全息光栅是一种广泛应用于光谱仪器的分光器件,也是光谱仪器的核心器件。光栅分光能力将直接制约着光谱仪器的分辨本领。就目前国内光谱仪器高端市场主要为国外品牌所垄断的现状,积极研发具有自主知识产权的高性能分光器件的经济价值十分突出。本论文依托于国家重大科学仪器开发专项--高性能光谱仪器关键元器件与部件的应用及工程化开发(2011YQ15004004),以傅里叶合成曝光为基础,重点研究特种全息光栅(包括全息中阶梯光栅,亚波长金属线栅)的全息制作工艺,并理论研究了双层金属线栅结构的偏振特性及其潜在的应用。作为高端光谱仪器的核心分光器件,目前中阶梯光栅产品的制作技术仅为国外几家公司所掌握,且均采用机械刻划和镀膜复制的方法制作而成。本文以傅里叶级数为依据,提出了一种任意槽型闪耀光栅的全息制作方法,并以中阶梯光栅为例,设计了全息光路,精确控制了各傅里叶级数的匹配叠加,曝光显影后在光刻胶上实现了近似的中阶梯光栅槽型,为全息闪耀光栅的制作提供了一种新的思路。较传统的机械刻划光栅,全息光栅具有快速、低成本、无鬼线等优点,对制作环境也较为宽松,且光路参数可以自由调整,理论上可以能够制作任意槽型的闪耀光栅。金属线栅偏振器是一种以微纳结构为基础的新型偏振器件,较传统的晶体双折射偏振器件体积更小、性能更优,因此已经广泛使用于光线通信、LCD显示、偏振光成像等领域。然金属线栅的制作通常使用电子束直写和纳米压印技术,工艺复杂成本高。本文结合实验室现有的全息工艺基础和离子束蚀刻条件,设计并制作了一种近红外波段的金属线栅偏振器,测试结果显示该偏振片基本上达到了设计指标,能够使用于近红外波段。利用FDTD算法(时域有限差分法)分析了各种结构参数对金属线栅偏振器性能的影响,为金属线栅偏振器的设计提供理论依据;就目前市场暂无紫外波段的线栅偏振器的现状,根据双层金属线栅的特性,设计了一种可调谐式金属线栅偏振器,运用压电陶瓷的调谐作用,使得特定波长的TM透射增强而TE偏振干涉相消,从而极大地提高双层线栅结构的消光比,因此该器件可使用于紫外波段,有效地将金属线栅偏振器的应用波段扩展至深紫外波段。另外,仿真分析发现,双层金属线栅结构具有丰富的物理现象,除单层金属线栅的偏振特性外,当两层线栅的间距在波长量级以内时,还具有表面波耦合效应,即产生特定波段的透射增强;当线栅的间距远大于入射波长时,双层线栅表现为F-P腔的特性,即满足谐振条件的特定波长干涉相长,从而获得较高的透过率,不满足谐振条件的波长干涉相消,透过率降低。减反射表面一直是应用光学的研究热点,已广泛应用于光纤通信、太阳能电池、光电探测器等光学系统和光学器件。针对激光系统的光学反馈敏感性,设计了一种极低反射率的双层光栅表面,正入射时反射率可以低至10-4,较普通的单层光栅抗反射结构有很大的提高。利用双层金属线栅的F-P腔特性,提出了一种改进型的F-P腔折射率传感器,较常见的F-P腔传感器不同,该器件具有TM偏振和TE偏振的两路信号,可根据两路信号的位相关系判断折射率的增加或者减小,即可以判断折射率的变化趋势,因此该器件可应用于化学可逆反应的实时监测等领域。