偏振探测技术不断发展,由早期的分时式、分振幅式、分孔径式不断演变为目前应用最多的更为集成化的分焦平面的集成阵列式结构,并且一直在往小型化和高度集成化发展。分时式探测结构,其结构简单探测空间分辨率高,但是不能够同时获得多角度的偏振信息,探测器时间分辨率较低;分振幅式探测结构,可以实现实时探测,但探测系统装配精度要求高,并且要求长时间保持;分孔径式实现了实时探测,但是探测装置体积和重量大,空间分辨率损失大;分焦平面式实现了更加集成化的探测,其实时性好,但是,由于在单个单元内,每个像素只记录一部分必要的强度信息,会影响测得信息的空间分辨率,会引入虚假偏振信息。目前解决此问题的方法只能对已有的探测信息进行后期计算,是对真实偏振信息的近似估计,并不能够从根本上解决虚假偏振的问题。受到昆虫眼睛结构的启发,利用少层黑磷本身的偏振敏感性,以及少层黑磷相对于其他二维材料在可见光波段具有可观的透光性优势,本文提出了一种基于二维材料黑磷的仿生堆叠偏振探测结构,可以在单像素中实时测量三方向的光强信息,并解算出入射光线偏振态,为更高精度的偏振图像传感器提供了解决方案。本文首先对偏振探测传感器的结构特点和探测原理进行了总结和归纳,分析了目前偏振探测传感器存在的问题。同时,本文对低维偏振敏感材料的特性进行了比较,分析了低维偏振敏感材料的研究现状。在此基础上,提出了一种基于二维材料黑磷的仿生堆叠偏振探测结构,以解决目前偏振探测传感器存在的问题。其次,本文针对于提出的新型基于二维材料黑磷的仿生堆叠偏振探测结构进行了系统的理论分析。本文基于斯托克斯矢量和米勒矩阵对传感器进行了理论建模分析。本文应用了增透膜理论设计方法对传感器的关键膜层参数进行了设计,在此基础上,使用斯托克斯矢量和米勒矩阵建立了传感器的传输模型,并进行FDTD仿真设计验证。再次,在理论分析设计并验证其可行性的基础上,本文对传感器进行了工艺规划。传感器的工艺制造内容主要包括基于黑磷的晶体管的制造以及多层器件的对准键合工艺。晶体管制造主要包括机械剥离获取少层材料,并在此基础上结合光刻溅射工艺制备金属电极。对于多层器件的对准键合本文设计制造了高精度的键合平台。最后,本文对本文设计的基于黑磷的吸收型仿生叠层结构线偏振探测器的测试方案、相关的测试设备和测试环境进行了介绍。测试获得了在不同偏振角度的线偏振光下本文设计的基于黑磷的吸收型仿生叠层结构线偏振探测器各层的不同响应数据,并与理论仿真得到的结果相对比并建立了理论求解模型,并分析了传感器的探测精度。