超构表面是一种由二维亚波长结构单元周期或者准周期性排布而形成的新型二维人工电磁结构,其可通过设计亚波长结构实现任意的等效介电常数和等效磁导率,从而突破自然材料的限制,引入新的设计自由度。得益于其超强的光场调控能力和紧凑的结构特性,超构表面在诸多领域展现出广阔的应用前景。但是,目前超构表面的研究中依然存在一些制约其发展及应用的问题,如:器件缺乏可调性、效率低等。本文基于石墨烯超构表面研究了可重构亚波长金属狭缝出射电磁波准直器,以及利用全硅超构表面设计了超宽带、高效率的艾里光束产生器,为提高超构表面的可调性和效率提供了一种可选的方案。主要研究内容如下:（1）基于石墨烯化学势的可调特性,将石墨烯引入到超构表面的设计中,克服了现有准直器的工作带宽窄带及工作频率和准直方向不可调的问题。由于在本文研究波段石墨烯具有金属性质,因此本文提出了具有可调磁共振的石墨烯带-介质-金属（graphene-dielectric-metal,GDM）单元结构。入射光穿过金属狭缝后一部分转化为沿着金属-介质界面向两侧传播的表面等离激元（surface plasmon polaritons,SPP）波,另一部分直接从狭缝处发射到自由空间。通过调节每个石墨烯带的化学势控制GDM结构的散射相位以构建特定的相位梯度,补偿SPP与自由空间传播波（propagating wave,PW）之间的波矢失配,从而将SPP耦合到特定方向的自由空间传播波。当金属狭缝两侧的超构表面耦合出的自由空间传播波同方向时,它们与直接从亚波长金属狭缝出射光干涉相长,形成准直光束。由于垂直堆叠的石墨烯带之间的相互作用可忽略不计,因此本文采用双层石墨烯进一步扩大了工作带宽。仿真证实了工作带宽从10.6 THz到29.1 THz的多频率、多角度可重构准直器。（2）在基于全硅超构表面的艾里光束产生器研究中:利用具有高双折射和透射率的硅纳米柱,设计了超宽带、高效的艾里光束产生器,克服了现有基于超材料/超构表面艾里光束产生器的窄带、低效率等限制。通过推导线偏振光经过双折射纳米柱后出射光中与入射光正交偏振的电场振幅和相位与双折射纳米柱转角之间的关系,发现透射光的归一化振幅可通过旋转纳米柱转角实现0～1的调制,相位可通过纳米柱旋转角度的正负实现π的跳变,并且此调制的实现与工作波长无关。通过精心设计纳米柱转角以同时满足艾里光束函数对振幅及相位的要求,设计了超宽带、高效的全硅超构表面艾里光束产生器。使用有限时域差分算法对设计的超构表面艾里光束产生器在0.7～2.3μm波段进行了数值仿真验证,工作效率在中心波长处可达76.8%。实验测试了器件在1.1μm到1.7μm波段的工作性能,与理论预测及仿真结果高度一致。这一结果为艾里光束在宽带、高集成设备中的应用提供了可能性。