本论文将介绍结合光栅结构的一系列液晶光子学器件的研究和开发。我们利用液晶折射率电控可调的特性,结合特定的光栅结构设计,在较宽电磁频段内设计实现了一系列具有应用前景的液晶光子学器件。我们通过理论模拟和光学设计优化器件的结构参数,然后利用微纳加工技术手段完成了偏振无依赖的快速响应光开关、基于双层金属光栅的液晶显示增亮膜以及包括自偏振太赫兹相移器、可调太赫兹四分之一波片、太赫兹可调滤波器在内的三种太赫兹液晶光子学器件的设计开发。论文的主要研究内容分为如下三个部分：1.提出了一种基于正交平行结构取向液晶的光开关设计,从理论上对其偏振无依赖性进行了论证,并利用光控取向技术实际制备了液晶光栅从实验上进行了验证。针对实验中存在的问题,分析了其影响因素,进而提出了一种改进的结构设计方案。通过引入正交混合取向的结构设计结合双频液晶材料,利用固定电压调节频率来实现开关响应,这样既能保持器件的偏振无依赖性又使开关响应的速率提高了一个数量级以上。经过进一步优化结构参数,最终获得了开关比超过20dB、偏振无依赖性能优异、响应时间达到亚毫秒量级的光开关,并分析讨论了进一步提高这类器件性能的可能方案。2.针对液晶显示器中光能利用率偏低这一现实问题,我们提出了一种有效的改进方案。具体为利用亚波长金属光栅的偏振选择特性取代液晶显示面板中的吸收型后偏振片,结合液晶显示背光模组的退偏特性,最终通过反射部分光能的循环利用达到面板增亮的效果。通过对普通单层线栅的模拟,我们认为其偏振对比度不够高,无法满足代替传统吸收型偏振片的要求,因此我们进一步提出了新型双层金属线栅的结构,并采用严格耦合波分析法对所设计的双层线栅的光学性质进行模拟和优化,得出了一组最优的光栅结构参数,最终计算获得了采用该金属光栅增亮膜后液晶显示面板的理论增亮效果,较比传统吸收型偏振片能够增亮80%。我们初步进行了利用纳米压印技术实现上述亚波长金属线栅偏光片的制备尝试,获得了周期180nm的双层金属光栅结构,但工艺尚待进一步摸索优化。3.针对太赫兹波段可调控光子学器件的广阔应用前景和独特要求,利用液晶与光栅结构的结合,我们设计并实现了三种太赫兹波段的液晶光子学器件。首先,考虑到太赫兹波段的暂无合适的透明电极薄膜材料这一实际情况,我们利用亚波长金属光栅的导电性及其对不同偏振的选择性,提出在液晶盒中引入亚波长光栅既作为透明电极,又作为整个器件的偏振片这一设计。基于上述设计,我们实现了太赫兹液晶相移器的制备,在0.2-1.8THz的有效测量范围内,实现了最大66°的相移,且相移值大小可由外加电压来连续调节。基于上述工作,我们进一步设计了太赫兹可调四分之一波片。近太赫兹源(?)侧电极设计不变,另一侧电极尺寸扩大至波长量级,使其依然可以承担透明电极的作用但不再具有波长选择特性。同时,我们通过光控取向技术更精确地控制液晶层的初始取向,并引入在太赫兹波段呈现大双折射率的液晶材料,在实现相同调制量的前提下明显降低了盒厚。基于上述设计,我们实现在0.7-2.0THz波段通过外场调节精确匹配对应频率的位相延迟达到四分之一波长。最后,基于厚金属光栅的亚波长介质狭缝中电磁波传播的类F-P效应,我们设计了一种太赫兹滤波器,并进一步将液晶材料作为金属光栅狭缝中的介质,利用液晶的外场折射率可调特性改变透射峰位,进而实现了太赫兹可调滤波的制备。我们通过仿真计算对该器件结构参数进行了优化,并通过温调液晶折射率获得了初步的实验结果验证。