特集にあたってOplusE 編集部

Nanostructured Optics

　わが国，日本の「精密工学の父」と仰がれている，故 谷口紀男先生が，1974年に「ナノテクノロジー（Nano Technology）」という言葉を用い，その概念を提唱され，今年，2021年で47年になる。
　ナノ（nano）は10−9，10 億分の1 を意味する単位系記号であり，長さの1 nmの1,000 倍が1 μm，さらに1,000倍が1 mmである。
　ふだんわれわれが認識している世界とは似ても似つかぬ値であるので，身近な例と比較すると，人間の手の大きさは20 cm，200 mm，日本人の髪の毛の太さは約80 μmとされている（もちろん個人差はあるが）。
　これから飛散量が増えるスギやヒノキの花粉の直径は約40 μm，新型コロナウイルスの外観（コロナとは「太陽の光冠」の意でその形が似ていることからコロナと名付けられた）を含めた直径は約100 nmとされている。
　人工的に形成する最も微細なパターンであろう最先端の半導体デバイスに関しては，来年の2022年より3 nmプロセスを用いた商業生産が開始される予定であり，そのための製造装置，検査装置が本年中に導入される予定になっている。
　光学の技術分野においては，ナノフォトニクス（Nanophotonics）やナノオプティクス（Nano-optics）とも呼ばれているナノメートルオーダーの構造をした光学系，Nanostructured Opticsは，ナノテクノロジーの1つとして注目されている。主にリソグラフィー技術を応用して作製することにより，自然界に存在しない構成とすることで，色々な光学特性，例えば，メタマテリアルを使っての癌検出や透明マントを達成させることをめざすなど，色々な範囲に関しての研究が行われている。
　そこで，今回の特集では，Nanostructured Optics，微細構造をもつ光学系に焦点を当て，最新の技術動向を紹介することを目的として，主に応用物理学会や日本光学会でご活躍の以下の5件の執筆をお願いした。
　まず，理化学研究所の田中拓男さんに「光メタマテリアルと赤外分光」と題してご執筆いただいた。
　メタマテリアルという人工物質は比透磁率μ を負の値にして，屈折率が負の値とするもので，応用技術の1つとして赤外分光法の高感度化への試みを紹介していただいた。
　次に東京農工大学の岩見健太郎さんに「凹から凸まで幅広く切り替わる回転型可変焦点モアレメタレンズ」と題してご執筆いただいた。
　メタサーフェスはサブ波長サイズのナノ構造「メタ原子」を配列した位相格子であり，それを応用したレンズ「メタレンズ」を回転型可変焦点レンズである「モアレレンズ」に実装し，凸レンズから凹レンズにわたるまでの幅広い範囲の可変焦点を実現した結果を紹介していただいた。
　3番目に静岡大学の小野篤史さんと4名の方に「金属ナノ構造を用いたプラズモニックカラーフィルタリング」と題してご執筆いただいた。
　同心円状周期凹凸構造を有する金属薄膜の同心円中心部にサブ波長開口を設けたブルズアイ構造とすることで表面プラズモン共鳴性が高くなり，マルチスペクトルな 波長選択性が得られる。この光透過現象を利用したプラズモニックカラーフィルタリングは，CMOSイメージセンサーの高機能化に貢献する次世代技術とされている。
　4番目に堀場製作所の粟根悠介さんと2名の方に「ガス分析適用をめざした電圧変調型バンドパスフィルターの開発」と題してご執筆いただいた。
　多重量子井戸（MQW：Multiple Quantum Well）とフォトニック結晶を利用した非分散型赤外吸収（NDIR：Non-dispersive Infrared）システムにおいて，機械式チョッパーと波長選択フィルターの両機能を単一光学素子した電圧変調型狭帯域バンドパスフィルターを作製し，黒体輻射光源と組み合わせて非機械式NDIRガス測定への適用検討の内容と今後の展望を紹介していただいた。
　最後に，大阪大学の水谷康弘さんに「回折光学素子の設計評価技術～光線追跡から電磁場解析まで～」と題してご執筆いただいた。
　光学シミュレーターが非常に使いやすくなった反面，原理的に存在する誤差や光学モデルの構築法などを忘れさせてしまい，解析誤差を真値と思い込む危険性が潜在的に存在しているとし，あらためて光学シミュレーションの利点や注意点を実施例とともに紹介していただいた。
　今回，記事としてご執筆をお願いした5件の技術内容以外にもたいへん多くの「Nanostructured Optics」の研究が行われている。
　今後も動向を注目して紹介していきたい。