基于人工微纳结构,本论文介绍的工作内容主要分为3部分:超像元焦平面分光器件的研制、非对称透射光栅研制和辐射制冷器件膜系研制。实时精确信号探测已在军、民、商等各个方面都展现了强烈的应用需求。在此背景下,本论文的第一部分研究微纳结构在实时精确探测方面的应用,工作内容为:超像元焦平面分光器件设计及制备。通过面阵多通道设计,该器件可以实现一次性分光,避免扫描过程,大大加快成像速度;同时,该器件可以实现信息获取的多样性。论文详细阐述了中波红外320×256单元焦平面超像元器件4通道分光器件的工作和制作原理,验证了此器件的面阵分光功能。另外,我们还实现了32×4单元的4通道分光器件。通过将4个通道的窄带峰位设计在3.89μm、4.07μm、4.26μm、4.4μm,拟将实现对CO₂的实时探测。光隔离器是重要的器件被广泛应用于光通讯中。目前,应用法拉第旋光或双折射原理制作的光隔离器具有体积大、不易集成等缺点。本文第二部分工作研究微纳结构在光通讯领域的应用,提出一种基于非亚波长介质光栅非对称透射性的光隔离器。通过理论模拟、设计和制备得到对线偏振光的单向导通功能的新型光功能器件。电力制冷耗电量占全球总发电量的15%,随着经济发展,这一占比仍在进一步加大。在此背景下,论文第三部分研究微纳结构在节能领域的应用。通过多层介质膜结构对0.4-14μm波段光实现有效调控:在0.4-2.5μm波段有接近100%的反射率,基本不吸收太阳能量;在8-14μm器件有强辐射,可以实现无能耗的被动式制冷。通过数值优化方法,我们得到性价比最佳膜系结构为Ag/SiO₂/TiO₂/SiO₂/TiO₂/SiO₂/Al₂O₃/SiO₂,结果为实现高效辐射制冷提供参考。