特表2022-536611量子閉じ込めキャビティ空間における光－物質結合に基づく光学フィルタ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-18
(54)【発明の名称】量子閉じ込めキャビティ空間における光－物質結合に基づく光学フィルタ
(51)【国際特許分類】
G02B 5/20 20060101AFI20220810BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20220810BHJP
G02C 7/10 20060101ALI20220810BHJP
F21V 9/20 20180101ALI20220810BHJP
A61N 5/06 20060101ALN20220810BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20220810BHJP
【ＦＩ】
G02B5/20
G02B5/30
G02C7/10
F21V9/20
A61N5/06 Z
F21Y115:10
【審査請求】有
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2021569920
(86)(22)【出願日】2019-06-12
(85)【翻訳文提出日】2022-01-04
(86)【国際出願番号】 EP2019065365
(87)【国際公開番号】W WO2020249207
(87)【国際公開日】2020-12-17
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】513085064
【氏名又は名称】フィールドポイント （キプロス） リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107456
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 成人
(74)【代理人】
【識別番号】100162352
【弁理士】
【氏名又は名称】酒巻 順一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100123995
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 雅一
(72)【発明者】
【氏名】コルガ， ジューロ
【テーマコード（参考）】
2H006
2H148
2H149
4C082
【Ｆターム（参考）】
2H006BE01
2H006BE05
2H148AA01
2H148AA07
2H148AA11
2H148AA18
2H148AA19
2H149AA01
2H149AA21
2H149AB01
2H149BA02
2H149FC10
2H149FD47
4C082PC01
4C082PG05
(57)【要約】
【課題】新規な光学フィルタ等を提供する。
【解決手段】光学フィルタが、層構造の厚さ方向に積み重ねられた複数の層を含む層構造を備え、複数の層は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料から形成された複数のナノフォトニック層と、光学的に透明な材料から形成された少なくとも１つの基板層とを含み、少なくとも１つの基板層のうちの１つが層構造の厚さ方向において複数のナノフォトニック層のうちの２つの間に配置される。
【選択図】 図８
【解決手段】光学フィルタが、層構造の厚さ方向に積み重ねられた複数の層を含む層構造を備え、複数の層は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料から形成された複数のナノフォトニック層と、光学的に透明な材料から形成された少なくとも１つの基板層とを含み、少なくとも１つの基板層のうちの１つが層構造の厚さ方向において複数のナノフォトニック層のうちの２つの間に配置される。
【選択図】 図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
量子閉じ込めキャビティ空間における光－物質結合に基づく光学フィルタであって、層構造の厚さ方向に積み重ねられた複数の層を含む前記層構造を備え、前記複数の層は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料から形成された複数のナノフォトニック層と、
光学的に透明な材料から形成された少なくとも１つの基板層と、
を含み、前記少なくとも１つの基板層のうちの１つは、前記層構造の前記厚さ方向において前記複数のナノフォトニック層のうちの２つの間に配置される、光学フィルタ。
【請求項2】
前記ナノフォトニック材料がフラーレン分子を備える、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項3】
前記ナノフォトニック材料がＣ６０フラーレン分子を備える、請求項２に記載の光学フィルタ。
【請求項4】
前記少なくとも１つの基板が、５～３０ｎｍ、５～２０ｎｍ、５～１５ｎｍ及び５～１０ｎｍから選択された範囲の厚さを有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項5】
前記複数のナノフォトニック層のうちの少なくとも１つが、３～１０ｎｍ、３～７ｎｍ及び３～５ｎｍから選択された範囲の厚さを有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項6】
前記少なくとも１つの基板層にはナノフォトニック材料がない、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項7】
前記複数のナノフォトニック層のうちの少なくとも１つには、前記少なくとも１つの基板層の前記光学的に透明な材料がない、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項8】
前記層構造が複数の基板層を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項9】
前記複数の基板層及び前記複数のナノフォトニック層が、前記層構造の前記厚さ方向において交互に配置される、請求項８に記載の光学フィルタ。
【請求項10】
前記複数の基板層のうちの少なくとも２つは相互に異なる屈折率を有する、請求項８又は９に記載の光学フィルタ。
【請求項11】
前記複数の基板層のうちの少なくとも２つが、前記層構造の前記厚さ方向における相互に異なる寸法を有する、請求項８～１０のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項12】
前記層構造を支持する支持体を更に備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項13】
前記支持体が光学的に透明な材料から作製され、前記層構造上に積み重ねられた支持体層として構成される、請求項１２に記載の光学フィルタ。
【請求項14】
前記支持体がレンズとして構成される、請求項１３に記載の光学フィルタ。
【請求項15】
前記支持体がナノフォトニック材料を含む、請求項１３又は１４に記載の光学フィルタ。
【請求項16】
請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える眼鏡。
【請求項17】
光源と、請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学フィルタとを備える治療ランプ。
【請求項18】
前記光源と前記光学フィルタとの間の光路上に配置され、前記光源によって発せられる光を偏光させるように構成された偏光子を更に備える、請求項１７に記載の治療ランプ。
【請求項19】
前記偏光子が、入射光を直線偏光に変換するように構成された直線偏光子として構成される、請求項１８に記載の治療ランプ。
【請求項20】
前記偏光子が、ブリュースタ偏光子を備えるか又はブリュースタ偏光子として構成される、請求項１９に記載の治療ランプ。
【請求項21】
請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える照明手段。
【請求項22】
請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学フィルタを備えるディスプレイ。
【請求項23】
請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学フィルタとして構成されるか又は前記光学フィルタを備える、ディスプレイ保護箔。
【請求項24】
請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える窓。
