振幅、相位和偏振作为光场的重要属性,在光场调控中具有至关重要的作用。近年来,人们设计了各种方法以及实验装置用于实现光场这些属性的灵活调控,其中超表面因其小型化、易于集成以及亚波长分辨率等独特的特点在众多器材中脱颖而出,并迅速成为了一大热点研究领域,并被广泛应用于医学检测、超透镜、光学全息以及结构色等领域。同时,超表面在产生涡旋光束、矢量光束及其叠加光场等各种奇异光场中也发挥着极其重要的作用,这不仅丰富了结构光的种类,也极大地拓宽了超表面在各个领域中的实际应用。矢量光束（VBs）是一类具有空间非均匀偏振态分布的光场。在过去的十年中,矢量光束因其独特的光学性质引起了人们极大的研究兴趣,并广泛应用于超分辨率显微镜、粒子操纵、量子行走以及量子加密等领域。近年来,利用超表面产生纳米尺度的矢量光束现在已经成为一个快速发展的课题,然而,矢量光束强度的环形面包圈的大小具有随拓扑荷的增加而扩大的特性,这一特性使得不同大小的面包圈将不同拓扑荷的多个轨道角动量光束耦合到具有环形折射率轮廓的光纤中产生极大困难。此外,由于这一特性体现在径向上的改变,因此面包圈轮廓的大小调节实际上是径向模式的控制。随后,人们借助超表面生成了面包圈大小与拓扑荷无关的完美矢量光束;尽管这种完美光束在超安全的光学加密、大容量光通信和粒子捕获等领域具有广泛应用;但是其面包圈的直径大于紧聚焦的光束,这大大削弱了它对粒子强捕获和操纵的能力。与完美矢量光束相比,紧聚焦光束在自旋-轨道相互作用、光场中的拓扑结构以及超分辨率聚焦等方面具有更为重要的应用。然而,利用超表面产生的紧聚焦矢量光束强度轮廓面包圈的大小仍然与拓扑荷有关,如何调整面包圈的大小以使其不受拓扑荷的影响仍需进一步解决。此外,作为圆偏振涡旋的叠加,尽管普通矢量光束的产生被广泛研究,但对于强度轮廓可调的紧聚焦矢量光束的叠加却很少被报道。本论文基于矩形纳米狭缝单元组成的超表面对光场的偏振和相位属性进行调控,实现了轮廓可调的紧聚焦矢量光束叠加场和轮廓可调的紧聚焦高阶庞加莱矢量光束叠加场的产生。超表面由排列在两组圆环上的两组正交纳米缝对组成,每组纳米缝对中每个狭缝对均可看作一个半波片,它们可实现入射圆偏振光手性的转化以及带有螺旋轮廓几何相位的圆偏振涡旋光束的产生;最终两组缝对在线偏振光照明条件下衍射形成两个贝塞尔矢量光束。此外,我们设定焦距f=5μm,与超表面的缝对圆环半径在相同的量级上,它们提供了一个较大的聚焦数值孔径,因而产生的两个贝塞尔矢量光束是紧聚焦的。通过精细地改变两组圆环的直径,两个贝塞尔矢量光束的面包圈被调整为相同的大小,从而实现了两个轮廓可调的紧聚焦矢量光束等面包圈下的叠加;在此基础上,通过改变入射照明光的椭偏度,我们进一步实现了轮廓可调的高阶庞加莱矢量光束的叠加及其结构光的产生。本论文的主要工作归纳如下:1.第一章首先对超表面的相关研究进展进行了简单介绍,其中主要内容包括超表面的概念、基于相位调控原理的传输相位超表面、几何相位超表面和传输与几何相位结合的超表面及以及超表面的应用,包括超构透镜、涡旋操控以及光学全息;其次我们对光场的偏振特性进行了简单介绍;最后,介绍了矢量光束的基本概念、性质、基于高阶庞加莱球和杂化阶庞加莱球的矢量光束的偏振态表示以及利用超表面产生矢量光束的相关进展。2.第二章通过空间复用排列在圆环上的正交纳米缝对设计了一种超表面,实现了轮廓可调的紧聚焦矢量光束的叠加及其结构光的产生。排列在两组圆环上的正交缝对均具有半波片的作用,并可实现圆偏振入射光手性的转化;在线偏振光照明条件下,两组缝对圆环分别衍射形成两个面包圈轮廓的贝塞尔矢量光束。通过改变两组圆环的直径以调整两个不同阶贝塞尔矢量光束的面包圈的大小,实现了两个等面包圈的紧聚焦矢量光束的叠加。为了实现超表面的设计并证明产生矢量光束叠加的可行性,我们首先给出了基于纳米缝对产生的传输光场的理论分析,并计算了超表面产生的叠加场;其次进行了时域有限差分（FDTD）模拟,并优化了设计的超表面;最后,我们加工了超表面样品并进行了实验测量。3.第三章在第二章的基础上,通过调整入射光的椭偏度,四个超表面样品进一步实现了轮廓可调的高阶庞加莱矢量光束叠加结构光的产生。借助第二章中的超表面样品,我们首先通过调节入射光在庞加莱球上的位置,实现了左旋圆和右旋圆偏振光的不等振幅叠加并产生了椭圆偏振入射光;由于样品的圆环直径是经过调制的,因此在椭圆偏振光照明下,超表面样品实现了两个等光强轮廓的高阶庞加莱矢量光束的叠加。为了证明此方法的可行性,我们依次给出了理论分析、FDTD模拟和实验测量。