光学滤波器件是一类根据波长、振幅、偏振态等特性不同进行光束分离提取的器件,被广泛应用于光纤通信、光电成像、光电检测等领域。随着信息技术的高速发展,业界对于光电系统的集成化提出了越来越高的要求,类似于电子学中的“集成电路”,提出了“光子集成”的概念。光子集成要求光电器件尺寸低至微纳米量级,这对于基于天然双折射晶体或者多层介质膜构成的传统光学滤波器件是很难实现的。因此,探索新型微纳尺寸光学滤波器件成为目前迫切的发展需求。超表面材料是一类基于新原理工作的人工结构材料,其独特的电磁响应特征有望为实现高性能、高度集成的滤波器件提供一种全新的技术途径。本文在硅纳米砖阵列这一新型超表面材料的研究基础上,系统的开展了硅纳米砖阵列实现光学滤波的机理、方法、特性和器件设计等一系列研究工作,其主要内容概述如下:第一章,介绍了超材料技术的研究现状,传统光学滤波器件面临的困境以及超表面材料的发展趋势,为本文选择硅纳米砖阵列作为滤波特性研究对象阐明了背景和意义。第二章,详细阐述了电介质超表面材料的等效介质模型、位相操控机理以及米氏谐振理论,为本论文对于硅纳米砖阵列的滤波特性研究奠定了理论基础。第三章,从电介质硅纳米砖阵列的异常反射现象出发,借助电介质超表面材料的米氏谐振理论,并利用CST、COMSOL等电磁仿真软件平台建立起硅纳米砖阵列单元结构的电磁仿真模型。基于该模型,开展了针对偏振分光滤波器件单元结构的结构参数优化工作;分析研究了硅纳米砖阵列单元结构的硅天线尺寸参数与其中心响应波长之间的一般联系;利用模型仿真分析了偏振分光滤波器单元结构中纳米砖天线的长度、宽度、排布转角的制造误差对于器件滤波性能的影响情况。这些工作为硅纳米砖阵列滤波器件的设计提供了单元技术研究基础。第四章,基于纳米砖阵列,设计出一种45°入射的偏振分光器件,阐述了这种分光器存在的谐振衰减峰的成因和特点;设计出基于纳米砖阵列的增透和增反的滤波器件,分析了其大带宽、高效的技术特征;探索纳米砖阵列同时实现偏振分离和位相操控的方法,设计出一种多通道偏振分离器件,分析了其几种可能的工况;探索了基于硅纳米转阵列的偏振分离器件在偏振相机中的潜在应用。以上各种光学滤波器件的成功实现,证明了硅纳米砖阵列实现高效滤波的可行性。第五章,总结了本文完成的工作,并对未来研究方向做出展望。