偏振是电磁波的一种基本属性,在电磁波与物质相互作用过程中发挥着重要作用。偏振转换是偏振光学领域的一项重要研究内容,被广泛应用在气象观察、无线通信、分子检测等领域。实现对电磁波的偏振转换,传统的方法主要基于布鲁斯特效应和双折射效应,其缺点是光学器件厚度厚且工作带宽窄。近年来,基于人工电磁结构的超材料和光学天线为偏振转换提供了一条新思路,基于光学天线的偏振转换器具有独特的电磁特性,同时能满足器件微型化、集成化的发展需求,已经被广泛用于高性能微波波段、太赫兹波段偏振转换器的设计与制备。本论文开展基于光学天线的红外偏振转换器的设计、制备及测试,主要的研究成果如下:(1)基于经典三明治结构,利用HFSS电磁仿真软件,理论设计了一种新型双杆状超表面红外偏振转换器。该偏振转换器由双杆金属光学天线阵列组成,通过对表面激发产生三个等离子体谐振频率的叠加,实现了宽带偏振转换性能。仿真结果表明,当线偏振电磁波正入射时,在24.9THz-44.2THz范围内,偏振转换效率高达90%,半峰全宽为21.7THz。(2)对双杆金属光学天线阵列的偏振转换机理进行了分析。其工作原理与传统各向异性介质基本相同,通过在两个正交方向的电场分量引入不同的相位延迟,最终对入射电磁波进行偏振转换。区别在于光学天线的厚度非常薄,且偏振转换灵活。借助金属光学天线单元结构的表面电流分布和电场分布,进一步分析了单元结构参数对偏振转换性能的影响。同时,研究了宽带偏振转换性能对入射角度的敏感性。仿真结果表明,当入射角小于20°时,偏振转换效率基本保持不变。(3)根据理论设计,实验成功制备出双杆金属光学天线样品,并验证了器件功能。具体器件制备步骤包括:电子束蒸发制备铜薄膜和硒化锌薄膜、电子束曝光制备表面周期性双杆金属图案。同时,搭建了可控角度的傅里叶变换光谱测试平台,对样品的偏振转换性能进行测试。测试结果表明,当线偏振电磁波沿15°入射时,在26.2THz-43THz范围内,偏振转换效率为70%,半峰全宽为16.9THz,与仿真结果基本相符。最后,对测试结果的误差进行分析,结果表明误差是由于入射电磁波在金属光学天线表面散射、以及仿真计算过程中介质隔离层材料参数和厚度的差异引起。