在过去的几十年里，电磁超材料以及超表面因其独一无二的电磁特性，得到了全世界科研人员的极大关注。与自然界中存在的物质材料不同的是，超材料以及超表面能够通过灵活的结构设计和周期排布，几乎可以任意控制光场的相位、偏振、强度。尤其是超表面，制备工艺简单，集成度高，在一些领域内有取代传统光学器件的趋势。经过多年的发展，超表面的工作波长已经移到了近红外以及可见光波段，工作材料也由一开始的金属过渡到透明的介质材料，器件功能的实现以介质颗粒的米氏谐振为基础。在功能性方面，介质超表面主要分为两类：一类是对光的波前进行控制的梯度超表面，例如超透镜；另一类是以增强光场谐振为主的谐振型超表面，这类超表面通过高品质因子的谐振模式以及近场增强来加强光与物质的相互作用。　　本文研究的重点围绕着谐振型介质超表面展开，设计了不同的偏振无关和偏振相关的介质超表面器件，并最终在硅基材料平台上成功制备出器件。具体内容如下：　　(1)通过对介质超表面中Fano谐振的深入研究，分析了介质圆盘阵列中Fano谐振的产生机制以及限制谐振品质因子的决定因素，提出了通过引入环形缺陷来平衡反向电偶极子对，使其实现更为充分的干涉相消，以提升谐振的品质因子。同时，这一功能的实现仅仅破坏了器件结构的局域对称性，器件的整体仍然保留有平面内的完整对称性，属于偏振无关结构。另外，环形缺陷的带来的狭缝效应又进一步的提升了介质超表面在谐振波长处的局域场增强，有利于增强光与物质的相互作用。　　(2)提出了一种基于非对称微盘结构的高品质因子介质超表面，通过对亮-暗模耦合过程以及束缚模产生机制的分析，我们发现暗模是束缚模的一种极限情况。传统的亮-暗模耦合是一种间接激发高品质一直谐振模式的方法，在结构上要求亮-暗模之间存在着非对称性。若把亮-暗模看做一个整体，这种方式就是通过破坏对称性以实现到远场的耦合。因此，只需要在结构上简单破坏暗模的对称性即可让其谐振模式泄露到远场，而不需要亮模参与进来，这种全新的设计思想使得我们可以任意根据需要设计所需要的高品质因子介质超表面结构。我们所提出的最为简单的结构是破坏完美圆盘的对称性，使其等效为一个半圆盘和半椭圆盘拼接而成，保留光滑的侧壁结构。　　(3)摸索了硅基介质超表面的全套制备工艺，通过多次实验我们总结出来临近效应与写场拼接问题是大面积介质超表面器件的制备所面临的最关键问题，尤其临近效应在连续图形大面积曝光中几乎无可避免，即使用专业的软件进行临近效应矫正也无法消除，这导致在制备柱状结构的介质超表面时很难得到一致性较佳的器件。最有效的解决方法是通过改变结构设计来减弱邻近效应带来的影响，用独立的小面积曝光来替代连续的大面积曝光，也就是用孔型结构来代替柱状结构。　　(4)设计并且成功制备出来基于非对称孔结构的介质超表面，通过空间光测试系统确认了其与仿真模拟结果的吻合，并且首次将介质超表面与有源发光物质结合，在硅基锗量子点外延片上制备出来了同样结构的介质超表面，通过低温PL测试观测到了超过1000倍的发光增强，发光峰的最高品质因子为1011，器件的性能达到国际领先水平。我们还探索了超表面发光峰的偏振特性以及泵浦光斑大小对于器件性能的影响，测试结果与理论预期一致。同时，我们对比无源空间光测试和有源PL发光测试的结果，首次实验证实了发光最强点与Fano谐振峰的对应关系，填补了这一研究领域上的空白。