基于Al_0.9Ga_0.1As/Al₂O₃亚波长光栅设计了一种高性能偏振分束器。该偏振分束器由Al_0.9Ga_0.1As和Al₂O₃交替形成，制备简单、结构稳定且易于集成。采用严格耦合波分析方法对光栅反射率和占空比、周期的变化关系进行了分析，通过选取合适的光栅参数实现光栅结构对横电（TE）、横磁（TM）偏振光不同的衍射特性，进而实现了偏振分束功能。仿真和计算结果表明，在80 nm（800~880 nm）宽光谱范围内，该光栅偏振分束器对TE偏振光的反射率大于94%，对TM偏振光的透射率大于90%，且偏振消光比大于10 dB，最高可达41.37 dB。此外，还研究了光栅参数变化和入射角度偏转对偏振分束器性能的影响。结果表明，该偏振分束器具有良好的工艺容差，对垂直入射有左右各偏转4°的容忍性，有效解决了传统偏振分束器难以集成和制备工艺复杂的问题，可与GaAs基器件集成后实现对入射光束的调控。

运用有效媒质、薄膜干涉及耦合波理论，结合数值寻优算法，采用不同形式的等效折射率来描述一维亚波长光栅的光谱特性。借助光谱误差函数及耦合波折射率，分别针对TE和TM模，对其他等效折射率在描述亚波长光栅时的有效性加以分析比对。研究结果表明：在光栅结构参数已确定的情况下，当归一化光栅周期Λ/λ<0.30时，TE模的二级近似折射率和精确近似折射率能够对其光谱特性给出高精度的描述；而对于TM模，由于光栅层中高级次谐波影响效应的显著性，导致用相应等效折射率描述其光谱特性时精度下降。此外，在采用不同形式的等效折射率计算亚波长光栅光谱特性随光栅深度变化关系时，除TE模情形的二级近似折射率以及精确近似折射率外，其他情形采用等效折射率计算得到的光谱均可能与实际光谱产生较大偏差。

基于严格耦合波理论，分析了共振区域矩形位相光栅的衍射特性:位相延迟与光栅周期、占空比、槽深的关系，并设计出在400～800 nm范围内的消色散1/4波片光栅，可以实现较为平坦的衍射效率和位相延迟曲线，其中位相延迟可保持在90°左右，最大偏差小于9%，达到甚至优于普通二元复合消色散波片。通过对加工及安装误差的讨论，得到了影响消色散波片光栅性能的主要加工误差是槽深误差和占空比误差。