受益于超构表面超薄,轻巧紧凑的优势,光学超构表面在微型光学器件方面有着良好的发展前景。同时因为结构具有较高的自由度,超构表面展现出许多新颖的功能。其中非线性光学作为现代光学的重要分支,引起了广泛的关注。传统的非线性超构表面使用电介质或者表面等离激元实现非线性信号的产生和控制。而复合超构表面则是利用多种材料的组合来实现这种功能。本文证明并展示了,通过结合表面等离激元和高非线性材料,可以高效的产生非线性信号并灵活的对其进行控制。同时揭示了复合超构表面和传统超构表面在非线性信号的产生和控制上的差异。此外通过巧妙的设计超构表面上非线性信号的相位分布,充分的利用了复合非线性超构表面独特的相位调控特性,实现多维光场调控。主要的内容如下:（1）证明了复合非线性超构表面可以用于能谷光子的区分和操控,在室温下将单层过渡族金属二硫化物组成的二维材料中不同能谷中的非线性光子发射到自由空间中所需的方向。符合非线性能谷选择定则的二次谐波发生在单层二硫化钨（WS2）中K和K’谷的激子共振处。文中详细描述了此种结构的制备方法。测试并解释了此超构表面将几何相位传递到信号光不同手性的成分上,并将不同手性的能谷光子发射到不同方向的过程。计算了由于结构的局域场增强效应产生的二次谐波效率的增强。实测出倍频转换效率相对于纯的同种二维材料提高了1个数量级。（2）提出了一种基于贵金属纳米孔/单层二硫化钨的复合非线性超构表面。测试并分析了这种复合非线性光学超构对其产生的二次谐波信号的调控过程。实验结果表明,此种结构有约25nm/V的有效倍频非线性系数,比传统表面等离激元超构表面大3个数量级。演示了对轨道角动量控制,光束控制、多功能偏振控制和全息成像等一系列功能,展现了这种非线性复合超构表面的在多维光场调控方面的潜力。并进一步的,探讨并且初步演示了三维全息成像。（3）提出并验证了用于三次谐波波前调控的手性复合非线性超构表面。这种结构是由ZnO填充的S形Au纳米孔阵列构成的。文中描述了这种超表面的制备方法。通过仿真证明了利用几何相位此种结构可以精确地控制其产生的三次谐波信号的相位,同时在左、右旋偏振光的激发下表现出很强的手性响应。实验测得此复合超构表面的三次谐波转换效率为10-5,比相同厚度的ZnO薄膜高出近一个数量级。之后,文中分别讨论并测试了此种结构在手性响应和全息成像功能上的性能。并最终实现了五个不同的图像通道的三次谐波信号光场调控。本论文的结果表明,基于复合非线性超构表面的二次谐波和三次谐波光场调控具有很好的效果。这种思路有很强的可扩展性。通过更换结构和材料,可以实现更丰富的功能或更高的转换效率。为非线性光学的研究和应用开拓出了一条富有前途的道路。