超狭帯域光学フィルター：高分解能撮像をUVからLWIRへ拡張

図1. インターフェース領域撮像分光計（IRIS）エクスプローラーのウィンドウ付きSJIイメージによる可視化。（画像：Alluxa）

現代光学デバイスの核心：超狭帯域バンドパスフィルター

光学センサーと撮像技術の進歩は、人間がどう相互作用し、自分を理解し、周囲の世界を探求するかにますます急速に取り込まれています。光学デバイスの探求範囲は広く、体内埋め込み型経皮バイオMEMSデバイスから、近接および深宇宙機器として展開される宇宙飛行サーベイヤーまでを可能にします。現代光学デバイスの機能性の中心にあるのが、超狭帯域バンドパス（UNBP）薄膜光学フィルターです。これらは広帯域スペクトル内のサブナノメートルバンドを識別可能にします。これらのフィルターは、通信業界向けNIR DWDMフィルターとして開拓され、現在ではディープUVからミッドIRバンドまでどこで動作する撮像・センシングデバイスからも意味のある信号を抽出する上で不可欠です。

Alluxaで開発されたSIRRUS™のような新規堆積技術は、UNBPフィルターの製造を低スループット・高コスト事業から、高度に決定論的な製造プロセスへと変革しました。フォームファクタ、空間均一性、分解能といった重要なフィルター属性は、近年の能力/性能閾値を超えています。以下の例は、UNBPの最新応用の一部を示しています。

太陽物理学：コロナ質量放出の高分解能観測

太陽物理学は、社会的関心事として、また太陽-地球相互作用の幅広い研究の場として最前線に出てきました。コロナ質量放出（CME）のような磁場/プラズマ現象への研究は大きな関心事です。過去20年間の調査は、高高度飛行から多数の宇宙飛行ミッション搭載機器まで多岐にわたります。これらの太陽観測機は、ヘリオスフィアの低・中・高セグメントの高空間・時間分解能スキャンのためにマルチウェーブ長UNBPフィルターを使用してきました。次世代機器の開発に伴い、プラズマ速度（すなわちヘリオスフィアの温度プロファイリング）のより細かい分解能撮像への要求が高まっています。このニーズに対応するため、AlluxaはUV域で高ファインネスマルチキャビティUNBPを構築しています。

図2. UV超狭帯域ソーラーフィルター。（画像：Alluxa）

500層以上のフィルターが撮像分光計や他のセンシング用途向けに製造されました。内部開発した装置アレイを用いて、AlluxaフィルターはFWHM < 0.5nm、ピーク透過率0.10-0.50（10-50%）、200-1200nmでOD6-12のブロッキングを示すことが図2で確認できます。この印象的なスペクトルプロファイルは、堆積システム構成と、高界面数フィルターでの損失（散乱+吸収）を最小化するプロセス手法によるもので、高性能UVフィルターに不可欠な能力です。

大気観測：532nmと1064nmフィルターでリーダー性能向上

大気観測とモデリングは、この青い泡に乗るすべての人にとって主要関心事です。個人の生活や、温室効果ガス排出グローバル経済システムのような地球経済構造を大きく変える可能性があります。具体的には、532nmと1064nmのフィルターは、対流圏における昼間の雲とエアロゾルプロファイルのバック散乱と体積脱分極を測定する能力を大幅に向上させる上で重要です。図3と図4は、それぞれ532-0.127と1064-0.25 OD6超狭帯域バンドパスフィルターの性能を示し、意図した理論シミュレーションと密接に一致しています。これらのフィルターは、大気ライダーリモートセンシングでの実用的使用のためにフライトミッションで実装されます。

図3. 可視光超狭帯域バンドパスフィルター、中心波長532nm。（画像：Alluxa）

図4. 近赤外超狭帯域バンドパスフィルター、中心波長1064nm。（画像：Alluxa）

ガス監視・分析：LWIR域での10.6μmフィルター

実験と成長のもう一つの領域は、特にLWIR波長域でのガス監視と分析です。この波長域でのレーザー応用は、実験的なタトゥー除去手順から医療機器製造まで多岐にわたります。レーザーの帯域幅制御とアウトオブバンド光の減衰はこれらの応用で鍵となり、結果として超狭帯域フィルターが急速に重要コンポーネントになりつつあります。図5は、LWIR領域でFWHM < 0.1マイクロンの10.6マイクロンフィルターを設計・確実に製造するAlluxaの能力を示しています。

図5. 10.6マイクロンLWIR超狭帯域バンドパス。（画像：Alluxa）

超狭帯域バンドパスフィルターを必要とする常に進化する幅広い応用は、継続的なイノベーションと改善の需要を生み出しています。UVでの損失/散乱最小化、可視光/近赤外での更なる再現性と理論一致、LWIRでのより狭い帯域幅と同時にバンド内透過率向上まで、イノベーションへの呼びかけはAlluxaによって満たし続けられています。SIRRUS™堆積プラットフォームとAlluxaの設計・エンジニアリング専門知識は、比較的短期間で能力と進歩に根本的に貢献してきました。これらの限界を押し広げるUNBPによってそれが実証されています。

本記事は、Alluxa（カリフォルニア州サンタローザ）エンジニアリングチームによって執筆されました。詳細についてはこちらをご覧ください。

参考文献

1. SVS. “NASA Scientific Visualization Studio|a Slice of Light: How IRIS Observes the Sun.” SVS, 26 June 2015.
2. “EUVST – NASA Science.” NASA, NASA, science.
3. “Cloud-Aerosol Transport System (CATS).” Cats.
4. “NASA AOS – the ALICAT Lidar for the AOS-Inclined Orbit: Instrument Overview and Projected Performance.” Aos.gsfc.nasa.gov, aos.gsfc.nasa.gov/meetings-documents-more.htm?id=175.