JP3568847B2

JP3568847B2 - マルチチャンネル２次元分光方法

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Publication number: JP3568847B2
Application number: JP32891899A
Authority: JP
Inventors: 英司徳永
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: JP2001147160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチチャンネル２次元分光方法に係り、特に、単一粒子分光、２次元光共鳴分光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルチチャンネル分光では、ＣＣＤカメラやＭＣＰを用いての発光スペクトル・発光パターンの測定や、広い波長範囲をカバーするパルスレーザー光源と組み合わせての吸収変化スペクトルの測定等があり、単一粒子レベルの分光測定では、顕微・近接場分光の手法を用いての発光・励起スペクトル測定とＦＭ（周波数変調）分光等、２次元分光では、ラジオ波の周波数領域での２次元ＮＭＲ（核磁気共鳴）等が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の分光観測方法には、下記のような問題点がある。
【０００４】
近年、顕微・近接場分光の発達により、単一粒子（分子、固体中局在中心、半導体量子点等）レベルの分光観測は普通のものとなってきたが、ほとんどの計測は発光測定にとどまっている。単一粒子での吸収分光は励起スペクトル測定、あるいはＦＭ（周波数変調）分光が行われているにすきない。励起スペクトルは吸収スペクトルと等価でなく、ＦＭ分光はＭＨｚ程度までの鋭い構造のみに敏感で、適用範囲が狭い。単一粒子レベルの分光スペクトルをＦ（ω、ａ）、つまり周波数ω、パラメータａの関数として２次元で測定することはＣＣＤカメラを使える発光スペクトルを除いては困難である。
【０００５】
全固体で広い波長範囲をカバーするパルスレーザー光源と、ＣＣＤカメラによるマルチチャンネル吸収分光システムも普及してきており、試料の励起による吸収変化スペクトルをマルチチャンネルで測定できるが、この組み合わせではパルスの光子密度が大き過ぎて、単一粒子に適用しても強励起の極限しか検出できず、信号強度も微弱なレベル（外部変調を加えないときの分光スペクトルに比べて強度比で１０^−３以下の変化）は測定できない。つまり、単一粒子の信号レベルは最大でも１０^−３以下であり、また、その光学非線形性は弱励起極限（単一光子レベル）でも起こり、最も興味があるのはまさにその領域であるが、全く適用できない。
【０００６】
２次元核磁気共鳴（２Ｄ−ＮＭＲ）は有機物質の構造を同定する強力で、かつ標準的な手法となっている。２次元核磁気共鳴では、信号はラジオ波（ＭＨｚ）の周波数領域のため、パルス間隔ｔ_１を変えながら時間（ｔ_２）分解信号を測定し、フーリエ変換によりＦ（ω_１、ω_２）の２次元データを得ることができる。
【０００７】
光周波数の領域でも、フォトンエコーによる量子ビートの観測から、物質の電子準位の相関を測定する手法は普及しているが、測定するエネルギー範囲が狭く、半導体励起子共鳴等、ごく狭い範囲に応用は限られてきた。
【０００８】
これは電子遷移の周波数領域では、２次元フーリエ変換してＦ（ω_１，ω_２）を得るためのｆ（ｔ_１，ｔ_２）の測定で、エコー信号を光の周期の時間分解能で、かつ、２次元で精密に測定することが困難なためである。
【０００９】
このように、従来は、２Ｄ−ＮＭＲと同様に２つの時間を掃引するか、パルス遅延時間を掃引し、実時間については分光器とＣＣＤカメラでフーリエ変換するか、この２つの方法に限られていた。
【００１０】
しかし、前者では非現実的な測定時間がかかること、後者ではロックイン検出が使えないため信号強度を大きくする必要があるという欠点があった。
【００１１】
一般に、単一粒子レベルの信号や２次元分光でなくても、１０^−３以下の微弱なスペクトル変化を測定するには、従来は波長をスキャンして１点１点ロックイン検出するしか方法がなかった。
【００１２】
