ガラスキューブのライトやランプはなぜ透明？光の選択透過とは

主成分の透明度が高い

ガラスの主成分は、珪砂という「砂」です。砂と聞くと茶色で透明とは無縁なものというイメージがあります。しかし珪砂は変わった砂で、透明な鉱物として知られている水晶と同じ成分なので、一般的な砂とは違って透明度が高いのが特徴です。

非結晶である

ガラスは、結晶構造を持たない「非晶体」です。結晶体は粒界と呼ばれる結晶の境目があるので、光が散乱して不透明になってしまいます。

一方、ガラスは主成分が網目状に結び付いているような構造で、珪砂を高温で熱して溶かし、冷やして固めて完成する物質です。元々透明度が高い珪砂ですが、溶かして固めると結晶構造が崩れ、見た目は固体ですが液体に近い状態になっていきます。粒界が存在しないため、光が散乱することはありません。光が真っ直ぐと向こう側に届くことで、ガラスが透明に見えるのです。

表面が平滑である

ガラスが光を通して透明に見えるのは、ガラスの表面が滑らかであることも大きく関係しています。透明なガラスの表面に刃物を当てて傷を入れると、傷は白く見えるでしょう。これは傷の凹凸部分で光が乱反射することが原因です。

表面が滑らかであればあるほど、透明度の高い状態は維持されます。一方、あえて傷をつけると、透明なガラスとはまた違った場面で用いられる物質である「すりガラス」となるのです。すりガラスは光を入れたいけれど視界を遮りたい、というときに使うことができます。

ガラスにおける光の選択透過とは？

ガラスに対して光の選択透過を与えるためには、吸収と反射の2つの方法があります。熱戦吸収板ガラスやUVカットフィルターは、不要となる波長部分をガラス内で吸収することで、選択透過が可能です。

一方で反射の場合は、ガラスの表面に高屈折率と低屈折率の薄い膜を多層で構成し、必要となる波長を反射もしくは通過します。対象とする波長域や反射と透過の割合は、自由に設計できるのが特徴です。

反射防止にも多層膜が役立っている

多層の構成を作り、あえて反射をさせて選択透過をするのですが、実は反射を消すことも同じように多層膜の技術を用いています。

反射防止コーティングは、今や当たり前のように使用されていますが、潜望鏡などのレンズやプリズムの高性能化に伴って発達しました。現在でもカメラには何枚も組み合わさったレンズを使っており、反射防止は欠かすことができない性能です。

レンズの界面の反射を抑えれば、透過度がアップして明るいレンズとなるでしょう。