基于米氏散射机制的全介质超材料不存在欧姆损耗,其在可见光波段的效率可达到90%以上。在可见光波段,二氧化钛由于其折射率实部n大,虚部k小,几乎为零,与光波耦合作用强,可轻易达到2π相位延迟,实现对光波波前的完全调控,并且保持高效率,理论上可达100%,因此二氧化钛超表面拥有非常广泛使用价值。超透镜是超表面的一种应用形式,其工作机制与传统透镜不同,其相位是瞬变的,通过天线排布,得到满足需要的相位分布。本文采用二氧化钛全介质材料,制备两种不同的超透镜,工作波长为532 nm,组合成超透镜组,通过调整透镜之间的距离和入射光的性质,可以实现手机镜头、显微镜和伽利略望远镜三种功能。为了对光波波前实现完全调控,必须满足相位0-2π的完全覆盖,同时为了消除第一个超透镜(物镜)成像对第二个超透镜(目镜)成像的影响,本文应用两种基本结构:纳米圆柱和纳米方块。通过对基础理论的理解与研究,采用二氧化硅基底+二氧化钛天线作为基本单元,利用麦克斯方程求解软件进行仿真,设置合适的光学参数和几何参数,例如折射率,周期,厚度,纳米圆柱的厚度,纳米方块的长度等,得到透射率均高90%,相位覆盖2π的基本结构。根据超透镜相位分布公式,确定基本单元相对应的坐标,进行相对应排布。由于天线的尺寸在亚波长级别,处于纳米级,其精度要求非常高,因此采用半导体制备工艺制备两种二氧化钛超透镜。本文利用半导体制备工艺,如电子束溅射镀膜、电子束曝光(EBL)、反应离子刻蚀等,严格控制基本单元几何参数,力求与仿真设计值误差在10 nm内。利用搭建好的测量光路,对超透镜进行光学表征,物镜在设计波长λ=520 nm,聚焦效率达到70%,NA=0.258,半峰宽=1040 nm,斯特列尔比率在x和y方向分别为0.91和0.89。目镜在设计波长聚焦效率为60%,NA=0.66,半峰宽=0.39 nm,斯特列尔比率在x和y方向分别为0.827,0.829。本文对物镜和目镜进行组合,通过调节透镜的距离和入射光的性质,实现了手机镜头、显微镜和伽利略望远镜三种功能转换。利用微纳米制备技术,制备了哈尔滨工业大学英文简称HIT的微纳米分辨板,利用超透镜组对HIT板进行相应的放大、缩小或者远距离成像。物镜和目镜组合成透镜组作为手机镜头时,可实现对HIT板11.74倍的缩小;作为显微镜时,可实现对HIT板20.58倍的放大,并且分辨能力为1.07μm;当工作波长为λ=445 nm,可实现14倍的放大;当工作波长为λ=632 nm,可实现19倍的放大;作为伽利略望远镜实现观测功能时,可对距离为11m处的LED光源直接成像。