【請求項25】
請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える玩具。
【請求項26】
請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える光学レンズ。
【請求項27】
光をフィルタリングするための請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学フィルタの使用。
【請求項28】
前記光が太陽光又は人工光である、請求項２７に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
様々な実施形態は、一般には、光学フィルタ、並び光学フィルタを備える眼鏡及びハイパー光デバイスに関する。更なる実施形態は、各々が光学フィルタを備える、光学レンズ、室内照明手段、街路照明手段、ラップトップ箔、携帯電話、車両用グレージング（自動車及びトラック）、航空機用グレージング、建物の窓等の一般的な窓、及び玩具に関する。
【背景技術】
【0002】
光治療は、特に、限定ではないが皮膚疾患の治療において、過去数年で大きく重要度を増した。この分野において、治療効果は、光の波長範囲のみでなく、例えば角運動量に依拠する光子の空間分布に関連する特性も含む、治療に用いられる光の特性に密接に関係することが一般的に認識されている。これらの特性の治療効果に対する影響は、過去数年の精力的な研究の対象となっている。この分野における発展の例が、中でも、米国特許出願公開第２００８／２８６４５３号及び国際特許出願第２０１７／２１１４２０号に開示されている。
【0003】
本開示に関係する更なる態様は、米国特許第５，６４０，７０５号、Ａｎｄｒｅａｎｉ，Ｃ．Ｌ「Ｅｘｃｉｔｏｎ－Ｐｌａｒｉｔｏｎｓ ｉｎ Ｂｕｌｋ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｉｎ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」ｐ．３７～８２，２０１４ ｉｎ ｂｏｏｋ Ｅｄｓ．Ａｕｆｆｅｖｅｓ．Ａ他「ＳｔｒｏｎｇＬｉｇｈｔ－ｍａｔｔｅｒｃｏｕｐｌｉｎｇ：Ｆｒｏｍ ａｔｏｍｓ ｔｏ ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｓｙｓｔｅｍｓ」Ｗｏｒｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ， ＩＳＢＮ ９７８－９８１－４４６０－３４－７；Ｃａｒｕｓｏｔｔｏ，Ｉ．及びＣｉｕｔｉ，Ｃ．「Ｑｕａｎｔｕｍ ｆｌｕｉｄｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ」ａｒＸｉｖ：１２０５．６５００ｖ３， １７ Ｏｃｔ．２０１２；Ｃａｓｔｅｌｌｅｔｔｏ，Ｓ，他：「Ａ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｃａｒｂｉｄｅ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈｏｔｏｎ ｓｏｕｒｃｅ」Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１３，１５１～１５６，２０１４；Ｄｅｌ Ｎｅｇｒｏ他「Ｌｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｔｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｂａｎｄ－ｅｄｇｅ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ ｑｕａｓｉｃｒｙｓｔａｌｓ， Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ９０（５）：０５５５０１－１－４，２００３；Ｋａｖｏｋｉｎ，Ａ．Ｖ．他「Ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｉｅｓ」Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， Ｏｘｆｏｒｄ， ２０１７；Ｌｏｕｎｉｓ，Ｂ．及びＭｏｅｒｎｅｒ，Ｗ．Ｅ．「Ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎｓ ｏｎ ｄｅｍａｎｄ ｆｒｏｍ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」Ｎａｔｕｒｅ， ４０７：４９１－４９３，２０００；Ｋｏｒｕｇａ，Ｄｊ．「Ｈｙｐｅｒｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ」：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｎａｎｏｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ」Ｚｅｐｔｅｒ Ｂｏｏｋ Ｗｏｒｌｄ， Ｂｅｌｇｒａｄｅ ２０１８；Ｍｉｃｈｌｅｒ，Ｐ．他「Ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ ｐｈｏｔｏｎｓ ｆｒｏｍ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」Ｎａｔｕｒｅ， ４０６：９６８～９７０，２０００；Ｍｏｒａｄｉ Ａ．「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｒａｎｄｏｍ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ６０ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｐｌａｓｍａｓ ２１，１０４５０８，２０１４；国際公開第９６０４９５８号；並びに国際公開第９６０４９５９号において見ることができる。
【0004】
光治療に用いられる従来の光源によって発せられた光を、角運動量に依拠する光子の所定の空間分布等の所定の特性を有する光に効率的に変換することは、高効率の光治療にとって重大である。
【発明の概要】
【0005】
本発明によれば、光学フィルタが提供される。光学フィルタは、層構造の厚さ方向に積み重ねられた複数の層を含む層構造を備えることができ、複数の層は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料から形成された複数のナノフォトニック層と、光学的に透明な材料から形成された少なくとも１つの基板層とを含み、この少なくとも１つの基板層は、層構造の厚さ方向において複数のナノフォトニック層のうちの２つの間に配置される。
【0006】
図面において、類似の参照符号は、通常、異なる図面にわたって同じ部品を指す。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、一般的には、本発明の原理を説明することに重きが置かれている。以下の説明において、以下の図面を参照して、様々な本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】ハイパー光の主要特性を示す概略図である。
【図2】Ｃ６０分子の３つの回転状態を示す。
【図3】Ｃ６０分子を有する光の様々な相互作用機構を０Ｄキャビティとして概略的に示す。
【図4a】光子、励起子及びポラリトンの電力スペクトルを、有効結合強度の関数として示すグラフである。
【図4b】光子、励起子及びポラリトンの電力スペクトルを、運動量の関数として示すグラフである。
【図5】本開示の例示的な実施形態による光学フィルタを示す概略図である。
【図6】ポアンカレ球に基づく入射光の偏光状態に対する本開示による２Ｄキャビティの影響を示す。
【図7】本開示の別の例示的な実施形態による光学フィルタを示す概略図である。
【図8】本開示の更に別の例示的な実施形態による光学フィルタを示す概略図である。
【図9a】本開示による光学フィルタの可能な応用形態を示す概略図である。
【図9b】本開示による光学フィルタの可能な応用形態を示す概略図である。
【図9c】本開示による光学フィルタの可能な応用形態を示す概略図である。
【図9d】本開示による光学フィルタの可能な応用形態を示す概略図である。
【図10】本開示の光学フィルタを含む例示的な治療ランプを示す概略図である。
