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圆偏振二色性器件在全斯托克斯偏振成像、量子计算、自旋光学通信、光学显示、生物光学成像与传感,圆二色性光谱等众多技术领域具有广泛的应用。目前高性能可集成的圆偏振二色性器件的理论设计和实验制作技术的相对滞后是制约相关技术领域发展的一个瓶颈。本文重点研究具有亚波长结构的圆偏振二色器件的机理及特性,设计、制作并实验验证具有高圆偏振二色性、宽波段的圆偏振二色性器件。针对全偏振成像的应用需求,进行了全介质像素式全斯托克斯偏振成像器件的设计和实验制备研究。具体研究内容及创新成果如下:（1）提出并实验制备了三维金属螺旋面结构的圆偏振二色性器件。该器件由基底层、亚波长螺旋结构阵列和金属螺旋面组成。理论研究并优化设计了单圈三维金属螺旋面结构的圆偏振二色性。数值模拟表明该结构的圆偏振二色性在中红外波段（3-5μm）可达90%以上。随后,进一步理论研究了多圈金属螺旋面结构的圆偏振二色性,得到了在4.0-8.5μm的大波段范围内的圆偏振二色性大于80%的结果。为了获得实验上容易制作的三维金属螺旋面结构,进一步研究并设计了具有全金属覆盖三维螺旋面结构的圆偏振二色性器件。数值模拟结果表明该结构的圆偏振二色性在70%以上。采用三维激光直写技术制作了全金属覆盖的三维螺旋面阵列结构,并搭建了在3-5μm波段的圆偏振二色性实验检测装置,实验测得在3-5μm波段内的圆偏振二色性平均值为50%（最大达65%）,验证了理论和设计的正确性,为三维金属螺旋面圆偏振二色性器件的实际应用奠定了基础。（2）提出并实验验证了一种全介质超表面二维―Z‖型手性结构的圆偏振二色性器件。该器件由二氧化硅基底层、硅层以及刻蚀在硅层中的―Z‖型狭缝阵列构成。理论研究表明,该结构在较宽的波段（1.49-1.61μm）范围内的平均圆偏振二色性在75%以上;在共振波长处,最高圆偏振二色性接近100%,消光比IRCP/ILCP达345(IRCP右旋圆偏振透光率,ILCP为左旋圆偏振透光率)。同时,我们研究了这种全介质超表面手性器件的特殊光学性能:对于入射的左旋圆偏振光来说,该器件类似于平面反射镜,几乎反射所有的左旋圆偏振光。反之,对于入射的右旋圆偏振光来说,该器件相当于一个四分之一波片,透射光的偏振态为一固定偏振方向的线偏振光。基于化学气相沉积法、电子束曝光直写工艺、电感耦合等离子体刻蚀等工艺实验制备了全介质超表面二维―Z‖型手性结构的圆偏振二色性器件。测试结果显示,该器件在1.52-1.62μm波段的平均圆偏振二色性在55%以上。同时,实验验证了该器件具有理论上的特殊光学性能。（3）基于全介质―Z‖手性型结构优良的圆偏振二色特性及其在半导体器件集成和制备工艺兼容等优点,提出并实验制备了包含多取向线偏振和圆偏振结构的可进行全斯托克斯偏振成像的全介质像素式偏振器件。理论研究表明,和圆偏振二色器件结构上兼容的全介质光栅线偏振器在1.47-1.70μm波段范围内的消光比（10log（TM/TE））保持在20dB以上,最高可达75dB,TM光的透过率在1.47-1.70μm波段接近100%;对于―Z‖型圆偏振二色性器件,在1.49-1.61μm波段内的圆偏振二色性在75%以上。选用商用的绝缘硅片（SOI）设计并制备了可以用于全斯托克斯偏振成像的全介质像素式偏振器件。理论上,基于该材料的线偏振器在1.45-1.6μm波段消光比最低为20dB,最高可达70dB;基于同样材料的圆偏振二色性器件在1.47-1.54μm波段内的圆偏振二色性平均可达60%以上,在1.6μm波长处圆偏振二色性可达90%。通过实际器件制作和实验测量表明,该线偏振器件在1.47-1.55μm波段的消光比达20dB以上,同时在1.6μm波长处的消光比接近20dB,TM光的透过率大于80%;全介质圆偏振二色性器件在1.48-1.53μm的平均圆偏振二色性为55%,在1.6μm处的圆偏振二色性为70%。该器件可实现在1.48-1.53μm波段以及1.6μm波长处的全斯托克斯偏振成像。