偏振调控技术是电磁学领域的重要研究内容之一,在偏振成像、防伪技术、目标识别、信息通信以及生物医学等领域具有广泛的应用前景。随着微机电系统的发展,人们对电磁波调制元件和系统的微型化,集成化和轻量化提出了更高的要求。开展新型人工电磁结构材料的偏振调控原理及技术研究,对促进偏振调控元件和系统的小型化和集成化,推进电磁学领域的发展具有重要的科学和现实意义。论文在国家973计划和国家自然科学基金等项目的资助下,对基于人工电磁结构材料的偏振调控原理及技术进行了较为深入的研究。论文首先对新型偏振调控人工电磁结构材料的偏振调控物理机制、原理进行了较为深入的分析研究;其次开展了结构设计研究,将单层透射式偏振转换材料的转换效率提高至理论极限,结合广义斯涅尔定律和相位调控达到消除共偏振背景干扰的目的;针对电子束光刻、聚焦离子束刻蚀、双光子光刻等光波段人工电磁结构材料加工技术存在的加工效率低、加工面积小、成本高等问题,开展光波段偏振调控人工电磁结构材料的加工工艺研究,实现了大面型光波段偏振转换器的制备;论文的另一项重要工作是,开展了轴对称偏振人工电磁结构材料的相关研究,提出金属-介质-金属多层光栅结构,实现了电磁波偏振态、相位和振幅的全方位调制,在此基础上设计高效率轴对称偏振人工电磁结构材料,实现了圆偏振到径向偏振和角向偏振的转换,提高了人工电磁结构材料对电磁波的调控自由度,为新型偏振调控及其他光学元件的研制提供了有效的技术手段。论文的主要研究工作和创新点如下:(1)首先在深入分析人工电磁结构材料单元结构形式及其排布方式对结构电磁响应影响的基础上,开展基于人工电磁结构材料的偏振调控基本原理研究,确定结构设计方案;(2)进行人工电磁结构材料的理论分析方法和仿真计算方法研究,通过仿真研究,分析人工电磁结构材料各结构参数与结构偏振转换效果的关系,开展高转换效率、宽工作波段偏振转换器件的设计;(3)针对当前光波段人工电磁结构材料加工技术效率低、面积小、成本高等问题,采用椭圆等离子体谐振器实现高效率光波段偏振转换器的设计,降低加工难度,基于二次曝光双光束激光干涉技术实现大面型偏振调控器件的制备;(4)针对透射式偏振转换人工电磁结构材料低转换效率和高背景干扰的问题,提出半连续结构将单层材料的偏振转换效率提高至理论极限,结合广义斯涅尔定律和相位调控提出悬链线结构在提高转换效率的同时消除共偏振背景干扰;(5)开展轴对称偏振人工电磁结构材料的相关研究,分析将圆偏振转换为径向偏振和角向偏振的基本原理和方法,进行新型轴对称偏振人工电磁结构材料的设计,提高转换效率和径向偏振/角向偏振的纯度;(6)采用椭偏仪和矢量网络分析仪分别对加工反射式和透射式方向性偏振转换器样品进行测试。其中,反射式偏振转换样品在850nm至1930nm波段转换效率大于87.5%,透射式方向性偏振转换样品对应12GHz、15GHz和18GHz的辐射角分别为52.83°,40.62°和32.69°。测试结果与理论和仿真计算相符。