【図11】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図12】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図13】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図14】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図15】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図16】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図17】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図18】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図19】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図20】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図21】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図22】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図23】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図24】本開示によるフィルタの特性を示すグラフである。
【図25】本開示による光学フィルタを用いて実行される測定の結果を要約する表である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の詳細な説明は添付図面に関連し、この添付図面により、特定の詳細及び本発明を実践可能な実施形態が例示的に示される。
【0009】
本明細書において、「例示的な」という言葉は、「例、事例又は例示としての役割を果たす」を意味するために使用される。本明細書において「例示的」として記載されるいかなる実施形態又は設計も、必ずしも他の実施形態又は設計よりも好適又は有利であると解釈されるべきであるとは限らない。
【0010】
過去数年に及ぶ精力的な研究により、光治療の治療効果を、角運動量によって光子が空間的に配列された光を用いることによって大幅に増大させることができることが明らかになった。この種の光は、後続の説明において「ハイパー光」と呼ばれる。ハイパー光の特性は、図１を参照して以下に簡単に説明される。
【0011】
【0012】
異なる角運動量を有する光子の渦線パターンは、ヒマワリの種のパターンに類似している。ヒマワリの種は、渦線状に配置されており、一組の渦線が左回りになっており、一組の渦線が右回りになっている。左回りの渦線数に対する右回りの渦線数の比は、黄金比Φ＝（１＋√５）／２≒１．６２によって与えられる。
【0013】
図１に示すハイパー光における角運動量に関連付けられた右回りの渦線及び左回りの渦線の数も黄金比によって求められる。詳細には、図１において、２１本の左回りの渦線及び３４本の右回りの渦線を識別することができ、この比は黄金比Φによって与えられる。
【0014】
ハイパー光を、Ｃ６０のエネルギー固有状態Ｔ１ｇ、Ｔ２ｇ、Ｔ１ｕ及びＴ２ｕの共鳴放射として生成することができる。しかしながら、これは、入射光のエネルギーの観点からいくつかの制約が存在することを意味する。
【0015】
本開示は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料によって形成されたキャビティ内のポラリトン、すなわち光子－励起子対に基づく、ハイパー光を生成する代替的な方式を提案する。これは、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料の特性の簡単な論考から始めて以下で詳細に説明される。
【0016】
二十面体対称性を有するそのようなナノフォトニック材料の例として、Ｃ６０フラーレンが例示的に論考される。Ｃ６０は、１２個の五角形及び２０個の六角形内に配列された６０個の炭素原子で構成される。Ｃ６０は２つの結合長を有する。第１の結合長は、２個の隣り合った六角形の間の辺の長さによって定義され、第２の結合長は、六角形と隣り合った五角形との間の辺の長さによって定義され、第１の結合長は、第２の結合長より大きい。Ｃ６０分子は、直径が約１ｎｍであり、固体状態では３１個の回転軸のうちの１つの周りを毎秒約１．８～３・１０１０回、回転し、これらの軸はそれらの対称性の観点で特徴付けることができる。詳細には、Ｃ６０において、５回対称を有する合計６本の回転軸Ｃ５、３回対称を有する合計１０本の回転軸Ｃ３、及び２回対称を有する合計１５本の対称軸Ｃ２を識別することができる。Ｃ６０分子は、これらの回転軸の周りを交互にかつランダムに回転する。
【0017】
図２において、固定の一組の軸Ｃ５、Ｃ３及びＣ２に関するＣ６０分子の３つの可能な配向が示されている。各図の平面は［１１１］方向に対し直交する。細いロッドは、［１１１］方向に対し直交する［１１０］方向を表す。図２における状態「ａ」から状態「ｂ」への変換は、［１１１］方向を中心とした６０°の回転を伴うのに対し、図２における状態「ａ」から状態「ｃ」への変換は、［１１０］方向を中心とした約４２°の回転を伴う。
【0018】
入射光子は、Ｃ６０分子と様々な形で、すなわち、（Ａ）分子の外面と、及び（ｂ）分子の内面と、相互作用することができる。五角形を通過する入射光子が内面と相互作用する確率はゼロである。したがって、五角形のエリアは、この特定の相互作用について「閉じている」と考えることができる。
【0019】
六角形を通過する光子が内面と相互作用する確率はゼロよりも高い。しかしながら、この特定の相互作用の確率は、中でも、上述した回転軸の周りのそれぞれのＣ６０分子の上記で説明したランダム回転によって決まる特定のＣ６０分子の動的状態に依拠し、これは、相互作用の確率が時間と共に変化することを意味する。この確率は、図３に例示的に示される六角形の実効エリアの観点で表すことができる。
【0020】
図３において、Ｃ６０分子が概略的に示される。１２個の五角形のうち、１つのみが例示的に示される。代表的な五角形が図３において斜線をかけられている。この斜線は、五角形を通過する入射光子ａｉｎがＣ６０分子の内面と相互作用しないこと、すなわち、分子内に画定されたキャビティと相互作用しないことを示す。図３において、ａｏｕｔは、Ｃ６０分子を通過した光子を表す。
【0021】
同様に、２０個の六角形のうち、１つのみが図３に示される。Ｃ６０分子の上記で説明した動力学に起因して、六角形は様々な実効エリアを有する場合があり、これは、Ｃ６０分子の特定の振動及び／又は回転状態に依拠して、六角形を通過した後の光子とＣ６０分子の内面との相互作用の確率が異なることを意味する。六角形の様々な状態は、様々な斜線によって図３に示されている。詳細には、１つの六角形は、５つの異なる状態ｂ１～ｂ５で示され、状態ｂ１において、六角形は、この六角形を通過する入射光子とＣ６０分子の内面との最高の相互作用確率を示す完全開放であるように示されるのに対し、状態ｂ５において、六角形のエリアは、対応するゼロの相互作用確率を示す完全閉鎖であるように示される。状態ｂ２、ｂ３及びｂ４は、ゼロと、状態ｂ１に関連付けられた最高確率との間の相互作用確率に対応する中間状態である。
【0022】
加えて、図３において、Ｂ１は、全ての六角形が状態ｂ１にある分子全体の状態を示す。上述したように、五角形は、常に完全に閉じている。したがって、五角形は、完全に斜線をかけられたエリアとして示される。
【0023】
Ｂ５は、全ての六角形が状態ｂ５にある分子全体の状態を示す。したがって、五角形及び六角形の双方が、完全に斜線をかけられたエリアとして示され、これは、分子のこの状態において、入射光子が分子の内部のキャビティと相互作用しないことを意味する。
【0024】
図３において、ｂｉｎは、六角形を通過し、すなわち、Ｃ６０分子の内部のキャビティに入り、その内面と、すなわちキャビティと相互作用する光子を示す。そのような相互作用の後にＣ６０分子を出る光子は、ｂｏｕｔによって表される。
【0025】
ｃｉｎ及びｃｏｕｔによって更に示されるように、六角形を通過する、すなわち、キャビティと相互作用することなくキャビティに入る光子も存在する。
【0026】
図３において、キャビティ、並びにπ個の電子の内殻及び外殻のそれぞれの寸法、並びに炭素原子コアの位置も示される。
【0027】
１２個の五角形は、Ｃ６０分子の表面全体の約３８％を構成する。２０個の六角形は、Ｃ６０分子の表面の約６２％を構成する。上述したように、六角形の実効エリアは、それぞれのＣ６０分子の上記で論考した動的挙動に起因して変化する。したがって、入射光子とＣ６０分子の内面との相互作用の有効確率はより低い。
