高密度深刻蚀光栅表现出了有用的光学功能，例如偏振分束和1×2分束。这里，高密度表示周期具有波长量级或者亚波长量级，深刻蚀表示深度达到波长量级或者几个波长量级。基于高密度深刻蚀光栅，能够设计新型的微光学元件。偏振分束器和1×2分束器是两种常用的光学元件，偏振分束器能够将两种偏振态相互垂直的光束分为不同的传播方向，1×2分束器能够把一束入射光分成两束能量相等的出射光。与其它普通光学元件相比，高密度深刻蚀光栅微光学元件结构紧凑，易于小型化和集成化，并且插入损耗小，是一种无热器件。尤其是深刻蚀熔融石英光栅，损伤阈值很高，热膨胀系数小，这些特性使得它们能够适用于高强度激光系统中。本论文探讨了高密度熔融石英光栅的深刻蚀技术，通过严格耦合波分析矢量衍射理论优化设计了具有高效率的高密度深刻蚀石英光栅偏振分束器和宽带1×2分束器，并利用全息记录和感应耦合等离子体干法刻蚀技术给出制作实例，基于模式方法，对于高密度深刻蚀透射光栅给予物理机制解释。　　 高密度光栅具有新颖的衍射效应，深刻蚀或者大面积的高密度光栅是有用的光学元件。描述了高密度深刻蚀熔融石英光栅的详细制作过程，包括掩模版的制作工艺。利用全息记录和感应耦合等离子体干法刻蚀技术制作了高密度深刻蚀熔融石英光栅。从扫描电子显微镜图像可以看出，所制作的光栅周期为890 nm、深度达到3.6μm，具有高深宽比8.09：并且得到面积为55×55 mm2高密度熔融石英光栅，周期为400nm，光栅表面均匀。实验证明感应耦合等离子体技术是一种有效的制造新型熔融石英光栅微光学元件的干法刻蚀方法。　　 偏振分束器是一种常用的光学元件。描述了高密度深刻蚀石英偏振分束光栅及其物理机制解释。针对常用激光波长351、441.6、532、632.8、800、1053和1550 nm，为了获得高消光比和高衍射效率，利用严格耦合波分析数值计算优化了光栅周期和深度。这些数值结果和物理解释有助于设计和制造高消光比和高衍射效率偏振分束光栅。利用全息记录和感应耦合等离子体刻蚀技术制作了石英偏振分束光栅。在1550 nm波长处，对于TE偏振光，-1级的实验衍射效率接近于80％：对于TM偏振光，0级的实验衍射效率大于85％。对于TE/TM偏振光，此透射偏振分束光栅的物理机制能用模式方法中的有效折射率来解释。如果入射光在光栅区域所激发的两个模式在光栅基底的相位差满足π的偶数倍或者奇数倍，那么光栅在0或者-1级高效率衍射，这种解释是模式方法的一个有用的延伸。　　 常用的基于多层介质膜的宽带分束器也是非常有用的光学元件。笔者描述了利用二元熔融石英相位光栅实现透射宽带1×2分束器。为了针对1550 nm波长在0和-1级获得高衍射效率和均匀度，利用严格耦合波分析优化设计了光栅轮廓参数。通过全息记录和感应耦合等离子体干法刻蚀技术，制作了该熔融石英分束光栅。在利特罗入射下，测量的衍射到两个级次的效率为(4.5％×2)=90％。这种宽带1×2分束光栅的物理机制可以利用模式方法，基于入射光所激发的两个模式的双光束干涉进行很好的解释，即在光栅基底界面的相位差满足π/2。这种宽带光谱下的高效率是不能用标量光栅理论来解释的。　　 熔融石英具有高光学质量，是一种理想的光学材料，损伤阈值非常高。更重要的是，它具有从深紫外到远红外的宽透射谱。由于结构紧凑、制作过程简单并且易于大量生产，所设计和制作的高密度深刻蚀石英光栅分束器是光通信和光学信息处理系统中有用的器件。