分解蛍光分光技術に基づいて、フォトニック結晶モードの対称性を特徴づけ、フォトニック結晶に埋め込まれた量子ドットの遠視野角蛍光分布を実験的に測定した。実験データはヤング干渉と数値シミュレーションの予測とよく一致した。また、ベクトル特性を有する光子固有性モデル表現異なる偏光の複雑なパリティを出して、これは量子力学の枠組みの中でまだ対応する物理的特徴がありません。（参考文献：F。イントンティ等,PRL106,143901(2011年)）

図2. フォトンマイクロキャビティ分子の2つの結合モードの送信モードの概略図である。菱形は2つのモードの電場分布を表し、カラースケールで正（赤）と負（青）の振幅を強調している。赤色（青色）破線は、遠視野放出パターンにおける長（相殺）光路を表す。

図3. 単D2腔;（a）直交偏光チャネル内のPLスペクトル;（b）SEM画像;（c）–（e）でんかいFDTD NF の図;（f）–(h)実験PL遠視野強度k空間分布(i)–（k）FDTD遠視野強度k空間分布。

2. 超表面と2次元材料けつごう

角度分解反射顕微鏡分光法により単層とのモス2集積銀ナノディスクアレイにおける強励起子-プラズマ相互作用観察77 Kじれいきょくし-等ひれいしんけつごう最大強度58 メV、室温でも存在することができる。強い結合には、次の3つのタイプの共鳴が含まれます。モス2励起子、単一の銀ナノディスクの局所表面プラズモン共鳴（LSPR）とナノディスクアレイのプラズマ格子共鳴を示した。プラズマ格子の幾何学的形状を調整することで励起子を効果的に制御できることを実験的に示した-プラズモン結合強度、ポーラロン組成、分散により、このシステムは新しい2次元プラズマ分極デバイスを実現することが期待されている。（参考文献：W.J.リュー等,ナノレット.16,2,1262(2016)）

図4. 単層モス2上きじゅんぎんナノディスク格子パターンのSEM画像

図5. ディスク直径の範囲は100nmまで170nmおよびサイクルは460nmのシ/シオ2基板上にパターン化された5種類のプラズマ格子の角度分解差分反射スペクトル。白色破線は局所表面プラズモン共鳴モードの波長を表し、赤色点は一定角度から反射率を分解するワイヤカットで得られた傾斜角位置に対応する。青い実線は結合発振器モデルから得られたフィッティング結果

3. プラハ平板マイクロキャビティにおける角度分解スペクトルVCSEL はデバイスへの応用

プラグ平板光マイクロキャビティのDBR の光学モード（A-C）、角度分解蛍光動力学分光法による高励起状態における電子‐正孔フェルミ面の低下過プロセス、および光学系共鳴モードの分散発展（d）。プロセスベースの成熟したIII‐V族半導体平板マイクロキャビティ、ポンプ光の電力密度を調節することによって、量子を結合するトラップ中光生キャリアによる強い非線形応答は、レーザ光を出射する周波数、運動量、発光時刻及びパルス幅を制御することができる。（参考文献：W.シェ等,光学,3,12(2016)）

図6. 標準非キラル染料低粘度と高粘度水溶液中の広帯域定常状態と時間ぶんべつぜんストークスベクトルスペクトル

4. 格子構造への角度分解スペクトルの応用

角度分解白色光反射分光法により研究したシリコンベース格子基板上の一次元酸化亜鉛マイクロロッド（a）の励起子ポラリトンモード分散および運動量空間の凝集挙動（（b））、および異なるエネルギー状態の寿命（C）。格子基板の変調作用により、元々連続していた光学モードが分裂し、類似したブリルアンバンド構造。粒子密度を高める後、ポラリトン凝集は運動量空間のゼロ点ではなく、ブリルアン境界状態上。これは、微小領域自己集合試料が構造ポテンシャル場を導入し、粒子の空間分布とエネルギー状態寿命を調節することにより、ゼロ以外の運動量エネルギー状態の凝集。（参考文献：L.Zhang氏等,PNAs，112，13（2015））

図7. シリコンベース格子基板上の一次元酸化亜鉛マイクロロッドの研究