随着社会的发展，成像光学系统在日常生活中随处可见，人们对光学系统成像性能的要求也在逐渐提高。根据像差理论，对光学系统的像差进行校正时，通常会增加系统的复杂度，包括增加透镜的数量和表面曲率。二元光学元件虽然被证明可以减小光学系统的复杂度，但是仍然受到材料折射率和器件厚度的限制。由超构表面构成的新型光学元件—超构透镜，由于能够以平面形状自由调控电磁波，且符合当今光学系统小型化、轻薄化和易集成的发展趋势，因而受到了人们的广泛关注。然而超构透镜却受到像差（球差，轴外像差、色差等）的影响，限制了其发展。尽管已经有工作对此展开了研究，但仍然存在着一些问题：双曲相位超构透镜仅能对平面波入射校正球差，功能较为单一；传统方法设计的大视场消色差超构透镜存在加工难度，而成像视场和光谱带宽是光学系统的两个重要指标，在实际应用中有着巨大的价值。

针对以上问题，本文对超构透镜的像差理论和校正技术展开了研究，主要研究内容包括：

1、针对双曲相位超构透镜仅能对平面波入射校正球差，功能较为单一的问题，提出了对于无限远和有限远物体同时校正球差的偏振复用超构透镜设计方法。其可以对x偏振态的平面波和y偏振态的球面波实现消球差衍射极限聚焦。基于该方法设计的超构透镜，可在不变焦的前提下对不同物距的目标成像，有望简化传统变焦光学系统的设计复杂度。

2、针对传统方法设计的大视场消色差超构透镜存在加工难的问题，提出了通过孔径光阑和超构表面这种易于制造的结构形式校正像差，实现了基于单层超构表面的大视场消色差超构透镜。设计了三波长（473 nm、532 nm和632.8 nm）消色差大视场超构透镜和连续带宽（492 nm - 592 nm）消色差大视场超构透镜对方法进行验证，其像差校正性能良好，有望应用在成像、全息、机器视觉等领域。