本発明は、上記問題点を除去し、単一粒子吸収分光・２次元光共鳴分光を確実に実現することができるマルチチャンネル２次元分光方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕マルチチャンネル２次元分光方法において、外部から変調を加えた試料に、広帯域プローブ光を照射し、この広帯域プローブ光を分光して前記変調によって誘起された分光スペクトル変化を、マルチチャンネルロックインアンプにより多チャンネル同時にロックイン検出して、その広帯域プローブ光の波長と変調パラメータ、その広帯域プローブ光の第１の波長とその広帯域プローブ光の第２の波長、その広帯域プローブ光の波長と変調信号とその広帯域プローブ光の遅延時間の２次元以上の関数として得ることを特徴とする。
【００１４】
〔２〕上記〔１〕記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、光、電場、磁場、圧力による外部からの変調によって試料に誘起された発光、吸収、反射スペクトルの変化を、分光装置と、光検出器と、２個の直列接続したマルチチャンネルロックインアンプを用いて多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔１〕記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、周波数ｆ_１によって変調された光、電場、磁場、圧力によって試料に誘起された吸収（反射）スペクトル変化を、周波数ｆ_２によって変調された広帯域プローブ光と、分光装置と、光検出器と、２個の直列接続したマルチチャンネルロックインアンプを用いて前記周波数ｆ_１とｆ_２の相関した成分としてロックインアンプにより多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とする。
【００１６】
〔４〕上記〔１〕記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、周波数ｆ_１，ｆ_２によって変調された光、電場、磁場、圧力によって試料に誘起された発光、吸収、反射スペクトル変化のうち、前記周波数ｆ_１とｆ_２の相関した成分のみを分光装置と、光検出器と、２個の直列接続したマルチチャンネルロックインアンプを用いて多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とする。
【００１７】
〔５〕上記〔１〕記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、２つの広帯域パルス光ビームによって励起された試料からのフォトンエコー信号を、実時間ｔ_１、２つのパルス間の遅延時間ｔ_２の関数として測定し、２次元フーリエ変換して電子遷移間、電子遷移−振動遷移間の相関を測定する２次元光共鳴分光を行う時、前記実時間ｔ_１に関するフーリエ変換を分光装置で行い、前記マルチチャンネルロックインアンプによって多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とする。
【００１８】
〔６〕上記〔５〕記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、周波数ｆ_１、ｆ_２によって変調された２つの広帯域パルス光ビームによって励起された試料からのフォトンエコー信号を、実時間ｔ_１、２つのパルス間の遅延時間ｔ_２の関数として測定し、２次元フーリエ変換して電子遷移間、電子遷移−振動遷移間の相関を測定する２次元光共鳴分光を行う時、実時間ｔ_１に関するフーリエ変換を分光装置で行い、前記周波数ｆ_１とｆ_２の相関した信号成分を２個の直列接続したマルチチャンネルロックインアンプによって多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とする。
【００１９】
〔７〕上記〔１〕記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、光、電場、磁場、圧力による外部からの変調によって単一粒子に誘起された発光、吸収、反射スペクトルの変化を、顕微光学や近接場光学の光学装置と、分光装置と、光検出器と、前記マルチチャンネルロックインアンプを用いて多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とする。
【００２０】
〔８〕上記〔１〕記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、波長によって異なる変調周波数を持つ広帯域励起光によって励起された試料からの発光強度を前記マルチチャンネルロックインアンプによって多周波数同時ロックイン検出し、励起スペクトルを多チャンネル同時に検出することを特徴とする。
【００２１】
