红外偏振探测可增强微弱目标的探测,大幅抑制云雾和杂散光的干扰,提高目标清晰度,在遥感探测、气象监测、抗干扰成像、分子手性检测和空间光通信等领域具有重要应用。在多种红外偏振探测途径中,片上集成的像元分离型偏振探测器可实时对目标探测,避免机械运动,具有结构简单,稳定性高,集成化,小型化的优点。圆偏振探测在抑制云雾以及杂散光的气象监测、手性分子检测和空间光通讯等领域具有重要应用。但是,新型的微型圆偏振器件与探测材料集成的物理原理、理论方法、调控机理等尚属空白,红外偏振器件的性能和偏振消光比等关键性能有待提升。量子阱红外探测器的材料与器件工艺十分成熟,具有均匀性高、可重复性、易于集成高等优点,是低成本、大面阵高性能红外偏振（线偏振、圆偏振）焦平面探测更好的选择。但是量子阱红外探测器基于导带的子带间跃迁机理导致其量子效率偏低,这制约了量子阱红外探测器的发展。随着手性超材料、介质超表面和微纳技术的发展,可对光的振幅、相位、偏振与光子模式有效操控。这为集成式红外圆偏振探测器提供了新的途径。本论文主要利用非对称超材料、等离激元微腔和介质超表面等光子微纳结构实现了集成式量子阱红外圆偏振探测,并有效增强探测器性能。论文主要研究了:基于非对称超材料的集成式量子阱红外圆偏振探测器,端面刻蚀的等离激元微腔共振模式提高量子阱红外探测器性能,基于介质超表面的双折射效应实现红外圆偏振探测,主要创新性结果如下:1、为实现高消光比的集成式红外圆偏振探测,构建了非对称超材料与各向异性光电材料集成的红外圆偏振探测器,有效提高了圆偏振消光比与材料的光耦合效率。非对称超材料在左旋光（LCP）入射下的反射光同向极化与交叉极化电场相干相消,在微腔中产生电场z方向分量的表面等离激元模式（SPP）,而在右旋光（RCP）入射下的反射场相干相长,不能激发SPP模式。当各向异性材料的偏振吸收方向与激发的光学模式的极化方向一致,可提高对LCP的吸收。而各向异性材料在其它方向的吸收很低甚至为零,则极大的抑制了对RCP的吸收,从而提高了圆偏振光的消光比并增强了材料的光吸收。在峰值响应波长为10.55μm的量子阱红外探测器上集成了非对称超材料,其峰值响应率为0.32 A/W,比侧面45°斜角磨面器件的响应率提高了一个数量级,圆偏振消光比达到3.6。这种圆偏振辨别红外探测器可与线偏振探测器集成实现全斯托克斯偏振成像,可以增强目标识别,并可以应用于圆偏振光通讯,具有广阔的应用前景。2、针对提高量子阱红外探测器性能,研究了端面刻蚀的等离激元微腔量子阱红外探测器（PC-QWIP）。等离激元微腔可以将入射光有效耦合到亚波长微腔中并极大的提高量子阱激活区的Ez电场强度,从而显著提高量子阱的光电转换量子效率。但这种结构为实现有效的光耦合,量子阱的层数很有限,量子阱的吸收有限,存在很大的欧姆损耗。基于耦合模理论,端面刻蚀可以使PC-QWIP更接近临界耦合状态,同时增加量子阱层数可以增加量子阱的吸收率并降低欧姆损耗。基于该原理的端面刻蚀的PC-QWIP在峰值波长15.5μm处的响应率为5.5 A/W,是未刻蚀的PC-QWIP响应率的2.2倍,是侧面45°斜角磨面器件的12倍。由于刻蚀导致光敏区域的减小,器件的暗电流减少了32%。这种方法对光电探测器性能的提高具有重要意义。3、基于介质超表面的双折射效应构建了一种介质超表面集成的高消光比的量子阱红外圆偏振探测器。建立了一种高性能的介质超表面,利用双折射效应与低损耗特性实现了将入射的圆偏振（左旋光或右旋光）分解成两个高透过率且互相垂直的线偏振光。将具有线偏振辨别能力的表面等离激元增强的量子阱探测器（SPQWP）与介质超表面集成并将夹角设置为45°（或135°）即可实现对左旋光（或右旋光）的探测。采用有限元数值模型计算了集成器件的红外圆偏振吸收谱,这种介质超表面集成的量子阱圆偏振探测器对左旋光的耦合效率达到96%,量子阱的峰值吸收达到28%,而量子阱对右旋光的吸收被抑制得非常低,使得在11.5μm处的圆偏振消光比达到64。数值模型的结构可通过量子阱焦平面工艺实现,可与具有线偏振辨别的SPQWP集成实现全斯托克斯偏振成像。