衍射光栅作为一种色散分光元件在光谱仪、激光器和航天等领域有着十分广泛的应用。而传统衍射光栅因其物理本质的局限无法同时满足高衍射效率和宽频段需求,并且其对于不同偏振态的入射光较为敏感。针对传统衍射光栅的缺点,本论文利用超表面设计了一个对入射光偏振不敏感的宽带反射式闪耀光栅。超表面是一种人为设计的,能够对电磁波响应的二维结构。通过对微纳单元结构的色散调控,超表面可以实现电磁波波束的任意控制。本文以中红外超表面光栅的设计为研究课题,从理论和实验的角度系统地分析了超表面光栅的色散调控机理。具体工作分为以下部分:1.超表面光栅的色散调控。首先以二维弹簧谐振子模型为例,阐述了其相位色散可通过调节矢量分解后的两个一维谐振子来控制。并将此相位色散调控模型应用到光学领域,设计了沿x轴旋转45°的C形谐振器。通过改变C形谐振器的几何参数,超表面单元结构可以实现对称模式和非对称模式的振荡调节,从而达到对超表面色散的任意调控。2.超表面光栅的设计原理。联立广义斯涅尔定律与光栅方程得到所需单元结构的相位梯度。通过色散调控来选取合适的单元结构并排列形成超表面光栅。利用电磁仿真软件对超表面光栅进行数值仿真计算得到其衍射效率。3.超表面光栅的制备。首先用电子束蒸发镀膜机在单晶硅表面从下到上依次蒸镀铜、硒化锌和金,然后旋涂光刻胶,再利用步进式光刻机进行1:5的投影式曝光,并进行显影、坚膜。再用离子束刻蚀样品最上层金,刻蚀深度为100nm,最后洗掉光刻胶,得到最终样品。4.实验的搭建与测量。本实验以傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）作为宽谱光源,将入射光垂直入射到超表面光栅上,通过旋转台改变探测器的位置测量出超表面光栅不同出射角的光强,并根据金镜测量得到的参考光强计算超表面光栅的衍射效率。实验测量的衍射效率与理论相差仅为5%,其不同偏振衍射效率均方差为36,仅为商用的1/37。它在8.5μm-12μm波段范围内衍射效率高于80%,带宽对比商用光栅多出65%,其性能优于目前商用的闪耀光栅（8-10μm波长范围衍射效率80%以上,不同偏振衍射效率均方差为1334.7）。