新近研究发现的亚波长高折射率对比光栅(HCG),不仅具有尺寸小巧、结构简单、与标准微纳加工工艺相兼容、易于与集成光路集成的优势,而且HCG呈现出了诸如偏振相关、宽带高反射等新特性,使得HCG具有广泛的应用前景。本论文中介绍的HCG均以硅材料作为高折射率光栅材料。我们主要就HCG的三方面应用进行了研究。首先,我们设计了一种应用于光纤-波导耦合的,全刻蚀均匀周期光栅耦合器。这种光栅耦合器,结构简单周期均匀易于加工,不需要浅刻蚀所要求的额外的直写步骤。并且可实现定向耦合,通过设计抗反射沟槽和高反射沟槽,使其耦合效率更高。设计方法灵活简便。然后,我们设计了两种聚焦HCG反射镜,其中一种反射镜光栅条的高度不同,另一种光栅条的深度不同,在TE偏振光垂直入射下,两者分别到达了94%和91%的高反射率,并且达到了相同的高聚焦效果,两者焦平面上的场强分布的半高宽都为0.9?m、接近衍射极限。第三,我们设计了一种聚焦HCG透镜。这种透镜是镂空的硅光栅条结构,整个光栅厚度均一,制作工艺简便,克服了传统透镜制作困难、不易于集成的缺点。并且这种透镜可以达到89%的高透过率,以及0.75的数值孔径值。