对于光来说,由于其所具有的基本物理属性,可以被用来作为信息的载体。不仅如此,人们还可以通过光的传播方向来感知空间结构,例如全息显示就是一种依赖于光的空间相位信息的三维显示。偏振态,作为描述光的特性的重要参数之一,也是光的一种基本物理属性。但是,由于缺乏宽带高效及高自由度的偏振调控器件,偏振光尚未被广泛应用于传递空间信息。对于光的偏振态的调控,已经在广泛的应用中起着关键作用。基于一些传统的偏振调控器件(如半波片、四分之一波片)实现偏振调控功能,需要入射特定的线偏振光,并且半波片对于线偏振光仅能将其偏振面旋转90°,无法实现高自由度的偏振调控。如果可以实现高自由度的宽带偏振旋转器,可以通过调整不同空间位置的偏振方向来传递空间信息。这种类型的集成偏振旋转器可能在分析化学、生物学、通信技术、成像等领域具有广泛的应用。本论文针对实现对电磁波高自由度偏振调控的问题,取得了以下主要成果:1.基于全介质超表面提出了一种新的实现宽带高效的偏振旋转器,其结构等效于双四分之一波片的叠加,结构的一半可以实现线偏振光与圆偏振光之间的转换,通过旋转其中一个四分之一波片的方向即可实现高自由度偏振旋转。2.设计了一种非手性全介质偏振旋转器,在一个单晶胞中包含两个四分之一波片,以产生左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,在此基础上以通过控制单晶胞中一个硅天线的几何参数实现从0°到90°连续控制透射偏振角的线性偏振光。3.基于V形金属天线结构设计了一个周期内相位变化为3?2?的高阶模式超表面和一个周期内仅由四个V形天线组成的短周期模式超表面结构,通过这两种线性相位梯度超表面结构的设计,可以对入射光实现较大的偏折角。4.提出了一种全介质多功能波片,基于二维全介质手性超表面的思想,对于入射的左旋圆偏振光几乎全透射,对于入射的右旋圆偏振几乎全反射,且透反射光均为相反旋向的圆偏振光,当任意偏振方向的线偏振光正入射到所设计的结构时,可以将入射的线偏振光分解为幅值相等,旋向相反的两种完美的圆偏振光,实现了一种新的对线偏振光进行分解的方法。