导模共振滤光器件因其光谱响应曲线具有窄带、高峰值衍射效率、低旁带等特性而有着广泛的应用价值,利用导模共振效应可以设计制备出性能优越的窄带滤光片、传感器、光调制器等光学元器件。这种器件对部分结构参数及入射参数十分敏感,这在传感领域是很好的先决条件,却给应用于其它领域的导模共振器件的制备及使用带来困难。本论文从实际应用的角度出发,对导模共振器件的结构参数误差和入射条件误差对器件光谱性能的影响进行了深入的研究,并提出了一种参数误差补偿的机制来消除这些影响;设计了一种偏振无关导模共振彩色滤光片,并对其再现彩色图像的原理进行了探讨;提出利用自组装的方式制备纳米微球导模共振器件的方法,并制备出共振波长在402.3nm的导模共振器件。本文首先对严格的耦合波理论和时域有限差分法的基本原理以及利用它们求解亚波长光栅器件衍射问题的方法进行了阐述,并对这两种方法适用的场合进行了对比分析,为后文不同场合选用何种计算方法提供参考依据。基于严格的耦合波理论,详细地讨论了结构参数及入射角度参数误差对导模共振滤光片光谱响应的影响,提出了利用结构参数对误差进行补偿的思想,并通过增加一折射率可调谐层(PDLC)来增加误差可补偿范围。根据导模共振器件的制备工艺流程,通过实时修正后续工艺流程中的结构参数可以达到对前续工艺中产生的误差进行补偿的目的,对于本文设计的可调谐型导模共振滤光片,在制备过程光栅层的结构参数便可对波导层的误差进行补偿,而在使用过程中通过对PDLC折射率的调节,不仅可以对综合的结构误差进行补偿,而且可以对入射角度误差引起的共振峰值的偏移进行补偿,补偿的角度范围可以达到±4.2°,同时保证滤光性能不受影响。应用这种综合的误差补偿机制,可以有效地降低导模共振滤光片制备的难度,提高成品的性能,并可消除其在实际使用中的一些限制。从波导光学的基本原理出发,结合波矢量图的分析,推导出导模共振结构在方位角为90°时可以同时激发两个模式,而这正是可能实现偏振无关的条件。设计了一种一维矩形光栅构成的四层导模共振滤光片结构,分析发现光栅占空比对不同偏振态入射光下共振波长的影响是不同的,通过优化占空比至0.36时可以使得不同偏振态对应的共振波长完全重合,而后通过调节光栅周期得到三种不同共振波长的红、绿、蓝三色偏振无关导模共振滤光片。通过对这种导模共振滤光片的电场分布的进一步分析发现,以90°方位角入射时波导层中有明显的两个对称模式被激发。提出了利用偏振无关导模共振光栅阵列再现彩色图像的方法,通过对三种颜色滤光片进行分布处理,可以还原图像的色彩细节。通过仿真发现,利用偏振无关导模共振光栅作为基元结构,不仅在偏振光入射下能够较为真实地还原原图像,在非偏振的自然光入射下同样可以满足要求。这种技术应用前景巨大,现已基本可以用于光学防伪领域,随着集成微结构加工技术及材料学的发展,该技术有望应用于印刷领域,利用光栅基元作为“光学颜料”来“打印”色彩斑斓的彩色图案,从而使印刷可以完全脱离油墨,实现节能、无污染的“无油墨”印刷。对纳米微球自组装方法进行对比,结合现有实验条件,提出利用提拉法制备纳米微球导模共振器件的方法,对利用提拉法制备纳米微球光栅层的结构构成进行了研究,得出纳米微球以六方密排的方式形成有序结构的结论。利用FDTD Solutions软件对纳米微球作为光栅层的导模共振器件的光谱性能进行了详细地分析,对波导层厚度、纳米微球半径、入射角度参量、偏振特性以及镀膜先后次序对器件光谱反射率的影响分别进行了研究。最后选用直径为260nm的单分散纳米微球进行提拉实验,对实验的工艺进行了详细的讨论,并对实验制备出的导模共振滤光片的结构特性及光谱性能进行了测试,测试结果表明纳米微球的排列方式为正六边形,共振波长为402.3nm。