随着人们对通信容量需求的提升,光通信系统对器件性能的要求不断提高,促使光电子器件朝着具有易集成、高性能、低功耗、小体积的方向发展。基于衍射光学(例如,光栅、菲涅耳透镜)和薄膜光学(例如,介质滤波器,布拉格反射器)的平面组件已经存在几十年。但近年来随着表面元理论的不断完善和微纳制造技术的不断提升,让平面元件再次成为研究的热点。其中,亚波长光栅是一种新型的微纳结构的光栅,通过调控光栅的结构和尺寸可以控制光的基本属性(幅度,相位,极化),基于这一原理可以实现对光电子集成器件灵活的设计。本论文主要以亚波长光栅应用于光电子集成器件的设计与研究为出发点,重点研究了圆柱型亚波长光栅对光场的调控特性;设计了具有偏振不敏感、高反射率和汇聚特性的圆柱型亚波长光栅;对比分析了具有正四边形和正六边形排布方式的圆柱型亚波长光栅对光场调控的特性;研制并测试了具有角度偏转功能的非周期亚波长光栅反射镜。具体研究内容和创新性成果如下:1、提出了一种具有偏振不敏感、高反射率和汇聚特性的圆柱型亚波长光栅。这一圆柱型亚波长光栅采用正六边形阵列的排布方式,对波长为1550nm的入射光可实现焦距为6μm反射汇聚,焦斑的半高全宽为1.14μm,焦深为1.73μm,反射率为61.3%。从微观上圆柱结构具有旋转对称性,相比于此前提出的二维块状结构的亚波长光栅,基于圆柱型亚波长光栅设计的器件更易实现偏振不敏感的特性。2、对比分析了具有正四边形和正六边形排布方式的圆柱型亚波长光栅对光场调控的特性。本论文分别以正方形和正六边形阵列设计了两种基于圆柱型亚波长光栅的平面汇聚反射镜,对比分析了排布方式对汇聚效果的影响,并得出圆柱型亚波长光栅采用正六边形阵列的汇聚效果更好的结论,特别是在汇聚平面能量峰值上采取正六边阵列排布是采取正方形阵列条件下的1.64倍。这一结论将对圆柱型亚波长光栅阵列的设计具有指导意义。3、研制并测试了具有角度偏转功能的非周期亚波长光栅反射镜。由于“一镜斜置三镜腔”光探测器的顶部需要集成一个具有小角度偏转功能的反射镜,而能够实现角度偏转功能的非周期亚波长光栅平面反射镜恰好是一个好选择。基于一维亚波长光栅设计、制备并测试了具有角度偏转功能的平面反射镜,实验测得该反射镜可实现17°左右的偏转反射。