超材料由周期性排列的人工亚波长复合结构组成,可根据实际需求设计单元结构,以实现自然材料所不具备的特殊或反常性质,例如,实现平板透镜、隐身斗篷、完美透镜、超分辨全息图以及光声成像等新奇的功能。相较于超材料设计及理论领域所取得的令人瞩目的进展,超材料的制备发展则相对较慢,特别是光学超材料的制备受到了很大的技术制约。因此,研究人员提出了二维的光学超表面,其有效地避开了三维光学超材料制备过程中所面临的巨大挑战,同时又保留了优异的性能,从而极大地推动了光学超材料的发展。目前所报道的光学超表面多为周期性结构,主要采用激光、离子束或电子束刻蚀等物理方法制备。可见光波段的超表面需要制备更加精细的纳米尺度单元结构,而采用物理制备方法遇到了许多技术瓶颈,例如,设备昂贵、成本高、制备过程繁琐、样品尺寸极其有限等等。化学方法制备光学超表面正在吸引越来越多研究人员的关注。在本论文中,我们提出了采用化学方法来制备可见光波段银树枝超表面,并研究了其制备工艺及光学性能。论文中以自下向上的电化学沉积方法为基础,设计并制备了可见光波段银树枝超表面;测量了其透反射性能以及反常古斯-汉欣（Goos-H?nchen,GH）位移等光学特性;设计了基于银树枝超表面的楔形光波导,并研究了光波在其中的传播行为;另外,本文还通过实验研究了树枝超表面的偏振转换以及反常光自旋霍尔效应。本论文的工作主要涉及以下几个方面的内容:1.可见光波段银树枝结构超表面的制备基于自下向上的化学制备方法,提出了一种新型的可见光波段超表面。其主要由银树枝结构单元构成,树枝状结构单元随机排布。相比传统周期性排列的超表面结构,这种银树枝超表面具有制备方法简单、成本低的优点。我们利用AutoLab电化学工作站精确制备了谐振范围在可见光波段可调的银树枝超表面样品;研究了实验过程中电化学沉积条件（例如,沉积电压、沉积时间、环境温度以及电解液浓度等）对银树枝形貌的影响,得到了制备银树枝结构的最佳工艺条件,并且通过调节电化学沉积条件实现了对银树枝超表面样品谐振波段的调控。2.银树枝超表面的反常GH位移效应采用干涉法测量了银树枝超表面在单色光入射时的GH位移。由测量结果发现,当入射光的波长与超表面的谐振波长相同或相近时,观测到样品的反常GH位移;而当入射光波长与样品谐振波长相距较远时,样品的GH位移值为正。反常GH位移是超表面实现光速减慢或停止的必要条件,以实验测量反常GH位移,也为后续研究超表面对可见光操控做好了必要的准备。3.银树枝超表面光波导的“彩虹捕获”效应设计组装了由银树枝超表面构成的楔形光波导,并从实验上观测到银树枝超表面光波导的“彩虹捕获”效应。研究结果表明,入射复色光中不同波长部分在楔形波导不同位置分立停留,形成明亮的彩虹,即在室温下实现了可见光的光速减慢;通过测量单色光穿过波导之后端口的光能量变化我们发现,当单色光的波长与银树枝超表面谐振波长相同时,波导的出射光能量为0,而入射光的波长与谐振波长不同时,出射光能量大于0。4.超表面的偏振转换性能通过数值模拟与实验,研究了银树枝超表面的偏振转换性能。研究发现,当波长与样品谐振波长一致的线偏振光垂直入射到树枝状超表面时,得到偏振方向互相垂直的两束线偏振透射光,一束透射光偏振方向与入射光相同,且传播方向保持不变,而另一束交叉偏振透射光偏振方向垂直于入射光偏振方向,且传播方向改变为倾斜出射。树枝超表面虽然实现了偏振转换,但是其转换效率较低,为得到更高效率的偏振转换,又研究了反射模式的偏振转换超表面。提出了一种通过反射实现极化转换的超表面,模拟与样品测试结果表明,其可在8.4～20.7 GHz的超宽频段内高效地将x（y）极化波转换为y（x）极化波,在工作频段内转换率超过了92%。这为提高银树枝超表面的偏振转换效率提供了一种可行的途径。5.设计实验研究银树枝超表面反常光自旋霍尔效应采用干涉测量方法测量了K9晶体、银树枝超表面与球刺样品的光自旋霍尔效应。基于不同样品表面反射的测量结果发现,在入射光波长与样品谐振波长相同或相近时,树枝超表面及球刺样品的光自旋霍尔效应为反常光自旋霍尔效应。反之,当入射光波长与样品谐振波长差别较大时,得到正光自旋霍尔效应。