超构表面（metasurface）是一种通过人工设计的微纳米结构调控入射电磁波的谐振来控制波前的相位、偏振以及振幅的新型超薄的平面光学元件，其新颖的工作机制和灵活多变的结构设计形式为其在光电领域的应用提供了广阔的前景。然而，制备好的光学器件会因为结构尺寸的固定导致光学响应范围的固定，这将极大的限制超构表面的实际应用。因此，动态可调超构表面的研究就显得尤为重要。在超构表面设计过程中加入能使电磁波敏感的主动因素，就能对结构系统产生敏感的调控，而结构对电磁波调控的宏观反应则体现在功能器件光学响应的变化上。
　　本文的研究内容为光学超构表面的设计及动态调控研究，在研究过程中设计了对应功能的超构表面结构系统，通过外界折射率变化、应力拉伸变形、化学方法转化三种调控方式对电磁波形成调控。虽然不同的调控方式对应不同的结构设计以及不同的应用领域，但是整体的动态调控都是基于耦合机制产生的，而本文设计的超构表面结构系统可以通过模式之间的多体耦合以及结构单元与入射电磁波的耦合作用产生工作。如何利用外界主动因素对设计的结构系统的耦合机制产生最敏感、最高效的调控，则是光学超构表面动态调控研究的主要内容。当然，随着本文中研究工作的不断深入，开发的结构系统对电磁波的调控越来越灵活，器件的应用也更加趋向于便携和实用。
　　本文设计了简单的由金属-介质-金属材料组成的光栅结构，从理论和实验上验证了表面等离子体模式（SPPs）和结构磁谐振模式（MPPs）的强耦合模式的产生，通过简单的等离子体超构表面产生的耦合模式使磁场增强了近500倍，在某种程度上平衡了电、磁转换的不对称性，极大增强了结构系统中磁场的辐射强度，同时整体的结构器件保留了表面等离子体模式的特性，外界折射率变化对结构的谐振位置形成精准的调控，折射率敏感度高达470nm/RIU，为磁探测器的开发起到推动作用。
　　本文还设计了一种应力拉伸变形调控的超构表面，传统的结构系统在施加单向拉伸应力时，结构器件会因为偏振的敏感性带某个方向上信息的缺失和低效，尤其是在结构色显示上。而将二氧化钛超构表面嵌入于聚二甲基硅氧烷（PDMS）柔性衬底中，模拟和实验上都可以观察到两个正交偏振的反射颜色在可见光波段同时被调控，并能在响应趋势、范围以及速度上保持高度的一致。这种偏振不敏感的特性，在垂直偏振方向和平行偏振方向分别由近场相互作用和光栅效应两种不同的机制决定，因而整体的结构色显示可以在单向拉伸下实现连续、高效的调控。与此同时，由于结构参数对调控速度的影响，基于这样的调控机制可以使结构器件在信息的显示和隐藏中得到应用。
　　卤化铅钙钛矿具有高折射率、低损耗的材料属性，满足了超构表面设计对材料选择的需求。本文最后设计了反射模式下全相位覆盖和高反射效率的钙钛矿超构表面，从亚波长尺寸对任意波前调控，把入射波束转化为所需要的波前剖面，在远场处进行重建。成功设计了基于卤化铅钙钛矿的偏振转换、异常反射和全息成像的结构器件。其中异常反射的绝对转换效率达到45%，和硅、二氧化钛等高折射的透明介质材料相当，同时卤化铅钙钛矿还具有带隙可调的结构属性，能够通过阴离子的替换来实现结构器件的动态调控，对可调控的全介质超构表面便携式的应用起到推动作用。