电磁波是现代社会最主要的信息载体，但传统电磁波调控技术面临诸多瓶颈难题。超表面作为一种新兴膜层化电磁调控器件，能在平面上实现对电磁波振幅、相位、偏振态、频率等参数的自由调控，为实现轻量化、平面化和集成化的光学器件及系统提供了全新途径。特别的是，相位型超表面在平面成像、光通信、光存储等领域具有重要的应用前景，受到学术界极大的关注，是目前国际上光学和电磁学领域的研究前沿。
　　本文在国家973计划和自然科学基金等项目的资助下，重点针对相位型超表面存在的功能单一、带宽受限、可调性差等问题，提出几何相位和传输相位复合的新原理，通过增加调控自由度，并结合两者在自旋、频率和材料方面的相关性，可有效解决上述瓶颈性问题，对推进超表面基础研究和实用化具有重要的科学及现实意义。
　　本文对基于复合相位调制的超表面电磁调控原理、技术与方法开展了较为系统而深入的研究，其主要研究内容和创新点如下：
　　①提出了非对称光子自旋-轨道相互作用新概念，从原理上解决了相位型超表面在圆偏振复用时效率低的问题。在此基础上，提出了两种复杂光场调控方法：其一是柱矢量光束生成与调控方法，可解决传统技术存在的系统复杂、效率低、同轴困难等问题；其二是圆偏振不对称传输与波前调控方法，首次利用单层结构同时实现两种功能，且手性响应的带宽和效率是目前公开报道单层结构的四倍以上，为偏振成像、手性探测等研究提供新自由度。
　　②提出了高效率波前调控原理与方法，解决了相位型超表面的带宽受限难题。首先，提出了一种利用表面等离子激元实现高效率窄带波前调控原理；其次，提出了一种通过瞬时电场构建宽带、高效、广角波前调控超表面的逆向拓扑优化方法；最后，提出了一种基于多层结构的高效率宽带色散调控方法。上述研究对光谱成像、大视场高分辨成像、光谱分析等研究具有重要意义。
　　③提出了一种基于相变材料和“多原子”结构的多态波前独立调控方法，从原理上解决了可调相位型超表面信息保真度低的问题。设计出可独立调控几何相位和传输相位的亚波长相变单元，通过两者的复合可极大地降低可调超表面的设计难度，且每个单元结构对所有功能均有积极贡献，并由此提出了光子角动量耦合对称切换的概念，在光学加密、保密通信等领域有广泛的应用前景。