本文提供了一种非共振灵活可调大各向异性超材料元胞的设计方法。此方法先设计出全介电体块超材料,再应用到超表面器件中。相较于以往设计,具有用料单一、灵活程度高、各向异性程度大、单参数调控等优点。该类元胞的主光轴在保持同等各向异性的情况下可以改变方向,光轴的方向是用作调控元胞特性的单一参数。我们利用透反射系数法与平均场法两种提取等效参数的方法对比,验证了本设计的准确性与理论可行性。通过元胞本身具备各向异性方向的灵活可调性,结合变换光学相关理论,这种超材料元胞可以实现如变换光学波束平移器的应用。在多种情形的仿真下,波束平移器的移波效果也与理论预期符合的比较好。基于对体块超材料的元胞设计原理的理解,本文进一步设计了金属-电介质灵活可调大各向异性超表面元胞用于实现多种超表面光学效应。仅凭借扭转元胞光轴方向即可实现在不同效应的转换。这是利用了元胞对反射相位的调制效应。由于这种元胞有着更大各向异性,故可通过扭转元胞光轴方向以实现2~0?的相位调节范围,以满足一类超表面器件的要求。由此,可将多个元胞单层排列,结合广义Snell定律,再通过将每个元胞调至合适的光轴转向,便可获得不同的相移空间函数,从而实现多种超表面光学效应。通过有限元分析模拟,我们从理论上实现了如光学幻象、反射聚焦以及表层隐形的光学调制效应。本文所述的全介电体块超材料元胞以及金属-电介质超表面元胞,为人工微纳结构增强灵活可调性、提高各向异性、相位调制、单参数操作等方面都提供了一种新的参考方法,同时也为光操纵领域提供了一个新而有力的工具。