中红外成像器件，特别是工作于大气窗口（3~5 μm和8~12 μm）的成像器件，在红外成像与探测方面具有重要应用。传统的中红外成像器件笨重、昂贵、工艺复杂，阻碍了未来轻量化和集成化的发展。由亚波长尺度的微纳米结构以周期或非周期的方式阵列而成的超构透镜，具有轻薄、易集成、多功能化的特性，为未来微型化的需求提供了新的可能性。本文对中红外波段的超构透镜研究进展进行了综述，介绍了超构透镜的基本相位调控方式及其在中红外实现高聚焦效率、消除色差和单色像差的机理，并整理了中红外超构透镜的成像应用，包括偏振相关成像、可调及可重构成像与其他一些成像应用，最后讨论了这一新兴领域的挑战及未来的发展前景。

三维成像与显示技术能获取并保存物体的空间三维信息并呈现出立体逼真的画面，在消费电子、自动驾驶、机器人视觉以及增强现实及虚拟现实等领域有广阔的应用前景。现有的三维成像与显示设备受到传统光学元件性能缺陷的限制，难以同时满足宽视场、大数值孔径、高分辨率、连续视差和小型化等性能要求。超构表面作为亚波长结构单元排布组成的新型平面光学元件，能对光场进行灵活调控，具有多功能、易集成、轻薄化和紧凑化的优势，有望突破传统光学元件的瓶颈，为实现多功能紧凑型的三维成像与显示设备提供可能。本文综述了超构表面在三维成像与显示技术中的研究进展，详细介绍了超构表面在主动式和被动式的三维成像技术，以及全息显示、光场显示和近眼显示的三维显示技术中的应用和表现，最后总结和展望了超构表面在三维成像与显示领域的挑战和未来发展方向。

增强现实技术是一种将虚拟环境信息叠加在真实世界中并加以有效利用的一种新型显示技术，在教育、医疗、旅游、汽车、建筑等领域有广阔的应用前景。增强现实近眼显示设备是增强现实技术的重要组成部分，而光波导是实现增强现实近眼显示设备高性能与微型化等特性的核心光学元件。光波导主要分为几何光波导和衍射光波导，几何光波导原理简单，其制备技术较为完善并且可以实现量产，但视场角与出瞳范围较小、制备工艺复杂；衍射光波导则具有极高的设计自由度及优良的性能，但成像时存在的彩虹效应与色散等问题仍待解决。本文综述了不同类型光波导的设计和制备技术，分析了几何光波导和衍射光波导在原理、结构参数、性能评价和制备流程等方面的表现，最后总结了目前增强现实近眼显示技术所面临的挑战，并对未来的发展前景进行展望。

超构表面由二维平面内精心排布的亚波长单元组成，为设计超紧凑型光学元件提供了新的范式，在微型化光学系统方面显示出了极大的潜力。在不到十年时间里，超构表面由于具有超轻、超薄且能够操纵光波的各种参量以实现多功能集成的优势在多学科领域引起了广泛的关注。然而，在光学波段，高自由度、非周期、排列密集的超构单元对其加工制备提出了很多极端的参数要求，如极小尺度、极高精度、高深宽比、难加工材料、跨尺度等，这使得超构表面从实验室走向实际应用面临极大的挑战。文中总结了近些年用于超构表面各类微纳加工方法的各类方法的原理、特点和最新进展，包括小面积直写方法、大面积模板转移方法以及一些新兴的加工方法。最后，针对超构表面在加工方面的目前的挑战和未来的发展趋势进行了总结和展望。