ナノ周期構造技術がもたらすガラスの新たな可能性とは？

業界革新をもたらすナノ周期構造技術

近年、国立研究開発法人産業技術総合研究所（産総研）と東京農工大学が共同開発した新しいレーザー加工技術が注目を集めています。この技術は、ガラス表面にナノメートルサイズの周期構造（ナノ周期構造）を、従来の約30分の1という低欠損率で形成できるというものです。

ガラス表面の新たな可能性

ガラスはその透明性と硬さから多くの分野で利用されていますが、その特性を最大限に引き出すためには、光の波長に匹敵するサイズのナノ構造を形成することが求められます。これにより、光の反射・吸収・透過といった光学特性を自在に制御し、高機能なディスプレイや光学機器への応用が期待されます。例えば、重要な光学表面として、低反射機能を持つガラスや選択的に可視光を通す窓ガラスの開発に寄与することが可能です。

データ駆動型レーザー加工の技術的進展

従来、ガラスのナノ加工はその表面状態やレーザーの照射条件に依存し、クラックや欠損が発生するリスクがありました。しかし、今回の研究では、フェムト秒レーザーパルスを利用してリアルタイムで加工データをモニタリングしつつ、その情報を元にレーザー強度を瞬時に調整するデータ駆動型レーザー加工システムを構築しました。このシステムにより、ナノ構造の欠損率は従来比で約30分の1に低減。

実験の結果とその意義

具体的な実験では、合成石英ガラスに対してレーザーを照射し、波長660nmと850nmの光を用いて顕微画像を取得し、ナノ構造形成中の相対反射率と透過率を測定。結果として、周期約200nm、深さ約1µmの均一なナノ周期構造が形成されることが明らかとなりました。また、フィードバック制御を用いた場合には、ナノ周期構造の欠損率が大幅に改善され、約2%という驚異的な精度を達成しました。

今後の展望

この革新的なデータ駆動型レーザー加工技術は、サファイアなど他の硬脆性材料にも応用できると期待されています。また、メートルサイズの大規模な加工が可能な点も大きな利点であり、これによりメタマテリアルの生成や無反射表面の形成、照明光源の指向性を持つ表面処理へと応用が広がることでしょう。

今後は、この技術を製造ラインにおける実際の適用に向けた開発を進めていく予定です。