由于传统的聚焦反射镜和透射镜为非球面形且厚度很大，同时难以与标准的微加工工艺兼容。虽然波片和菲涅尔透镜是平面镜且紧凑的元件，但是波片会吸收大部分的入射光，因此不能满足低损耗应用的需求，而同心的菲涅尔透镜在微区范围内难以制作，为其在光学领域的应用带来了极大的不便。针对以上问题，我们着重对一种新型的亚波长高对比度光栅（High Contrast Subwavelength Gratings, HCGs）展开研究。这种亚波长高对比度光栅具有低损耗、高反射率、以及较强的相位匹配和聚焦能力，并且结构简单，因此可以用来替代传统的镜片。但是这种新型的亚波长高对比度光栅在结构设计、纳米加工工艺及数据表征方面存在着相关问题，因此本论文针对以上问题做了以下相关研究工作。利用矢量衍射理论研究亚波长光栅，基于严格耦合波理论(RCWA)和时域有限差分（FDTD）原理，通过Rsoft仿真软件对亚波长高对比度光栅的结构进行设计及优化。设计新型亚波长周期高对比度光栅（HCGs），研究工作在红外波段的悬空的绝缘体上硅（Silicon On Insulator, SOI）周期高对比度光栅，结合深硅刻蚀技术，制作SOI周期高对比度光栅；研究工作在可见光波段的悬空氮化镓（Gallium Nitride, GaN）周期高对比度光栅，并结合氮化物加工技术和Si加工技术，利用背后减薄技术，制备超薄的悬空GaN周期高对比度光栅。设计新型亚波长非周期高对比度光栅（HCGs），在波长为1.55m时，由于相位匹配结构使它具有聚焦能力。通过衍射光栅理论，对亚波长非周期高对比度光栅(HCGs)的透射和反射能力进行分析，对具有透射和反射能力的高对比度光栅结构进行设计，获得了具有聚焦能力的非周期高对比度光栅。