【0028】
Ｃ６０分子の内面と相互作用する入射光子は、結合された電子－正孔対、すなわち励起子を生成することができるか、又は既存の励起子に結合してポラリトンを形成することができる。減衰する励起子も光子（放射再結合）を発し、この光子も別の既存の励起子に結合してポラリトンを形成することができる。計算により、励起子の生成の確率が約３８％であるのに対し、ポラリトンを形成する確率がより低いことが明らかとなった。異なる光源を用いた計算及び実験により、約１５～２５％の範囲のポラリトンの生成の可能性が明らかとなった。
【0029】
入射光子とＣ６０分子内に形成されたキャビティとの相互作用によってポラリトンを形成することにより、光のスペクトル特性が変化し、光子の空間分布が、それらの角運動量に応じて、図１に示す構造に変換され、これは、このようにハイパー光が生成されることを意味する。
【0030】
有効結合強度ｇの関数としての光子、励起子及びポラリトンの電力スペクトルが図４ａに示される。図４における強度（パワー）は、任意の単位で与えられ、ωは光学周波数であり、ｇは有効結合強度である。ω／ｇ＝＋１の値はラビ共鳴条件に対応し、ここでいわゆる「上位ポラリトン」が形成される。図４ａに示されるように、上位ポラリトンは、結合解除された光子及び励起子と比較して高いパワーを有する。ω／ｇ＝－１において、結合解除された光子及び励起子と比較して低いパワーを有するいわゆる「下位ポラリトン」が形成される。運動量の関数としての上位ポラリトン、下位ポラリトン、光子及び励起子のエネルギーは、図４ｂに示される。これに関する更なる詳細については、例えば、Ｋａｖｏｋｉｎ，Ａ．Ｖ．他「Ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｉｅｓ」Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， Ｏｘｆｏｒｄ， ２０１７を参照されたい。
【0031】
ハイパー光への入射光の変換効率は、中でも、キャビティの寸法に依拠する放射励起子減衰率によって決定される。Ｃ６０分子によって定義されるキャビティは、０Ｄキャビティ、すなわち０次元キャビティと呼ばれる。０Ｄキャビティに関連付けられた放射減衰率Γ０Ｄは、以下の式によって与えられる。
上記の式において、ε０は真空における誘電率を表し、ｎは電子密度を表し、ｅは素電荷を表し、ｍ０は自由電子質量を表し、ωは光学周波数を表し、ｃは光の速度を表し、ｆは結合強度を表す。
【数1】
上記の式において、ε０は真空における誘電率を表し、ｎは電子密度を表し、ｅは素電荷を表し、ｍ０は自由電子質量を表し、ωは光学周波数を表し、ｃは光の速度を表し、ｆは結合強度を表す。
【0032】
より高い放射減衰率、このためハイパー光への入射光より高い変換率は、２Ｄキャビティ（２次元キャビティ）によって達成することができる。２Ｄキャビティは、図５に示す層構造２０によって構成することができる。
【0033】
図５に示すように、層構造２０は、層構造２０の厚さ方向ｚに積み重ねられた複数の層２２、２４、２６を備えることができる。複数の層は、複数のナノフォトニック層２２及び２４と、厚さ方向ｚにおいてナノフォトニック層２２、２４間に介在する基板層２６とを備える。ナノフォトニック層２２、２４は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料、例えばフラーレン、特にＣ６０フラーレンを含むか又はこれから形成することができる。ナノフォトニック層２２、２４は、１～１０ｎｍ、任意選択で１～５ｎｍ、更に任意選択で３～５ｎｍの厚さを有することができる。
【0034】
基板層２６は、光学的に透明な材料、例えばＳｉＯ２及び／又はＴｉＯ２から形成することができる。基板層２６は、１～１５ｎｍ、任意選択で５～１０ｎｍ、更に任意選択で１０～１５ｎｍの厚さを有することができる。
【0035】
基板層２６には、実質的にナノフォトニック材料がなくてもよい。この種の基板層を備える層構造２０は、非常に単純な方式で製造することができ、明確に定義された２Ｄキャビティ形状を有することができる。
【0036】
ナノフォトニック層２２、２４の各々がナノフォトニック材料から形成されるため、ここで、２Ｄキャビティは、組み合わされた０Ｄ／２Ｄキャビティと呼ぶこともできる。
【0037】
２Ｄキャビティ内の放射減衰率Γ２Ｄは、以下の式によって与えられる。
この式において、ｆｘｙは結合強度を表し、Ｓは、Ｃ６０分子のサイズによって決まる単位面積を表す。このため、２次元キャビティ（０Ｄ／２Ｄキャビティのうちの２Ｄキャビティ）における放射減衰率Γ２Ｄは、０Ｄキャビティにおける放射減衰率Γ０Ｄの観点で表すことができる。
この式において、ｌは、２Ｄキャビティの寸法を表し、この寸法は、図５における基板層２６の厚さとして識別することができるか又はこの厚さに関係付けることができる。
【数2】
この式において、ｆｘｙは結合強度を表し、Ｓは、Ｃ６０分子のサイズによって決まる単位面積を表す。このため、２次元キャビティ（０Ｄ／２Ｄキャビティのうちの２Ｄキャビティ）における放射減衰率Γ２Ｄは、０Ｄキャビティにおける放射減衰率Γ０Ｄの観点で表すことができる。
【数3】
この式において、ｌは、２Ｄキャビティの寸法を表し、この寸法は、図５における基板層２６の厚さとして識別することができるか又はこの厚さに関係付けることができる。
【0038】
この式は、キャビティの寸法、すなわち値「ｌ」を、入射光の波長と比較して小さくなるように選択することによって、２Ｄキャビティにおける励起子の放射減衰率を、０Ｄキャビティと比較して大幅に増大させることができることを明らかに示す。
【0039】
入射光に対する組み合わされた０Ｄ／２Ｄキャビティの影響は、ポアンカレ球を用いて記述することができる。ポアンカレ球は、光等の電磁波の偏光状態を表すためのツールである。各偏光状態は、球上の点に対応し、表面上の完全に偏光した状態、球内の部分的に偏光した状態、及び中心の偏光していない状態を有する。直線偏光は球の赤道に位置し、円偏光は極に位置し、楕円偏光は間に位置する。直交偏光は互いに反対の球面上に位置する。
【0040】
図６に示すポアンカレ球に示されるように、入射光の偏光部分に対するキャビティの影響は、ポアンカレ球の子午線に対する交差角κによって定義される湾曲を有する軌道Ｐによって記述することができる。軌道Ｐは、キャビティ動力学の表面分布の３１個の可能な解のうちの１つである。極を接続する線に対し直交する面に対する３１個の軌道の投影により、ハイパー光の特性である、図１に示すのと類似したヒマワリパターンが得られる。
【0041】
本明細書において用いられる「２Ｄキャビティ」という語は、ナノフォトニック材料の層によって境界を画された空間を含む構成を指す。これは、例えば、従来のキャビティにおけるような反射ミラーが必要でないことを意味する。しかしながら、入射光子の特定の部分のみがキャビティと相互作用してポラリトンを形成することを念頭に置くと、層構造２０の厚さ方向ｚにおいて、ナノフォトニック層２２及び／又は２４の基板層２６と反対側に追加の基板層を設けることが有利である場合がある。対応して構成される層構造（フィルタ）３０が図７に示される。
【0042】
図７に示す層構造３０は、Ｃ６０等の二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料から作製された第１のナノフォトニック層３２と、Ｃ６０等の二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料から作製された第２のナノフォトニック層３４と、ＳｉＯ２又はＴｉＯ２等の光学的に透明な材料から作製された第１の基板層３６と、ＳｉＯ２又はＴｉＯ２等の光学的に透明な材料から作製され、層構造３０の厚さ方向ｚにおいて第１のナノフォトニック層３２の第１の基板層３６と反対側に配置された、第２の基板層３８と、ＳｉＯ２又はＴｉＯ２等の光学的に透明な材料から作製され、層構造３０の厚さ方向ｚにおいて第２のナノフォトニック層３４の第１の基板層３６と反対側に配置された、第３の基板層４０とを備える。
【0043】
第２の基板層３８及び第３の基板層４０は、一方で、保護層として、外部の影響に対し第１のナノフォトニック層３２及び第２のナノフォトニック層３４を保護するように動作することができる。加えて、上記で示したように、第２の基板層３８及び第３の基板層４０は、ミラーとして動作することができ、このミラーによって、光子ｐｈ、ｐｈ’の一部が反射され、それぞれ第１のナノフォトニック層３２及び第２のナノフォトニック層３４を通って第１の基板層３６に戻る。このようにして、それぞれの光子ｐｈ、ｐｈ’は、それぞれのナノフォトニック層３２及び３４、このため２Ｄキャビティを複数回横切るようにすることができ、これにより、ひいては、これらの光子とキャビティとの相互作用確率が増大し、このため、ハイパー光への入射光の変換効率が増大する。
