超表面是由周期性的亚波长单元结构组成的,其有着自然材料所不具备的超常电磁特性,从而引起人们的广泛关注。通过调控亚波长单元结构可以实现奇特的色散特性,从而突破传统定律的限制,实现各种消色差器件。本文基于介质超表面,在中红外波段提出了针对不同偏振态的消色差器件,分别是:消色差超透镜和偏转器,并理论分析了相应器件的性能。本文的研究内容如下:(1)提出一种基于介质超表面的圆偏振消色差原理,并实现了两种消色差器件,即超透镜和偏转器。其单元结构为低折射率材料氟化钙(Ca F2)基底上放置着高折射率材料硅(Si)矩形块。研究发现,垂直入射时,优化硅矩形块的尺寸参数(包括长、宽和高)产生多个波导共振,可以实现多个补偿相位。我们通过使用几何相位和传播相位分别满足聚焦(偏转)相位和补偿相位,从而保证实现聚集(偏转)的同时抑制色差。由于中红外波段有着巨大的潜在应用价值,比如用于通信和分子探测等,我们选取了中红外波段3.7-4.5μm作为工作带宽。仿真结果表明,该消色差器件能将带宽内的波长几乎都聚焦到同一点或偏转到同一角度上,验证了其能很好地抑制色差效应。(2)提出一种基于介质超表面的偏振非依赖消色差原理,并实现了两种消色差透镜,分别为:双曲线相位超透镜和axilen超透镜。其采用三种不同原型作为基础单元结构,这三种原型分别是:圆柱、圆环和同轴。通过改变这三种原型各自的半径,可以获得不同的传播相位。其中,在选定的中心波长4.2μm处的传播相位作为聚焦相位,而在带宽3.7-4.7μm内的传播相位差值作为补偿相位,用于消除色差。由于我们选取的三种原型结构都是中心对称结构,其具有偏振非依赖性,所以基于该结构设计的器件也是偏振非依赖的;而且对称结构无法使用几何相位,从而(1)中提出的原理在这里无法使用。仿真结果表明,设计的透镜在选取带宽范围内,焦点大致在同一位置,其偏离误差远远小于色差透镜。