中红外波段技术的开发具有重要的战略意义,其应用涵盖了医疗、军事、工业等各个领域,包括热成像、传感、空间通讯等等。基于中红外波段开发的光学超表面技术,由于具有调控自由度高、工业兼容性好、制备工艺简单等优点,已成为近年来的研究热点。这种光学调控技术利用电磁波与材料之间相互作用的特征,极大地扩展了新颖光学器件的设计方式,有望成为传统光学器件制备技术的替代者。本论文基于全介质结构的光学超表面,利用广义斯涅尔定律及米氏散射理论,设计并制备了具有不同光学功能的惠更斯超表面平台。此外,本文以超表面器件的性能探究为目标,以纳米制备及光学表征技术为手段,针对超表面器件在中红外波段内的应用潜力、误差来源、优化方案开展了一系列的研究工作。论文的主要研究工作如下:（1）本文基于碲化铅及氟化钙的材料参数,利用全波仿真的计算手段,设计了包括矩形结构及H形结构等不同几何参数的超表面结构单元,并获取了对应结构的透射参数。利用上述计算结果,本文在广义斯涅尔定律的基础上,通过双类型组合结构单元的设计方法,提出了高效率、透射式超表面器件的设计思路,为后续制备衍射光束偏转器及平面透镜提供了理论指导。（2）本文采用了双层光刻胶剥离及电子束曝光的工艺手段制备了衍射光束偏转器及平面透镜等两种超表面器件。结构表征结果显示器件厚度低至₀?/8,满足低维度的设计需求。此外,本文利用光学平台进行了上述超表面器件的性能表征,结果表明,在线偏振光的工作模式下,超表面的工作效率可高达75%,相较于目前的技术有了明显的提高。平面透镜的成像测试结果更支持了超表面器件的聚焦能力可以达到衍射极限的猜想。（3）本文利用相位掩模版的方法提出了惠更斯超表面的理论模型,并基于该模型开展了实验误差来源的分析工作。计算结果显示,实际工作效率的下降来源于器件制备过程中引入的结构倾斜角,以此导致了结构单元的相位移误差。此外,为了进一步提升超表面器件的工作效率,本文对结构单元的设计提出了优化方案,将超表面器件的理论效率提升了5%。本论文的研究工作对中红外超表面技术的发展有一定的指导意义,所提出的制备及表征方案有望对超表面技术的应用产生促进作用。