超表面是为了解决一些传统光学器件难以解决的光学难题而设计的人工二维材料,它由一系列亚波长单元结构排列组合而成。通过改变单元结构的材料、形状、尺寸等参数,它可以表现出不同寻常的物理特性。利用这些非凡的特性,按需求对单元结构进行排列,就可以设计出能实现各种功能的超表面器件。各向异性的金属或电介质纳米砖可以被设计为半波片或偏振器,通过改变纳米砖长轴方向的取向角,可以实现对圆偏振光相位或线偏振光振幅的连续调制。不同于需要通过改变单元结构的几何参数来获得不同相位梯度的超表面,受取向角控制的纳米砖阵列超表面的单元结构具有统一的几何参数,这使得它的加工难度更低,容错率更高,有利于提供更多的相位/振幅梯度台阶数,可以用于设计更为精细的超表面器件。本文运用电磁仿真软件CST,FDTD结合MATLAB对纳米砖单元结构及纳米砖超表面成像器件进行研究和设计,主要工作如下:（1）通过优化银纳米砖的几何参数,将它设计为一个反射式的纳米偏振器,在设计波长650nm处,偏振方向沿其长轴的线偏振光的反射率高达93.9%,而偏振方向沿其短轴的线偏振光的反射率仅有3.6%。随后结合马吕斯定律以及马吕斯角度简并性原理,设计了一种在550nm-750nm波长范围内具有宽带响应的超表面图像显示及加密器件,它仅在两个特定偏振方向的线偏振光照射下显示具有高分辨率的图像,当其它偏振方向的光照射时,目标图像会被加密。（2）通过研究银纳米偏振器的频率响应特性与其几何参数的关系,设计了两种能分别响应红光（650nm）和绿光（585nm）的窄带纳米偏振器,两种纳米偏振器互不干扰。本文根据马吕斯定律,将设计原图解码为两种纳米砖的取向角分布,设计了一种能同时显示红绿两种颜色的超表面图像显示器件,当线偏振白光入射时,可以在超表面的近场处再现存储的彩色图像。（3）通过设计非晶硅纳米砖的几何参数,使得在设计波长1.6μm处,偏振方向分别沿纳米砖长轴和短轴的入射光之间产生π的相位差,此时的纳米砖相当于一个半波片。而且在1.55μm-1.7μm波长范围内,圆偏振入射光的交叉极化传输系数都在80%以上。本文结合几何相位原理对纳米砖阵列进行排列,设计了一种工作于近红外波段的超表面长焦深聚焦透镜。当入射光的波长λ等于1.6μm时,焦深可长到达17.5λ,而焦斑的半高全宽约为2λ。此外,仿真结果表明此设计方法对离轴聚焦同样有效。