質問: 光を一方だけ通す材料 片方から入射した光(可視光~近赤外)は透過させ、 もう片方から入射した光は反射させる素材は何かありませんか? × ↓ ↑ --------------------------------------------------(素材) ↓ ↑↓(反射) ○(透過)
回答: まず、ご質問者の希望がどういう物なのかによりますが、、、 たとえばサングラスやマジックミラーでよく使われる物は、単純には、 反射膜-吸収膜 という構成です。細かく厳密に説明するとややこしいので、簡単に書くと、 反射率を50%の膜、吸収を50%の吸収とすれば、 反射膜側に直接入って反射する光は入射光量の50%の反射となります。 一方で吸収膜側から入った光は50%吸収、50%反射、50%吸収で結局12.5%の反射となります。 つまり反射は反射膜側からと吸収膜側からとで異なります。 ただ透過率はどちらから入っても同じになります。 マジックミラーの場合は上記の仕組みだと、反射膜側が明るい部屋だと、自分の部屋の光が強くて反対側の光は弱くて見えないけど、吸収膜側からは自分の部屋の光はあまり反射しないのでよく見えるというわけです。更に部屋の明るさを変えるとかなり違いが出ます。 なのでもし透過率を変えたいということだとこの手法は使えません。 では一方向のみ透過させる仕組みがないのかというと、そんなことはありません。 光ダイオードとか、光アイソレーターなどの呼び名の物があります。 一番簡単な原理はλ/4板と偏光板(または偏光素子)を使用するものです。 これは偏光板を通過させたあと、λ/4板に入射し、円偏光にします。その後ミラーで光を反射させて戻しても、λ/4板を通過した光は初めと90度偏光が異なるので、偏光板を通過できません。 偏光板は通常は他の偏光を吸収することで透過する偏光を特定偏光にしますが、偏光素子にはそうではなく、他の方向に反射するタイプの物もあります。その代表としてpbs(偏光ビームスプリッタ)などがあります。 ただご質問のように元来た方向に反射させるためにはもう少し工夫が必要になります。 とはいえここで光を反射させるとその後pbsを通過、更にλ/4を通過した光がまた反射されると、今度はλ/4を通過した後は、元々の光源方向に進むので、だめとなります。 このほかにもファラデー効果を用いたものもありますが、やはりこれも偏光方向を利用する物ですから、何度もという訳にもいきません。 ご質問者が他の方に補足された内容からすると、もしかすると、光を閉じこめたいということなのかもしれませんが、そういう目的には上記などは全部使えません。 で、光の閉じこめという意味では一番近い物はエタロンです。 吸収が理想的に0のエタロンの場合にはその間を光の往復が続きます。 これは簡単にはきわめて高反射率でかつ超低損失の膜二枚をきわめて高精度に向かい合わせにしたものです。重力波検出などに使おうと研究されています。 ただ厳密には上記はご質問者の希望とは少し異なります。 まあ、単純にいうとご質問者の質問に対しての答えは「そのような簡単な希望の素子は存在しない」というのが答えになります。実はこれは光の時間可逆性という重要な物理的な性質が存在するためです。 具体的な目的がわかればもう少し何らかのアドバイスは出来るかもしれませんけど、基本的な考えは上記の通りです。