现代光学的研究与应用领域中,超表面结构对电磁场的调控能力越来越受到人们的关注。超表面是一种特殊的超薄人工电磁超材料,可在亚波长尺度下对电磁波的相位、极化方式、传播模式等特性灵活有效地调控,能实现聚焦成像、反常折射、反常反射、滤波、完美吸收、极化旋转和偏振态选择(左、右旋圆偏振光的选择)等物理功能。本论文主要工作和研究成果如下:提出了一种基于矩形环阵列的透射型表面等离子激元超表面结构,即在玻璃基底上面的金属薄膜中嵌入二维(2D)矩形环狭缝。研究表明,可以通过控制超表面结构单元的结构参数(阵列周期,金属膜厚度,矩形环狭缝宽度等),可以有效地控制局域表面等离子激元共振的波段及其附带的位相延迟(0-2π)。利用超表面的这一相位调控特性,我们设计并模拟了工作波段为1550nm的透射型超表面平板微透镜,设计焦距和模拟焦距高度吻合,焦斑大小接近衍射极限理论值。考虑到应用需求,进一步提出了基于矩形环阵列的反射型表面等离子激元超表面结构。该结构由金属-介质-金属(MIM)的亚波长谐振微腔构成,上层金属薄膜中嵌有矩形环狭缝,结合局域表面等离子激元共振和微腔效应,通过改变矩形环狭缝的宽度,可以对入射光进行全相位延迟(0-2π)调制。利用此反射型微结构,在1550nm波长处我们设计并模拟了反射型超表面平板微透镜,设计焦距和模拟焦距高度吻合,焦斑大小接近衍射极限理论值。进一步的模拟结果表明,利用超表面灵活的相位调控功能,可以实现平板透镜任意位置的离心完美聚焦。利用基于矩形环阵列的表面等离子激元超表面结构的特性,我们将超表面结构单元按照相位延迟进行梯度排列,设计并模拟实现了具有反常折射和反常反射功能的超表面器件。模拟结果表明它们可以将入射的光波按照任意设计的角度进行折射或反射,模拟结果与理论设计值基本吻合。本论文提出的基于矩形环阵列的透射和反射型表面等离子激元超表面结构可以对透射场和反射场中的电磁波的相位进行灵活地调控,形成多种多样的相位延迟调控方案,使得该类型超表面在波束调节、复杂波束形成、反常光束偏折、电磁隐身、集成光子器件等方面具有广阔的应用前景。