大視野、単細胞分解能の二光子および三光子顕微鏡による深部および広域イメージング 研究背景と問題提起 多光子顕微技術（Multiphoton Microscopy, MPM）は、特に生体脳機能研究において不可欠な深部組織イメージングのための強力なツールです。しかし、従来の二光子顕微鏡（Two-Photon Microscopy, 2PM）は比較的大きな視野（Field of View, FOV）を実現できますが、そのイメージング深度は通常浅い皮質領域に限定され、脳の深部構造には到達できません。一方、三光子顕微鏡（Three-Photon Microscopy, 3PM）はより深いイメージングが可能ですが、熱損傷によりレーザーの繰り返し周波数が制限され、視野が小さく、イメージングスループットが低...

超容量完全ベクトル渦ビームの実現 研究背景と問題提起 光学渦（Optical Vortex）は、その独特な軌道角運動量（Orbital Angular Momentum, OAM）特性により、光学多重化、粒子操作、イメージング、ホログラフィックディスプレイ、光通信、光学暗号化などの分野で大きな応用可能性を示しています。しかし、従来の渦ビームは通常、グローバル位相変調方式を使用して生成され、その位相荷（Topological Charge, TC）が単一で強度分布が均一であるため、空間情報のさらなる活用が制限されています。また、偏光などの自由度を導入して情報容量を増やそうとする試みもありますが、局所的な空間強度情報は依然として十分に探索されていません。 この制限を突破するため、清華大学深セン国...

超高速ナノ分光およびイメージング技術の最新進展：プローブ顕微鏡に基づく応用 研究背景 近年、光学顕微技術の急速な発展に伴い、科学者たちはナノスケールでの物理現象に対する理解を大幅に深めました。しかし、従来の遠視野光学顕微技術は光学回折限界に制約され、サブ波長レベルの空間分解能を達成することが困難です。一方で、量子材料、二次元材料（2D Materials）、有機分子材料などの新素材の研究需要が増加しており、これらの材料における光-物質相互作用はしばしば非常に短い時間スケール（フェムト秒からナノ秒）と非常に小さい空間スケール（ナノメートルからオングストローム）で発生します。そのため、高空間分解能と高時間分解能を同時に提供できる顕微技術の開発が科学研究において重要となっています。 従来の光学顕微...

量子イメージング技術の新ブレークスルー：非線形メタサーフェスによる光子対生成と応用 研究背景と問題 近年、量子イメージング技術は、低光子フラックス、古典的回折限界を超える解像度、高セキュリティといった潜在的な利点により注目を集めています。しかし、従来の量子イメージングシステムは通常、体積型の非線性結晶（例えばBBOやPPKTP）に依存しており、これらの材料の厚さは通常ミリメートルレベルであり、横方向運動量整合条件での発光角度範囲が制限され、イメージング視野（Field of View, FOV）や解像度が制約されていました。さらに、従来の結晶の調整可能性は限られており、多波長操作や高速ビームスキャンを実現するのは困難です。 これらの問題を解決するために、研究者たちはメタサーフェス（metas...

光学活性材料における非局所的分散の応用研究 研究背景と問題提起 近年、科学者たちは光と物質の相互作用の探求において顕著な進展を遂げ、特に天然結晶中で発見された双曲分散（hyperbolic dispersion）などの新現象が注目されています。しかし、現在の研究は主に局所光学応答に焦点を当てており、この応答は空間分散効果を含まない誘電率テンソルによって記述されます。これは、従来の研究が通常、線形偏光特性を持つ現象に限定され、他のより複雑な光学的挙動を無視していることを意味します。例えば、局所光学応答の時間分散はDrude-Lorentzモデルで説明できますが、その強い時間分散はしばしば大きな光学損失を伴い、探査可能な現象の範囲を制限しています。 これらの限界を克服するために、研究者たちは特に...