随着微加工工艺的发展和微光学应用领域的拓宽,微光学器件的特征尺寸不断缩小,亚波长光栅(SWG)应运而生,其偏振特性类似单轴晶体的双折射效应,这说明SWG将能够实现双折射材料具有的光学功能,可以用于多种偏振功能,如波片、偏振分束器和相位延迟器等。本论文主要以亚波长光栅的宽光谱消色差相位延迟器为研究对象,基于严格耦合波理论对光栅型的相位差和衍射效率(包括反射衍射效率和透射衍射效率)进行了分析,以90°的相位差为适应度评价函数,利用遗传算法的工具箱对光栅结构参数进行自动寻优,从而得到最优光栅结构参数,以实现高精度和高衍射效率的相位延迟器。本文主要开展的工作如下:首先分析亚波长光栅和介质膜光栅的衍射特性,对其理论分析过程进行了详细的阐述;其次针对相位延迟器中常用的1053 nm和1550nm两个中心波长,基于上述优化设计方法,设计了三种光栅结构实现宽光谱1/4波片消色差相位延迟,获得了以下研究结果:(1)以1550 nm为中心波长,采用单层光栅结构,实现了1350~1750 nm范围内,TE波和TM波的相位延迟量控制在90°±2°,衍射效率在80%以上,带宽可达到400 nm;(2)以1053 nm为中心波长,设计了夹层式的亚波长金属介质膜光栅结构,带宽为300 nm范围内相位延迟量在90°左右,最大偏差小于2.3%,且TE和TM波的衍射效率均高于90%;(3)以1053 nm为中心波长,设计了多层金属介质膜光栅(MMDG)的消色差相位延迟结构,优化后的相位延迟器在900~1200 nm范围内相位延迟最大偏差小于4.5%,且TE波和TM波的衍射效率均高于95%。所设计的三种光栅结构都有较大的工艺容差,性能上满足光学领域对相位延迟器的要求。