光学迷彩の欠点

メタマテリアルの避けられない欠点として、光の位相差の発生があります。

位相とは、いわば光の「遅れ」のこと。

光源から同じ距離にある壁にライトを照らしたと想像してください。その中間地点にメタマテリアルでできた「透明マント」を置いたとします。

マントを通る光は、いわば障害物を避けて迂回するように屈折します。そこを通った光はそうでない光に比べ、迂回した分壁に到着するのが遅れてしまいます。位相差とは、いわばこのタイミングのずれ。

位相差があれば普通の目で見ても違和感が生じる場合がありますし、それを検出するセンサーを通せばどこに隠れているかがわかってしまいます。

音でイメージすると少し分かりやすいかもしれません。聞こえる音は同じでも、それが少しだけズレていると違和感を感じます。人間が聞いて違和感がなくとも、機械を使えば一目瞭然というわけです。

これでは完璧な透明マントなど実現できない、そう考えた研究者は、新たにSpectral Cloakingという手法を提唱し始めました。

Spectral Cloakingの考え方

ものが見えるのは、物体に反射あるいは透過した光が目に入るから。

物体に光が当たると、特定の波長の光が吸収されます。ものを照らす光と、ものに吸収されずに残った光は波長のパターンが異なり、人間はそれを色の違いとして認識します。

それなら、隠したいものが吸収する波長の光がなければ周囲との色の違いはなくなって見えなくなる、というのがSpectral Cloakingの発想です。

Spectral Cloakingの仕組みを図で表すとこうなります。

（出典：Photonics Media）

左奥から照らされた白い光は緑色のブロックに当たり、一部の波長帯が吸収されます。残った緑色の光を捉えたセンサーは、光の色を緑色と判定しています。

下側の図がSpectral Cloakingを使ったもの。光源とセンサーの間にあるのは、光の波長を操作するためのデバイスです。

まず左側のデバイスで入射してくる光の波長を操作し、白い光の中から緑色のブロックに吸収される波長帯の光を取り除きます。

すると光はブロックになんの作用もせず、ガラスを通り抜けるように素通りしてしまいます。素通りした光は反対側のデバイスへ。これは最初のデバイスと反対の操作、つまり光をもとに戻す操作を行います。

ここから出た光は最初の白い光と全く同じ。あたかも間にある緑色のブロックを素通りしたかのように、センサーは光の色を白と判定しています。

2018年に提唱されたSpectral Cloakingはまだまだ発展途上で、具体的に「どう使うのか」という段階には達していません。ただ発想としては新しく、光学迷彩研究においてメタマテリアル以来の飛躍をもたらすのではないかと期待されています。

まとめ

古くからファンタジーやSFの題材となっていた透明マント。しかしその科学的アプローチは、ごく最近ようやく始まったばかりなのです。

メタマテリアル研究からSpectral Cloakingへ、まだまだ発展の可能性を秘めた興味深い分野ですね。