自上个世纪九十年代以来,非制冷红外探测技术取得了重大的进展,包含了基于热敏效应的微测辐射热计、基于热释电效应的热释电探测器以及基于塞贝克效应的热电堆探测器。与制冷型的红外光子型探测器相比,非制冷红外探测器能够工作在室温条件,无需消耗额外的成本制冷,因此在性能、体积、重量和功耗等方面具有独特的优势。尽管如此,非制冷红外探测器的工作原理上基于红外光的热效应,对温度的变化进行探测,因此其本身对光强之外的信息如光谱和偏振并没有特别的响应手段,需要依赖滤光片和偏振片等附件进行光谱和偏振探测,这就造成了系统体积增大、不稳定性增加、成像速度慢等问题。对物体反射或辐射光的偏振特性的探测,能够获取表面形貌和散射特性,因此被广泛应用于国防和生物医学领域的目标检测。而具有高分辨率的光谱探测,能够提供材料组分信息,因此可以用于食品质量评估、艺术品认证等应用。单独使用光谱或偏振信息时不足以对目标进行足够的识别与区分,同时使用光谱和偏振探测则能够获取更多的信息,反映目标的表面和材料等全方面的特征,该技术称为偏振光谱成像技术,在遥感探测和目标识别等领域具有非常广泛和重要的应用。为了解决传统非制冷红外探测器无法在像元层次响应光谱和偏振信息的问题,需要采用高集成度的新方案。超表面（Metasurface）是一种人工制造的周期性二维阵列,具有亚波长尺度的结构,通过对其结构的设计,能够实现对电磁波振幅、频率、相位、偏振等特性的灵活调控。得益于半导体加工工艺水平的提高,能实现的超表面的加工尺寸越来越小,精度越来越高,极大地推动了超表面的发展与应用。本论文提出一种对特定光谱和偏振产生响应的超表面集成式微测辐射热计红外探测器,主要的研究成果如下:（1）使用遗传算法优化和设计了超表面光谱和偏振选择吸收体。设计出来的两个超表面吸收体分别在3～5μm之间实现了0.734的TM模式平均吸收系数和31.17的偏振消光比,以及在8～12μm之间实现了0.773的TM模式平均吸收系数和37.21的偏振消光比。对遗传算法中天线的划分数量进行了优化,对超表面吸收体的介质层厚度进行了讨论,并对设计的双色偏振超表面吸收体开展了工艺上的制备,对制备的样品进行扫描电子显微镜观察和傅里叶红外光谱测试,结果表明其结构和偏振吸收光谱都与设计的基本一致,验证了双色偏振超表面吸收体的设计和工艺的正确性。（2）通过仿真验证了将双色偏振超表面吸收体集成到微测辐射热计的可行性。分析了该架构可能碰到的问题,比如像元尺寸、像元间距、入射角度、热分析等。结果表明8μm以上的像元尺寸和400 nm的像元间距下,超表面吸收体能够保持自身的性能。入射角度小于10°时,3～5μm的偏振选择吸收体能够实现0.73以上的TM模式平均吸收系数和30以上的偏振消光比,8～12μm的偏振选择吸收体能够实现0.76以上的TM模式平均吸收系数和33以上的偏振消光比。热分析表明单波长的热学消光比能够达到39.31。分析了工艺集成过程中的悬空问题,介绍了正面牺牲层和背面释放工艺,结合工艺水平现状选择了大像元和背面释放的方法。（3）开展了双色偏振超表面微测辐射热计的工艺制备。主要工艺有光刻、等离子增强型化学气相沉积、电子束蒸发、刻蚀、电子束曝光等。对制备的样品测试了光谱和偏振响应特性,并且测量的8个像元的电阻温度系数都在-0.012 K-1左右。最后将该芯片进行真空封装,得到用于光谱和偏振选择的超表面集成式微测辐射热计。（4）实验验证了制备的超表面微测辐射热计的性能,分析了应用前景。光谱响应曲线与吸收系数曲线一致,两个探测器分别实现了1.00 V/W和1.46 V/W的峰值响应率。偏振响应曲线与理论拟合曲线的相关系数的平方超过0.92。使用斩波器和锁相放大器等设备测试的时间常数分别为1.67 ms和1.78 ms,探测器1在11 Hz的调制频率下获得了最高的探测率为6.94×10~5 cm Hz1/2W-1,探测器2在36 Hz的调制频率下获得了最高的探测率为9.95×10~5 cm Hz1/2W-1。