传统的光学组件,例如透镜,波片,起偏器,已经被广泛的使用在电学和光学设备中。但是这些组件的体积一般都比较大,它们不适合小型化和集成化,因此使材料变轻,变薄成为研究者的设计目的。超表面是近年来兴起的一类超材料,因其具有亚波长厚度,非常迎合超薄,超轻的设计目的,一经提出就受到了研究者广泛的关注。虽然等离子体超表面对电磁波的调控有其独特的优势,但是它在光频段是有欧姆损耗和吸收的。相比于等离子体超表面,全介质超表面由于不受金属固有的非辐射损耗的影响,具有较高传输效率。基于上述背景,本文研究了全介质超表面在波前调控中的应用,主要研究内容如下:1)基于费马定律和相位梯度的概念,推导出了广义斯涅尔定律。设计出了一种全介质梯度超表面并基于有限元仿真计算出了该超表面空间衍射角及其对应的衍射效率,仿真结果表明透射波的能量大部分会集中在1阶衍射光束上,证实了广义斯涅尔定律。2)介绍了聚焦超表面的基本工作原理,设计出了数值孔径为0.22和0.91的全介质聚焦超表面。这两个超透镜的艾里斑的大小与理论的衍射极限值极为相近,表明我们所设计的超表面具有很好的成像分辨率。并且数值孔径为0.91的超透镜能对亚波长尺寸的物体进行成像。3)利用单层全介质梯度超表面,在斜入射情况下实现高效率光学非对称传输。实现非对称传输的物理机制可以归结为:对于向前入射和向后入射的光,该结构可以非对称的激励表面波。相对之前的实现非对称传输的多层结构,我们所设计的结构简单,易于构造。