【0044】
上述したように、第１～第３の基板層３６、３８、４０は、光学的に透明な材料から作製される。これらは、同じ材料又は相互に異なる材料から作製することができる。例えば、第２の基板層３８及び第３の基板層４０は、同じ材料、例えばＴｉＯ２から作製することができ、この材料は、例えばＳｉＯ２から作製することができる第１の基板層３６の材料と異なることができる。
【0045】
基板層３６、３８、４０の材料は、関心波長に依拠して反射特性を調整するために、入射光のスペクトル特性に依拠して選択することができる。
【0046】
以下において、上記の原理に従って構成された例示的な光学フィルタ１００が図８を参照して説明される。
【0047】
光学フィルタ１００は、層構造１０２の厚さ方向ｚに積み重ねられた複数の層１０４ａ～１０４ｈ及び１０６ａ～１０６ｉを含む層構造１０２を備えることができる。複数の層１０４ａ～１０４ｈ及び１０６ａ～１０６ｉは、二十面体又は十二面体の対称性を有する複数のナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈと、光学的に透明な材料から形成された複数の基板層１０６ａ～１０６ｉとを備えることができる。
【0048】
図８に示すように、複数のナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈ及び複数の基板層１０６ａ～１０６ｉは、層構造１０２の厚さ方向ｚにおいて交互に配置することができる。結果的に、この構造において、それぞれの２つの隣り合ったナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈ間に介在する基板層１０６ｂ～１０６ｈの各々が、隣り合ったナノフォトニック層と共に、図５に示す２Ｄキャビティ構造を定義する。加えて、３つの連続基板層、及びそれらの間に介在するそれぞれのナノフォトニック層は、図７に示す層構造に対応する。このため、図５及び図７に示す層構造の説明は図８に示す光学フィルタ１００にも適用される。
【0049】
上記で述べたように、ナノフォトニック材料は、フラーレン分子、特にＣ６０フラーレン分子を含むことができる。
【0050】
２Ｄキャビティ内の励起子の放射減衰率が以下の式
によって与えられることを念頭に置くと、キャビティのうちの少なくとも１つの寸法を、関心波長よりもはるかに短くなるように選択することが有利である場合がある。可視周波数範囲内の波長について、基板層１０６ａ～１０６ｉのうちの少なくとも１つが、５～３０ｎｍ、５～１５ｎｍ及び５～１０ｎｍから選択された範囲の厚さを有する。
【数4】
によって与えられることを念頭に置くと、キャビティのうちの少なくとも１つの寸法を、関心波長よりもはるかに短くなるように選択することが有利である場合がある。可視周波数範囲内の波長について、基板層１０６ａ～１０６ｉのうちの少なくとも１つが、５～３０ｎｍ、５～１５ｎｍ及び５～１０ｎｍから選択された範囲の厚さを有する。
【0051】
例示的な実施形態において、基板層１０６ａ～１０６ｉの厚さは以下のように選択することができる。基板層１０６ａ（例えば、ＳｉＯ２から形成される）：５０～１００ｎｍ、基板層１０６ｂ（例えば、ＴｉＯ２から形成される）：５～１０ｎｍ、基板層１０６ｃ（例えば、ＳｉＯ２から形成される）：１０～１５ｎｍ、基板層１０６ｄ（例えば、ＴｉＯ２から形成される）：５～１０ｎｍ、基板層１０６ｅ（例えば、ＳｉＯ２から形成される）：１０～１５ｎｍ、基板層１０６ｆ（例えば、ＴｉＯ２から形成される）：５～１０ｎｍ、基板層１０６ｇ（例えば、ＳｉＯ２から形成される）：５～１０ｎｍ、基板層１０６ｈ（例えば、ＴｉＯ２から形成される）：５～１０ｎｍ、基板層１０６ｉ（例えば、ＳｉＯ２から形成される）：５０～１００ｎｍ。ここで、層構造１０２の厚さ方向ｚにおける最も外側の基板層１０６ａ及び１０６ｉの厚さは、他の基板層１０６ｂ～１０６ｈよりも大幅に大きい厚さを有することができる。このため、これらの基板層１０６ａ及び１０６ｉは、層構造１０２の保護層としての役割を果たすことができる。
【0052】
このため、この例から見て取ることができるように、本開示による光学フィルタの層構造において、基板層には、例えば層構造内の光の伝播方向を制御するために、様々な厚みを与えることができる。
【0053】
励起子減衰率を特定の波長について精密に調整することができるように明確に定義されたキャビティ形状を確保するために、基板層１０６ａ～１０６ｉのうちの少なくとも１つ、任意選択で複数、又は更に任意選択で基板層１０６ａ～１０６ｉの全てに、実質的にナノフォトニック材料がなくてもよい。
【0054】
加えて、ナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈのうちの少なくとも１つ、任意選択で複数、又は更に任意選択でナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈの全てに、基板層１０６ａ～１０６ｉの光学的に透明な材料が実質的になくてもよい。例示的な実施形態において、ナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈのうちの少なくとも１つ、任意選択で複数のナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈ、又は更に任意選択で全てのナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈにおけるナノフォトニック材料の重量分率が９９％よりも高い。このようにして、ハイパー光への入射光の高変換効率を確保することができる。
【0055】
基板層１０６ａ～１０６ｉは、同じ光学的に透明な材料から作製することができる。代替的に、複数の基板層１０６ａ～１０６ｉのうちの少なくとも２つを、相互に異なる屈折率を有する相互に異なる材料から作製することができる。上記で説明したように、このようにして、基板層間のそれぞれの界面における層構造の反射特性を、関心波長について調整することができる。
【0056】
ナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈにおける光の過度の吸収を回避するために、それらの厚さは、３～１０ｎｍ、３～７ｎｍ及び３～５ｎｍから選択された範囲の厚さとすることができる。図８に示す例示的な実施形態において、全てのナノフォトニック層１０４ａ～１０４ｈは、３～５ｎｍの範囲の厚さを有することができる。
【0057】
本明細書に開示される層構造は、例えば、化学的気相成長法又は物理的気相成長法によって製造することができる。
【0058】
図８に示すように、フィルタ１００は、層構造１０２を支持する支持体１０８を更に備えることができる。支持体１０８は、ＰＭＭＡ、ＣＲ３９又はガラス等の光学的に透明な材料から作製することができる。支持体は少なくとも７０％の可視光透過率を有することができる。
【0059】
図８には示されていないが、支持体１０８には、その反対側に層構造１０２を設けることができる。加えて、支持体１０８は、内部で分散し、支持体１０８の表面に層１０８ｂとして堆積される、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料１０８ａを含むことができる。このようにして、支持体１０８は、例えばＣ６０のエネルギー固有状態Ｔ１ｇ、Ｔ２ｇ、Ｔ１ｕ及びＴ２ｕの共鳴放射によって、ハイパー光の生成にも寄与することができる。このようにして、ハイパー光への入射光の変換効率を増大させることができる。支持体１０８におけるナノフォトニック材料１０８ａの重量濃度は、０．００１～０．０５０の範囲をとることができる。
【0060】
支持体１０８は、図８に例示的に示すように平面部材として構成される必要はなく、代替的に、湾曲した本体、例えばレンズ、特に眼鏡レンズとして構成されてもよい。上記で説明した光学フィルタ１００を備えたレンズ２２０の対を含む例示的な眼鏡２００が図９ａに示される。図９ａに示す眼鏡によって、入射光はハイパー光に変換される。ハイパー光の特性は、図１に基づいて説明したように黄金比によって求められる。例えば、米国特許出願公開第２００８／２８６４５３号から既知であるように、人間の脳のクロックサイクルは黄金比に従う。特性が黄金比によって求められる光に対し被験者の目を露出することによって、脳機能を正常化させることができることが実験によりわかっている。このため、図９ａに示すような眼鏡を装着することにより、脳機能を正常化し、これによって全体の幸福度を改善することができる。
