超构表面是一种超薄的人工设计的二维光学平面亚波长结构，它能使亚波长尺度空间区域内入射光的电磁振幅和相位等光学特性发生突变。超构表面的这种特性使得其在光控制方面相比传统光学器件具有更大的灵活性，且具有结构超薄、质量超轻、易于集成等优势，为高度集成化、轻量化和便携化光学系统的发展提供了全新的途径。
超构透镜作为超构表面的一个主流分支，在近些年来广泛的关注和研究下，获得了很多新的优势，如大视场，宽波段等。目前，基于这种大视场或宽波段的超构透镜仍然存在着一些问题，如大视场和宽波段双功能兼容性不足，实际应用功能和应用场景有限，而且随着入射波长减小，小特征尺寸和高深宽比也使得可见或近红外波段的微纳制造工艺受限。针对以上问题，本论文围绕大视场超构透镜展开研究，着重研究其在太阳光线导航场景中的应用以及其在矢量光场调控下制造光学液晶器件的原理和方法，论文的主要研究内容包括：
1、针对大视场和宽波段双功能兼容性不足，实际应用功能和应用场景有限等问题，本论文提出了一种大视场宽波段超构透镜，在短波红外1150-1250 nm波段实现了三维入射角45°范围内的聚焦效果，并将该超构透镜应用于需要大视场宽波段双功能的太阳光线导航场景中，理论上实现了追踪太阳光线的实时定位导航。首先，利用ZEMAX光学设计软件仿真设计了短波红外波段下工作的超构透镜，并同时对大视场和宽波段双功能进行了优化。随后，结合传输相位调控原理和粒子群优化算法，根据理想相位分布构建了由实际离散单元结构组成的超构透镜全模。最后，将超构透镜所在的光学坐标系和地平坐标系进行数学立体空间关系推演，实现了从太阳光线方向到实际探测位置的转换，达到实时定位导航的效果。
2、针对可见或近红外波段的微纳制造工艺受限的问题，本论文基于大视场悬链线超构透镜，结合几何相位调控原理，生成了一种悬链线状的矢量光场。这种矢量光场的偏振态分布与大视场超构透镜的纳米柱排列相同，有望用来制造液晶材料的大视场透镜。当大视场超构透镜在更换工作波段时需要重新设计衬底和纳米柱的参数，而液晶透镜仅需改变液晶层的有效厚度即可实现工作波段的更换，具有更大的灵活性。这种矢量光场的生成不仅丰富了矢量光束的种类，而且补充了大视场透镜在短波波段的加工制造方法，在透镜加工领域具有广阔的应用前景。