电磁波的任意控制是光子研究的一个新方向。受自然材料介电常数ε变化范围的限制,传统光学器件往往光学厚度大,操纵光的能力也相当有限。而在深亚波长尺度上,由电磁（EM）微结构制成的人工复合材料（MTMS）可以等效出任意的介电常数ε和磁导率值μ,从而为光的操纵提供了更多的自由度。基于均匀MTMS,超表面通过人工微结构对入射光波的相位、振幅和偏振进行调控,从而实现电磁波的任意操控。并且人们利用超表面已经构造出了各种具有特定功能的器件。如光束转换器、超成像、偏振选择器等。此外,这些梯度相位超表面在光学尺度上很薄,光不会在结构内部长时间传播,所以在散射和相位突变问题上受到的影响较小。本文研究的目标是利用相位梯度超表面实现电磁波的波前调控,从而实现反射光束的异常偏折和透射光束的聚焦,具体内容包括:（1）本文先介绍了超表面的异常反射、波场转化和聚焦的相关理论与应用。详细解释了相位梯度超表面构建所依赖的广义斯涅尔折/反射定律。依据理论对相位梯度超表面进行构造,从而实现电磁波的人为调控。利用Au纳米柱的单元结构为均匀介质表面引入突变相位,从而对电磁波调控实现反射光束的反常偏转。本文主要研究了在波长λ=8.1μm处,ξ=0.65k₀下的异常反射,且数值模拟的结果与理论计算值相同。此外还计算了不同反射光平行波矢量下的反射光束偏折以及相同波是矢量ξ下不同入射角的反射情况。并且证实了存在一个临界角,当入射角大于临界角时自由空间传输的入射波将会转化为沿结构表面传输的表面波。（2）基于相位梯度超表面可以实现波场转化的原理,利用波场转化提高吸收为基于优良性能的中红外滤波器和吸收器构造其他多光谱设备开辟了新思路。本文构造了一个可以激发两种混合模式的相位梯度超表面结构,该构造分别研究表面波模式和偶极类似共振,通过这两种模式的共同作用实现中-长波红外波段中的双波段完美的吸收。并且通过本征模式计算等方式证明了分别在8.1μm和14.1μm左右的两个吸收峰值的起源。（3）超表面最为广泛的应用是构建超透镜。基于亚波长人工微结构对相位的调控,本文提出了全硅（Si）介质在中红外波长下实现光学聚焦的超透镜。通过有限时域差分法（FDTD）对单元结构进行数值计算。依据超透镜的相位调制函数设计了4μm波长下的透镜聚焦。通过仿真与理论模型的比较证实了我们的建模的准确性。为宽带聚焦的研究提供了参考依据。