【0061】
図９ａに示す眼鏡２００は、太陽光を受ける場合がある。しかしながら、図９ｂに示すように、本発明による光学フィルタは、任意のタイプの光（すなわち、任意の波長）をハイパー光に変換するように構成されるため、脳機能の調和（正常化）も、本開示による光学フィルタ１００を装備した照明手段３００によって生成された人工光によって達成することができる。この場合、上記の効果を達成するために眼鏡を携行する必要がない。
【0062】
例えば、ポータブルコンピュータの、又は玩具４２０の、ディスプレイ４００等の他の人工光源によって発せられた光によって同様の効果を達成することができる。例示的な実施形態では、光学フィルタ１００は、図９ｃに例示的に示されるディスプレイ保護箔４４０として構成することができる。
【0063】
別の例示的な実施形態において、光学フィルタ１００は、建物５００の窓５２０として、若しくは窓５２０上に設けることができるか、又はこの窓５２０の一部として構成することができる。このようにして、建物５００に入る光（例えば、太陽光又は人工光）の大部分をハイパー光に変換することができる。本開示によるフィルタ１００は、道路車両の窓、航空機の窓、及び船舶の窓を含む任意の種類の窓に適用することができる。
【0064】
本開示によるフィルタ１００は、治療ランプ６００においても用いることができる。治療ランプ６００は、以下において、ハイパー光生成デバイス又はハイパー光デバイスと呼ばれる。例示的なハイパー光デバイス６００が図１０に示される。ハイパー光デバイス６００は、光源６０２及び上記で説明した光学フィルタ１００を備えることができる。光源６０２は、可視光を発するように構成された光源、例えばハロゲンランプとして構成することができる。
【0065】
ハイパー光デバイス６００は、光源６０２とフィルタ１００との間の光路６０４に沿って配置された偏光子６０６を更に備えることができる。偏光子６０６は、光源６０２によって発せられた光を直線偏光に変換するように構成された直線偏光子として構成することができる。偏光子６０６は、図１０に示すように、ブリュースタ偏光子等のビーム分割偏光子として構成することができる。
【0066】
図１０に示すハイパー光デバイス６００によって、光源６０２によって発せられる光は、まず、偏光子６０６によって偏光に変換することができ、次に、フィルタ１００によってハイパー光に、すなわち当該技術分野において「過偏光」とも呼ばれる偏光ハイパー光に変換することができる。過偏光の光子はエネルギー及び角運動の双方によって配列される。ハイパー光デバイス６００において偏光子６０６は必須でないことに留意されたい。
【0067】
本開示による、光とフィルタとの相互作用は、角運動量による光子の空間分布に影響を及ぼすのみでなく、光のスペクトル特性も変更する場合がある。本開示によるフィルタ、特に図８に示すフィルタのこの態様を示す実験結果が、図１１～図２５を参照して以下で説明される。
【0068】
図１１は、空中を通過した後にＬＥＤによって発せられる光のスペクトルを示す。このスペクトルは、図１１において実線の黒線によって示され、「ＬＥＤ（空中）」と呼ばれる。加えて、ナノフォトニック材料を含まないＰＭＭＡ基板を通過した後に同じＬＥＤによって発せられる光のスペクトルが、図１１において斜線エリアとして示される。このスペクトルは、図１１において「ＬＥＤ（ＰＭＭＡ）」と呼ばれる。
【0069】
図１１に明確に見て取ることができるように、約４００～７００ｎｍの波長範囲において、双方のスペクトル間に大きな差がなく、これは、ＰＭＭＡがＬＥＤによって発せられる光のスペクトル特性を大幅に変化させないことを意味する。
【0070】
図１２は、空中を通過した後にＬＥＤによって発せられる光のスペクトルを示す。このスペクトルは、図１２において実線の黒線によって示され、「ＬＥＤ（空中）」と呼ばれる。加えて、上記で説明した０Ｄ／２Ｄキャビティ（フィルタ）を備えるＰＭＭＡ基板を通過した後に同じＬＥＤによって発せられる光のスペクトルは、斜線のエリアとして示される。このスペクトルは、図１２において「ＬＥＤ（ＰＭＭＡ＆２Ｄキャビティ）」と呼ばれる。ＰＭＭＡ基板は、上記で説明した支持体に対応し、任意選択で、内部に分散したＣ６０分子を含むことができる。
【0071】
【0072】
図１２及び図１３に示すスペクトルから明確に見て取ることができるように、２Ｄキャビティによって、ＬＥＤスペクトルにおける高周波数が可視スペクトルにおけるエネルギーがより低い周波数に変換される。結果として、光スペクトルに対する２Ｄキャビティの影響が、吸収により特定のスペクトル成分を単に抑制する従来のフィルタによって及ぼされる影響と大幅に異なり、このため積分光強度が低減する。より詳細には、本開示によるフィルタは、高エネルギーの光を低エネルギーの光に変換するように構成され、可視範囲における積分強度は、全く影響を受けないか、又は従来の光学フィルタと比較してはるかに少ない程度までしか影響を受けない。
【0073】
これらの理由により、本開示による光学フィルタは、スペクトルにおけるフィルタとして用いることができる。なぜなら、これらは、積分強度を高く保ちながら、人間の目に潜在的に有害なスペクトル範囲の入射光の強度を低減するように構成されるためである。
【0074】
図１４は、空中を通過した後にＬＥＤによって発せられる光のスペクトルを示す。このスペクトルは、図１４において実線の黒線によって示され、「ＬＥＤ（空中）」と呼ばれる。加えて、ナノフォトニック材料を含まないＣＲ３９基板を通過した後に同じＬＥＤによって発せられる光のスペクトルが、斜線エリアとして示される。このスペクトルは、図１４において「ＬＥＤ（ＣＲ３９）」と呼ばれる。ＣＲ３９（アリルジグリコールカーボネート（ＡＤＣ））は、眼鏡レンズの製造において一般的に用いられるプラスチックポリマーである。ＣＲ３９基板は、上記で説明した支持体に対応し、任意選択で、内部に分散したＣ６０分子を含むことができるか、又はその表面のうちの１つに薄い層として堆積することができる。
【0075】
明確に見て取ることができるように、約４００～７００ｎｍの波長範囲において、双方のスペクトル間に大きな差がなく、これは、ＣＲ３９基板がＬＥＤによって発せられる光のスペクトル特性を大幅に変化させないことを意味する。
【0076】
図１５は、再び、空中を通過した後にＬＥＤによって発せられる光のスペクトルを示す。このスペクトルは、図１５において実線の黒線によって示され、「ＬＥＤ（空中）」と呼ばれる。加えて、上記で説明した２Ｄキャビティ（フィルタ）を備えるＣＲ３９基板を通過した後に同じＬＥＤによって発せられる光のスペクトルは、斜線のエリアとして示される。このスペクトルは、図１５において「ＬＥＤ（ＣＲ３９＆２Ｄキャビティ）」と呼ばれる。図１５に示すスペクトル間、すなわち、ＬＥＤ（ＣＲ３９＆２Ｄキャビティ）と呼ばれるスペクトルと図１５における「ＬＥＤ（空中）」との差が図１３において斜線エリアとして示される。
【0077】
これらの測定値は、ＰＭＭＡ基板を含む光学フィルタに基づいて得られる結果、すなわち、２Ｄキャビティによって、４００～４７０ｎｍの高エネルギー波長範囲における入射光のパワーが４００～７７０ｎｍの波長範囲におけるより低いエネルギーを有する光に変換されることを確認する。
【0078】
上記の結果は、用いられる特定の光源に依拠しない。これは、例えばオフィスで用いられる従来のネオンランプ（管）によって発せられるネオン光に基づいて取得される測定値を示す図１７～図２２に関して以下で示される。
【0079】
詳細には、図１７は、空気を通過した後のネオン光のスペクトルを示す。このスペクトルは、図１７において実線の黒線によって示され、「ＮＥＯＮ（空中）」と呼ばれる。加えて、ナノフォトニック材料を含まないＰＭＭＡ基板を通過した後のネオン光のスペクトルは、斜線エリアとして示される。このスペクトルは、図１７において「ＮＥＯＮ（ＰＭＭＡ）」と呼ばれる。
【0080】
図１７に明確に見て取ることができるように、約４００～７００ｎｍの波長範囲において、双方のスペクトル間に大きな差がなく、これは、ＰＭＭＡ基板がネオン光によって発せられる光のスペクトル特性を大幅に変化させないことを意味する。
【0081】
図１８は、再び、空中を通過した後のネオン光のスペクトルを示す。このスペクトルは、図１８において実線の黒線によって示され、「ＮＥＯＮ（空中）」と呼ばれる。加えて、上記で説明した２Ｄキャビティを備えるＰＭＭＡ基板、すなわち、光学フィルタを通過した後のネオン光のスペクトルは、斜線のエリアとして示される。このスペクトルは、図１８において「ＮＥＯＮ（ＰＭＭＡ＆２Ｄキャビティ）」と呼ばれる。図１８に示すスペクトル間、すなわち、ＮＥＯＮ（ＰＭＭＡ＆２Ｄキャビティ）とＮＥＯＮ（空中）との差が図１９において斜線エリアとして示される。
