相较于红外热辐射探测,偏振技术可以丰富被测目标的信息,提高系统的识别能力。亚波长金属线栅偏振元件具有体积小、工作波段范围宽、入射角度大等优点,对于促进红外探测技术的发展具有重要意义。目前国内外对金属线栅偏振元件的研究集中在线栅结构的设计与改进、制备工艺优化、应用领域拓展等方面,对于线栅基底性能的研究鲜见报道。对于偏振元件,基底剩余反射率越小,光的传输效率就越高,设计多层减反射膜金属线栅结构,降低基底剩余反射率可以极大的提高元件的偏振性能。本文在Si基底上,中波红外3-5μm波段设计并制备了镀有多层减反射膜的单层金属Al线栅偏振元件。首先根据等效介质理论与严格耦合波理论对无介质层时的偏振元件进行优化,并使用有限时域差分方法模拟各线栅参数对偏振性能的影响。之后根据薄膜设计理论,在基片上设计多层减反射膜结构,并模拟分析减反射膜对偏振性能的影响,金属Al线栅结构的最终设计参数周期p=300 nm,高度h=100 nm,占空比f=0.5。针对薄膜制备技术及光刻技术进行研究,制备金属线栅偏振元件。通过在真空室中充入氧气降低Si O材料的折射率,提高与高折射率材料Si的匹配性,并优化烘烤温度、沉积速率与离子束流的工艺参数,提高了薄膜的表面质量与耐环境性;优化了光刻匀胶速率、曝光时间与显影时间,并在沉积金属时使用间歇镀Al法降低热辐射效应对光刻胶的影响,提高了金属线栅结构的精度。采用实验室搭建内置起偏器的傅里叶红外光谱仪对偏振元件进行光谱测试,利用扫描电镜与原子力显微镜对元件的微观结构进行检测。将制备的元件实际与理论进行对比,并利用TFCalc软件和FDTD软件逆向反演分析薄膜材料光学常数与线栅结构的误差对偏振性能的影响,进一步对制备工艺进行优化。经测试,制备的金属线栅偏振元件在3-5μm波段上,TM波平均透过率为89.1%,TE波平均透过率为0.6%,消光比为21.7 d B。