偏振器是光学系统中常见的基础光学元件,其在图像传感、光学检测等多个领域有主要的应用。随着光学器件的小型化和集成化要求不断提升,对偏振器件的设计和性能要求亦不断提高。亚波长光学元件易于制作小型集成化器件,其中亚波长光栅由于其天然具备的各向异性使其成为了制备小型易集成的线偏振器件的不二选择。传统亚波长线偏振器件主要基于单层金属光栅或双层金属光栅的结构形式,可以兼顾易制备、宽波段和高偏振性能的亚波长光栅器件还较少,且器件应用不同的波段对于尺寸有不同的要求,因而目前对于可应用在宽波段的高性能线偏振器的研究仍是关注的焦点。本论文提出了一种基于纳米光学腔的高性能宽波段亚波长光栅线偏振器,对红外宽波段硅基微腔线偏振器和红外超宽波段硒化锌基微腔线偏振器进行了详细研究,并进行了实验制备和测试验证。论文的主要工作和结果如下:（1）提出了一种基于纳米光学腔的新型硅基亚波长微腔线偏振器。在亚波长介质光栅结构中引入由金属-介质-金属组成的纳米光学腔可显著提高线偏振器的性能。使用时域有限差分法详细研究和设计了由金属铝、介质氟化镁和金属铝构成的单个纳米光学腔和亚波长介质光栅组成的应用在3-5 μm的红外宽波段硅基亚波长微腔线偏振器的性能并与传统无腔光栅结构进行了比较。理论研究表明,该器件对于TE线偏振光具有强反射作用,对于TM线偏振光具有高透过效果。红外3-5 μm波段内,结构优化后的硅基微腔线偏振器的TM透过率大于84%,偏振消光比大于43 dB。与传统的具有相同结构参数（相同金属厚度）的无腔双层金属光栅相比,硅基亚波长微腔线偏振器的TM透过率最大（在3μm处）从26%提升到84%,偏振消光比从25 dB提高到43 dB。基于微腔结构的线偏振器件显著地提高了传统亚波长金属光栅器件的偏振性能,为新型高性能偏振器件的设计提供了新的思路,具有广阔的研究潜力和发展价值。（2）进一步提出并设计了一种结合纳米光学腔和增透层的红外超宽波段（3-20 μm）硒化锌基亚波长微腔线偏振器件。1)详细研究了具有光学增透层的单个纳米光学腔硒化锌基亚波长线偏振器的偏振特性。纳米光学腔由金属铝、介质硫化锌和金属铝组成,增透层材料为氟化钡。研究表明纳米光学腔和增透层的加入显著提升了传统亚波长金属光栅的偏振性能,其中介质增透层整体提升了线偏振器在3-20 μm整个波段的TM光透过率,增透层厚度为150 nm时,透过率平均从82%提升至86%;纳米光学腔大幅提升了亚波长线偏振器的偏振消光比,微腔中介质层厚度为330 nm时,消光比平均从52 dB提升到77 dB。结构优化后的周期为600 nm的硒化锌基亚波长单腔线偏振器在红外超宽波段3-20 μm可以得到大于83%的TM偏振光透过率和大于53 dB的消光比。2)研究了纳米光学腔数量的增加对于硒化锌基亚波长微腔线偏振器件偏振性能的影响。在保持金属层的总厚度和介质腔的总厚度相同的情况下,调整单个纳米光学腔的金属层和介质层的厚度,实现纳米光学腔数量的增加。研究发现,相同金属总厚度和介质层总厚度的条件下,纳米光学腔数量的增加可以大幅提高结构的消光比。此外,双腔或多个腔结构中可以调节的结构参数更多,可以根据功能目标优化结构参数,具有更大的设计灵活性。多纳米光学腔的引入极大程度上改善了亚波长线偏振器件的性能,为今后亚波长线偏振器件的设计提供了更为广阔的思路。（3）进行了硅基亚波长微腔光栅线偏振器的实验制备和性能测试。利用电子束曝光技术、感应耦合等离子刻蚀（ICP）、电子束蒸镀等纳米加工技术对硅基亚波长微腔线偏振器进行了实验制备和性能测试。实验制备的微腔线偏振器与设计的结构参数值非常吻合。实验测试微腔线偏振器在整个3-5 μm波段的TM波透过率大于64%,消光比大于23 dB。实验同时测试了具有相同结构参数的无腔结构的双层金属光栅的偏振性能,并对实验结果进行了分析和讨论。