圆柱矢量光束在高分辨成像、粒子操控和材料加工等领域具有广阔的应用前景。目前，关于圆柱矢量光束生成调控的研究，尤其由单个器件同时实现光束生成、波前操纵，仍受到实现机理、结构设计等因素制约。论文采用人工电磁材料—超表面，利用非对称光子自旋-轨道相互作用，对两种自旋态的光子进行独立操纵，进而通过自旋重组生成矢量光束，实现任意波前调控。论文结合贝塞尔无衍射光束获得突破衍射极限聚焦，最终实现一种超衍射极限聚焦透镜的研究设计。论文研究工作对推动微纳光子学、材料科学和凝聚态物理等多个学科领域的发展具有较为重要的意义。　　论文在国家自然科学基金项目“基于超材料的红外偏振调控机理研究，（项目批准号：61575032）”的资助下，对基于圆柱矢量光束的超表面聚焦透镜器件原理及结构设计进行了较为深入的研究，并基于该原理设计了能够突破衍射极限的超表面透镜。针对现有矢量光束生成调控器件效率低下，调控能力有限的问题，采用一种新型矢量光束生成与调控方法——非对称光子自旋轨道相互作用进行原理研究，并利用此方法进行基于圆柱矢量光束的超表面透镜的结构设计。　　主要研究工作和创新点如下：　　首先，开展了基于超表面的矢量光束器件的原理研究。对非对称光子自旋-轨道相互作用进行了较为深入地研究，并利用该原理完成人工电磁超表面的设计，实现对于透射光束偏振状态和相位任意、独立且高效的调制。通过分别控制超表面单元结构尺寸参数和旋转角度可同时引入波导传输相位和几何相位，两个相位梯度的结合可实现非对称光子自旋-轨道相互作用，进而实现对左旋圆偏振光束和右旋圆偏振光束相位的独立调控，利用对于不同旋向光束相位的独立调控从而实现任意、独立且高效的调制光束的偏振和相位，为矢量光束器件研究提供了原理支持。　　其次，开展基于圆柱矢量光束的超表面透镜的研究。结合波导理论，设计出8组弱耦合、高效率全介质结构单元。利用 8 组单元结构设计一种基于圆柱矢量光束的超表面透镜，该透镜能在线偏光入射下高效生成波前可调的矢量光束，并能通过入射线偏振光的偏振方向实现径向偏振光和角向偏振光的双向连续切换。这种超表面透镜具有易于集成的特点，而且无需经过偏振转换器件来产生圆柱矢量光束和额外准直系统来保持圆柱矢量光束中心与透镜对齐，大大简化了传统圆柱矢量光束聚焦所需要的辅助系统。　　最后，开展了关于超衍射极限的超表面聚焦透镜的研究。针对聚焦透镜始终无法突破衍射极限的问题，提出一种能够突破衍射极限聚焦超表面透镜，该透镜在实现径向偏振光束的同时完成贝塞尔聚焦。首先，从理论上分析两种光束的优势。聚焦径向偏振光束在焦点处能够产生强的纵向电场分量，而贝塞尔无衍射光束具有中心光斑小、光强高度集中、方向性好、最大无衍射距离远等优势。随后，我们将径向偏振光束与贝塞尔无衍射光束的优势相互结合，提出一种新型的基于径向偏振光束的贝塞尔超表面透镜。该透镜在x偏振光束入射时可同时产生径向偏振贝塞尔超表面透镜，其聚焦焦斑半高全宽（FWHM）为 420nm，突破了衍射极限（衍射极限为 r=1.22λf/d=454nm，d 为透镜半径）。该透镜可应用于微型化、集成化的超分辨率成像探测等光学系统，为微纳尺度上的光信息传输与处理奠定了一定的理论基础。