传统光学器件难以满足新型光学系统轻量化、高集成化以及微型化的要求,近年来,基于光与物质的相互作用,利用微纳结构对光波调控实现聚焦与成像的超表面透镜成为目前国际上竞相发展的前沿技术,其为解决传统光学系统存在的难题提供了一种全新思路。超表面基于广义斯涅耳定律对电磁波的相位、振幅、偏振进行灵活调控,从而使光波发生异常折反射现象。超表面突破传统光学的相位调控原理,新颖的光波调控方式和独特的优势在各个领域中展现出广泛的应用前景,为高精度、小体积的先进光学器件提供了可能。在聚焦成像、隐身材料、传感器、光学系统集成以及激光雷达等领域得到了广泛的应用。本文通过理论仿真分析与实验相结合的方法,采用时域有限差分方法研究了在近红外工作波长下超透镜的结构,研究了不同单元结构半径、高度和单元结构周期值对相位延迟分布的影响和不同参数对耦合作用和超透镜性能的影响,并完成对超透镜的加工和性能测试。主要研究内容包括以下三部分:(1)近红外偏振无关超透镜的研究。利用时域有限差分法软件FDTD建立了硅圆柱形单元结构,仿真定点扫描了不同参数条件下的光场分布,获得了不同硅柱半径、高度和单元结构周期等作用下的相位延迟分布规律。在一定范围内,相位延迟随着高度和半径的增加而增大,透过率随着单元结构周期的减小而增大。得到最终的优化参数半径为100～200nm,高度为900nm,周期为500nm,最终根据波前重构方程构建了具有聚焦功能的超透镜,焦距为20μm。(2)相邻单元结构光场对超透镜性能的研究。利用FDTD建立了两个单元结构的物理模型,模拟了单元结构高度和相邻单元结构距离变化的电场分布。发现相邻单元结构之间的距离是影响耦合作用的关键因素。在高度、周期一定的条件下,通过改变单元结构的半径达到改变距离的目的,随着距离的不断减小,耦合作用对相位的影响越明显,相位失效点增多,导致无法实现精准的相位调控。此外,尽量避免相位失效点的区域,利用优化后的最优参数值对超透镜进行构建,模拟仿真发现,考虑了耦合作用的超透镜相比于前者透过率大幅度提升,焦移现象也得到明显改善。(3)超透镜的加工与性能测试。针对优化设计后的超透镜,利用电子束光刻和Lift-off工艺相结合的方法,成功实现了半径为10μm的圆形超透镜的加工。通过搭建的光学系统测试平台,对超透镜性能进行测试,发现在1310nm激光源的作用下,超透镜可实现聚焦功能。