光学超表面是由金属或者电介质构成的纳米级二维阵列,凭借超表面这个小巧紧凑的平台,可以实现对光的偏振、相位和振幅进行有效地操控。目前光学超表面已被用于设计平面光学元件,例如超表面透镜,超表面波片,偏振分束器等。更一般化地,超表面能够通过全息编码方式调控任意形态的复杂光波前。除了梯度型超表面之外,能够调控不同衍射阶级的超构光栅为极端波前调控提供了便捷而有效的方法。以前的透射型超构光栅主要采用复合不对称的办法来达到单衍射通道近乎完美的衍射效率,但这种方案对所制的超构光栅几何参数很敏感,并且缺乏任意相位调制的灵活性。本论文将通过深入分析光栅多级衍射与单元结构内多极模式相互作用,在具有简单形貌的全电介质超构光栅中发现了完美衍射的理论条件。并运用与CMOS兼容的氮化硅(Si N_x)工艺在实验上实现了理论设计的完美衍射超构光栅。通过调节Si N_x纳米棒的相对位置实现了超表面上的广义位移相位编码,进而在实验上演示了连续相位型全息图。我们还进一步利用超构光栅展示一种彩色全息显示的简单易行方案。我们设计的超构光栅全息工作在整个可见光范围内,适用于所有线偏振光,具有宽带、广角及高衍射效率的特点。这种具有极高的角度/波长/偏振容忍度的超构光栅全息极大地降低了设计和制造的结构复杂性,为超表面波前整形器件的实用化、工业化量产提供了可行途径。