变换光学是通过坐标变换来达到任意控制光路的学科,通过坐标变换可以计算出需要达到这种调控的材料的电磁参数。这些材料的电磁参数通常很极端:各项异性、连续变化或是含有极限值,这就是超材料。超材料是超越自然材料属性的一种人造结构材料,通常拥有自然材料所不具有的电磁性质,或者特殊折射率分布的特殊材料属性,超材料不仅存在于理论,实验室也存在超材料器件,超材料通常由亚波长的人造结构:如金属线网结构,开口谐振环结构组成。对此,科研工作者们已经做了许多十分优秀的工作。　　近几年,一种基于超材料的结构——超平面正在成为研究的热点,一些特殊现象,如异常反射、折射等相继在理论和实验上被发现。基于此,人们制备了传播波与表面波转换的器件。本文详细介绍了变换光学超材料的起源和发展,并且介绍了一些经典的共振结构。为了研究超材料,我们将介绍实验室常用的一些技术手段,包括二维近场测量系统和有限元仿真。　　通常坐标变换得到的超材料拥有几个致命的弱点,那就是工作频率极窄且参数极复杂,而基于保角变换得到的材料参数通常各项同性和不含极端值,并且通过蜂窝板结构可以得到宽频器件。基于保角变换,我们设计并制作了一个微波聚焦透镜,它可以将点源化为平面波,得到准直性很好的出射波,更为重要的是它拥有很宽的工作频带。　　基于超平面,我们设计了一个微波非对称传输波导,该波导内嵌具有梯度折射率分布的超平面材料,电磁波从不同端口入射时将截止或者转化为表面波继续传播,展现了两个方向非对称导波的功能。这个特性类似于电子二极管,因此我们的非对称传输波导构成了一种光学二极管的雏形,可用于指导高频光波二极管的设计和新型微波功能器件的研制。