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光ナノアンテナは、光波長よりも小さいスケールで光エネルギーの送受を担うナノ光デバイスであり、その最適化にはナノスケールでの光学特性評価が不可欠である。また光ナノアンテナを用いたデバイスでは、アンテナから受けた光のエネルギーを導波路などにより送信側に伝送するため、受信位置と送信位置は空間的に異なる。この光エネルギー輸送を評価するためには、励起位置と発光位置をナノスケールで解析する手法が必要となる。本研究では、カソードルミネセンス（ＣＬ）法を用いて、励起位置と発光位置分解法を開発している。
2021年度は、電子線スキャンと同期した発光位置イメージングと４次元ＣＬ法と組み合わせた、多次元測定・解析手法の確立を行った。昨年度まで開発してきたＣＬ計測法の光学パスからスプリッタを用いて光を分岐し、発光位置と共役な空間にカメラを設置することで発光位置分解可能な光学系を構築した。さらに、４次元ＣＬ法の電子線スキャンに同期してカメラ像取得する、アナログスキャン信号読み取りシステムを開発し、４次元ＣＬ法と発光位置分解像の同時計測を可能とした。また、得られた電子線励起位置２次元×発光位置像２次元＝４次元の発光位置分解データを解析するためのソフトウェアの開発も行った。これらにより世界で初めての励起・発光位置同時分解ＣＬ法が完成した。
「対物レンズ」として放物面鏡を用いたＣＬ法においては、発光角度分解を行うことで、結像による発光位置の投影面の選択が可能であることが明らかとなった。また、発光位置分解は純粋な光結像であるため、点分解能は光の回折限界に制限されるが、発光位置は解析により波長を超えた超解像で決定することができる。重心を用いた発光位置分解では、数十nmの分解能が得られ、超解像発光位置イメージングが可能であることが示された。さらに、アンテナ・導波路複合システムにおける応用計測も実施した。
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