30，comsol仿真半波片/四分之一波片型超表面

在实验室中，从激光器出射的激光先经过一个起偏器得到线偏振光。如果要把这束线偏振光转换为圆偏振光，椭圆偏振光就需要借助四分之一波片。如果要把偏振方向旋转90度，除了旋转起偏器，还可以用二分之一波片。

波片的作用原理是利用了单轴晶体（如石英）的双折射现象。单轴晶体中存在一个方向，这个方向叫光轴。为了描述方便，假定光轴方向是y方向，如下图。

当晶体内的入射光的波矢量k沿着y方向时，此时k平行于光轴，y偏振入射光的传播速度与z偏振入射光的传播速度都一样。

当晶体内的入射光的波矢量k沿着x方向时，此时k垂直于光轴，y偏振入射光的传播速度与z偏振入射光的传播速度显然不同。

定义改变k的方向传播速度不变的偏振光为o光，另一束偏振光传播速度随着k变化而变化的为e光。o光与e光的偏振方向垂直。

波片的原理正是利用k垂直光轴时，o光与e光两者的传播速度不同来将线偏振光转换为其他偏振光。传播速度的不同本质上是因为o光和e光在传播时感受到的折射率不同，而折射率n与光程（2*pi/lamda*n*h）有关。因此随着传播距离增大，o光与e光之间的光程差也随着增大，利用光程差就可以把o光和e光组合演化出各种偏振光了。

如上视频展示，入射光偏振为黄色箭头，传播方向为x方向。将偏振沿着yz分解为蓝色和红色箭头，穿越一个介质（作用等效为四分之一波片）后，黄色的线偏振转换为黄色的圆偏振光。

传统的波片效果跟厚度密切相关，而且往往尺寸也大，肉眼可见。为了实现更小的尺度上构造波片，有利于集成化小型化各种光学器件。利用超表面来构造波片是一个不错的idea。比如很传统的L型金属三明治结构的反射型超表面就可以实现玻片功能。

下面是对于一篇论文的结果复现，作者设计了一个三明治结构，底层一个金属层做全反射，中间的介质层调控FP腔的尺寸，上面的L型金属条负责入射光x偏振转换为y偏振的反射光，整体结构实现了一个反射型半波片的功能。为了表征转换效果，还求解了反射光的线偏振度，圆偏振度，偏振方位角和椭圆率角。

复现结果如下

付费内容如下，包含两个内容

1，本文中那个线偏振转为圆偏振的视频的文件

2，对论文的复现文件，包含上图展示的所有复现结果