随着纳米加工技术的发展,由亚波长单元结构组成的超构表面（Metasurface）实现了光学设计原理的新突破,并且提供了全新的光学调控手段。其中,超构透镜（Metalens）作为典型的一类应用,具有极轻薄的结构特征,而高性能的超构透镜有希望投入实际的应用生产中,改善现有的光学系统。本文围绕超构透镜的加工制备和性能开展系统研究,针对不同的材料体系下超透透镜的性能提升及应用场景需求,进行了微纳加工工艺的开发与优化,并提出了新型双层结构金属型超构透镜的纳米单元设计和滤波型介质消色差超构透镜。具体内容包括:1.系统介绍了超构表面的纳米加工制备工艺,着重探讨了电子束光刻和电感耦合等离子体刻蚀两步工艺的原理和核心参数,针对超构透镜结构的高深宽比要求,进行了工艺参数的优化。在实验上完成了不同材料体系超构透镜的加工制备,并考察了他们的形貌特征以及对它们的光学性能做了具体的测量表征。2.基于传统的纯金属型超构透镜,提出了一种由铝纳米棒及其互补结构组成的腔结构增强型双层结构的超构透镜。通过引入抗蚀剂层以及抗蚀剂顶部的金属膜层从而组成了类似于光学谐振腔的双层纳米结构单元,增强了光与结构的相互作用。从仿真和实验上证实了这类结构相比于传统的纯金属纳米棒所组成的超构透镜的衍射效率和总效率都大大提高,并且改善了透镜的聚焦和成像性能。对这类新结构所组成的超构透镜的性能增强所包含的物理机制进行了仿真计算和相关的讨论。3.设计了带通滤波器集成的多波长消色差超构透镜,实现了白光照明下的高质量消色差成像。基于搜索优化算法,设计了红绿蓝三个波长下的高效率消色差超构透镜,然后针对这几个离散波长优化参数设计了相应的多层膜带通滤波器。通过仿真计算和光学实验验证了设计的超构透镜具备良好的消色差特性和较高的聚焦效率。最后对滤波型消色差超构透镜的完整器件进行了成像实验与对比研究,证实了在白光照明成像系统中滤波器的必要性。该方法提供了同时调控超构表面的相位和光谱信息的新的思路。