【0082】
【0083】
図２０は、空気を通過した後のネオン光のスペクトルを示す。このスペクトルは、図２０において実線の黒線によって示され、「ＮＥＯＮ（空中）」と呼ばれる。加えて、ナノフォトニック材料を含まないＣＲ３９基板を通過した後のネオン光のスペクトルは、斜線エリアとして示される。このスペクトルは、図２０において「ＮＥＯＮ（ＣＲ３９）」と呼ばれる。
【0084】
明確に見て取ることができるように、約４００～７００ｎｍの波長範囲において、双方のスペクトル間に大きな差がなく、これは、ＣＲ３９基板がネオン光のスペクトル特性を大幅に変化させないことを意味する。
【0085】
図２１は、再び、空中を通過した後のネオン光のスペクトルを示す。このスペクトルは、図２１において実線の黒線によって示され、「ＮＥＯＮ（空中）」と呼ばれる。加えて、上記で説明した２Ｄキャビティを備えるＣＲ３９基板（フィルタ）を通過した後のネオン光のスペクトルは、斜線のエリアとして示される。このスペクトルは、図２１において「ＮＥＯＮ（ＣＲ３９＆２Ｄキャビティ）」と呼ばれる。図２１に示すスペクトル間、すなわち、ＮＥＯＮ（ＣＲ３９＆２Ｄキャビティ）とＮＥＯＮ（空中）との差が図２２において斜線エリアとして示される。
【0086】
図１４～図２２に示す測定の結果は、本開示によるフィルタが、高エネルギー光を可視スペクトル範囲内のより低エネルギーの光に変換するように構成され、この効果が光源に依拠しないことを一貫して示す。これにより、ひいては、本開示による光学フィルタの高い汎用性が実証される。
【0087】
上記のスペクトルから見て取ることができるように、上記で論考した測定において用いられる光源は、７００ｎｍよりも高い波長において、すなわちＩＲ領域において大きな強度を有するスペクトル成分を含まない。したがって、本開示による光学フィルタの赤外線（ＩＲ）に対する影響を分析するために、太陽光を入射光として用いて更なる測定が実行された。
【0088】
３８０～７８０ｎｍの範囲内の太陽光の未加工スペクトルが、図２３において斜線エリアとして示される（３９６．２４Ｗ／ｍ２の照射及びＣＩＥ１９３１色座標：ｘ＝０．３４３７、ｙ＝０．３５９０）。この図に見て取ることができるように、ＩＲ領域におけるパワーは、ＬＥＤ及びネオン光と比較してより大きい。
【0089】
図２４において、未加工太陽光スペクトル（実線の黒線によって示される）と、本開示による光学フィルタによってフィルタリングされた太陽光スペクトル（斜線エリアによって示される）が、３８０～７８０ｎｍの波長範囲で示される（１５３．６１Ｗ／ｍ２の照射、ＣＩＥ１９３１色座標：ｘ＝０．３１９２、ｙ＝０．３９３４）。これらのスペクトルから見て取ることができるように、高エネルギー及び低エネルギースペクトル成分の双方が、本開示による光学フィルタによって抑制される。このようにして、太陽光スペクトルは、人間の目のスペクトル感度特性に対し調整される（約９７％の一致）。
【0090】
図２５に示す表において、異なる光源（ＬＥＤ、ネオン）及び異なる支持体材料（ＰＭＭＡ、ＣＲ３９）を用いた様々な測定結果が要約されている。
【0091】
詳細には、図２５に示す表の行において、異なる光スペクトルの特性が示される。これらの特性は、照度Ｅｖ（ｌｕｘ＝ｌｍ／ｍ２）と、色温度Ｔｃｐ（Ｋ＝ケルビン）と、主波長λｄ（ｎｍ）と、ＣＩＥ１９３１色空間における色座標と、主波長λｄにおける励起効果又は確率Ｐｅ（％）と、異なる波長範囲における照射ＳＤＥ（Ｗ／ｍ２）とを含む。「Ｃ６０（＠）」は、支持体が内部に分散したＣ６０分子を含むことを更に示す。「Ｃ６０（ｎｆ）」は、支持体にＣ６０層が堆積されていることを示す。
【0092】
図２５に示す表の列Ａ０において、ＬＥＤによって発せられる光の特性が要約されている。
【0093】
列Ａ０１において、ナノフォトニック材料を含まない基板を通過した後のＬＥＤ光の特性が要約されている。
【0094】
列Ａ０１１において、Ｃ６０分子が内部に組み込まれたＰＭＭＡ支持体を含む本開示による光学フィルタを通過した後のＬＥＤ光の特性が要約されている。
【0095】
列Ａ０２において、ナノフォトニック材料を含まないＣＲ３９基板を通過した後のＬＥＤ光の特性が要約されている。
【0096】
列Ａ０２１において、Ｃ６０フィルムが設けられたＣＲ３９支持体を含む本開示による光学フィルタを通過した後のＬＥＤ光の特性が要約されている。
【0097】
図２５に示す表の列Ｂ０において、ネオン光の特性が要約されている。
【0098】
列Ｂ０１において、ナノフォトニック材料を含まないＰＭＭＡ基板を通過した後のネオン光の特性が要約されている。
【0099】
列Ｂ０１１において、Ｃ６０分子が内部に組み込まれたＰＭＭＡ支持体を含む本開示による光学フィルタを通過した後のネオン光の特性が要約されている。
【0100】
列Ｂ０２において、ナノフォトニック材料を含まないＣＲ３９基板を通過した後のネオン光の特性が要約されている。
【0101】
列Ｂ０２１において、Ｃ６０フィルムが設けられたＣＲ３９支持体を含む本開示による光学フィルタを通過した後のネオン光の特性が要約されている。
【0102】
以下において、本開示によるいくつかの例が説明される。
【0103】
実施例１は、層構造の厚さ方向に積み重ねられた複数の層を含む層構造を備える光学フィルタであって、複数の層は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料から形成された複数のナノフォトニック層と、光学的に透明な材料から形成された少なくとも１つの基板層とを含み、少なくとも１つの基板層のうちの１つが層構造の厚さ方向において複数のナノフォトニック層のうちの２つの間に配置される、光学フィルタである。
【0104】
実施例２において、実施例１の主題は、任意選択で、ナノフォトニック材料がフラーレン分子を備えることを更に含むことができる。
【0105】
実施例３において、実施例２の主題は、任意選択で、ナノフォトニック材料がＣ６０フラーレン分子を備えることを更に含むことができる。
【0106】
実施例４において、実施例１～３のいずれか１つの主題は、任意選択で、少なくとも１つの基板が、５～３０ｎｍ、５～２０ｎｍ、５～１５ｎｍ及び５～１０ｎｍから選択された範囲の厚さを有することを更に含むことができる。
【0107】
実施例５において、実施例１～４のいずれか１つの光学フィルタは、任意選択で、複数のナノフォトニック層のうちの少なくとも１つが、３～１０ｎｍ、３～７ｎｍ及び３～５ｎｍから選択された範囲の厚さを有することを更に含むことができる。
【0108】
実施例６において、実施例１～５のいずれか１つの主題は、任意選択で、少なくとも１つの基板層にはナノフォトニック材料がないことを更に含むことができる。
【0109】
実施例７において、実施例１～６のいずれか１つの主題は、任意選択で、複数のナノフォトニック層のうちの少なくとも１つには、光学的に透明な材料、例えば少なくとも１つの基板層内に含まれるタイプの光学的に透明な材料がないことを更に含むことができる。任意選択で、複数のナノフォトニック層又は更には全てのナノフォトニック層には、少なくとも１つの基板層の光学的に透明な材料がなくてもよい。
【0110】
実施例８において、実施例１～７のいずれか１つの主題は、任意選択で、層構造が複数の基板層を含むことを更に含むことができる。
【0111】
実施例９において、実施例８の主題は、任意選択で、複数の基板層及び複数のナノフォトニック層が、層構造の厚さ方向において交互に配置されることを更に含むことができる。
【0112】
実施例１０において、実施例８又は９の主題は、任意選択で、複数の基板層のうちの少なくとも２つが相互に異なる屈折率を有することを更に含むことができる。
【0113】
実施例１１において、実施例８～１０のいずれか１つの主題は、任意選択で、複数の基板層のうちの少なくとも２つが、層構造の厚さ方向における相互に異なる寸法を有することを更に含むことができる。
【0114】
実施例１２において、実施例１～１１のいずれか１つの主題は、任意選択で、層構造を支持する支持体を更に備えることができる。
【0115】
実施例１３において、実施例１２の主題は、任意選択で、支持体が光学的に透明な材料から作製され、層構造上に積み重ねられた支持体層として構成されることを更に含むことができる。
【0116】
実施例１４において、実施例１３の主題は、任意選択で、支持体がレンズとして構成されることを更に含むことができる。
【0117】
実施例１５において、実施例１３又は１４の主題は、任意選択で、支持体が、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料を含むことを更に含むことができる。
【0118】
