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▌R1-DFG 在多层膜介质光栅中的应用
利用衍射效率表征由多层膜介质光栅组成的复杂准三维亚波长结构的光波调控能力
光栅
衍射效率
准三维亚波长结构
角分辨光谱
【概述】借助于亚波长的尺度优势，人工微结构是增强光与物质相互作用的重要物理体系之一。其中，一种由光栅和光学薄膜结合的准三维亚波长结构具有灵活的光波调控能力。异常偏折是调控光波最基本的方式之一，精确测量由该结构产生的异常偏折光是后续结构优化的关键步骤。
2022 年，同济大学王占山教授、程鑫彬教授团队在 Science Advances 上发表了一篇题为《Perfect anomalous reflectors at optical frequencies》的文章，作者设计了一种由多层膜介质光栅组成的准三维亚波长结构，结合完美异常反射所需要的能流分布理论，通过改变多层膜的相位响应来调控传输波和布洛赫波产生的横向能流，实现高效率异常反射。
【样品 & 测试】该结构由光栅、SiO₂ 间隔层以及 Si/SiO₂ 多层膜构成。作者通过多层膜的相位响应来调节系统内的横向能流，以使实际的能流分布满足完美异常反射需要的能流分布，得出多层膜相位响应与异常反射效率的关系，其中 75° 完美异常反射由于反射角较大，需进一步优化光栅参数结合相位响应进行分析，最终得出完美异常反射下的结构参数。
图2，多层膜的相位响应对异常反射效率。(a)40°完美异常反射模拟结果(b)75°完美异常反射模拟结果
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图3(a)与图3(c)为根据模拟结果使用离子束刻蚀工艺实际制备出的表面光栅形貌，分别对应40°完美异常反射结构与 75° 完美异常反射结构。 图3(b)与图3(d)为作者使用复享 R1-DFG 光栅衍射效率光谱系统，借助角分辨光谱测试方法测得的衍射光谱，根据衍射光谱计算衍射效率，从而得出该结构的异常反射效率。
图3，完美反常反射样品测试。(a)40°完美异常反射表面光栅形貌(b)40°完美异常反射结构宽带效率(c)75°完美异常反射表面光栅形貌(d)75°完美异常反射结构宽带效率
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【总结】综上，作者提出了一种由光栅和多层膜结合的准三维亚波长结构，通过控制不同阶数电磁波复杂的多重散射，增强了整个系统横向能流的调控能力，实现了完美异常反射。在光波调控能力表征中，复享光学的 R1-DFG 光栅衍射效率光谱系统是此类微结构的有力工具。▌
图4，复享 R1-DFG平面光栅衍射效率光谱测试系统对文中衍射光谱的表征
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【参考文献】
✽ He T; Liu T;Xiao S;,et al.Perfect anomalous reflectors at optical frequencies[J]. Science advances (2022, 8(9): eabk3381.). Link
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