什么是能量动量的阴极发光成像？

在电子束激发下辐射的光的几个方面可以用阴极发光成像来表征。CL的角动量分布是可以分析的一个方面。角度分辨激光是一种众所周知的方法，已被用于测量(纳米)天线的方向性，进行发射的多极分解，隔离相干和非相干形式的激光，以及量化模态色散等。

图片来源:伤风/ DisobeyArt

Angle-Resolved光谱技术

用二维傅里叶成像方法直接测量角轮廓是实现角分辨光谱[1]的一种方法。在这种情况下，完整的角度图获得了高角度分辨率。光谱滤波是通过带通彩色滤波器实现的，典型带宽为10-100 nm。

尽管这种角度分辨成像在某些应用中非常强大，但它并不总是最好的方法。特别是，在对称系统中，角/动量信息的(主要)部分是多余的，因此，不需要确定完整的角分布。此外，由于必须使用带通滤波器，光谱分辨率和可测量的光谱数据点的数量受到限制。因此，在研究色散材料和探测(准)周期系统的能带结构时很难给出一个例子。亚博网站下载

能量成像

本文讨论了SPARC可用的一种余角解析方法，称为能量(E-k)成像或波长和角度分辨CL (WARCL)。通常，该方法集成了“传统的”角度分辨CL成像和高光谱CL成像。具体来说，角图投射到摄谱仪的入口狭缝上，在角/动量空间中过滤图案(如图1所示)。一旦光线被衍射光栅分散，使用CMOS阵列或2D CCD获得混合E-k图像。

图1。显示能量动量(波长-角度)成像的示意图。可以使用蓝色箭头所示的两个透镜在狭缝上扫描角模式(LSEK方法)。在右边,（1）图中显示了用传统角度分辨成像获得的全色原始角度分辨图像(狭缝开在10毫米处)。数据是在块体单晶GaAs衬底上测量的。（2）用100μm的狭缝宽度获得的全形图像，将抛物面的中心隔离在角度轮廓内。（3)原始E-k (λ -θ)图像通过100 μm狭缝宽度和光路光栅获得，使光沿水平方向以波长分散，而在垂直方向保持角信息。在波长方向上，可以清楚地分辨出砷化镓的特征带边发射。图像取自[1]。

在上图中，水平方向表示λ/ E轴，垂直方向表示对应于抛物面的中心部分的单组昼夜角/矩（θ/ k）（如图1所示）。

类似于高光谱成像，光谱分辨率是通过衍射光栅和相机阵列的组合来测量的。与其他角度解析方法一样，原始模式必须映射到直角，并根据每个相机像素覆盖的实心角度进行校正[1-3]。

在图2中，该方法应用于绝缘体上的硅 - 绝缘体（SOI）衬底。在该样品中，SIO中的固有辐射缺陷₂图层主导整体CL发射谱。该层放置在两个反射硅层之间，导致λ-θ空间中的富干涉图案。对于单个地图，仅采样一系列角度空间（单组θ角）;然而，这仍然提供完整的光学响应，就像一个散装系统一样，显示方形对称响应。高光谱分辨率有助于解决SOI系统中的复杂光学干扰行为，表明该角度分辨的成像技术在这种情况下可以非常有用。通过执行正确的坐标转换，相同的数据也可以表示为E-K MAP，它是映射（模态）色散[2-4]时的合适数据表示形式。

图2。在SOI晶片(220 nm厚的Si器件层和2 μm的SiO)上测量了混合光谱角(λ -θ)图₂盒子层）。光谱和角度切割分别显示在顶部和右侧。切割在θ= 25°和λ= 650nm处拍摄，如白色虚线所示。在右边，同样的数据在E-k空间中显示。使用10 kV，1.1 na电流，200μm狭缝宽度和180秒的集成时间来获取数据。样品由Andrea Cordaro (AMOLF, Amsterdam)提供。

LSEK技术

如前所述，一个λ -θ映射对于方位对称系统是充分的;然而，打破这种对称性，需要更多的角/动量信息来完全获得光学响应。为了包含抛物面镜覆盖的全角动量范围，可以使用放置在输入狭缝前的两个透镜扫描狭缝中的傅里叶图案(如图1所示)。通过横向扫描这些透镜，傅里叶模式在输入狭缝中平移，平移步长对应狭缝宽度。这种技术被称为lens-scanning能量成像(LSEK)。

本文举例说明了LSEK如何应用于由电子束在中心激发的铝椭圆等离子体靶眼天线。在采集过程中，使用漂移校正来稳定电子束的位置。图3显示的是经过检查的靶心和LSEK数据表单的SEM图像。

图3。(左)偏心距为0.6的椭圆靶心天线的扫描电镜显微图。给出了电子束激发位置。(中)通过对57个不同镜头位置进行多次E - k采集获得的原始合成LSEK图像。该图像对应的中心波长为600 nm，带宽为17 nm。右边的蓝色箭头表示中间的λ−θ切片。在30 kV、6.3 nA、80秒/片积分时间、150 μm狭缝宽度条件下获取图像。图像取自[3]。

图3中的λ -θ图表明，该天线的色散和方向性可以通过波长和角空间很好地监测。需要注意的是，对于远离抛物面中心的其他镜面切片，角方向不再仅仅对应一个θ角范围，而是对应θ和φ(方位角)的组合。LSEK技术能够检索到所有φ的这些信息，用于表征椭圆结构中的各向异性光学特性。LSEK扫描生成高分辨率的3D数据集，可以看作是一组不同φ的λ -θ / E-k图，也可以看作是一组波长滤波的角剖面。

在该LSEK测量中，波长分辨率为1.8nm，导致246个角度剖面，其中五个在图4中示出。这些角度曲线表明，方向性随着波长的急剧变化，而且靶向靶向的椭圆形状强烈影响模式。可以使用该LSEK数据集的电影，其代表波长过滤的角度配置文件和E-K地图表单中的整个数据集。尽管此处表示用于单个电子束位置的数据，但是可以参考结构扫描电子束，并且可以获得不同的激励位置来获得E-K数据以研究方向性的空间依赖性[3]。

图4。从椭圆靶心上获取的完整3D LSEK数据集提取的角轮廓(见图3)。中心波长/能量如上所示(轮廓的带宽为1.8 nm)。图像取自[3]。

结论和展望

为了得出结论，所呈现的E-K成像技术可以用于非常全面地表征波长/能量和角度/动量空间中的（纳米）材料的光学性质。亚博网站下载该方法可以用于分离相干和非相干形式的Cl [2]，探测复合物1D和2D光子晶体[2,4]中的模态分散体，以及纳米蒽肟几何形状的定向性[3]。对于LED材料等有效的光发射器，可以降低集成时间，从而实现更快，更高的分辨率亚博网站下载E-K映射和LSEK扫描。

参考文献

[j] .中国生物医学工程学报，2003,24(3):481 - 486。理论物理。Lett. 99, 143103 (2011)

[2] S. Mignuzzi et al.， ACS Photonics 5, 1381-1387 (2018)

[3] Coenen等人，ACS Photonics 6,573-580（2019）

[4] s.peng等人。，phy。rev. lett。122,117401（2019）

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