実施例１６によれば、実施例１～１５のいずれか１つの光学フィルタを備える眼鏡が提供される。
【0119】
実施例１７は、光源と、実施例１～１５のいずれか１つの光学フィルタとを備える治療ランプである。
【0120】
実施例１８において、実施例１７の治療ランプは、任意選択で、光源と光学フィルタとの間の光路上に配置され、光源によって発せられる光を偏光させるように構成された偏光子を更に備えることができる。
【0121】
実施例１９において、実施例１８の治療ランプは、任意選択で、偏光子が、入射光を直線偏光に変換するように構成された直線偏光子として構成されることを更に含むことができる。
【0122】
実施例２０において、実施例１９の主題は、任意選択で、偏光子がブリュースタ偏光子を備えるか又はブリュースタ偏光子として構成されることを更に含むことができる。
【0123】
実施例２１は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料を含む光学フィルタ、特に実施例１～１５のいずれか１つの光学フィルタを備える照明手段である。これらの照明手段は、電球又はネオン管等の室内照明手段、及び街路照明手段を含むことができる。
【0124】
実施例２２は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料を含む光学フィルタ、特に実施例１～１５のいずれか１つの光学フィルタを備えるディスプレイである。ディスプレイは、コンピュータ、ＴＶ、携帯電話等のディスプレイとすることができる。
【0125】
実施例２３は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料を含む光学フィルタ、特に実施例１～１５のいずれか１つの光学フィルタとして構成されるか又はこの光学フィルタを備えるディスプレイ保護箔である。
【0126】
実施例２４は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料を含む光学フィルタ、特に実施例１～１５のいずれか１つの光学フィルタを備える窓である。窓は、建物、車両、航空機、船舶等の窓として構成することができる。
【0127】
実施例２５は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料を含む光学フィルタ、特に実施例１～１５のいずれか１つの光学フィルタを備える玩具である。玩具は、ゲームコンピュータとして構成することができる。
【0128】
実施例２６は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料を含む光学フィルタ、特に実施例１～１５のいずれか１つの光学フィルタを備える光学レンズである。光学レンズは、眼鏡レンズとして構成することができる。
【0129】
実施例２７は、光をフィルタリングするための実施例１～１５のいずれか１つの光学フィルタの使用を定義する。
【0130】
実施例２８において、実施例２７の主題は、任意選択で、光が太陽光又は人工光であることを更に含むことができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図9d】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【手続補正書】
【提出日】2021-09-03
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
量子閉じ込めキャビティ空間における光－物質結合に基づく光学フィルタであって、層構造の厚さ方向に積み重ねられた複数の層を含む前記層構造を備え、前記複数の層は、二十面体又は十二面体の対称性を有するナノフォトニック材料から形成された複数のナノフォトニック層と、
光学的に透明な材料から形成された少なくとも１つの基板層であって、前記少なくとも１つの基板層にはナノフォトニック材料がない、少なくとも１つの基板層と、
を含み、前記少なくとも１つの基板層のうちの１つは、２Ｄキャビティが前記層構造によって画定されるように前記層構造の前記厚さ方向において前記複数のナノフォトニック層のうちの２つの間に配置される、光学フィルタ。
【請求項2】
前記ナノフォトニック材料がフラーレン分子を備える、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項3】
前記ナノフォトニック材料がＣ６０フラーレン分子を備える、請求項２に記載の光学フィルタ。
【請求項4】
前記少なくとも１つの基板層が、５～３０ｎｍ、５～２０ｎｍ、５～１５ｎｍ及び５～１０ｎｍから選択された範囲の厚さを有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項5】
前記複数のナノフォトニック層のうちの少なくとも１つが、３～１０ｎｍ、３～７ｎｍ及び３～５ｎｍから選択された範囲の厚さを有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項6】
前記複数のナノフォトニック層のうちの少なくとも１つには、前記少なくとも１つの基板層の前記光学的に透明な材料がない、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項7】
前記層構造が複数の基板層を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項8】
前記複数の基板層及び前記複数のナノフォトニック層が、前記層構造の前記厚さ方向において交互に配置される、請求項７に記載の光学フィルタ。
【請求項9】
前記複数の基板層のうちの少なくとも２つは相互に異なる屈折率を有する、請求項７又は８に記載の光学フィルタ。
【請求項10】
前記複数の基板層のうちの少なくとも２つが、前記層構造の前記厚さ方向における相互に異なる寸法を有する、請求項７～９のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項11】
前記層構造を支持する支持体を更に備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項12】
前記支持体が光学的に透明な材料から作製され、前記層構造上に積み重ねられた支持体層として構成される、請求項１１に記載の光学フィルタ。
【請求項13】
前記支持体がレンズとして構成される、請求項１２に記載の光学フィルタ。
【請求項14】
前記支持体がナノフォトニック材料を含む、請求項１２又は１３に記載の光学フィルタ。
【請求項15】
請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える眼鏡。
【請求項16】
光源と、請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学フィルタとを備える治療ランプ。
【請求項17】
前記光源と前記光学フィルタとの間の光路上に配置され、前記光源によって発せられる光を偏光させるように構成された偏光子を更に備える、請求項１６に記載の治療ランプ。
【請求項18】
前記偏光子が、入射光を直線偏光に変換するように構成された直線偏光子として構成される、請求項１７に記載の治療ランプ。
【請求項19】
前記偏光子が、ブリュースタ偏光子を備えるか又はブリュースタ偏光子として構成される、請求項１８に記載の治療ランプ。
【請求項20】
請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える照明手段。
【請求項21】
請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学フィルタを備えるディスプレイ。
【請求項22】
請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学フィルタとして構成されるか又は前記光学フィルタを備える、ディスプレイ保護箔。
【請求項23】
請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える窓。
【請求項24】
請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える玩具。
【請求項25】
請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える光学レンズ。
【請求項26】
光をフィルタリングするための請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学フィルタの使用。
【請求項27】
前記光が太陽光又は人工光である、請求項２６に記載の使用。
【国際調査報告】