〔９〕上記〔２〕記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、前記光検出器をＮ×Ｍ個２次元に並べ、試料の変調スペクトルの空間パターンを前記マルチチャンネルロックインアンプによって多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とする。
【００２２】
〔１０〕上記〔２〕記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、前記光検出器をＮ×Ｍ個２次元ｘ，ｙ平面に並べ、外部変調によって試料に誘起された変化を光検出し、分光装置によってｘ方向に波長分解し、光学装置でｙ方向に空間分解した２次元パターンをパラメータを掃引しながら前記マルチチャンネルロックインアンプによって多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とする。
【００２３】
上記したように、マルチチャンネル２次元分光、単一粒子分光、２次元光共鳴分光において、外部変調によって試料に誘起された変化を分光装置とマルチチャンネルロックインアンプを用いて多チャンネル同時にロックイン検出する。
【００２４】
また、マルチチャンネルロックインアンプによる単一粒子吸収分光・２次元光共鳴分光法において、２次元光共鳴分光（２つのパラメータがともに光周波数）の場合は、２本の広帯域（フェムト秒）パルスを用いて（広帯域インコヒーレント光源でも可能）、その遅延時間τ、実時間ｔの関数として、（位相分解）量子ビートを測定し、２次元フーリエ変換して、各エネルギーピークが相関しているか否かの２次元プロットを得るとき、実時間ｔに関するフーリエ変換は分光装置で行い、マルチチャンネルロックインで多チャンネル同時に測定する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施例を示すマルチチャンネルロックインアンプによる単一粒子（ミクロ）吸収分光・２次元光共鳴分光システムの構成図、図２はバンドルファイバーアレーの模式図、図３はそのバンドルファイバーアレーの検出側の模式図である。ここでは、光変調による吸収変化スペクトルの測定方法を例に示す。
【００２７】
この図において、１はポンプ（励起）光、２はプローブ光であり、それぞれの光は音響光学素子（ＡＯＭ）３とチョッパー（またはシャッター）４で、ｆ_１＝１ｋＨｚ−１ＭＨｚ、ｆ_２＝０．００１Ｈｚ−１００Ｈｚの周波数で強度変調されている。５は試料、６は分光器、７はマルチチャンネル検出器であり、バンドルファイバーアレー８、光検出器（ＰＤ）９により構成される。
【００２８】
図２に示すように、バンドルファイバーアレー８は、７×１２８本の光ファイバーで構成され、図３に示すように、検出器側で７本ずつ束ねられている。
【００２９】
また、１０はマルチチャンネルロックインアンプシステム、１１は第１のマルチチャンネルロックインアンプであり、１２８ｃｈのディジタルシグナルプロセッサーロックインアンプ１２を備えており、この第１のマルチチャンネルロックインアンプ１１には音響光学素子３の駆動周波数ｆ_１が参照周波数として入力される。
【００３０】
更に、１３は第２のマルチチャンネルロックインアンプであり、１２８ｃｈのディジタルシグナルプロセッサーロックインアンプ１４を備えており、この第２のマルチチャンネルロックインアンプ１３にはチョッパー（シャッター）４の周波数ｆ_２が参照周波数として入力される。また、第１および第２のマルチチャンネルロックインアンプ１１，１３には、コンピュータ１５が接続されている。
【００３１】
この図に示すように、広帯域プローブ光を分光して励起光によって誘起された吸収変化スペクトル（ｆ_１変調成分）を、マルチチャンネルロックインアンプシステム１０により多チャンネル同時にロックイン検出する。これにより、従来と比較して同じ測定時間ではチャンネル数をＮとすると、Ｎ^１／２倍のＳ／Ｎの向上、同じＳ／Ｎではパラメータａを連続的に変化してスペクトルＦ（ω，ａ）を測定する２次元分光が可能になる。
【００３２】
図１の励起光による光変調以外にも、電場Ｅ・磁場Ｂ・圧力Ｐなどの変調による分光も可能である。パラメータａとしては、２つのパルスの遅延時間τ、エネルギーω、試料位置ｘ、励起光強度Ｉ、電場Ｅ、磁場Ｂ、圧力Ｐなどがある。
【００３３】
特に、請求項５，６の２次元光共鳴分光（パラメータが光周波数ω）の場合は、図４に示すように、周波数範囲が試料の関心のある電子遷移の周波数をすべてカバーする２本の広帯域（フェムト秒）パルス１６，１７を用いて（広帯域インコヒーレント光源でも可能）、その遅延時間τ、実時間ｔの関数として、（位相分解）量子ビート信号１８を測定し、２次元フーリエ変換して、図５に示すように、各エネルギーピークが相関しているか否かの２次元プロット１９を得る。
