超表面是一种利用人工设计的亚波长单元，通过周期性或者非周期性形式在二维平面上排列形成的人工新型电磁材料。这种材料通过等效电阻抗、磁阻抗和突变相位实现对电磁波的幅度、相位、极化状态等特性灵活的调控，同时依靠自身的低损耗、低剖面、易于设计与制作等优点受到科学界以及工业界的广泛关注。目前，关于超表面的研究主要针对单一功能或者窄带的器件，其局限性为一旦超表面的结构制作完成，相关特性也随之固定。然而随着社会的不断发展，人们的需求越来越多样化，超表面的设计也从简单到复杂，功能从单一到复合，向功能可重构方向发展。本文针对这一热点科学问题，通过在超表面的设计中融入有源器件以及多层器件组合的方式实现对电磁波灵活控制。具体研究内容如下：
　　1.提出一种基于深度学习自适应实现RCS缩减超表面的设计方法。首先，将仿真得到的超表面反射光谱数据用于训练网络。对于预训练的网络，前向传播能够揭示光学响应和超表面结构之间的复杂关系。随后，我们可以使用训练好的网络，实现光学响应的逆设计，针对工作频段内任意频率的入射波，自适应给出所需参数实现RCS缩减，并用理论计算和数值仿真加以验证。
　　2.基于变容二极管，提出并实验验证一种可同时实现可调波束偏转与可调近场聚焦超表面。通过调节超表面上每一列单元上变容二极管的偏置电压，引入不同的相位梯度，从而将反射波束偏转到理想方向，或者将入射的平面波形成球面反射波前聚焦到指定点。随后为了突破中心轴线可调聚焦的局限，设计电尺寸更大的超表面让聚焦点在整个工作平面内可调。
　　3.针对前面提出的超表面只能对一个极化具有可调的相位，不能对不同极化的电磁波表现出不同功能的瓶颈，提出一种二维可调超表面，即针对x极化和y极化的电磁波照射时，其相位可单独控制。设计和仿真验证多种调控功能，如反射波极化转换、极化波束分离、波束偏转、RCS缩减等。
　　4.提出和实验验证了一种基于全光衍射神经网络的全息成像设计方法。首先设计单层的全息成像器件以验证该算法的高效性与准确性，其次巧妙的利用两层全息成像器件组合，通过调节入射场的幅度实现可重构成像以及可调近场聚焦。