2017 Fiscal Year Annual Research Report
Innovation of solid optical spectral analysis using Bayesian inference
| Project/Area Number |
16K13824
|
|---|
| Research Institution | Kumamoto University |
|---|
Principal Investigator |
赤井 一郎 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 教授 (20212392)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 光物性 / スペクトル分解 / ベイズ分光 / データ駆動科学 / マテリアルズインフォマティクス / 極限測定 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、固体光学スペクトル解析にベイズの定理に基づいた最新情報科学の方法論を適用して光物性研究の革新をもたらす。当該年度は、ベイズ推定を用いたスペクトル分解法に、仮想計測解析(VMA)法を組み込んだベイズ分光法を確立し、実データへの適用を進めた。
まず減衰振動波形を与えるコヒーレントフォノン(CP)信号のベイズ分光を行った。この解析は従来、フーリエ・ウェーブレット変換が用いられているが、それらでは波形の減衰特性のため、振動モードの物性情報(振動周波数、初期位相、減衰時定数)の高精度推定には不確定性原理が立ち塞がる。それに対しベイズ分光法では、実際のデータに重畳するノイズ強度において、振動周波数は2桁程度、初期位相においては時間原点精度に換算して数フェムト秒の精度で推定できることを示した。またVMAを用いてノイズ耐性を調べた結果、振動性波形がノイズに埋もれる極限計測の状況でも、不確定性原理の精度限界を上回る精度で振動周波数の推定が可能であることを示した。
一方ベイズ分光法によるスペクトル分解は、亜酸化銅薄膜の吸収端スペクトルやタイプII超格子の高密度励起下の発光スペクトルの解析に適用した。亜酸化銅の励起子遷移のスペクトル幅には、物性情報を含む均一幅と試料の不均一性・測定系の分解能等による不均一幅が含まれるが、VMAを行った結果、不均一幅が均一幅よりも小さい条件で、それらの2つの幅を分離して正しく推定できることを示した。一方タイプII超格子の発光スペクトルでは、励起子、励起子分子、電子正孔液滴(EHD)の発光が共存するが、ベイズ分光を用いることにより、タイプII超格子においてEHD状態が安定化することを、統計的確証をもって初めて実証した。
今後、開発したベイズ分光法を様々な光物性データの解析に適用して従来解析法の限界を突破し、固体光学スペクトル解析法の革新を進める。
|