【００３４】
図５において、対角線上のピーク（自己相関）２０は必ず現れ、非対角ピーク２１は２つのレベル間の相関があるときのみ現れる。この時、実時間ｔに関するフーリエ変換は分光器６で行い、マルチチャンネル検出器７とマルチチャンネルロックインアンプシステム１０で高感度検出すれば、上記遅延時間τに関する掃引のみを行えばよい。相関がある場合は分光した後も遅延時間τの関数として２つのレベル間の差周波数で振動するビート信号が検出できる。
【００３５】
この時、励起パルスの散乱光が信号（試料の透過率変化）に重なるので、周波数ｆ_１とｆ_２で２つのビーム（高繰り返しのパルス列よりなる）を強度変調し、散乱光を避けて周波数ｆ_１とｆ_２の相関した信号成分のみを抽出するために、２個の直列接続したロックインアンプ１１，１３を用いたロックイン検出が必要となる。
【００３６】
図６にその復調手順を示す。周波数ｆ _１で強度変調されたポンプ光２２〔図６（ａ）〕と周波数ｆ _２で強度変調されたプローブ光２３〔図６（ｂ）〕を用いると、試料のプローブ光の透過光の方向には、ポンプ光の散乱光と信号成分が重なった検出光（ビーム）２４〔図６（ｃ）〕が来る。
【００３７】
第１のマルチチャンネルロックインアンプ１１で周波数ｆ_１成分を復調した後の出力２５〔図６（ｄ）〕を第２のマルチチャンネルロックインアンプ１３でさらに周波数ｆ_２について復調すると、信号成分のみに比例した振幅２６〔図６（ｅ）〕が取り出せる。Ｔ_１，Ｔ_２は第１、第２ロックインアンプ１１，１３の出力の低域通過フィルタ（ｌｏｗｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ）の時定数で、周波数ｆ_１，ｆ_２と以下のような関係を満たしている。
【００３８】
Ｔ_１≫１／ｆ_１
ｆ_２＝１／（２πＴ_１）
Ｔ_２≫１／ｆ_２
一般に、２次元光共鳴分光以外の場合でも、周波数ｆ_１で変調されている励起光の散乱、発光、電波等を避けるために、２個の直列接続したロックインアンプを用いたロックイン検出が必要となる場合が多い。
【００３９】
ミクロ吸収分光が実現すれば、双極子近似が成り立たない局在した光子場をミクロなプローブを入れることで誘起して多重極子遷移を直接誘起し、その遷移強度から波動関数の情報を得ることができる。
【００４０】
ミクロ吸収分光は、更にナノスペースでの化学反応や生体の分子レベル（ＤＮＡ、ＡＴＰ、酵素等）の研究に極めて有用である。
【００４１】
２次元光共鳴が実現すれば、未知試料の混合物の個々の吸収スペクトルの分離、層状固体試料（基板上に載った薄膜試料等）で各層からの寄与の分離といった分析の現場での応用ばかりでなく、格子振動の周波数で行えば（この時、必ずしもＩＲパルスを使う必要はなく、ラマン遷移を利用してもよい）、振動間の結合定数が分かることから、格子構造の詳しい同定ができる（このアプローチは２次元ラマン分光として始まったばかりだが、現在のところまだデモの域を出ていない）。
【００４２】
しかし、最も重要なのは、次の点である。複雑な化合物（有機化合物、固体、結晶場中の局在中心、錯体等）があるとき、その電子遷移は化合物を構成する原子、分子の元の電子遷移を反映している。線形の吸収スペクトルでは色々な電子遷移間の相互関係が分からない。これを２次元に展開することで、電子遷移のｏｒｉｇｉｎの同定が簡単になり、極めて強力な分光手段が得られる。
【００４３】
その他に、本発明は光励起による発光スペクトル測定、励起スペクトル測定にも適用可能である。前者においては、励起光を周波数ｆ_１で変調し、試料からの発光スペクトルのみを背景光から区別して波長スキャンを行わないで測定できる。特に赤外発光を測定するとき、背景輻射が発光スペクトルに重なるので有用である。また、周波数ｆ_１とｆ_２で変調された２本の励起光で光励起した試料からの発光を測定して、周波数ｆ_１とｆ_２に相関した非線形発光スペクトルを容易に得ることができる（請求項４に係る発明に対応）。
【００４４】
後者においては、励起光としてω_１からω_ＮのＮ個の光周波数をもつマルチビームを用い、各ω_ｉごとに異なる変調周波数ｆ_ｉを与えておく。この励起光で励起された試料からある光周波数ω_ｋの発光を単一の光検出器で検出し、その出力の周波数ｆ_１からｆ_Ｎ成分をＮチャンネルロックインで独立に復調すれば、ω_ｋをモニタ周波数とする励起スペクトルがマルチチャンネル検出でき、ω_ｋを変化して容易に２次元励起スペクトルを得ることができる（請求項８に係る発明に対応）。
