誘電体コーナーリフレクターの反射メカニズム：エバネッセント波とグースヘンチェンシフトの回折の役割

ナノおよび微細構造は、広い波長範囲で動作する非対称光透過（ALT）フィルター用に開発されています。ALT特性を備えた最も単純な構造の1つは、片方の表面に三角形の1次元の格子を含む誘電体のコーナー反射器（DCR）です。DCRは、三角形のグレーティング内の複数の総内部反射（TIR）のために、一方向の光照明に対してのみ強い反射を備えています。光の波長よりもはるかに大きい三角形の構造の場合、反射特性は幾何学的光学によって完全に記述されると予想されます。ただし、幾何学的光学系は、TIRのエバネッセント波によって引き起こされるGoos-Hänchen（GH）シフトを考慮していません。この作業では、DCRの反射メカニズムは、GHシフトを考慮して構築された有限要素法と定量モデルを使用して解明されます。DCRの反射の減少は、三角形構造の角にあるエバネッセント波の回折によって支配されています。私たちのモデルは、単純な数学に基づいており、放射冷却などの広い波長範囲に対処するアプリケーションのDCRジオメトリを最適化できます。

Nano- and microstructures have been developed for asymmetric light transmission (ALT) filters operating in a wide wavelength range. One of the most straightforward structures with ALT properties is a dielectric corner reflector (DCR) comprising a one-dimensional grating of a triangular shape on one surface. The DCR possesses strong reflection only for one-way light illumination due to multiple total internal reflections (TIRs) inside the triangular grating. For triangular structures being much larger than the wavelength of light, the reflection properties are expected to be fully described by geometrical optics. However, geometrical optics do not account for the Goos-Hänchen (GH) shift, which is caused by the evanescent wave of the TIR. In this work, the reflection mechanism of DCRs is elucidated using the finite element method and a quantitative model built by considering the GH shift. The reduction in reflection of the DCR is dominated by diffraction of the evanescent wave at the corner of the triangular structure. Our model is based on simple mathematics and can optimize the DCR geometry for applications addressing a wide wavelength range such as radiative cooling.