随着光学技术的飞速发展,传统光学元件体积庞大、集成困难等问题日益突出,为此,科研人员开发出一种新型的二维人工复合材料——超表面,它可以有效地调节电磁波的振幅、偏振态和相位。涡旋光束是一种具有螺旋相位以及环状振幅分布的特殊光束,其能够产生涡旋相位是基于螺旋相位因子exp（ilθ）,其中θ表示方位角,l为拓扑荷值,理论上可以任意取值。利用传统的涡旋光束控制器件产生OAM的方式有很多,但是也存在着问题限制着其发展。随着集成技术的发展,小尺寸、平面化的光学器件成为主要的发展趋势。由于涡旋光具有发散的特性,克服该特性是更好的在通信系统中利用涡旋光的必要条件。涡旋透镜是一种将涡旋光束进行汇聚的器件,对于涡旋透镜来说,考虑到在实现涡旋光的汇聚的过程中可能会出现色差现象。所以实现涡旋透镜聚焦及其消色差是非常重要。在本文中,提出了一种利用传播相位设计涡旋透镜的思路,同时设计了一种双层的结构,利用双相位对涡旋透镜实现消色差,这为涡旋透镜消色差提供了一种设计思路,有利于在通信系统以及雷达探测方面的应用。主要研究内容包括:（1）在近红外波段1550 nm处,采用了传播相位调制,设计了三种偏振复用的涡旋透镜。涡旋透镜在X偏振和Y偏振两种入射条件下,基于同一个超表面上产生了不同焦距或拓扑荷的涡旋透镜。第一种设计是同焦同拓扑荷的涡旋透镜,焦距为3μm,拓扑荷为3,该设计证明了涡旋透镜设计的可行性;第二种设计是同焦不同拓扑荷的涡旋透镜,焦距为3μm,拓扑荷分别为1和2;第三种设计是同拓扑荷不同焦的涡旋透镜,焦距分别为3μm和4μm,拓扑荷为1。经过仿真计算,这三种涡旋透镜的聚焦效率均在84%以上,其在光通信和雷达探测方向具有一定意义。（2）基于相变材料Ge2Sb2Te5（GST-225）在中红外光波段提出了双层的涡旋透镜消色差的设计。在中红外光波段4～5μm连续波段内,设计了双层的结构,其中下层通过传播相位调控,利用偏振无关的组合结构进行设计;上层是通过几何相位调制,利用长方体结构设计。设计了两种涡旋透镜,其一是单一波长为5μm时的涡旋透镜,另一种是拓扑荷为1,在4～5μm连续波段内保持焦距为20μm的涡旋透镜。为了提高所设计结构的消色差的性能,引入了具有可调晶化率的GST-225材料,通过调节晶化率来改变材料的折射率,在4～5μm连续波段内降低涡旋透镜的色差。经过仿真计算,在研究波段内实现了消色差的功能,为涡旋透镜消色差提供了一种新的设计思路。