【００４５】
更に、本発明は次元を３以上の多次元に容易に拡張することができる。例えば、光検出器をＮ×Ｍ個２次元に並べ、外部変調によって誘起された試料からの発光・透過・反射光の変化を２次元で空間分解することで、試料の空間情報を得る。波長可変の分光フィルタを用いてパラメータとして波長を掃引すれば、分光スペクトルが２次元空間の各点で得られ、３次元分光となる（請求項９に係る発明に対応）。
【００４６】
また、この２次元検出器をイメージ分光器（入射スリット上の空間パターンがそのまま出射される分光器）の出口集点面に置けば、横軸波長、縦軸空間の２次元変調スペクトルが得られる（請求項１０に係る発明に対応）。
【００４７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４９】
（Ａ）単一粒子（ミクロ）吸収分光・２次元光共鳴分光をチャンネル数の平方根に比例するＳ／Ｎの向上によって確実に実現することができる。
【００５０】
（Ｂ）外部変調によって試料に誘起された１０^−３以下の微弱な分光スペクトル変化をマルチチャンネルで波長スキャンなしで測定できることにより、パラメータを連続的に変えて詳細な分光データを得ることができる。
【００５１】
（Ｃ）ミクロ吸収分光が実現すれば、双極子近似が成り立たない局在した光子場をミクロなプローブを入れることで誘起して多重極子遷移を直接誘起し、その遷移強度から波動関数の情報を得ることができる。
【００５２】
（Ｄ）２次元光共鳴分光により、未知試料の混合物の個々の吸収スペクトルの分離、層状固体試料（基板上に載った薄膜試料など）で各層からの寄与の分離、格子振動の周波数で行って振動間の結合定数が分かることから格子構造の詳しい同定ができる。
【００５３】
（Ｅ）複雑な化合物（有機化合物、固体、結晶場中の局在中心、錯体等）があるとき、その電子遷移は化合物を構成する原子、分子の元の電子遷移を反映している。線形の吸収スペクトルでは色々な電子遷移間の相互関係が分からないが、本発明によれば、これを２次元に展開することにより、電子遷移のｏｒｉｇｉｎの同定が簡単になり、極めて強力な分光手段が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すマルチチャンネルロックインアンプによる単一粒子（ミクロ）吸収分光・２次元光共鳴分光システムの構成図である。
【図２】本発明の実施例を示すバンドルファイバーアレーの模式図である。
【図３】本発明の実施例を示すバンドルファイバーアレーの検出側の模式図である。
【図４】本発明の実施例を示す２次元光共鳴分光の説明図である。
【図５】本発明の実施例を示す量子ビートを測定し、２次元フーリエ変換して、各エネルギーピークが相関しているか否かの２次元プロットを示す図である。
【図６】本発明の実施例を示す分光方法による復調手順を示す図である。
【符号の説明】
１ポンプ（励起）光
２プローブ光
３音響光学素子（ＡＯＭ）
４チョッパー（シャッター）
５試料
６分光器
７マルチチャンネル検出器
８バンドルファイバーアレー
９光検出器（ＰＤ）
１０マルチチャンネルロックインアンプシステム
１１第１のマルチチャンネルロックインアンプ
１２，１４ディジタルシグナルプロセッサーロックインアンプ
１３第２のマルチチャンネルロックインアンプ
１５コンピュータ
１６，１７２本の広帯域（フェムト秒）パルス
１８量子ビート信号
１９２次元プロット
２０対角ピーク
２１非対角ピーク
２２周波数ｆ_１で強度変調されたポンプ光
２３周波数ｆ_２で強度変調されたプローブ光
２４検出光（ビーム）
２５第１（１段目）のマルチチャンネルロックインアンプの出力
２６第２（２段目）のマルチチャンネルロックインアンプの出力

Claims

外部から変調を加えた試料に、広帯域プローブ光を照射し、該広帯域プローブ光を分光して前記変調によって誘起された分光スペクトル変化を、マルチチャンネルロックインアンプにより多チャンネル同時にロックイン検出して、該広帯域プローブ光の波長と変調パラメータ、該広帯域プローブ光の第１の波長と該広帯域プローブ光の第２の波長、該広帯域プローブ光の波長と変調信号と該広帯域プローブ光の遅延時間の２次元以上の関数として得ることを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。
