亚波长金属光栅光学器件的研究和制备在近几年中备受关注。因其独特的衍射特性被广泛应用到1/4波片,偏振片,偏振分束器,相位延迟器等器件的制作当中。它们具有高衍射效率、高消光和稳定的光学性能。系统的研究亚波长金属光栅衍射特性对亚波长金属光栅光学器件的制备和发展具有重要的意义。本文采用了遗传算法对亚波长金属光栅进行结构参数优化,利用严格耦合波理论对光栅的衍射效率、消光比、工艺容差等特性进行了全面深入的分析,取得了具有重要意义的研究成果,为以后工艺制备提供理论上的指导。(1)设计出单层亚波长金属光栅,研究了周期、槽深、占空比对其衍射效率的影响,利用遗传算法对光栅参数进行优化,得到了应用在中心波长为800 nm的偏振分束器。(2)设计出夹层式金属光栅模型,计算分析夹层式金属光栅的严格耦合波计算过程,研究了不同光栅参数对其衍射特性的影响。通过改变覆盖层的厚度成功增加了光栅反射衍射效率。在中心波长处获得最高衍射效率97%,最高消光比35 dB。(3)利用嵌入式夹层金属光栅,设计出嵌入式夹层金属光栅偏振分束器,实现了高衍射效率、高消光比和较大的工艺容差的制备要求。入射波长在1000 nm到1150nm之间,获得了95%以上的衍射效率和25 dB的消光比。占空比、周期、槽深的工艺容差分别达到0.04、80 nm和50 nm。