全介质亚波长结构能调制光强、偏振态和相位,可制作成抗反射元件和超透镜等。为了降低对刻蚀精度的要求,适用于批量生产,提出一种单台阶的二维圆柱形亚波长结构。运用时域有限差分法计算不同半径圆柱形亚波长结构的等效折射率值,基于等光程原理设计等效折射率径向渐变的衍射会聚透镜,并对衍射会聚透镜进行仿真。该方法所设计的衍射透镜材料的折射率为1.4,微透镜口径4μm,在400nm-800nm波段实现光束会聚,最高数值孔径约为0.72,将衍射透镜阵列成集成芯片,其厚度仅为1μm。为了研究亚波长结构对微透镜成像质量的影响,运用时域有限差分方法分别仿真均匀分布的圆柱形亚波长结构、规则渐变的会聚型圆柱形亚波长结构、规则渐变的会聚型圆孔形亚波长结构、规则渐变的发散型圆孔形亚波长结构对微透镜成像焦斑大小和焦距的影响。通过分析加工难度和现有的实验条件,最终选取均匀分布的圆柱形亚波长结构和规则渐变的会聚型圆孔形亚波长结构进行实验验证。运用薄膜理论和等效介质折射率理论,对均匀分布的圆柱形亚波长结构的参数进行设计,基于严格耦合波理论验证设计结果的准确性。通过实验证明了该结构在可见光波段有良好的增透效果。分别取表面有亚波长结构和表面无亚波长结构的微透镜各100个,测量其焦斑大小,结果表明均匀分布的圆柱形亚波长结构不改变焦斑尺寸。在微透镜表面制作规则渐变的会聚型圆孔形亚波长结构,并对光斑变化进行分析,仿真结果表明该结构对微透镜成像光斑能量分布和焦距有影响。实验在口径7μm,焦距19μm的微透镜表面制作圆孔型亚波长结构,测量结果显示该亚波长结构在可见光波段将微透镜焦距缩短为15μm,焦深变长,同时使焦斑尺寸减小,光斑中心能量最大提高为17.9%。