超构表面是一种新兴的二维人工电磁调控材料，可以在亚波长尺度下对电磁波的振幅、相位、偏振等参量进行灵活高效的调控，为小型化、平面化、轻量化的高集成度光学系统设计提供了有效的解决方案。超构表面自提出以来就在电磁波调控上表现出优异的性能，在光学成像、全息显示、电磁隐身等领域展现了巨大的应用潜力。其中，超构表面最基础和最重要的应用——超构透镜，相较于传统光学透镜，凭借其平面化的设计、紧凑的尺寸以及灵活精确的电磁调制能力在色差调控、工作带宽、偏振操控等方面体现出了独特的优势。

近年来，超构透镜已经取得了初步的研究成果，但是在效率、分辨力、视场、多功能以及色散调控等方面仍然存在一些亟待解决的关键问题。为了进一步提升超构透镜在光学成像系统中的工作性能，针对上述问题，本文基于超构表面的相位调控原理对超构透镜展开了较为系统和深入的研究，主要研究内容包括：

1. 基于反射式超构表面提出了一种宽带高效率的超构透镜，在可见光波段维持了稳定高效的光学表现，解决了高效率超构透镜存在的带宽受限问题。在此基础上，基于超振荡原理进一步提升了高效率超构透镜的分辨力，基于光学对称变换原理进一步提升了高效率超构透镜的工作视场。上述研究为高分辨成像、大视场成像等研究提供了新的途径。

2. 基于偏振复用型超构表面提出了多功能超构透镜的设计方法，分别利用传输相位、几何相位以及复合相位解决了多功能超构透镜在带宽、分辨力以及色散调控等性能上存在的问题。首先，基于传输相位调控提出了一种正交线偏振光独立调控的多波长消色差偏振复用超构透镜；其次，基于几何相位调控提出了一种宽带偏振复用的设计方法，并结合液晶光取向技术完成了快速、低成本的平面光学元件制备，同时验证了这种偏振复用方法的可靠性；最后，基于复合相位提出了一种宽带非对称自旋-轨道相互作用的偏振复用超构透镜。上述研究进一步提升了多功能超构透镜在带宽、分辨力、色散调控方面的表现，对超分辨成像、手性成像等研究具有重要意义。

3. 基于超振荡原理与色散调控理论提出了宽带消色差超分辨超构透镜的设计方法，解决了宽带消色差超构透镜的分辨力和消色差带宽受限的问题。首先，在可见光波段提出了偏振相关的宽带消色差超分辨超构透镜。在此基础上，基于各向异性超构表面在近红外波段提出了偏振无关的宽带消色差超分辨超构透镜，进一步提升了消色差超构透镜的分辨力和消色差带宽。上述研究在平面成像、超分辨显微、光谱分析等领域具有广泛的应用前景。

超构表面是一种新兴的二维人工电磁调控材料，可以在亚波长尺度下对电磁波的振幅、相位、偏振等参量进行灵活高效的调控，为小型化、平面化、轻量化的高集成度光学系统设计提供了有效的解决方案。超构表面自提出以来就在电磁波调控上表现出优异的性能，在光学成像、全息显示、电磁隐身等领域展现了巨大的应用潜力。其中，超构表面最基础和最重要的应用——超构透镜，相较于传统光学透镜，凭借其平面化的设计、紧凑的尺寸以及灵活精确的电磁调制能力在色差调控、工作带宽、偏振操控等方面体现出了独特的优势。

近年来，超构透镜已经取得了初步的研究成果，但是在效率、分辨力、视场、多功能以及色散调控等方面仍然存在一些亟待解决的关键问题。为了进一步提升超构透镜在光学成像系统中的工作性能，针对上述问题，本文基于超构表面的相位调控原理对超构透镜展开了较为系统和深入的研究，主要研究内容包括：

1. 基于反射式超构表面提出了一种宽带高效率的超构透镜，在可见光波段维持了稳定高效的光学表现，解决了高效率超构透镜存在的带宽受限问题。在此基础上，基于超振荡原理进一步提升了高效率超构透镜的分辨力，基于光学对称变换原理进一步提升了高效率超构透镜的工作视场。上述研究为高分辨成像、大视场成像等研究提供了新的途径。

2. 基于偏振复用型超构表面提出了多功能超构透镜的设计方法，分别利用传输相位、几何相位以及复合相位解决了多功能超构透镜在带宽、分辨力以及色散调控等性能上存在的问题。首先，基于传输相位调控提出了一种正交线偏振光独立调控的多波长消色差偏振复用超构透镜；其次，基于几何相位调控提出了一种宽带偏振复用的设计方法，并结合液晶光取向技术完成了快速、低成本的平面光学元件制备，同时验证了这种偏振复用方法的可靠性；最后，基于复合相位提出了一种宽带非对称自旋-轨道相互作用的偏振复用超构透镜。上述研究进一步提升了多功能超构透镜在带宽、分辨力、色散调控方面的表现，对超分辨成像、手性成像等研究具有重要意义。

3. 基于超振荡原理与色散调控理论提出了宽带消色差超分辨超构透镜的设计方法，解决了宽带消色差超构透镜的分辨力和消色差带宽受限的问题。首先，在可见光波段提出了偏振相关的宽带消色差超分辨超构透镜。在此基础上，基于各向异性超构表面在近红外波段提出了偏振无关的宽带消色差超分辨超构透镜，进一步提升了消色差超构透镜的分辨力和消色差带宽。上述研究在平面成像、超分辨显微、光谱分析等领域具有广泛的应用前景。