偏振作为光的基本属性之一,包含着被测物体的众多特征信息,随着成像技术的不断发展,将偏振探测技术与成像技术相结合的偏振成像技术在目标识别方面有着越来越重要的作用,获取目标偏振信息成为偏振成像技术的重中之重。本文提出并研究了一种红外波段(3μm-5μm)的基于亚波长双层金属光栅的像素式微型线偏振阵列以及一种近红外波段(1.6μm)的新型像素式全斯托克斯偏振成像阵列。利用等效介质理论和时域有限差分的数值计算方法,详细研究了器件在工作波段的偏振传输特性。主要工作和成果如下:(1)详细介绍了亚波长金属光栅偏振特性的理论和设计方法以及实验制备技术。设计了一种带有过渡层的双层金属光栅,利用时域有限差分法对光栅参数进行模拟优化,获得结构最佳参数,并将其应用在像素式微型线偏振器阵列中,可以同时获取物体不同方向的偏振信息,实现对物体的线偏振成像。理论表明所提出的双层金属光栅不仅可以具有较高的透过率(>89%)和消光比(>58dB),而且其对占空比,金属光栅高度以及过渡层高度具有很高的容忍度,大大降低了实验制备难度。利用激光直写设备制作了多取向(偏振方向分别为0°,45°,90°以及135°)的周期为300nm的双层金属光栅阵列,并对样品性能进行了检测,测试表明在波长3μm-5μm处透过率高于46%,消光比大于23.8dB。(2)提出并模拟设计了一种新型的全Stokes矢量微型偏振器阵列。通过在硅基底上设计基于手性金属结构的圆偏振器与金属线偏振光栅集成,可用于实时的全Stokes偏振成像。此手性结构的圆偏振器在1.6μm波段可以阻止左旋圆偏振光通过,而使右旋圆偏振光通过,实现了高效左右旋圆偏振光的区分作用;不同取向的金属光栅可以获得物体不同方向的线偏振信息。同时,由于圆偏振器的结构与线性光栅类似,可以通过相同的实验平台和工艺进行制备。通过数值模拟,研究了圆偏振器各参数对偏振器性能的影响,获得了圆偏振器的最佳参数。数值模拟结果表明,在1.6μm波长处,右旋圆偏振光的透过率可达60%,圆偏振器的二向色性可达56%,线偏振光栅(周期200nm)的消光比可达56dB,TM偏振光透过率可达85%,具有很好的偏振性能。