圆柱型矢量光束是最典型的空间非一致偏振光。在光学领域中,圆柱型矢量光束在成像、测量、传感及信息处理等领域均具极为广泛的应用。光的偏振态是微观上光子自旋的表现。宏观上产生包括圆柱型矢量光束在内的空间非一致偏振光,意味着微观上对光子自旋的操纵。这种操纵对探寻光的物理本质具有重要意义。因此,产生圆柱型矢量光束是当今光学技术中重要的研究方向之一。本研究选择了使用亚波长纳米结构光栅器件产生圆柱型矢量偏振光。利用该方法产生的圆柱型矢量光束性能优越。研究中设计的器件符合光学研究微观化、集成化的发展方向。本文对亚波长纳米结构光栅器件的研究现状进行了总结,并针对该领域中存在的问题展开科研,取得了如下创新性成果:1.利用严格耦合波理论,系统的分析了入射偏振光与亚波长纳米结构光栅之间的相互作用,并建立了亚波长纳米结构光栅的数学模型。利用亚波长尺度光栅模型分析了光栅物理参数与入射光物理参数改变对光栅透射光与反射光的影响。根据分析结果得出结论:当光栅周期一定程度上小于入射光波长时,光栅透射光的能量会集中于0级次,其他高级次的光能趋于零;入射光经亚波长光栅作用后,0级次透射光的x方向偏振分量和y方向偏振分量之间会产生相位差。以严格耦合波分析理论为依据,实现了对这一相位差的精确计算,建立了设计、研制亚波长纳米结构光栅器件的理论基础。2.提出了一种设计亚波长纳米结构光栅器件的方法。该方法包括对器件表面亚波长光栅局部结构的设计和光栅整体空间分布的设计。通过局部结构设计,确定了亚波长光栅的几何结构。该结构在局部可将入射圆偏光转换为特定方向的线偏光;在亚波长光栅整体空间分布的设计部分,本文建立了器件表面光栅分布与期望产生的出射圆柱型矢量光束的数学对应关系。利这一关系可以获得多种产生不同类型圆柱型矢量光束的亚波长光栅分布。3.利用本文提出的亚波长纳米结构光栅器件设计方法,设计了数种具有不同亚波长光栅空间分布的器件。其中,四区域构型器件设计简单、便于加工,可以产生近似的径向偏振光与角向偏振光,应用在对出射光束偏振性要求不高的场合。同心圆环构型器件和产生径向偏振光与角向偏振光的器件能够产生4种常规圆柱型矢量光束。最后,设计了两种复合式结构器件。它们可以产生两种特殊形式的圆柱型矢量光束。这两种圆柱型矢量光束无论是在偏振态分布还是聚焦特性上都具有独创性,具有很高的光学技术应用价值。4.详细论述了加工制造亚波长纳米结构光栅器件的工艺与方法。使用光学微纳加工技术,制造了由铟锡氧化物构成的可以产生径向偏振光与角向偏振光的亚波长纳米结构光栅器件。设计了测试亚波长纳米结构光栅器件的实验方案,并在光学平台上完成了测试光学系统的搭建。利用该光学系统对加工完成的器件进行了测试,证实了该器件可以将入射的532nm圆偏光转化为径向偏振光与角向偏振光。5.在对器件功能验证的基础之上,进一步测量了器件出射光束的斯托克斯参量和偏振参数。分析了影响器件出射光光学性能的各个因素（包括入射光角度与加工精度等因素）,并结合测量结果,对加工器件的光学特性做出了评价。得出了该器件产生的径向偏振光与角向偏振光在局部具有良好的偏振方向性与椭圆度的结论。最后,通过与金属型光栅偏振器件对比,证明了该器件具有更高的能量利用率。