随着人们对微观世界的探索,具有小焦斑、高分辨率的光学镜片不可或缺。超表面结构通过研究亚波长尺度下特殊材料与电磁波的关系,突破了物质本身自然属性,给电磁波器件的设计提供了无限的可能。不同于传统的光学系统,超表面对光波的相位调控不依赖于光传播路径上的相位积累,而是通过产生的局部相位突变,来控制电磁波的波前,因此其厚度可以远小于入射光波长。由于金属具有欧姆损耗,限制了光波操纵的效率,使用介质材料代替金属制作纳米天线成为一种新的途径。本课题主要研究内容如下:首先,文中采用Ti O2纳米单元结构在可见光频段构建了PB相位超表面,并使用FDTD方法验证了超表面的相位调控机制,在此基础上实现了光波束的定量偏转和全息成像。超表面全息成像透镜通过Ti O2纳米单元的相对相位偏转量来存储由Gerchberg-Saxton(GS)算法提取出的原始图片相位信息,当光线照射该透镜时可在透镜后侧的显示屏上显示原始图像。不同尺寸结构的聚焦透镜。则显示很好的电磁波汇聚效果,且聚焦效果不受入射电磁波位置的影响。更进一步,文中提出了一种基于超表面的清晰度可自适应调节的成像系统。不同于常规相机成像需要由微马达调节镜头和CCD之间的距离,该系统由超表面透镜替代传统透镜,且使透镜与成像屏之间的距离保持不变。为了实现清晰成像,系统运用基于Sobel算子的边缘检测算法检测出边缘图像与边缘像素点个数,由此判断图像清晰度,再根据成像清晰度对超表面透镜的相位分布进行动态调节,改变焦距。文中详细设计了一款具有演示效应的超透镜和自适应成像系统,并完整仿真了清晰度自适应成像过程。仿真结果验证了系统确实能够实现清晰度自适应成像,即成像由不清晰到清晰。虽然目前技术上还不能实现光频段超表面的实时重构,但该课题研究为未来自适应清晰成像提供了一种新的方式,在光学相机、显微镜成像等方面可能有潜在应用价值。