光学超表面作为一种功能性面形光学结构,基于在介质界面上所构建和稠密排布的特定纳结构,对入射光波的振幅（光强）、相位、偏振或频谱等执行高效感测和调节操控。具有结构厚度在纳米尺度,光激励响应能耗低速度快,功能多样等特征。在波束受控整形、光传播行为调控、超分辨成像探测、高灵敏信号传感等领域,具有广泛发展潜力和广阔应用前景。光学超表面在入射光波的共振激励作用下,通常会表现出依赖于纳结构形态、尺寸、能态和材料配置的较强表面波感应响应,可动态调节表面电荷形成限域分布以及特征性谱反射和谱透射等。本文较为深入地开展了基于不同纳结构的光学超表面在建模、仿真、工艺制备和谱光学特征可调性,以及将纳结构阵列与光衍射相位台阶进一步匹配耦合等方面的基础性研究。论文主要工作和创新点如下:构建硅基金纳台阵超表面和金纳锥阵超表面。通过合理配置硅基金膜超表面的纳结构参数,可获得具有低反射特征以及可实现光场限域增强的光学超表面。通过对金方纳台阵超表面、金圆纳台阵超表面、金纳锥阵超表面、金双环纳台阵超表面等开展物理建模,仿真研究了金膜厚度以及纳结构高度对超表面谱反射和谱透射的可调节特征;通过改变金膜厚度或纳结构高度,可有效调节在0.4μm～2μm谱域内的谱反射率和谱透射率;在入射光波的共振激励作用下,硅基金模超表面可有效产生限域电场热点;利用金双环纳台阵超表面,可有效执行入射光波的空间频谱分离和光限域增强操控。建立了纳台阵和纳锥阵超表面的干法刻蚀制备方法。通过合理配置电子束光刻其掩膜形态和干法刻蚀工艺参数,制备了四种形态的硅基金模超表面样片。采用扫描电镜对所制备的表面纳结构形貌进行的测试评估显示,样片表面纳结构形貌完整,边缘轮廓清晰。通过进一步规范相对成熟的KOH湿法腐蚀工艺,利用其可低成本量产精度略低于干法工艺的衍射台阶特性,结合所建立的纳结构超表面干法刻蚀工艺,为耦合构建基于衍射相位分布的功能性超表面奠定了工艺基础。硅基纳金模超表面谱光学特征的结构依赖性和可偏压调节性。采用光谱测量手段分析了不同偏压下,四种形态的纳结构超表面样片的谱反射特征。金方纳台阵超表面和金圆纳台阵超表面分别在0.77μm～0.8μm和0.6μm～0.66μm谱带,显示低反射率,波谷处反射率～20%。在金纳锥阵超表面上施加15V偏置电压,在多波谷处的谱反射率分别从～24.51%和～30.33%,降至～22.99%和～28.47%。在金双环纳台阵超表面上施加15V偏置电压,可将两波谷处的谱反射率分别降低～0.89%和～1.16%。金双环纳台阵超表面样片在4.1μm～4.3μm谱带存在一个较强吸收峰,施加20V偏置电压可使谱峰值吸收率上升～2.06%。