請求項１記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、光、電場、磁場、圧力による外部からの変調によって試料に誘起された発光、吸収、反射スペクトルの変化を、分光装置と、光検出器と、２個の直列接続したマルチチャンネルロックインアンプを用いて多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。
請求項１記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、周波数ｆ_１によって変調された光、電場、磁場、圧力によって試料に誘起された吸収（反射）スペクトル変化を、周波数ｆ_２によって変調された広帯域プローブ光と、分光装置と、光検出器と、２個の直列接続したマルチチャンネルロックインアンプを用いて前記周波数ｆ_１とｆ_２の相関した成分として前記ロックインアンプにより多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。
請求項１記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、周波数ｆ_１，ｆ_２によって変調された光、電場、磁場、圧力によって試料に誘起された発光、吸収、反射スペクトル変化のうち、前記周波数ｆ_１とｆ_２の相関した成分のみを分光装置と、光検出器と、２個の直列接続したマルチチャンネルロックインアンプを用いて多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。
請求項１記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、２つの広帯域パルス光ビームによって励起された試料からのフォトンエコー信号を、実時間ｔ_１、２つのパルス間の遅延時間ｔ_２の関数として測定し、２次元フーリエ変換して電子遷移間、電子遷移−振動遷移間の相関を測定する２次元光共鳴分光を行う時、前記実時間ｔ_１に関するフーリエ変換を分光装置で行い、前記マルチチャンネルロックインアンプによって多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。
請求項５記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、周波数ｆ_１、ｆ_２によって変調された２つの広帯域パルス光ビームによって励起された試料からのフォトンエコー信号を、実時間ｔ_１、２つのパルス間の遅延時間ｔ_２の関数として測定し、２次元フーリエ変換して電子遷移間、電子遷移−振動遷移間の相関を測定する２次元光共鳴分光を行う時、実時間ｔ_１に関するフーリエ変換を分光装置で行い、前記周波数ｆ_１とｆ_２の相関した信号成分を２個の直列接続したマルチチャンネルロックインアンプによって多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。
請求項１記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、光、電場、磁場、圧力による外部からの変調によって単一粒子に誘起された発光、吸収、反射スペクトルの変化を、顕微光学や近接場光学の光学装置と、分光装置と、光検出器と、前記マルチチャンネルロックインアンプを用いて多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。
請求項１記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、波長によって異なる変調周波数を持つ広帯域励起光によって励起された試料からの発光強度を前記マルチチャンネルロックインアンプによって多周波数同時ロックイン検出し、励起スペクトルを多チャンネル同時に検出することを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。
請求項２記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、前記光検出器をＮ×Ｍ個２次元に並べ、試料の変調スペクトルの空間パターンを前記マルチチャンネルロックインアンプによって多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。
請求項２記載のマルチチャンネル２次元分光方法において、前記光検出器をＮ×Ｍ個２次元ｘ，ｙ平面に並べ、外部変調によって試料に誘起された変化を光検出し、分光装置によってｘ方向に波長分解し、光学装置でｙ方向に空間分解した２次元パターンをパラメータを掃引しながら前記マルチチャンネルロックインアンプによって多チャンネル同時にロックイン検出することを特徴とするマルチチャンネル２次元分光方法。